SE437588B - Halvledaranordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 H0 7713580-4 2 kommer att elektrodfingrarna närmare anslutningsytan, för att säker- ställa att elektrodfingrarna längre bort bibehâllas på någon mini- mi-driftspänning, vanligen över-förspännas, dvs. hållas på en spänning som är större än som erfordras för rätt drift. Alltså kommer mera ström att flyta till fingerdelarna hos den interfolierade regionen närmare anslutningsytan än till fingerdelarna längre bort.

Detta resulterar i för starkt strömflöde till de fingerdelarna, vilket kan förorsaka heta fläckar som kan skada eller förstöra en anordning.

Konventionella försök att lösa de ovanstående problemen har i allmänhet riktats på att minska resistansen hos nämnda stam- del och därigenom minska spänningsfallsskillnaderna mellan fingrarna.

En sådan lösning består i att utföra stamdelen av ett material med ökad ledningsförmåga. En annan lösning består i att öka antingen tjockleken eller bredden hos elektroden, eller båda.

Ehuru man genom dessa lösningar uppnår en minskning av resistansen hos nämnda stamdel, och sålunda av spänningsfalls- skillnaderna mellan elektrodfingrarna, kvarstår det grundläggande problemet. Det är sålunda önskvärt att åstadkomma en elektrod-konfi- guration, som direkt väsentligen eliminerar spänningsfallsskillnader- na mellan elektrodfingrar.

Pig. 1 - 3 på ritningen visar partíella planvyer av olika utföringsformer av elektrod-konfigurationen enligt uppfinningen, vilka figurer icke är ritade i skala.

En halvledaranordning, betecknad med 10 i fig. 1, inne- fattar en kropp 12 av halvledarematerialxned en yta 1%.

Ett första område 16 av en ledningstyp, t.ex. p-typ, befinner sig inom kroppen 12 och nära intill ytan 14. Under det att den första regionen 16 här beskrives såsom varande av p-ledningstyp, kan den även vara av n-ledningstyp så länge alla-andrahärspecificerade uppgifter om ledningstyp likaledes ändras. Åtminstone en andra region 18 med en annan ledningstyp, n-typ i denna utföringsform, befinner sig inom den första regionen 16 och intill ytan 14. Den andra regionen 18 bildar en pn-övergång 20 med den första regionen 16 vid gränsytan till densamma. företrädesvis är den första regionen 16 och den andra regionen 18 interfolierade ehuru andra former även kan användas, så att exempelvis den andra regionen 18 kan ha en uppfångningsyta i form av ett galler, irke visat på ritningen. Med interfolierad avses att fingerdelar av den första regionen 16 är infogade mellan liknande fingerdelar hos 10 15 20 25 30 35 40 8 7713580-4 den andra regionen 18.

Ett skikt 22 av ledande material är i elektrisk kontakt med den första regionen 16 och bildar en elektrod. Företrädesvis kon- taktar skiktet 22 den första regionen 16 endast vid dess fingerdelar.

Dvs. skiktet 22 på kroppen 12 kan vara åtskilt från den första regionen 16 genom ett skikt av isolerande material, icke visat på ritningen, vilket är försett med öppningar som exponerar finger- delarna och tillåter skiktet 22 att kontakta den första regionen 16 genom desamma. Skiktet 22 har en konfiguration som innefattar en kam- liknande del 24 irnefattànde en bakre del 26 med ändar och ett flertal fingrar 28 som sträcker sig över fingerdelarna hos den första regionen 16. Konfigurationew innefattar även en stamdel 30, som har ett segment 32 väsentligen parallellt med den bakre delen 26 av den kamliknande delen 24. Stamdelen 30 sträcker sig från en anslut- ningsyta 3H och kontaktar nämnda bakre del av den kamliknande delen 2H i en punkt mellan dess ändar.

Med avseenue på funktionen är det att föredraga vid denna utföringsform, att fingrarna 28 fördelas väsentligen symmetriskt utmed den bakre delen 26 med avseende på stamdel 30. Detta kriterium säkerställer, att det maximala spän- kontaktpunkten hos nämnda ningsfallet mellan stamdelens 32 kontaktpunkt med den bakre delen 26 och det längst bort belägna fingret 28 är avsevärt mindre än spänningsfallet skulle vara om stamdelen 32 vore i kontakt med den bakre delen 26 vid en ände av denna.

