DE1214791C2 - Surface transistor with base and emitter zone on the same surface side of the semiconductor body and method for manufacturing - Google Patents
Surface transistor with base and emitter zone on the same surface side of the semiconductor body and method for manufacturingInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
Int. Cl.:Int. Cl .:
HOIlHOIl
Deutsche KL: 21g-11/02 German KL: 21g -11/02
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Anmeldetag:Registration date:
T18836Vmc/21g
12. August 1960
21. April 1966
10. November 1966T18836Vmc / 21g
August 12, 1960
April 21, 1966
November 10, 1966
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Ausgabetag:Issue date:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift übereinThe patent specification corresponds to the patent specification
Die Erfindung betrifft einen Flächentransistor mit einer Emitter-, einer Basis- und einer Kollektorzone, dessen Basiselektrode auf der gleichen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers wie die Emitterzone angebracht ist.The invention relates to a planar transistor with an emitter, a base and a collector zone, whose base electrode is attached to the same surface side of the semiconductor body as the emitter zone is.
•Bei einer bekannten Tetrodenanordnung besteht der Halbleiterkörper aus η-leitendem Silizium. In diesen Halbleiterkörper vom n-Leitungstyp sind zwei Diffusionsschichten eindiffundiert, und zwar eine η-Schicht und eine dieser η-Schicht vorgelagerte p-Schicht. Die diffundierte η-Schicht stellt die Emitterzone der Tetrode dar, während die der n-Schicht vorgelagerte Zone vom p-Leitungstyp die Basiszone der Tetrode bildet. Die Störstellenkonzentration der η-Schicht ist dabei größer gewählt als die der p-Schicht. Zur Herstellung der Hilfsbasis- und Steuerbasiselektrode sind p-dotierende streif enförmige Elektroden durch beide Diffusionsschichten durchlegiert, während die Emitterzone durch eine zwischen den beiden Basiselektroden flach in die Emitterzone einlegierte Elektrode kontaktiert ist.• In a known tetrode arrangement, the semiconductor body consists of η-conductive silicon. In Two diffusion layers are diffused into this semiconductor body of the n-conductivity type, namely one η-layer and a p-layer upstream of this η-layer. The diffused η-layer represents the emitter zone the tetrode, while the zone in front of the n-layer of the p-conductivity type is the base zone the tetrode forms. The concentration of impurities in the η-layer is selected to be greater than that of the p-layer. P-doping strip-shaped electrodes are used to produce the auxiliary base and control base electrodes through alloyed through both diffusion layers, while the emitter zone through one between the two Base electrodes is contacted flat in the emitter zone alloyed electrode.
Durch Anlegen einer geeigneten Gleichspannung zwischen Hilfsbasis- und Steuerbasiselektrode kann bei dieser bekannten Tetrodenanordnung längs der Basiszone ein elektrisches Feld erzeugt werden, welches die Emission der Tetrode auf einen schmalen Bereich der Emitterzone beschränkt, welcher der Steuerbasiselektrode unmittelbar benachbart ist. Die bekannte Anordnung hat den Vorteil, daß der äußere Basiswiderstand, der zwischen der einlegierten Steuerbasiselektrode und dem Anfang der unmittelbar angrenzenden Emitterzone auftritt, vernachlässigbar gering ist. Da der im Bereich der emittierenden Zone wirksam werdende innere Basiswiderstand bei der bekannten Anordnung ebenfalls klein gehalten werden kann, und zwar durch entsprechende Verkleinerung der Breite der emittierenden Zone mit Hilfe des Längsfeldes in der Basiszone, weist die bekannte Anordnung bei entsprechender Bemessung und Dotierung der Basiszone den kleinsten Basiswiderstand aller bekannten Transistoranordnungen auf.By applying a suitable DC voltage between the auxiliary base and control base electrodes in this known tetrode arrangement, an electric field can be generated along the base zone, which the emission of the tetrode is limited to a narrow area of the emitter zone, which is the control base electrode is immediately adjacent. The known arrangement has the advantage that the external base resistance, that between the alloyed control base electrode and the beginning of the immediately adjacent one Emitter zone occurs, is negligibly small. Since the effective in the area of the emitting zone increasing internal base resistance can also be kept small with the known arrangement, by reducing the width of the emitting zone accordingly with the aid of the longitudinal field in the base zone, has the known arrangement with appropriate dimensioning and doping of the Base zone has the lowest base resistance of all known transistor arrangements.
Das Hochfrequenzverhalten dieser bekannten Tetrodenanordnung ist jedoch im allgemeinen nicht
besser "als das der anderen bekannten Hochfrequenztransistorenanordnungen.
Dieser Nachteil der bekannten, mesaförmig ausgebildeten Tetrodenanordnung
ist vor allem darauf zurückzuführen, daß im Gegensatz zu bekannten Transistorenanordnungen
auf der Emitterseite drei Elektroden angeordnet sind. Hinzu kommt, daß zur Erzielung kleiner Kollektorkapazitäten
bereits bei Anordnungen, die für eine Betriebsfrequenz von einigen hundert MHz gedacht
Flächentransistor mit Basis- und Emitterzone
auf der gleichen Oberflächenseite des
Halbleiterkörpers und Verfahren zum
HerstellenThe high-frequency behavior of this known tetrode arrangement is, however, generally no better than that of the other known high-frequency transistor arrangements. This disadvantage of the known, mesa-shaped tetrode arrangement is primarily due to the fact that, in contrast to known transistor arrangements, three electrodes are arranged on the emitter side. that in order to achieve small collector capacitances already in arrangements which are intended for an operating frequency of a few hundred MHz, flat transistor with base and emitter zone
on the same surface side of the
Semiconductor body and method for
Produce
Patentiert für:
TelefunkenPatented for:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Ernst Fröschle, Ulm/DonauDr. Ernst Fröschle, Ulm / Danube
sind, die Mesastruktur bzw. Mesafläche nicht wesentlich breiter als 100 μ sein darf, so daß der gegenseitige Abstand der Zuleitungsdrähte bei der bekannten Tetrodenanordnung nicht größer als 25 bis 30 μ gemacht werden kann. Da für höhere Frequenzen entsprechend kleinere Abstände erforderlich sind, wird mit zunehmender Grenzfrequenz die Kontaktierung der emitterseitig angeordneten Elektroden immer mehr erschwert. Der geringe Elektrodenabstand hat außerdem noch zur Folge, daß als Elektrodenzuleitungen nur sehr dünne Drähte Verwendung finden können, die jedoch relativ hohe Zuleitungswiderstände und Zuleitungsinduktivitäten aufweisen, welche sich vor allem bei hohen Frequenzen sehr störend bemerkbar machen.are, the mesa structure or mesa surface must not be significantly wider than 100 μ, so that the mutual The distance between the lead wires in the known tetrode arrangement is not greater than 25 to 30 μ can be done. Since correspondingly smaller distances are required for higher frequencies, the contacting of the electrodes arranged on the emitter side becomes with increasing cut-off frequency more and more difficult. The small electrode spacing also has the consequence that as Electrode leads can only be used with very thin wires, but they are relatively high Have lead resistances and lead inductances, which are especially high at high frequencies very annoying.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird ein Flächentransistor mit einer Emitter-, Basis-Kollektor-Zone, dessen Basiselektrode auf der gleichen Seite des Halbleiterkörpers wie die Emitterzone angebracht ist, erfindungsgemäß so ausgebildet, daß auf der gleichen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers eine den Emissionsstrom führende Elektrode angebracht ist, welche mit der Basiszone ohmisch und mit der Emitterzone ohmisch oder über einen pn-Übergang mit sehr niedriger Durchbruchsspannung verbunden ist.To avoid these disadvantages, a flat transistor with an emitter, base-collector zone, whose base electrode is attached to the same side of the semiconductor body as the emitter zone, according to the invention designed so that on the same surface side of the semiconductor body one the Electrode carrying emission current is attached, which is ohmic with the base zone and with the Emitter zone connected ohmically or via a pn junction with a very low breakdown voltage is.
