DE1811492A1 - Feldeffekttransistor - Google Patents

Feldeffekttransistor

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DE1811492A1
DE1811492A1 DE19681811492 DE1811492A DE1811492A1 DE 1811492 A1 DE1811492 A1 DE 1811492A1 DE 19681811492 DE19681811492 DE 19681811492 DE 1811492 A DE1811492 A DE 1811492A DE 1811492 A1 DE1811492 A1 DE 1811492A1
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Description

-«"- 181U92
North America*Rockwell Corp., El Segundo, Cal./USA
I^ldeffekttransistor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf einen Feldeffekttransistor mit einem N-lei tandem Strompfad und insbesondere auf einen verbesserten Feldeffekttransistor mit N-leitendem Strompfad, der einen Halbleiterkörper aus Metalloxyd mit einem diffundierten P-Bereich aufweist, der die N-leitende Quelle vom Strompfad trennt«
Auf dem (iebiet der Mikroelektronik findet der Feldeffekttransistor mehr und mehr Anwendung, da sich solche Transistoren vorzugsweise für integrierte Schaltkreise hoher Dichte eignen. In solchen Feldeffekttransistoren ist die Leitfähigkeit von der Quelle zur Senke von einem Strompfad abhängig, der von einem Steuerpotential elektrostatisch beeinflußt wird· Ein Feldeffekttransistor mit N-leitendem Strompfad verwendet für die Quelle und die Senke N-leitendes Material. Die Leitung wird hauptsächlich durch Majoritätsträger in Form freier Elektronen bewirkt. In einem Feldeffekttransistor mit P-leitendem Strompfad wird der Strom von der Quelle zur Senke im wesentlichen durch Idajoritätsträger in Form von Defektelektronen bewirkt.
Bei bekannten Silizium-Feldeffekttransistoren mit N-leitendem Strompfad wird zur Isolation des Strompfades von der Steuerelektrode SiOp benutzt. In solch einem transistor, bei dem das Oxyd thermisch in einer Op- oder HpO Atmosphäre aufwächst, tritt an der ^renζschicht zwischen dem im Silizium verlaufenden Strompfad und der aus Siliziumdioxyd bestehenden Isolierschicht eine Veränderung der Grenzschicht auf. Während eine Erklärung für diese Tatsache bis jetzt noch nicht gefunden wurde, wurde festgestellt, daß an der Grenzschicht zwischen SiOp/Si oder im SiOp eine Anhäufung von positiven Ladungsträgern auftritt.
In P-Feldeffekttransistoren ist eine solche positive Ladung an der Grenzfläche nicht schädlich. Da bei einem P-FeIdeffekttransistor die Leitung von Defektelektronen bewirkt wird, verhindert der positive Oberflächenzustand einen Strom zwischen
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Quelle und Senke, "bevor eine negative Steuerspannung angelegt wird· Darüber hinaus muß diese negative Steuerspannung auf einen Wert gesteigert werden, die die positive liaumladung im Grenzschichtbereich kompensiert, bevor ein aus Deläctelektronen bestehender Strom von der Quelle zur Senke zu fließen beginnt«
Schwieriger wird dieses Problem bei einem N-^eIdeffekttransistoro Bei einem solchen N-leldeffekttransistor enthält die Quelle und die Senke Bereiche hoher Donatorkonzentration; üie Leitung wird durch Elektronen bewirkt« Wegen der positiven Baumladung an der Grenzschicht Strompfad/Isolationsschicht fließt schon ein Strom L03 zwischen Quelle und Senke, wenn keine externe Steuerspannung angelegt ist. Natürlich wächst dieser Strom an, wenn eine positive Steuerspannung angelegt wird« Da jedoch dieser Strom auch bei der Steuerspannung Hull fließt, wird die Verwendbarkeit bekannter N-feldeffekttransistoren eingeschränkt. Dies trifft besonders für digitale Zwecke zu, bei denen erwünscht ist, daß bei der Steuerspannung Mull auch der Strom Null ist.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurden typische N-J?eldeffekttransistoren aus einem Halbleiterkörper mit starker ^-Dotierung hergestellt. Bei ausreichend hoher Akaeptorkonzentration reicht im allgemeinen die ladungsdichte im Strompfad aus, um die positive ßaumladung in der Grenzschicht zu kompensiert* , Obgleich ein solcher Feldeffekttransistor ohne Anwendung einer positiven Steuerspannung sperrt, verschlechtert die hohe Akzeptordictite andere Eigenschaften des Transistors0 Insbesondere weisen solche bekannten N-l'eldeffekttransistoren niedrige Durchbruchsspannungen v(Bß)])sg und hohe Kapazitätswerte in der Gegend der Senke auf, wodurch die maximale Arbeitsfrequenz des Transistors herabgesetzt wird» Diese, den N-FeIdeffekttransistoren anhaftenden Eigenschaften machen es schwierig, komplementäre H- und P-Feldeffekttransistoren mit gleicher Durchbruchsspannung, Kapazität der Senke und Arbeitsgeschwindigkeit herzustellen»