Storleken av skillnaden mellan spänningsfallet vid denna utföringsform av uppfinningen och en icke visad konfiguration, i vilken stamdelen kontaktar nämnda bakre del vid en ände av denna, framgår av nedanstående beräkning.

Medel-spänningsfallet (AV) hos en ledande elektrod är givet genom den allmänna formeln AV= 1%, i vilken: I är strömmen; och R är resistansen hos den bakre delen.

Resistansen R kan skrivas som: R = (2/w)pS vari: L är strömbanans längd, w är ledningsbanans bredd; och , på är yt-resistiviteten hos materialet i den bakre delen.

Därför skulle, vid den icke visade konfiguration vid vilken stamdelen kontaktar en ände av den bakre delen, spänningsfallet längs IE denna bakre del vara AV1 = 35 ps. 10 15 20 25 30 35 7713580-4 u Vid den i fig. 1 visade utföringsformen är strömmen och strömbanans längd endast hälften i jämförelse med ovannämnda konfiguration, eftersom kontaktpunkten befinner sig_mitt emellan ändarna av den bakre delen 26 och fingrarna 28 är symmetriska i förhållande till densamma.

För den visade utföringsformen erhålles därför: _ (I/2) (2/2) ""' 2 .O W : (Iz/H)p _ .LL : : s 2w s ' 8w D 2w 4 ps AVZ S (AV1)/u Sålunda är spänningsfallsskillnaden mellan stamdelens 30 kontaktpunkt med den bakre delen 26 och det_längst bort därifrån belägna fingret H gånger mindre vid utföringsformen enligt uppfin- ningen än vid den konfiguration där stamdelen kontaktar en ände av den bakre delen.

Ett flertal fördelar uppnås genom användningen av den visade utföringsformen och den åtföljande relativt stora minskningen av spänningsfallsskillnaden. Eftersom det primära ändamålet med en elektrod-konstruktion består i att avgiva en viss driftspänning till det finger 28 som befinner sig längst bort från stamdelens kontaktpunkt, är det tydligt att spänningspotentialen vid den visade utföringsformen, i kontaktpunkten mellan stamdelen 30 och den bakre delen 26 kan vara avsevärt mindre, på grund av det minskade spänningsfallet till fingrarna 28, än den som erfordras om stamdelen 30 skulle vara i kontakt med en ände av den bakre delen 26.

Eftersom det maximala spänningsfallet längs den bakre delen 26 minskas genom den visade utföringsformen, kan storleken av stam- delen 30 minskas i jämförelse med storleken av en stamdel som kontaktar en ände av den bakre delen. Under det att en minskning av storleken ökar resistansen hos stamdelen 30, kan emellertid yt- arean hos den totala anordningen minskas. Detta är ett viktigt särdrag vid uppfinningen, eftersom arean hos en ”bricka” vanligen efter- strävas i halvledare-teknologien.

Förutom spänningsfallet mellan stamdelens kontaktpunkt och de längst bort från densamma belägna fingrarna, måste man vid konstruktionen av en elektrod-konfiguration även beakta spïnníngs- fallet mellan angränsande fingrar. En minskning i spänningsiallet mellan angränsande fingrar kan uppnås genom användning av en annan utföringsform av den visade konfigurationen. En sådan konfiguration 10 15 20 25 30 35 40 '_33 77135580- 4 visas i fig. 2 på ritningen.

Den i fig. 2 visade anordningen 40 är analog med anordningen 10 i det att den innefattar en kropp H2 av halvledarematerial med en yta MH.

En första region H6 av en ledningstyp är belägen inom kroppen H2 och intill ytan #4. En andra region H8 med en annan ledningstyp ligger inom den första regionen H6 och intill ytan HH. Företrädesvís är den första regionen H6 och den andra regionen 48 interfolierade.

En pn-övergång 50 bildas vid den interfolierade gränsytan mellan den första regionen H6 och den andra regionen 48.