Der erfindungsgemäße Flächentransistor, der in verschiedenen Ausführungsformen in den F i g. 1 bis 5 dargestellt ist, soll am Beispiel eines Transistors mit pnp-Zonenfolge näher beschrieben werden, obwohl natürlich auch analoge Ausführungsformen mit npn-Zonenfolge möglich sind Es soll bereits hier darauf hingewiesen werden, daß eine spezielle Ausführungsform der Erfindung gemäß den F i g. 3 bis 5 einen The planar transistor according to the invention, which is shown in various embodiments in FIGS. 1 to 5 is shown, will be described in more detail using the example of a transistor with pnp zone sequence, although Of course, analog embodiments with npn zone sequences are also possible. It should be pointed out here it should be pointed out that a special embodiment of the invention according to FIGS. 3 to 5 one
609 723/223609 723/223
3 43 4
Transistor vorsieht, bei dem zwischen Basis- und sichtlich der Frequenzgrenze, so macht sich derThe transistor provides, in which between the base and the visible frequency limit, so does the
Kollektorzone eine schwach dotierte bzw. intrinsic- Widerstand in der Emitterzone 3 zwischen derCollector zone a weakly doped or intrinsic resistance in the emitter zone 3 between the
leitende Zwischenzone vorgesehen ist. Es erweist Legierungselektrode 2 und der emittierenden Stelle 13conductive intermediate zone is provided. It turns out alloy electrode 2 and the emitting point 13
sich sogar als vorteilhaft, eine solche pnip- bzw. störend bemerkbar. Es ist daher vorteilhaft, wie ineven found to be advantageous, such a pnip or disturbing noticeable. It is therefore advantageous, as shown in
npin-Transistoranordnung mit Tetrodeneigenschaften 5 F i g. 2 gezeigt, auf die Emitterzone 3 einen metallischennpin transistor arrangement with tetrode properties 5 F i g. 2, on the emitter zone 3 a metallic
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mesaförmig Belag 14 aufzubringen, welcher mit der Elektrode 2,according to a development of the invention to apply mesa-shaped coating 14, which is connected to the electrode 2,
auszubilden. jedoch nicht mit der Elektrode 1 metallischen Kontaktto train. but not with the electrode 1 metallic contact
Der, wie bereits oben ausgeführt, im folgenden zu hat. Der metallische Belag 14 wird vorteilhaft so weit
betrachtende Transistor mit pnp-Zonenfolge soll am ausgedehnt, daß lediglich ein Sicherheitsabstand
Beispiel eines Halbleiterkörpers aus Germanium io zwischen metallischem Belag 14 und der Elektrode 1
erläutert werden, obwohl natürlich auch andere zur Vermeidung eines Kurzschlusses gewährt bleibt,
Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Silizium oder d. h. für das HF-Verhalten des erfindungsgemäßen
AniBv-Verbindungen, Verwendung finden können. Transistors ist es günstig, wenn die Emitterzone
Die Emitterzone 3 (vgl. F i g. 1) eines solchen pnp- möglichst weitgehend, bis auf einen gewissen, techno-Transistors
ist sehr stark mit p-Störstellen dotiert, 15 logisch bedingten Sicherheitsabstand von der Elekwährend
die relativ dünne Basiszone 4 stark mit trode 1 mit Metall bedeckt ist.
n-Störstellen versetzt ist, jedoch nur so stark, daß die Die Tatsache, daß die erfindungsgemäße Anordnung
Störstellendichte in der Basiszone kleiner ist als die trotz Tetrodencharakter nur zwei Elektrodenzu-Störstellendichte
der Emitterzone. Die an die Basis- leitungen auf der Emitterseite benötigt, läßt die
zone 4 angrenzende Kollektorzone 5 ist zur Erzielung 20 Möglichkeit zu, die Elektrodenzuleitungen stärker als
eines p-Leitungstyps wie die Emitterzone mit p-Stör- im Falle von drei emitterseitig vorhandenen Elektrodenstellen
dotiert. Zuleitungen auszubilden und infolgedessen nieder-Which, as already stated above, has to in the following. The metallic coating 14 is advantageously so far viewed transistor with pnp zone sequence should be expanded that only a safety distance example of a semiconductor body made of germanium io between metallic coating 14 and the electrode 1 is explained, although of course others are also allowed to avoid a short circuit, Semiconductor materials, such as silicon or that is to say for the HF behavior of the AniBv compounds according to the invention, can be used. It is advantageous if the emitter zone 3 (cf.Fig. 1) of such a pnp transistor is as far as possible, except for a certain techno transistor, is very heavily doped with p-type impurities, 15 logically determined safety distance from the transistor Electrode while the relatively thin base zone 4 is heavily covered with electrode 1 with metal.
n-impurity is offset, but only so strongly that the impurity density in the base zone is smaller than the impurity density of the emitter zone, despite the tetrode character, being only two electrodes-to-impurity. The required to the base lines on the emitter side, the zone 4 adjoining collector zone 5 is to achieve 20 possibility to dop the electrode leads more than a p-conduction type like the emitter zone with p-interference in the case of three emitter-side existing electrode points. To train supply lines and consequently lower
In die emitterseitige Oberfläche dieses pnp-Tran- ohmig und induktionsarm auszuführen. Fig. 2 zeigtIn the emitter-side surface of this pnp-Tran- ohmig and low induction. Fig. 2 shows
sistors sind nun im Gegensatz zur bekannten Tetroden- beispielsweise eine Anordnung mit streifenförmigIn contrast to the known tetrodes, sistors are now, for example, an arrangement with a strip shape
anordnung nicht drei, sondern zwei Elektroden 25 ausgebildeten Elektrodenzuleitungen 11 und 12, derenarrangement not three, but two electrodes 25 formed electrode leads 11 and 12, the
einlegiert. Das Legierungsmaterial für diese beiden Breite senkrecht zur Zeichenebene etwa gleich deralloyed. The alloy material for these two widths perpendicular to the plane of the drawing roughly equal to that
Legierungselektroden ist derart gewählt, daß durch die entsprechenden Länge der Elektrodenstreifen 1 bzw. 2Alloy electrodes are selected in such a way that the corresponding length of the electrode strips 1 and 2
Legierung stark η-dotierte, zu den Legierungs- gewählt werden kann.Alloy heavily η-doped, the alloy can be chosen.
elektroden 1 und 2 gehörende Halbleiterzonen 6 und 7 Die Elektrode 2 kann auch, wie in F i g. 5 gezeigt,Electrodes 1 and 2 belonging semiconductor zones 6 and 7 The electrode 2 can also, as in FIG. 5 shown
entstehen. Diese und die folgenden Überlegungen 30 so ausgeführt werden, daß sie die Elektrode 1 voil-develop. These and the following considerations 30 are carried out in such a way that they voil-
gelten natürlich auch in analoger Weise für Tran- ständig, beispielsweise ringförmig ^umschließt. AußerOf course, they also apply in an analogous manner to tran- stead, for example ring-shaped ^ enclosing. Except
sistoren mit umgekehrter Schichtenfolge. dem Vorteil, daß bei dieser Anordnung kein Ober-sistors with reversed order of layers. the advantage that with this arrangement there is no upper
Die erfindungsgemäße Anordnung wird nun wie flächenleckstrom vom Kollektor auf die Elektrode 1
ein normaler Transistor geschaltet und besitzt wie gelangen kann, lassen sich die Elektrodenzuleitungen
dieser nur insgesamt drei Elektrodenzuleitungen, 35 10, 11 und 12 entsprechend der F i g. 5 so ausführen,
nämlich die die Kollektorelektröde 9 kontaktierende daß der Transistor leicht in eine koaxiale Leitung
Kollektorelektrodenzuleitung 10, die die Legierungs- eingebaut werden kann und die Emitterzuleitung 12
elektrode 1 kontaktierende Elektrodenzuleitung 11 und an den Außenleiter gelegt wird,
die Elektrodenzuleitung 12, welche mit der Legierungs- Es hat sich herausgestellt, daß vor allem der
elektrode 2 verbunden ist. Im Betriebszustand des 40 Kollektorvorwiderstand der bekannten Tetroden-Transistors
fließt nun durch die Elektrodenzuleitung 12 anordnung wesentlich dazu beiträgt, daß die bekannte
außer dem Emissionsstrom noch ein weiterer Strom Anordnung für sehr hohe Frequenzen unbrauchbar
vonderLegierungselektrode2zurLegierungselektrodel ist. Eingehende Rechnungen haben nämlich gezeigt,
durch die Basiszone, der wie bei einer Tetrode das daß bei sehr hohen Frequenzen die Verluste in der
zur Einengung der Emission erforderliche Längsfeld 45 Kollektorzone 5 den Hauptbeitrag zum Realteil des
in der Basiszone erzeugt. Der wesentliche Vorteil der Ausgangsleitwertes einer solchen Tetrode liefern und
Erfindung besteht somit darin, daß der Tetrodeneffekt damit die Schwinggrenze stark herabzusetzen. Zur
durch eine Dreielektrodenanordnung erzielt wird. Vermeidung dieser Verluste wird als WeiterbildungThe arrangement according to the invention is now switched like a surface leakage current from the collector to the electrode 1, a normal transistor and how can the electrode leads of these only a total of three electrode leads, 35, 10, 11 and 12 according to FIG. 5 run so, namely the collector electrode 9 contacting that the transistor is easily placed in a coaxial line collector electrode lead 10, which the alloy can be built in and the emitter lead 12 electrode 1 contacting electrode lead 11 and is placed on the outer conductor,