Diese und andere Nachteile der bekannten N-J?eldeffekttransistoren werden durch die Erfindung vermieden, indem ein schmaler P+ - Bereich die N-Quelle vom Strompfad isoliert. Der Feldeffekttransistor gemäß der Erfindung läßt ohne Steuerspannung keinen Strom von der Quelle zur Senke fließen und hat eine
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höhere Durchbruchsspannung und eine kleinere Kapazität der Senke als die bekannten H - Feldeffekttransistoren, Die Erfindung läßt sich daher vorteilhaft für digitale Zwecke verwenden und läßt sich für höhere Arbeitsfrequenzen einsetzen·
Gemäß der Erfindung weist der Feldeffekttransistor einen Halbleiterkörper mit niedriger Akzeptorkonzentration auf» In diesen Halbleiterkörper ist eine Quelle und eine Senke mit N-Leitfähigkeit eindiffundiert, die zwischen sich einen Strompfad bilden. Ein P+ — Bereich mit hoher Akzeptorkonzentration isoliert die Quelle vom Strompfad; der P+ - Bereich nimmt die ganze Breite des Strompfades, jedoch nur einen Bruchteil seiner länge ein.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren näer erläutert* Es zeigen:
Fig.1 einen stark vergößerten Querschnitt durch einen Feldeffekttransistor· Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Transistor aus massivem Halbleitermaterial gefertigt;
Fig·2 ein Diagramm mit der Abhängigkeit der Schwellspannung Υ«- und der Durchbruchsspannung v(3^)533 vom s*roin 1^g!
Fig.3 ein Diagramm mit der Abhängigkeit zwischen der Spannung V«« und dem Strom L03 für verschiedene Werte der Steuerspannung Y^3J
Fig.4 ein Diagramm, das den Unterschied zwischen den Durchbruchsspannungen zwischen einem Feldeffekttransistor bekannter Art und einem Feldeffekttransistor gemäß der Erfindung verdeutlicht;
Fig.5 einen vergrößerten teilweisen Querschnitt duroh ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das auf einer dünnen Schicht Halbleitermaterial aufgebaut ist, die ihrerseits auf einer elektrisch isolierenden Schicht angeordnet ist;
Fig.6 eine Kurvenschar für das Ausführungsbeispiel nach Fig.5 für die Abhängigkeit zwischen dem Strom Ι~3 und der Spannung Y-g mit der Steuerspannung V&3 als Parameter;
Fig.7 den Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Länge des Strompfades diffusionsgesteuert ist. Dieses Ausführungsbeispiel besteht auca aus einer dünnen
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Halbleitersehieht, die auf einer Schicht Isoliermaterial angeordnet ist;
Pig.8 die Abhängigkeit für das Ausführungsbeispiel nach lig.7 zwischen Strom 1^« und Spannung V^g mit der Steuerspannung Vgg als Parameter;
Fig.9 eine stark vergrößerte Aufsicht auf einen N-IeIdeffekttransistor mit vier Anschlüssen; und
Fig.io ein Diagramm mit der Abhängigkeit,zwischen dem Strom Ι™ und der Spannung V™ für das Ausführungsbeispiel nach
In "J?ig.1 ist der Transistor gemäß der Erfindung mit 1o bezeichnet. Er besteht im wesentlichen aus einem Halbleiterkörper 12 mit vorzugsweise geringer Akzeptorkonzentration in
*1 A Λ C*
der Größenordnung von 1o bis 1o Yerunreinigungsatomen pro cm5. Auf der Überfläche H des Halbleiterkörpers 12 ist eine dünne Schicht 16 aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht. Vorzugsweise besteht die Schicht 16 aus einem Oxyd des iialbleitermaterials, aus dem der Körper 12 besteht. Ist dieser halbleiterkörper z.B. aus Silieium, so enthält die Schicht 16 SiO2· Der Halbleiterkörper 12 enthält eine Quelle 18 und eine Senke 2o mit N-Leitung. Vorzugsweise weist die Quelle 18 und
die Senke 2o eine Verunreinigung in der Größenordnung von 1o
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Atomen pro cm auf.