Ett skikt S2 av ledande material är i elektrisk kontakt med den första regionen UB och bildar en elektrod. Skiktet 52 har en konfiguration som innefattar en kamliknande del 54 som har en bakre del 56 med ändar och ett flertal fingrar delar av den första regionen 46. Vid denna utföringsform har den 58 sträckande sig över bakre delen 56 en jämförelsevis bredare del 59 nära ena änden och en jämförelsevis smalare del 60 nära den andra änden. Skiktet 52 innefattar även en stamdel 62, som har ett segment 64 väsentligen parallellt med den bakre delen 56. Stamdelen 62 sträcker sig från en anslutningsyta 66 och kontaktar den bakre delen 56 av den kam- liknande delen SH i en punkt A mellan dess ändar. företrädesvis är punkten A asymmetriskt belägen i förhållande till fingrarna 58.

Dvs., den kontaktar den bakre delen 58 närmare den jämförelsevis smalare änden av densamma.

Med hänsyn till funktionen kan, genom utnyttjande av be- räkningar liknande de ovan angivna, utsträckningen av den jäm- förelsevis bredare delen 59 samt kontaktpunkten A bestämmas så, att spänningsfallen mellan punkten A och vardera änden av den bakre delen 56 blir lika. Eftersom resistansen hos den jämförelsevis bredare delen 59 är mindre än resistansen hos den jämförelsevis smalare delen 60, kommer punkten A att befinna sig närmare den ände av den bakre delen 56 som har den jämförelsevis smalare delen 60.

På grund av denna placering minskas spänningsfallet mellan an- gränsande fingrar 58 längs den smalare delen 60, varvid det finns en större spänningspotential närmare änden av den smalare delen 60 på grund av det asymmetriska läget av punkten A. Vidare kommer, på grund av den mindre resistansen hos den jämförelsevis bredare delen 59, spänningsfallet mellan angränsande fingrar 58 längs den- samma att även minskas. Därför kommer konfigurationen av skiktet 52 vid denna utföringsform icke endast att minska spänningsfallet mellan .F .az --_ »V-.R el. u) 73 _ , - il MWL, h. _, v *fl ...gw-.Hulnfl __, ._ ' -. ,:.”\Ü":,.'_É"i 'f“f_'fl'.>šrata.'_._.'... d--. 10 15 20 25 30 35 M0 7713580-4 stamdelens kontaktpunkt A och fingrarna 58 längst bort från densamma, utan minskar även spänningsfallet mellan angränsande fingrar. Som resultat därav får fingrarna 58 väsentligen samma spänningspotential under driften av anordningen 40.

Under förnyad hänvisning till anordningen 10 i fig. 1 obser- veras, att när antalet fingrar 28 som utgår från den bakre delen 26 ökas, ökas även behovet av ytterligare spänningsfallsutjämning.

Detta behov kan väsentligen uppfyllas genom utnyttjande av den konfiguration som visas i fig. 3 på ritningen. Där innefattar en anordning 68 en kropp 70fav halvledarematerial med en yta 72.

Anordningen 68 innefattar vidare en första region 7H av en led- ningstyp inom kroppen 70 och intill ytan 72.

En andra region 76 av en annan ledningstyp befinner sig inom den första regionen 7% och intill ytan 72. Företrädesvis är den första regionen 74 och den andra regionen 78 interfolierade. En interfolierad pn-övergång 78 är utformad vid gränsytan mellan den första regionen 7H och den andra regionen 76.

Ett skikt 80 av ledande material är anbragt över och i elektrisk kontakt med den första regionen 74. Skiktet 80 har en konfiguration som innefattar en första kamliknande del 82 och en stamdel 8%. Den första kamliknande delen 82 har en första bakre del 86 med ändar och ett första flertal fingrar 88 sträckande sig från densamma. I denna utföringsform är detta första flertal fingrar 88 företrädesvis väsentligen lika fördelade längs den första bakre delen 86. _ En andra kamliknande del 90, företrädesvis åtskild från och väsentligen parallell med den första kamliknande delen 82, har en andra bakre del 92 med ändar och ett andra flertal fingrar 94 sträckande sig från densamma. Den andra bakre delen 92 kontak- tas av nämnda första flertal fingrar 88. Företrädesvis är vid denna utföringsform kontakterna väsentligen symmetriska längs nämnda andra bakre del 92.

Stamdelen 84 har ett segment 96, som är väsentligen parallellt med både den första bakre delen 88 och den andra bakre delen 92.