the electrode lead 12, which is connected to the alloy It has been found that above all the electrode 2 is connected. In the operating state of the collector series resistor of the known tetrode transistor now flows through the electrode lead 12 arrangement significantly contributes to the fact that the known apart from the emission current still another current arrangement for very high frequencies is unusable from the alloy electrode 2 to the alloy electrode. Incoming calculations have shown that through the base zone, which, like a tetrode, produces the main contribution to the real part of the in the base zone at very high frequencies the losses in the longitudinal field 45 collector zone 5 required to narrow the emission. The main advantage of the output conductance of such a tetrode and the invention is thus that the tetrode effect greatly reduces the oscillation limit. To be achieved by a three-electrode arrangement. Avoiding these losses is called continuing education
Durch eine starke Dotierung der Emitterzone 3 der Erfindung vorgeschlagen, die Kollektorzone 5
und der daran angrenzenden, zur Legierungselektrode2 50 sehr hoch zu dotieren, beispielsweise mit 1017 bis 1020
gehörenden Halbleiterzone 7 läßt sich erreichen, daß Störstellen pro Kubikzentimeter, und gemäß F i g. 3
der durch diese Halbleiterzone und die Emitterzone zwischen der Basiszone 4 und der Kollektorzone 5 eine
im Übergangsbereich gebildete pn-übergang eine intrinsicleitende Zone 8 vorzusehen,
sehr niedrige Zenerdurchbruchsspannung, die kleiner Diese Zwischenzone 8 kann auch schwach n- oder
als 0,5 Volt ist, bzw. die Kennlinie einer sogenannten 55 p-leitend sein für den Fall, daß sich eine solche
»Backward-Diode« aufweist. Bei einer solchen Charak- schwache n- oder p-Dotierung leichter technologisch
teristik des durch die Emitterzone 3 und durch die realisieren läßt. Jedoch darf eine etwaige n-Dotierung
Halbleiterzone 7 der Legierungselektrode 2 gebildeten der Zone 8 nur so hoch sein, daß zumindest im
pn-Überganges kann wie im Falle der Anordnung Emissionsbereich 13 die Raumladungszone des kolleknach
Fig. 1 der Strom zum Emitter über diesen 60 torseitigen pn-Überganges sich über die gesamte
pn-Übergang zugeführt werden, so daß für die Emitter- Breite der hochohmigen Zone 8 erstreckt, wenn
zone 3 keine mit der Legierungselektrode 2 ohmisch zwischen Kollektor und Basis die niedrigste vorverbundene
Metallabdeckung erforderlich ist. Tran- gesehene Betriebsspannung angelegt wird,
sistoren dieser Bauart sind relativ einfach herzustellen Die geringsten Verluste und gleichzeitig spannungs-
und zeigen bei einigen hundert MHz befriedigende 65 unabhängige Rückwirkungs-und Ausgangskapazitäten
Verstärkungseigenschäften. erhält man, wenn der Übergang zwischen der starkBy heavily doping the emitter zone 3 of the invention, it is suggested that the collector zone 5 and the adjoining it, to the alloy electrode2 50, be very highly doped, for example with 10 17 to 10 20 semiconductor zone 7, it can be achieved that defects per cubic centimeter, and according to F i G. 3 to provide an intrinsically conductive zone 8 for the pn junction formed in the transition area by this semiconductor zone and the emitter zone between the base zone 4 and the collector zone 5,
very low Zener breakdown voltage, which is smaller. This intermediate zone 8 can also be weakly n- or than 0.5 volts, or the characteristic curve of a so-called 55 p-conductive in the event that such a "backward diode" is present. In the case of such a weak n- or p-doping, it is easier to implement technologically teristics through the emitter zone 3 and through the. However, any n-doping of the semiconductor zone 7 of the alloy electrode 2 formed in the zone 8 may only be so high that at least in the pn junction, as in the case of the arrangement emission area 13, the space charge zone of the kollek according to FIG pn junction are supplied over the entire pn junction, so that extends for the emitter width of the high-resistance zone 8, if zone 3 no with the alloy electrode 2 ohmically the lowest pre-connected metal cover is required between the collector and base. Trans- seen operating voltage is applied,
Transistors of this type are relatively easy to manufacture. The lowest losses and, at the same time, voltage and amplification properties are satisfactory at a few hundred MHz. is obtained when the transition between the strong
Stellt man jedoch an die beschriebene Halbleiter- dotierten Kollektorzone 5 und der hochohmigenHowever, if one sets the described semiconductor-doped collector zone 5 and the high-resistance zone
anordnung höhere Anforderungen, vor allem hin- Zone 8 möglichst steil verläuft und die hochmohigearrangement higher requirements, especially towards Zone 8 is as steep as possible and the high-impedance
5 65 6
Zwischenzone 8 so gering dotiert ist, daß sich die Die Kollektorlaufzeit το ist proportional zur KoI-Raumladungszone der Kollektorsperrschicht durch lektorsperrschichtdicke wsc und umgekehrt proportiodie gesamte Zone 8, d. h. vom hochdotierten Gebiet nal zur mittleren Driftgeschwindigkeit der Minoritätsder Basiszone 4 bis zum hochdotierten Gebiet der ladungsträger. Da die Ausgangsleitwerte des Tran-Kollektorzone 5 erstreckt. 5 sistors sehr stark von der Kollektorkapazität ab-Intermediate zone 8 is so little doped that the collector run time το is proportional to the KoI space charge zone of the collector barrier layer through the lector barrier layer thickness wsc and inversely proportio the entire zone 8, i.e. from the highly doped area to the mean drift speed of the minority of the base zone 4 to the highly doped area of the charge carriers. Since the output conductance of the Tran collector zone 5 extends. 5 sistors very strongly from the collector capacitance
Für viele Anwendungszwecke ist es erwünscht, daß hängen, ist es vorteilhaft!, wsc möglichst groß zuFor many purposes it is desirable that hang, it is advantageous !, wsc to be as large as possible
nicht nur die Realteile def Aμsgangs- und Rück- machen, so daß Z1 im wesentlichen durch Tc bestimmtnot only make the real parts def initial and reverse, so that Z 1 is essentially determined by Tc
Wirkungsleitwerte klein sind, was nach obigem wird. Dementsprechend soll
Vorschlag durch eine gleichmäßige, d. h. gleich breiteEffect conductors are small, what becomes after the above. Accordingly, it should
Suggestion by a uniform, ie equally wide
Intrinsiczwischenzone 8 erreicht wird, sondern auch io ■ Xc ;> Te _j_ Tß . _|_ TR Intrinsic intermediate zone 8 is reached, but also io ■ Xc ;> Te _j_ Tß. _ | _ TR
deren Blindanteile. Dies läßt sich dadurch erreichen, 2 "~their blind shares. This can be achieved by adding 2 "~
daß gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der sein.that according to a further development of the invention be the.
Abstand zwischen Basis- und Kollektorzone, d.h. Da bei Tetroden und auch bei der erfindungsgemäßen also die Breite der Intrinsiczone an der Stelle kleiner Anordnung die emittierende Zone sehr schmal ist gemacht wird als in den übrigen Bereichen der In- 15 und direkt an die Elektrode 1 grenzt, ist es notwenidg, trinsiczone, an der die Emission im wesentlichen die Elektrode 1 nicht zu tief einzulegieren, damit nicht erfolgt. Dies besagt also, daß die Breite der Intrinsic- an der emittierenden Stelle 13 durch die vorstehende zone variieren und im Bereich der bevorzugt emittieren- Halbleiterzone 6 der Elektrode 1 die Feldstärke des den Stelle 13 kleiner sein muß als in den übrigen Kollektorfeldes infolge von Abschirmeffekten verBereichen, wenn die Blindanteile reduziert werden 20 ringert wird. Die Elektrode 1 soll daher, auch bei sollen. Anordnungen ohne hochohmige bzw. intrinsicleitendeDistance between the base and collector zone, i.e. as with tetrodes and also with the one according to the invention so the width of the intrinsic zone at the point of small arrangement, the emitting zone is very narrow is made than in the other areas of the In- 15 and directly adjoins the electrode 1, it is necessary, trinsic zone, at which the emission essentially does not alloy the electrode 1 too deeply, so not he follows. This means that the width of the intrinsic at the emitting point 13 by the above zone vary and in the area of the preferably emitting semiconductor zone 6 of the electrode 1, the field strength of the position 13 must be smaller than in the other collector fields due to shielding effects, if the blind shares are reduced 20 is reduced. The electrode 1 should therefore, also at should. Arrangements without high-resistance or intrinsic conductive
Diese Forderung läßt sich gemäß F i g. 4 einmal Zwischenschicht, nicht tiefer als die halbe Kollektor-According to FIG. 4 one intermediate layer, not deeper than half the collector
dadurch verwirklichen, daß die Basiszone bei sich nicht sperrschichtdicke in den Halbleiterkörper einlegiertrealize that the base zone is not alloyed with a barrier layer thickness in the semiconductor body
ändernder Breite der Kollektorzone im Emissions- werden.changing width of the collector zone in the emission process.