Die Quelle 18 weist eine Elektrode 22 und die üenke 2o eine Elektrode 24 auf. Der Bereich im Halbleiterkörper 12 zwischen Quelle 18 und Senke 2o bildet einen Strompfad 26· Oberhalb des Strompfades 26 hat die Isolierschicht 16 einen Teil 16·, der die Steuerelektrode 28 vom Strompfad 26 elektrisch isoliert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein P+ - Bereich 3o vorgesehen, der die Quelle 18 vollständig umgibt und diese vom Strompfad 26 isoliert.
Es ist zu bemerken, daß sich der P+ - Bereich J>o über einen Bruchteil der Länge des Strompfades 26 und über seine ganze Breite erstreckt. Der Bereich 3o hat vorzugsweise eine Akzep-
18 torverunreinigung in der Größenordnung von 5·1ο Atomen pro
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Wie oben erwähnt, haben die bekannten Feldeffekttransistoren die Eigenschaft, daß der Strom Ι_.σ von der Quelle zur
üb
Senke bereits fließt, ohne daß eine Steuerspannung angelegt wird. Beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung isoliert der P+ - Bereich 3o die Quelle 18 vollständig vom Strompfad 26, so daß kein Elektronenstrom zwischen Quelle 18 und Senke 2o fließen kann, solange keine Spannung an der SteueiÄeketrode 28 angelegt ist, obwohl eine positive Raumladung zwischen Strompfad 16 und dem isolierenden Bereich 16' vorhanden ist.
Wird eine ausreichend hohe positive Spannung an die Steuerelektrode 18 angelegt, so beginnt ein Elektronenstrom zwischen Quelle 18 und Senke 2o zu fließen« Die Schwellspannung für ein Ausführungsbeispiel nach i?ig.1 mit einer Strompfadbreite von 1o Mils, einer Strompfadlänge von 1o Mikron und einer Dicke der aus SiO2 bestehenden Isolierschicht 161 von 1,ooo £ ist in Fig· 2 wiedergegeben,. Wie ersichtlich, beginnt der Strom L0^ zu flieszen, wenn die Spannung V^g etwa 2,5 Y beträgt,
Mg.2 zeigt auch den Verlauf der Durchbruchsspannung ^(BR)DSS ^1" das Ausführungsbeispiel nach l?ig.1. Dieser Verlauf wurde gemessen, während die Steuerelektrode 28 mit der Quelle 2o verbunden wurde,0 Damit ist der Transistor 1o gesperrt. Die Durchbruchsspannung beträgt etv/a 4o V und ist damit beträchtlich höher als bei bekannten J?eldeffekttansistoren mit hoch dotiertem Strompfade
Der Verlauf des Stromes IDS in Abhängigkeit von der
Spannung V^ für verschiedene Spannungen V~g ist durch die Kurvenschar in Ji1Ig.3 verdeutlicht. Dieser Verlnuf ™urde für einen Transistor mit einer Strompfadbreite von 1o Mile, einer Stroranfadlänge von 1o Mikron und einer Dicke dor isolierschicht von 1,ooo S. gemessen. Wie aus l?ig.3 hervorgeht, ändert sich der Senkenstrom für kleine Werte etwa linear mit der Spannung Vj,g» Mit wachsendem Strom beginnt sich der Strompfad für einen gegebenen Wert von V™ zu erschöpfen und die Kurve I^g verläuft flacher, bis sie in Sättigung geht. Dort bleibt der Strom relativ konstant,
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bis zwischen Senke und Steuerelektrode die Avalanche-Spannung erreicht ist» Mit wachsender Steuerspannung V„g wird die Sättigung erst für höhere Werte der Spannung VDS erreicht. Jj1Ur einen Stromfluß beim !Transistor 1o ist eine positive Spannung Vna not-
VJÖ
wendig, d.h., daß kein Strom fließt, bis die Schwellspannung erreicht ist.