Stamdelen 8U sträcker sig från en anslutningsyta 98 till den första kamliknande delen 82 och kontaktar den första bakre delen 86 mellan desständar.

Med avseende på funktionen kan denna utföringsform betraktas såsom bestående av ett par konfigurationer som beskrivits ovan i relation till anordningen l0 och kopplade i tandem. Dvs., den 10 15 20 25 v 771lï580-4 första kamliknande delen 82 tjänar Qom en underdrdnad matarledning där vardera av nämnda första flertal fingrar 88 tjänar som ett stamdelsliknande parti som kontaktar den andra kamliknande delen 90.

Såsom diskuterats ovan är spänníngsfallen mellan stamdelen 84 och vardera av nämnda första flertal fingrar 88 väsentligen lika.

Eftersom sålunda nämnda flertal fingrar 88 kontaktar den andra bakre delen 92 på väsentligen symmetriskt sätt, är spänningsfallen mellan vardera av det första flertalet fingrar 88 och vardera av det andra flertalet fingrar 94 väsentligen lika. Därför är spännings- fallen mellan stanflelen 8U och vardera av det andra flertalet fingrar 98 väsentligen desamma. Denna tandems-princip kan även an- vändas för konfigurationen av anordningen H0 enligt fig. 2.

Skikten 22, 52 och 80 av ledande material kan exempelvis bestå av guld, niukel-bly eller liknande. Dessa konfigurationer kan utformas under användning av kända förfaranden, såsom foto- litografisk teknik.

Under det att ovanstående diskussion har riktats på anord- ningar med interfolierade områden, är elektrod-konfigurationerna lika tillämpliga på anordningar med ett flertal diskreta areor vid ytan, vilka kontaktas av en enda elektrod.

De beskrivna nya anordningarna 10, 40 och 68 har väsentligen minskade spänningsfall mellan fingrarna 28, 58 resp. 94 hos deras elektroder, och det finns därför icke någon större anledning att använda över-förspänning på någon av dessa fingrar 28, 58 eller 94.

Det finns därför icke någon större sannolikhet för heta fläckar, härrörande från för starka strömmar från obalanserade spännings- fördelningar, som kan skada anordníngarna 10, H0 eller 68.

Claims (5)

77 1 ïïáåßrü-ß 4 " e Patentkrav

1. Halvledaranordning (10), innefattande: en halvledarekroon- (12) med en yta (1H), två regioner (16, 18) av sinsemellan motsatt ledningstyp i nämnda kropp (12) intill nämnda yta (1N), och ett skikt (22) av ledanda material på nämnda yta (1H) hos kroppen (12) i kontakt med en av nämnda regioner (14, 16), k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda skikt (22) har en konfiguration som innefattar: en första kamliknande del (2H) som har en första bakre del (26) med ändar och ett första flertal fingrar (28) sträckande sig från den första bakre delen (2H); 0 och även en stamdel (30) med ett segment (32) väsentligen parallellt med den första bakre delen (26) hos den första kamliknande delen(2n),vilken stamdels (30) ena ände är i kontakt med den första bakre delen (26) hos nämnda första kamliknande del (2H) i en punkt mellan dennas ändar.

2. Halvledaranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda första flertal fingrar (28) är väsentligen lika fördelade längs den första bakre delen (26), och att nämnda stam- del (30) kontaktar den första bakre delen (26) i en väsentligen symmet- risk punkt längs densamma. _

3. Halvledaranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den första bakre delen (56) har en jämförelsevis smalare del (60) nära sin ena ände och en jämförelsevis bredare del (59) nära sin andra ände; och att nämnda stamdel (62) kontaktar den första bakre delen (56) i en punkt närmare nämnda ena ände.

4. Halvledaranordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en andra kamliknande del (90) som har en andra bakre del (92) med ändar och ett andra flertal fingrar (QH) sträckande sig från densamma, vilken andra bakre del (92) är i kon- takt med nämnda första flertal fingrar (88).

5. Halvledaranordning enligt krav H, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda andra flertal fingrar är väsentligen lika för- delade längs den andra bakre delen. S. Halvledaranordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda andra bakre del är väsentligen parallell med och átskild från den första bakre delen.