bereich 13 tiefer gelegt wird als in den übrigen Be- 25 Die Defektelektronen erreichen bei einer FeldstärkeArea 13 is set lower than in the other areas. 25 The defect electrons reach one field strength
reichen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die von Em = IO4 V/cm oder größer in Germaniumpass. Another possibility is that of E m = IO 4 V / cm or greater in germanium
Kollektorzone 5 gemäß F i g. 5 nicht gleichmäßig, eine Grenzgeschwindigkeit von ungefähr 5 · 106 cm/sec.Collector zone 5 according to FIG. 5 not uniform, a limit speed of about 5 x 10 6 cm / sec.
sondern verschieden breit auszubilden, und zwar derart, Für ν = vm beträgt bei einer Kollektorlaufzeit daß der Abstand zwischen Basis- und Kollektorzonebut to be of different widths, namely in such a way that for ν = v m with a collector running time that is the distance between the base and collector zone
an den Emissionsstellen 13 geringer ist als in den 30 Xc — Wsc 2 · ΙΟ"11 Sekunden,at the emission points 13 is less than in the 30 Xc - Wsc 2 · ΙΟ " 11 seconds,
übrigen Bereichen. Mit anderen Worten soll also die vm
Intrinsiczone 8 in diesem speziellen Fall an denother areas. In other words, the v m
Intrinsiczone 8 in this special case to the
Emissionsstellen dünner ausgebildet sein als in ihren Bei der Bemessung des Transistors nach der Erübrigen Bereichen. Eine geschlossene ringförmige Aus- findung ist darauf zu achten, daß die Feldstärke in der bildung der Elektrode 2 verhindert bei einer solchen 35 Kollektorsperrschicht größer oder mindestens gleich Anordnung, bei der die Zwischenzone 8 im äußeren dieser Feldstärke Em ist. Es muß also bei noch nicht Bereich dicker ist als im inneren Bereich, die Gefahr einsetzendem Emissionsstrom die Spannung U0 in der eines Oberflächendurchbruches. Kollektorsperrschicht größer als 1 V pro 1 μ Kollektor-Emission sites be made thinner than in their When dimensioning the transistor according to the remaining areas. A closed ring-shaped formation must be ensured that the field strength in the formation of the electrode 2 is prevented in such a collector barrier layer greater than or at least the same arrangement in which the intermediate zone 8 is in the outer of this field strength E m . So if the area is not yet thicker than in the inner area, the risk of emission current starting must be the voltage U 0 in that of a surface breakthrough. Collector barrier layer greater than 1 V per 1 μ collector
Es soll in diesem Zusammenhang darauf hin- sperrschichtdicke sein. Fließt dagegen durch die
. gewiesen werden, daß die soeben beschriebenen 40 Kollektorsperrschicht ein Emissionsstrom, so bildet
Maßnahmen, nämlich Einfügung einer Intrinsiczone sich in der Kollektorsperrschicht eine Raumladung
zwischen Kollektor- und Basiszone und verschieden- aus, die gegeben ist durch das Verhältnis von Stromartige Bemessung der Breite dieser Intrinsiczone sich dichte^ zu Driftgeschwindigkeit. Diese Raumladung
auch auf normale Transistoranordnungen ohne Tetro- erfordert aber eine zusätzliche Kollektorspannung,
deneffekt ebenfalls anwenden lassen und auch bei 45 deren Größe sich aus der Überlegung ergibt, daß einer
diesen Anordnungen eine wesentliche Verbesserung vorgegebenen Raumladungsdichte und Sperrschichtder
Schwinggrenze durch Herabsetzung des Ausgangs- dicke eine bestimmte Spannung zugeordnet ist.
leitwertes ergeben. Zur Erzielung einer hohen Stromdichte Je und damitIn this context it should be the barrier layer thickness. On the other hand, flows through the. If it is shown that the collector barrier layer just described generates an emission current, measures, namely the insertion of an intrinsic zone, form a space charge between the collector and base zone and differently in the collector barrier layer, which is given by the ratio of the current-like dimensioning of the width of this intrinsic zone density ^ to drift speed. This space charge also on normal transistor arrangements without tetro- but requires an additional collector voltage, the effect can also be applied and the size of which results from the consideration that a given space charge density and barrier layer of the oscillation limit by reducing the initial thickness is a significant improvement in these arrangements specific voltage is assigned.
conductance result. To achieve a high current density Je and thus
Die zuletzt beschriebenen Maßnahmen betrafen eines kleinen tjs ist es daher vorteilhaft, die Tran-The last-described measures concerned a small tjs, it is therefore advantageous to
die Vermeidung von HF-Verlusten. Bei Höchst- 50 sistoren bei möglichst hohen Spannungen zu betreiben,the avoidance of HF losses. To operate with a maximum of 50 sistors at the highest possible voltages,
frequenztransistoren ist jedoch auch darauf zu achten, z. B. bei einem Drittel bis zur Hälfte der Durchbruchs-Frequency transistors, however, must also be paid attention to, e.g. B. with a third to half of the breakthrough
daß die Stromverstärkung β in Emitter-Basisschaltung spannung Ub, die bei pnip-Transistoren aus Germaniumthat the current gain β in emitter-base circuit voltage Ub, which in pnip transistors made of germanium
möglichst groß ist., Bezeichnet man mit fx diejenige mit 1 μ Sperrschichtdicke etwa 20 V beträgt. Bei eineris as large as possible., One denotes with f x the one with 1 μ barrier layer thickness is about 20 V. At a
Frequenz, bei welcher die Stromverstärkung β auf den Kollektorspannung von 10 V kann die erfindungs-Frequency at which the current gain β on the collector voltage of 10 V can be the invention
Wert 1 abgefallen ist, so gilt bekanntlich die Beziehung: 55 gemäße Anordnung demnach bei Stromdichten je bis55 arrangement according to at current densities therefore depending by value has fallen 1, as is well known, the relation
zu 8000 A/cm2 betrieben werden, ohne daß eineto 8000 A / cm 2 can be operated without a
Jl71J1- II -|_ τ;? + tr + tb . Verringerung der Driftgeschwindigkeit der Defekt- Jl 71 J 1 - II - | _ τ ;? + tr + tb. Reduction of the drift speed of the defect
2 2 elektronen bzw. raumladungsbegrenzte Emission eintritt. 2 2 electron or space-charge-limited emission occurs.