Die Differenz Λ V1,, zwischen den Schwellspannungen des
Transistors 1o und einem bekannten Transistor mit ähnlichen Abmessungen ist in U1Xg^ gezeigt. Die Kurve 32 zeogjb den Verlauf der Quadratwurzel des Stromes I™ als Punktion der Spannung V«g
für einen bekannten Transistor ohne einen P+ - Bereich, während λ die iCurve 34 die Kurve für den Transistor 1o zeigt, der im wesentlichen die gleichen Abmessungen des Strompfades wie der durch die Kurve 32 charakterisierte transistor hat. Wie die Kurve zeigt, fließt bereits bei der Spannung V&o = 0 ein beträchtlicher Strom, während beim Transistor gemäß der Erfindung kein Strom fließt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, beträgt die Differenz zwischen den Schwellspannungen dii,„ etwa 5}3 "V.
Der Transistor gemäß der Erfindung ist für digitale Anvendungszwecke sehr gut braucnbar, da bei der Steuerspannung Null(Yrq = 0) im wesentlichen kein Strom fließt. Umgekehrt fließt
ein beträchtlicher Strom zwischen der Quelle 18 und der Senke 2o erst bei einer angemessenen, an die Steuerelektrode 28 angefe legten Spannung.
Der Feldeffekttransistor gemäß Fig.1 wird durch das nachstehend beschriebene Verfahren hergestellt. Zunächst wird der aus Halbleitermaterial (z.B. Silizium) mit einer Akzeptorverunreinigung in der Größenordnung von 1o bis 1o Atomen
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pro cnrbestehende Halbleiterkörper 12 mit einer dielektrischen Schicht 16 versehen«. Die Schicht 16 kann Z0B. durch thermische Oxydation der Oberfläche 14 des Halbleiterkörpers 12 hergestellt werden, wobei sich SiO2 bildet» In diesem überzug 16 werden zum Eindiffundieren der Quelle und der Senke durch die Anwendung einer, dem Fachmann bekannten photolithographischen Technik Offnungen hergestellte
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Als nächste!1 Schritt wird durch die für die Quelle bestimmte öffnung ein Akzeptormaterial wie z.B. Bor eiediffundiert, während die öffnung für die Senke abgedeckt wird» Dieser eindiffundierte Akzeptor bildet den isolierenden P+ - Bereich 3o. Darauf wird durch beide öffnungen gleichzeitig ein Donatormaterial eindiffundiert. Zum Schluß werden die Elektroden 22,24 und 28 durch Abscheiden aus der gasförmigen Phase eines Metalls wie z.B. Aluminium durch eine geeignete Maske hergestellt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Pig. 5 dargestellt. Diese Aus führung s form lehnt sich insbesondere an die Herstellung eines zusammengesetzten Stoffes von Silizium auf Saphir an.