το ist dabei die Laufzeit der Minoritätsladungsträger 60 Es leuchtet ein, daß derart hohe Stromdichten durch die Kollektorsperrschicht, τ# ihre Laufzeit sich im Hinblick auf die dabei entstehende Wärme durch die Basiszone. Die weiteren Größen τ β und %r nur bei Anordnungen erreichen lassen, bei denen wie stellen die Zeitkonstanten der Parallelschaltung des im Falle der erfindungsgemäßen Anordnung und auch Emissionswiderstandes mit der statischen Emitter- der Tetrode die emittierende Zone sehr schmal ist. kapazität (te) bzw. der Randkapazität (tr) dar. Die 6g Selbst bei steilen pn-Übergängen zwischen Emitter-Randkapazität entsteht an der Grenze zwischen der und Basiszone ist dann τ ε relativ klein im Vergleich Emitterzone 3 und der Halbleiterzone 6 der Elek- zu %c. So wird z. B. bei einer Basisdotierung von trode 1. 1018 Störstellen pro Kubikzentimeter und einem το is the transit time of the minority charge carriers 60. It is evident that such high current densities through the collector barrier layer, τ # their transit time, with regard to the heat generated thereby, is through the base zone. The other variables τ β and % r can only be achieved in arrangements in which the time constants of the parallel connection of the emitting zone in the case of the arrangement according to the invention and also the emission resistance with the static emitter of the tetrode is very narrow. capacitance (te) or the edge capacitance (tr). Even with steep pn junctions between the emitter edge capacitance, τ ε arises at the boundary between the and base zone is then relatively small in comparison with the emitter zone 3 and the semiconductor zone 6 of the elec- to % c. So z. B. with a base doping of trode 1. 10 18 imperfections per cubic centimeter and one
Potentialabfall VBB von 0,1V über dieser Emitter-Basis-Sperrschicht die Sperrschichtdicke etwa 1,4 · 10~6 cm und die spezifische statische Emitterkapazität Cßs = 1 * 10~6 F/cm2 betragen, während die Emitterzeitkonstante te den Wert 3 · 10~12 Sekunden annimmt. Aus diesen Überlegungen geht hervor, daß bei Transistoranordnungen, welche mit so hohen Stromdichten arbeiten, ein flacher Dotierungsverlauf zwischen Emitter- und Basiszone nur wenig Gewinn Der spezifische Flächenwiderstand Rb der Basiszone ist jedoch relativ hoch. Als spezifischen Flächenwiderstand bezeichnet man den Widerstand eines an den Stirnseiten kontaktierten Quadrates der leitenden Basisschicht. Außerdem nehmen die Emitterstromdichten j ε bei hohen Grenzfrequenzen Z1 erhebliche Werte an und bedingen dadurch einen hohen spezifischen kapazitiven Querleitwert zwischen Emitter und Basis. Dies hat zur Folge, daß die zwischenPotential drop V BB cm and the specific static emitter capacitance CSSS = 1 * 10 -6 F / amount of 0.1V on this emitter-base barrier layer, the barrier layer thickness is about 1.4 x 10 -6 cm 2, while the emitter time constant te is 3 · Accepts 10 ~ 12 seconds. From these considerations it can be seen that in transistor arrangements which work with such high current densities, a flat doping curve between the emitter and base zone gives little gain. However, the specific sheet resistance Rb of the base zone is relatively high. The specific sheet resistance is the resistance of a square of the conductive base layer that is contacted at the end faces. In addition, the emitter current densities j ε take on considerable values at high cut-off frequencies Z 1 and thus result in a high specific capacitive transverse conductance between emitter and base. This has the consequence that the between
ein Konzentrationsverlauf, bei welchem an der Sperrschicht zum Emitter eine niedrigere Störstellenkonzentration vorherrscht als in der Mitte der Basisa concentration curve in which a lower concentration of impurities at the barrier layer to the emitter predominates than in the middle of the base
bringt. Ein solcher Dotierungsverlauf wirkt sich sogar 10 Basisschicht und Emitter liegende hochfrequente negativ aus, da bereits bei etwa doppelter Dicke der Wechselspannung mit zunehmendem Abstand vom Sperrschicht zwischen Emitter- und Basiszone bei Basisansschluß stark abnimmt. Als wirksame Emitterdiesen hohen Stromdichten Stauungen von Defekt- breite Bew kann man das 0,7fache desjenigen Abelektronen an beiden Seiten der Sperrschicht auftreten, Standes vom Rand des Emitters bezeichnen, in was eine starke Zunahme der Emitter-Basiskapazität i5 welchem die zwischen Basis und Emitter liegende zur Folge hat. Außerdem ergibt bei gleicher Basisdicke Spannung auf den 2,7ten Teil der Eingangsspannungbrings. Such a doping curve even has a negative effect on the high-frequency base layer and emitter, since even at about twice the thickness the alternating voltage decreases sharply with increasing distance from the barrier layer between the emitter and base zone at the base connection. The effective emitter of these high current densities congestion of defect width Bew can be described as 0.7 times the amount of electrons that occur on both sides of the barrier layer, standing from the edge of the emitter, resulting in a strong increase in the emitter base capacitance i 5 between the base and emitter resulting in lying. In addition, with the same base thickness, voltage results in the 2.7th part of the input voltage
abgefallen ist. Bew ist gleichzeitig die Breite eines Transistors mit RB = 0 — jedoch mit gleichem Xe, tc, tb —, der bei gleicher Stromdichte je und zone, eine wesentliche größere Basislaufzeit als ein 20 gleicher Frequenz/ denselben Betrag der Steilheit Konzentrationsverlauf mit konstanter bzw. vom . und des Eingangswiderstandes aufweist wie ein Emitter zum Kollektor hin abfallender Basisdotierung.has fallen off. Bew is at the same time the width of a transistor with R B = 0 - but with the same Xe, tc, tb - which, with the same current density per and zone, has a significantly longer base delay than a 20 same frequency / same amount of slope concentration curve with constant or from the . and the input resistance, like an emitter, has a base doping that slopes down towards the collector.
Es ist daher ungünstig, bei Halbleiteranordnungen, die zur Verstärkung extrem hoher Frequenzen gedacht sind, die Emitter- und Basiszonen nach dem Doppeldiffusionsverfahren herzustellen, wie dies beispielsweise bei der bekannten Tetrodenanordnung der Fall ist, da sich dabei nämlich immer eine schwach dotierte Übergangszone zwischen Emitter- und Basiszone, etwa von der Breite der Basiszone, ergibt.It is therefore unfavorable in the case of semiconductor arrangements that are intended to amplify extremely high frequencies are to produce the emitter and base zones by the double diffusion process, such as this for example is the case with the known tetrode arrangement, since there is always a weakly doped one Transition zone between emitter and base zone, roughly the width of the base zone, results.
Es ist daher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, den pn-Übergang zwischen Emitter- und Basiszone steil auszubilden. Ein solcher steiler pn-Übergang kann z. B., wie unten näherAccording to a further development of the invention, it is therefore advantageous to cut the pn junction between the emitter and base zone to be steep. Such a steep pn junction can, for. B., as detailed below
ausgeführt wird, durch Diffusion aus einer legierten 3S Emitterzone hergestellt werden, welche in geringer Dichte rascher diffundierende Störstellen des den Leitungstyp der Emitterzone nicht bestimmenden wesentlich breiterer Transistor mit endlichemis carried out, are produced by diffusion from an alloyed 3S emitter zone, which in a low density more rapidly diffusing impurities of the significantly wider transistor with finite
Da bei der /10-Grenzfrequenz der spezifische Querleitwert der statischen und dynamischen Kapazität zwischen Emitter und Basis etwa gleich -^f-ist, erhältSince at the / 10 limit frequency the specific transverse conductance of the static and dynamic capacitance between the emitter and the base is approximately equal to - ^ f - is obtained
U rpU rp
man nach den bekannten Formeln für eine homogene elektrische Leitung bei der Frequenz / die Beziehungone according to the known formulas for a homogeneous electrical conduction at the frequency / the relationship
wobeiwhereby
Be wo =Be wo =
Leitungstyps enthält, z. B. bei einem Germanium-Halbleiterkörper durch Zusatz von Sb im Galliumdotierten Emitter. Bei diesem Alloy-diffused-Verfahren können sich unter Umständen die den Leitungstyp der Basiszone bestimmenden Störstellen direkt an der Emittergrenze sehr stark anreichern, so daß extrem hohe statische Emitter-Basis-Kapazitäten auftreten.Line type contains, z. B. in a germanium semiconductor body by adding Sb in the gallium doped Emitter. With this alloy-diffused process, the line type may under certain circumstances the base zone-determining impurities directly at the emitter boundary accumulate very strongly, so that extremely high static emitter-base capacitances occur.
Dieser Effekt kann jedoch verhindert werden, wenn man die Emitterzone nicht höher als die Entartungsdichte bei Zimmertemperatur T2 (bei Ge etwa 1019 Störstellen pro Kubikzentimeter) dotiert und wenn die ist und /10 diejenige Frequenz, bei der die Stromverstärkung ohne Berücksichtigung des Randzoneneinfiusses auf den Wert eins abgefallen ist.However, this effect can be prevented if the emitter zone is not doped higher than the degeneracy density at room temperature T 2 (at Ge about 10 19 defects per cubic centimeter) and if this is and / 10 that frequency at which the current gain occurs without taking into account the edge zone influence the value one has dropped.
Die Grenzfrequenz ohne Randzone (tr -> 0) ist für die als Zahlenbeispiel verwendete Anordnung gleich 9,5 · 109 Hz. Bei dieser Grenzfrequenz wird die wirksame Emitterbreite Bew gleich 0,61 μ und bei / = 3000 MHz etwa 1,1 μ.The cut-off frequency without edge zone (tr -> 0) is for the arrangement used as a numerical example equal to 9.5 · 10 9 Hz. At this cut-off frequency, the effective emitter width Bew is equal to 0.61 μ and at / = 3000 MHz about 1.1 μ .
Die Grenzfrequenz fßw wird nun durch die Kapazität der Randsperrschicht zwischen Emitterzone 3 und der Halbleiterzone 6 der Elektrode 1 stark herabgesetzt. Nimmt man für die Emitterzone 3 eine . Dicke Wr von 1 μ und für die Randzone eine maximaleThe cutoff frequency f ßw is now greatly reduced by the capacitance of the edge barrier layer between the emitter zone 3 and the semiconductor zone 6 of the electrode 1. If you take one for the emitter zone 3. Thickness Wr of 1 μ and a maximum for the edge zone
maximale Basisdotierung NBm gleich oder kleiner 5° Dotierung ΛΓΛ = 4ΝΒ = 4-10*8 Störstellen pro Kubik- T Zentimeter an, wenn Nb die Basisdotierung darstellt,maximum basic doping N Bm equal to or less than 5 ° doping ΛΓ Λ = 4Ν Β = 4-10 * 8 imperfections per cubic T centimeter, if Nb represents the basic doping,
ist als das -=r- -fache der Eigenleitungsdichte m beiis than - = r- times the intrinsic conduction density m at
1D 1 D
derjenigen Temperatur Td, bei welcher die Basiszone durch Diffusion hergestellt wird. Tz und Td sind dabei in Kelvingraden gemessen. Anschließend soll möglichst rasch abgekühlt werden. Bei einer Temperatur Td von 9730K gleich 7000C ist bei Germanium die Eigenleitungsdichte m ungefähr gleich 3,4 · 1018 Störstellen pro Kubikzentimeter, so daß eine maximale so ist tr näherungsweise gleichthat temperature Td at which the base zone is produced by diffusion. Tz and Td are measured in Kelving degrees. It should then be cooled down as quickly as possible. At a temperature Td of 973 ° K equal to 700 ° C., the intrinsic conduction density m of germanium is approximately equal to 3.4 · 10 18 imperfections per cubic centimeter, so that a maximum so is approximately equal to tr
WrWr
BewAssessment
Die Grenzfrequenz fßl einschließlich der Randzone ist also für das angegebene Rechenbeispiel wesentlich geringer als fßm, nämlich gleich. 6000MHz. Es istThe limit frequency f ßl including the edge zone is therefore significantly lower than f ßm for the given calculation example, namely the same. 6000MHz. It is
Basisdotierung von etwa 1 · 18 Störstellen pro Kubik- 6o daher vorteilhaft, die Randkapazität dadurch zuBasic doping of about 1 * 18 defects per cubic 6o is therefore advantageous to increase the edge capacitance
Zentimeter möglich ist.Centimeter is possible.
Setzt man als Beispiel für den Basisschichtverlauf ein näherungsweise linear abfallendes Profil mit 1018 Störstellen pro Kubikzentimeter Maximaldotierung und eine Basisschichtdicke wb von 1,5 · 10~e cm an, so errechnet sich daraus nach bekannten Beziehungen eine Basislaufzeit tb gleich 3,8 · 1O-12 Sekunden. Assuming an approximately linearly sloping profile with 10 18 imperfections per cubic centimeter of maximum doping and a base layer thickness wb of 1.5 x 10 ~ e cm as an example for the course of the base layer, this results in a base transit time tb equal to 3.8 x 10 based on known relationships -12 seconds.
verringern, daß die Emitterzone dünn ausgebildet wird, so daß die Grenzfläche zwischen der ersten Elektrode und der Emitterzone gleich oder kleiner als die emittierende Fläche ist.reduce that the emitter region is made thin, so that the interface between the first electrode and the emitter region is equal to or smaller than the emitting area.
Weiterhin ist es günstig zwischen der Halbleiterzone 6 der Elektrode 1 und der Emitterzone 3 einen allmählich verlaufenden pn-Übergang herzustellen. Dies geschieht am besten dadurch, daß man dieFurthermore, it is favorable between the semiconductor zone 6 of the electrode 1 and the emitter zone 3 to establish a gradual pn junction. The best way to do this is to use the
9 109 10
Emitterzone 3 nur etwa drei- bis zehnmal so hoch das Grundmaterial und bilden eine η-leitende Basisdotiert wie die Basiszone 4 und die Zone 6 mindestens zone,
doppelt so hoch wie die Emitterzone. Die Metallschicht wird nun in einer geeignetenEmitter zone 3 only about three to ten times as high as the base material and form an η-conductive base doped as the base zone 4 and zone 6 at least zone,
twice as high as the emitter zone. The metal layer is now in a suitable
Stellt man nun die endgültige Dicke Wb der Basis- Säure abgelöst und in Scheibschen von etwa 1 · 1 · zone 4 erst nach erfolgter Legierung der Elektroden 1 5 0,5 mm Größe aufgeteilt. Anschließend legiert man und 2 durch kurzzeitiges Tempern bei einer Tempe- auf übliche Weise zwei Legierungspillen von etwa ratur her, welche nur wenig unterhalb der maximalen 80 μ Durchmesser z. B. aus einer In-Sb-Ag-Legierung Legierungstemperatur liegt, so diffundieren die leicht im Abstand von etwa 130 μ auf und tempert anbeweglichen Donatoren der Halbleiterzone 6 in die schließend bei etwas tieferer Temperatur nach. Nach Emitterzone 3 und ergeben einen flach verlaufenden io kurzem Ätzen deckt man nach dem Photoresistpn-Übergang. verfahren entlang der Verbindungslinie zwischen denIf one now sets the final thickness Wb of the base acid, detached and divided into slices of about 1 · 1 · zone 4 only after the electrodes 1 5 0.5 mm in size have been alloyed. Then alloy and 2 by brief annealing at a temperature in the usual way two alloy pills of about ratur her, which is only slightly below the maximum 80 μ diameter z. B. from an In-Sb-Ag alloy alloy temperature, the slightly diffuse at a distance of about 130 μ on and annealed donors of the semiconductor zone 6 in the closing afterwards at a slightly lower temperature. After the emitter zone 3 and result in a flat, short etching, it is covered after the photoresist pn junction. move along the connecting line between the
Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die beiden Legierungspillen einen etwa 70 μ breiten
vorstehenden Beziehungen für einen Transistor mit Streifen ab und lührt eine Mesaätzung durch. Nach
sehr breiter emittierender Fläche abgeleitet sind. Ablösen des Photoresistüberzuges kann das Halbleiter-Emittiert
nur ein schmaler Streifen des Emitters, wie 15 plättchen auf einen Transistorfuß aufgelötet und mit
bei der erfindungsgemäßen Anordnung, so wird die zwei Silberbändchen kontaktiert werden.
Stromverstärkung kleiner. Für Transistoren nach F i g. 2 dampft man nachIt should be noted, however, that the two alloy pills derive an approximately 70μ wide foregoing relationship for a transistor with stripes and perform a mesa etch. Are derived from a very broad emitting surface. If the photoresist coating is detached, the semiconductor emits can only be a narrow strip of the emitter, such as 15 small plates soldered onto a transistor base and with the arrangement according to the invention, the two silver ribbons will be contacted.
Current gain smaller. For transistors according to FIG. 2 is re-steamed
Bezeichnet man mit Bee den Abstand von der Ablösen des Photoresistüberzuges z. B. Zink auf die Halbleiterzone 6 der Elektrode 1, in welchem die Oberfläche des Transistorelementes auf. Darauf deckt Emission der Emitterzone 3 auf den 2,7ten Teil 20 man wieder mittels Photoresistverfahrens diejenigen abgefallen ist, so wird im ungünstigsten Fall, nämlich Stellen der Emitteroberfläche ab, welche einen Metandann, wenn die Grenzfrequenz nur von der statischen überzug erhalten sollen. An den nicht abgedeckten Emitter- bzw. Randkapazität bestimmt wird Stellen wird das Zink durch kurzzeitiges Ätzen inIf one designates with bee the distance from the detachment of the photoresist coating z. B. zinc on the semiconductor zone 6 of the electrode 1, in which the surface of the transistor element. Then the emission of the emitter zone 3 covers the 2.7th part 20 if the photoresist process is used to cover those that have fallen off, so in the worst case, namely places on the emitter surface, which are a metal if the cut-off frequency should only be obtained from the static coating. At the uncovered emitter or edge capacitance, the zinc is determined by brief etching in
verdünnter Salpetersäure entfernt und das Halbleiter-diluted nitric acid removed and the semiconductor
. Jc_ . \ 25 bauelement wie oben gesockelt und aufgebaut.. Jc_ . \ 25 component with base and assembly as above.
, XR ■ ~Y + TBj' Um auch mit kugelförmigen Legierungspillen, XR ■ ~ Y + TB j 'Um also with spherical alloy pills
koaxiale Anordnungen ähnlich denen der F i g. 5coaxial arrangements similar to those of FIG. 5
in vektorieller Schreibweise das Verhältnis: JfJf^ r^?™?' emfciUt h V^' ^ ^in vector notation the ratio: JfJf ^ r ^? ™? ' em f ciUt h V ^ ' ^ ^
Halbleiterplattchen drei oder mehr Transistoren nachSemiconductor chips after three or more transistors
β ι Bew\ 3° °bisem Verfahren herzustellen und diese dabei stern- Rat β ι \ produce 3 ° ° to em method and thereby star-
— gleich 1 / 11 + yj 1, förmig anzuordnen. Eine solche Bauweise ermöglicht- Equal to 1/11 + yj 1, to be arranged in the form. Such a construction enables
Po \ Bee J eSj sämtliche Außenelektroden dieser Transistoren Po \ Bee J eSj all external electrodes of these transistors
mit einer durchlochten Metallscheibe wie die Elek-with a perforated metal disc like the elec-
wenn β die Stromverstärkung der Tetrode, ß0 die trode2 in Fig. 5 zu kontaktieren und alle Innen-Stromverstärkung eines Transistors mit relativ breiter 35 elektroden gemeinsam durch einen zylinder- oder Emissionszone und j den imaginären Einheitsvektor kegelförmigen Innenleiter zu kontaktieren, ähnlich darstellen. Für BEe = BEw wird β gleich 0,54 · ß0. wie bei der Elektrode 1 in F i g. 5. Man kann auch die Für Großsignalverstärkung und Schwingungser- Transistoren so anordnen, daß statt mehrerer Innenzeugung ist es vorteilhaft, Bee kleiner oder gleich BEw elektroden nur eine Innenelektrode verwendet wird, zu machen, da dann der gesamte Emitterstrom 40. welche allen Transistoranordnungen gemeinsam ist. gesteuert werden kann. Ist für eine Verstärkung Bei der mesaartigen pnip-Anordnung gemäß F i g. 3if β is the current gain of the tetrode, β 0 to contact the trode2 in Fig. 5 and all internal current gain of a transistor with relatively wide 35 electrodes together through a cylindrical or emission zone and j to contact the imaginary unit vector conical inner conductor, similarly represent. For B E e = B E w , β equals 0.54 · ß 0 . w i e g in F i, in the electrode. 1 5. You can also arrange the large-signal amplification and Schwingungser- transistors so that instead of several internal production, it is advantageous to use only one internal electrode, Bee smaller than or equal to B E w electrodes, since then the entire emitter current 40. which all transistor arrangements is common. can be controlled. Is for a reinforcement In the mesa-like pnip arrangement according to FIG. 3
kleiner Signale ein hohes β erwünscht, so kann Bee sind Halbleiterscheiben herzustellen, welche im Innern
vorteilhaft bis etwa 3 BEw vergrößert werden. Bei sehr stark p-dotiert sind undeine gleichmäßig dünne,
einer streifenförmigen Transistoranordnung nach den je nach Transistortyp et,wa 1 bis 10 μ starke, schwach
Fig. Ibis 4 mit konstantem Basisflächenwiderstand Rb 45 η-dotierte Oberflächenschicht besitzen,
ist Solche Scheiben erhält man am einfachsten, wennsmall signals desired a high β, it can be produced Bee semiconductor wafers, which are advantageous in the interior to about 3 B E w enlarged. In case of very heavily doped p-are own and a uniformly thin, a strip-shaped transistor arrangement in accordance with the j e according transistor type et, wa 1 to 10 μ strong, weak Fig. Ibis 4 with a constant base sheet resistance Rb 45 η-doped surface layer,
is The easiest way to get such disks is when
β = η ftg man auf dickere Scheiben von der gewünschten β = η ftg one on thicker slices of the desired
EE ~ T Ve β ' ■ schwachen η-Dotierung der Oberflächenschicht nach EE ~ T Ve β '■ weak η-doping of the surface layer
den bei Leistungsgleichrichtern angewendeten Ver-the conditions used for power rectifiers
Dabei ist Be die Breite der Emitterzone 3 zwischen 50 fahren eine nahezu über die ganze Scheibe reichende
den Elektroden 1 und 2, Ut gleich 25 mV und Ueb großflächige Elektrode (z. B. mit In) einlegiert,
die Betriebsspannung zwischen Emitter und Basis, die Die Legier- und Abkühlbedingungen sind dabei so Be is the width of the emitter zone 3 between 50 and an electrode 1 and 2 extending almost over the entire pane, Ut equals 25 mV and Ueb is alloyed with a large-area electrode (e.g. with In),
the operating voltage between emitter and base, the alloying and cooling conditions are like this
für Anordnungen aus Germanium etwa 0,5 V beträgt. zu wählen, daß die Legierungsfront gegen das Grund-Somit wird bei einer linearen Anordnung Bee ungefähr material möglichst eben und der einkristallin und gleich ^f. Je nach den gewünschten Betriebsbedin-55h.oinogen abgeschiedene Teil der rekristallisiertenfor arrangements made of germanium is about 0.5 V. to choose that the alloy front is against the base-Thus in a linear arrangement Bee is approximately material as flat as possible and the single crystal and equal to ^ f. Depending on the desired operating conditions, 55h . oinogenically deposited part of the recrystallized
20 ° Germaniumschicht möglichst dick ist. Außerdem soll20 ° germanium layer is as thick as possible. Also should
gungen ist also für die erfindungsgemäße Anordnung die Legierungsfront nahe unter der gegenüberliegendenThus, for the arrangement according to the invention, the alloy front is close to the opposite one
eine Emitterbreite von 10 bis 100 μ günstig. Scheibenoberfläche liegen.an emitter width of 10 to 100 μ is favorable. Disk surface.
Zum Herstellen eines Transistors nach F i g. 1 geht Am Rand der Scheibe wird ein n-dotierenderTo produce a transistor according to FIG. 1 goes at the edge of the disc becomes an n-doping
man z. B. von p-dotierten Halbleiterscheiben mit 60 Hilfskontakt (Basis) einlegiert und ebenso wie dieone z. B. of p-doped semiconductor wafers with 60 auxiliary contacts (base) and just like the
etwa 0,3 bis 1Ω · cm spezifischem Widerstand aus. In-Elektrode mit Zuleitungsdrähten versehen und mitabout 0.3 to 1Ω · cm in resistivity. In-electrode provided with lead wires and with
Man dampft zunächst in Hochvakuum ein p-dotieren- einem geeigneten Isolierlack abgedeckt. Die nichtFirst, a p-doping is covered with a suitable insulating varnish in a high vacuum. They don't
des Metall, beispielsweise In mit etwas Ga, unter abgedeckte Vorderseite der so vorbereiteten Scheibeof the metal, for example In with a little Ga, under the covered front side of the prepared disc
Zusatz eines kleinen Prozentsatzes η-dotierenden wird nach einem selbstbegrenzenden elektrolytischenAddition of a small percentage η-doping is after a self-limiting electrolytic
Materials (As oder Sb) in dünner Schicht auf die 65 Ätzverfahren geätzt. Während des Ätzens hegt dabeiMaterials (As or Sb) etched in a thin layer on the 65 etching process. During the etching process, it cherishes
Halbleiterscheibe auf und stellt die Emitterzone durch zwischen Rückseitenelektrode und Hilfskontakt eineSemiconductor wafer and provides the emitter zone through between the rear electrode and the auxiliary contact
Legieren her. Beim Nachtempern diffundieren die negative Spannung, so daß sich am RückseitenkontaktAlloy here. During post-annealing, the negative voltage diffuses, so that the contact on the back
beweglichen n-Störstellen über die Legierungszone in eine Sperrschicht ausbildet, deren Dicke von dermobile n-type impurities across the alloy zone in a barrier layer, the thickness of which depends on the
Dotierung des η-Materials und der Spannung am Rückseitenkontakt abhängt. Zwischen Elektrolyt und Hilfskontakt wird eine Spannung angelegt, welche ebenfalls negativ, jedoch dem Betrag nach kleiner als die zwischen Rückseitenelektrode und Hilfskontakt liegende Spannung sein muß.Doping of the η material and the voltage at the back contact depends. Between electrolyte and A voltage is applied to the auxiliary contact, which is also negative, but the amount is less than must be the voltage between the rear electrode and the auxiliary contact.
Auf die zu ätzende Scheibe wird mit einer starken Lichtquelle ein etwa 100 μ breiter, über die ganze Scheibe gehender Lichtstreifen durch den Elektrolyt hindurchprojiziert, welcher langsam, senkrecht zu seiner Längsausdehnung, über die Scheibe bewegt wird.With a strong light source, the pane to be etched becomes about 100 μ wider across the whole Slice of light streak projected through the electrolyte, which slowly, perpendicular to its longitudinal extent, is moved over the disc.
An den beleuchteten Stellen wird das Germanium rasch abgeätzt. Das Ätzen hört jedoch von selbst auf, wenn an einer Stelle die ' Rückseitensperrschicht, genauer die Sperrschicht, welche der Spannungsdifferenz Rückseitenelektrodeelektrolyt entspricht, erreicht ist.The germanium is quickly etched off in the illuminated areas. However, the etching stops by itself, if at one point the 'backside barrier layer, more precisely the barrier layer, which is the voltage difference Back side electrode electrolyte is reached.
Man kann also auf diese Weise hoch p-dotierte Scheiben herstellen, welche auf der Oberfläche eine schwach η-dotierte dünne Schicht genau vorgebbarer Dicke besitzen. Nach Ablösen der Abdeckung und der Metallschicht auf der Rückseite können diese Scheiben, wie bereits angegeben, mit einer Emitter- und Basisschicht versehen werden.In this way, you can produce highly p-doped disks which have a have weakly η-doped thin layer of precisely predeterminable thickness. After removing the cover and the metal layer on the back, these disks can, as already stated, with an emitter and base layer.
Bei Halbleiteranordnungen nach F i g. 4 muß die Intrinsiczone 8 an den nicht emittierenden Stellen dicker sein als an den emittierenden Stellen. Dies kann man nach obigem Verfahren leicht dadurch erreichen, daß man zuerst die der geringeren Schichtdicke entsprechende Vorspannung einstellt und nur diejenigen Stellen der Halbleiterscheibe belichtet, an denen später die Schichtdicke der Intrinsiczone geringer sein soll als an den übrigen Stellen. Anschließend erhöht man die Vorspannung und ätzt auf die beschriebene Weise streifenweise die restliche Oberfläche bis zur gewünschten Schichtdicke der Intrinsiczone ab.In the case of semiconductor arrangements according to FIG. 4 must be the intrinsic zone 8 at the non-emitting points be thicker than at the emitting points. This can easily be achieved according to the above procedure by that you first set the bias voltage corresponding to the lower layer thickness and only those Points of the semiconductor wafer exposed at which later the layer thickness of the intrinsic zone will be less should than in the other places. Then you increase the bias and etch on the described Strip off the remaining surface in strips up to the desired layer thickness of the intrinsic zone.
Den in F i g. 5 gezeigten Schichten verlauf kann man beispielsweise nach folgendem Verfahren erreichen. Zunächst legiert man in eine Scheibe aus schwach η-dotiertem Halbleitermaterial an denjenigen Stellen, die später eine dünnere hochohmige Zone 8 ergeben sollen, etwa 10 bis 15,μ tief p-dotierende Elektroden ein. Dann wird auf diese Oberfläche eine dünne Schicht p-dotierender Substanz, beispielsweise In, aufgebracht, und zwar derart, daß sie die gesamte Oberfläche bedeckt. Auf diese Schicht wird eine zweite Halbleiterscheibe gedrückt und dieses Gebilde auf Legierungstemperatur derart erhitzt, daß die zweite Halbleiterscheibe eine höhere Temperatur annimmt als die Ausgangsscheibe. Dadurch erhält man einen Halbleiterkörper mit einer stark p-dotierten und einer η-dotierten Hälfte. Anschließend wird die n-dotierte Oberfläche nach dem beschriebenen Verfahren so weit abgetragen, daß die vorher einlegierten Stellen gerade als Erhebungen sichtbar werden. Ist dies der Fall, so wird der Ätzvorgang beendet.The in F i g. 5 layers shown achieve for example the following procedure. First you alloy in a disc of weak η-doped semiconductor material at those points which later result in a thinner high-resistance zone 8 should, about 10 to 15, μ deep p-doping electrodes. Then a thin one is applied to this surface Layer of p-doping substance, for example In, applied, in such a way that they the entire Surface covered. A second semiconductor wafer is pressed onto this layer and this structure is applied Alloy temperature heated in such a way that the second semiconductor wafer assumes a higher temperature than the output slice. This gives a semiconductor body with a heavily p-doped and a η-doped half. Subsequently, the n-doped surface becomes so wide according to the method described removed so that the previously inlaid places are just visible as elevations. If so, so the etching process is ended.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann natürlich auch nach dem Doppeldiffusionsverfahren oder auf andere Weise hergestellt werden. Die gestrichelte Linie 15 deutet jeweils die Grenze der Emitterzone 3 vor dem Einlegieren der beiden Elektroden 1 und 2 an. Insbesondere kann man beim Doppeldiffusionsverfahren die Basisanschlüsse 6 und 7 dadurch herstellen, daß man vor der Emitterdiffusion diese Stellen z. B. mit einer Quarzschicht abdeckt. Bringt man nach Ablösen der Quarzschicht die Scheiben anschließend in eine geeignete Metallsalzlösung, wie sie z. B. zum Sichtbarmachen von pn-Übergängen häufig benutzt wird, so kann man auf den Zonen 6 und 7 die Metallkontakte 1 und 2 abscheiden.The arrangement according to the invention can of course also be based on the double diffusion method or on other way to be made. The dashed line 15 indicates the boundary of the emitter zone 3 in each case before alloying the two electrodes 1 and 2. In particular, one can use the double diffusion method the base connections 6 and 7 produce by making these points before the emitter diffusion z. B. covers with a quartz layer. After removing the quartz layer, you bring the disks afterwards in a suitable metal salt solution, as z. B. often used to make pn junctions visible metal contacts 1 and 2 can be deposited on zones 6 and 7.
Die ringförmige Anordnung gemäß F i g. 5 kann durch Aufdampfen der Legierungsmaterialien unter Verwenden geeigneter Blenden oder durch galvanische Abscheidung nach Abdecken der übrigen Halbleiteroberfläche mit Photoresist hergestellt werden.The annular arrangement according to FIG. 5 can by vapor deposition of the alloy materials using suitable screens or by galvanic Deposition can be produced after covering the remaining semiconductor surface with photoresist.
Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 umgibt die Elektrode 2 die Elektrode 1. Es ist aber auch eine Ausführungsform möglich, bei der die Elektrode 1 die Elektorde 2 insbesondere ringförmig, umgibt. Versuche haben ergeben, daß solche Anordnungen, bei denen eine Elektrode die andere vollkommen umschließt, das Verwenden besonders dünner Basisschichten 4 ermöglichen. Dies hat seinen Grund darin, daß die dünne Basiszone 4 bei diesen Anordnungen nirgends an die Oberfläche tritt und daher kein Oberflächendurchbruch über die dünne Basisschicht möglich ist. ,In the embodiment according to FIG. 5, the electrode 2 surrounds the electrode 1. But it is also one Embodiment possible in which the electrode 1 surrounds the electrode cords 2, in particular in an annular manner. Experiments have shown that such arrangements, in which one electrode the other perfectly encloses, enable the use of particularly thin base layers 4. This is because that the thin base zone 4 does not appear anywhere on the surface in these arrangements and therefore none Surface breakthrough through the thin base layer is possible. ,
Claims (36)
35. A method for producing a junction transistor according to claim 34, characterized in that in order to achieve a high-resistance layer with thinner areas by electrolytic etching, first the bias voltage corresponding to the thinner areas is set and only these thinner areas are strongly exposed and that the bias voltage is then increased and the remaining surface is etched down to the desired layer thickness. "
Priority Applications (2)
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Citations (4)
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| BE553173A (en) * | 1954-05-10 | |||
| US2657360A (en) * | 1952-08-15 | 1953-10-27 | Bell Telephone Labor Inc | Four-electrode transistor modulator |
| CH335368A (en) * | 1957-12-28 | 1958-12-31 | Suisse Horlogerie | Transistor |
| US2924760A (en) * | 1957-11-30 | 1960-02-09 | Siemens Ag | Power transistors |
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0
- NL NL254591D patent/NL254591A/xx unknown
-
1960
- 1960-08-12 DE DE1960T0018836 patent/DE1214791C2/en not_active Expired
Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE1214791B (en) | 1966-04-21 |
| NL254591A (en) |
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