In Pig.5 ist ein Transistor 4o mit einem elektrisch isolierenden Substrat 42 gezeigt, das vorzugsweise aus einem Einkristall besteht, auf dem durch epitaxiales Aufwachsen ein Halbleiter gebildet ist. Das Substrat 42 kann einen Saphir-Einkristall, Idagnesiumoxyd, Berylliumoxyd oder Spinell enthalten. Die Oberfläche des Substrates 42 v/eist eine Insel 44 aus Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium, GaI .ium-Arsenid usw. auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Insel 44 aus P-Uiaterial,in die N-leitende Quellen- und Senkenbereicüe 46 bzw. 48 iindiffundiert sind. Der Bereich innerhalb der Insel 44 enthält zwischen Quelle 46 und Senke 48 einen Strompfad 5o. Jedoch ist di<; Quelle 46 vom Strompfad 5o mit wesentlich höherer P+ - Donatorkonzentration als die des Halbleitermaterials der Insel 44 isoliert. Der Bereich 52 entspricht dem P+ - Bereich 3o im Ausführungsbeispiel nach PIg01.
Der Strompfad 5o ist von einer isolierenden Scuicht 54 z.B. aus Silizium-Dioxyd o.a. bedeckt. Die Steuerelektrode 56 sitzt auf der Schicht 54. Die elektrischen Anschlüsse von Quelle 46 und Senke 48 werden durch Elektroden 58a bzw. 58b hergestellt.
Die Arbeitskennlinien für einen typischen Feldeffekttransistor nach Pig. 5 sind in Pig. 6 gezeigt. Ähnlich wie in Pig. 3 enthält die Pig.6 eine Kurvenschar für den Strom I^g in Abhängigkeit von der Spannung VDg für verschiedene Werte der Steuerspannung Υ™. Auch bei dieser Ausf ihrungsform fließt bei der
Steuerspannung :Ίυ11 kein Strom.
Das Herstellungsverfaaren für einen transistor nach 9098 32/UbJ l
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Pig.5 ist "bereits in der US-Anmeldung Nr. 425 695 vom 15·Jan. . 1965 beschrieben. Analog zum Herstellungsverfahren des Ausführungs« beispiels nach Pig.1 wird der P+ - Bereich 52 durch Eindiffundieren von P-Dotierungsmaterial durch die Quelle 46 mittels einer Maskenöffnung vor dem Eindiffundieren der Quelle 46 hergestellt. Natürlich ist die Diffusionszeit zur Bildung des Bereichs 52 langer als die Diffusionszeit für die Quelle 46« Dies stellt sicher, daß die P-Dotierung unter der Schicht 54 weiter vordringt als -das N-Donatormaterial für di-e Quelle 46«
Das Ausführungsbeispiel nach Pig. 5 hat eine durch die Entfernung zwischen Quelle 46 und Senke 48 definierte Strompfadlänge ι der hochdotierte P+ - Bereich 52 erstreckt sich lediglich über einen Bruchteil der gesamten Länge des Strompfades 5o, ist jedoch so breit wie dieser. Es ist jedoch auch möglich, einen Transistor herzustellen, in dem der stark dotierte P+ Bereich die Gesamtlänge des Strompfades einnimmt» Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Pig.7 gezeigt.
Der Feldeffekttransistor 6o nach Mg»7 enthält ein Substrat 62 aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus einem Saphir-Einkristall, auf dessen Oberfläche eine Insel 64 aus Halbleitermaterial liegt. In diesem Ausführungsbeiepiel ist das die Insel 64 bildende Halbleitermaterial N-leitend.
Durch Diffusion in die Insel 64 wird die N+ - Quelle 66 und Senke 68 eindiffundiert, zwischen denen der eigentliche N-leitende Bereich 7o liegt. Eine P+ -? Diffusion, die gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Offnu»g in der Maske der Quelle vor der Diffusion der Quelle. 66 selbst vorgenommen wird, schafft im Bereich 72 eine hohe P+ - Konzentration. Die Steuerelektrode 74 ist von dem P+ - Bereich 72 durch eine Passivierungsschicht 76 getrennt. Die Anschlüsse der Quelle 66 und der Senke 68 werden durch Elektroden 76 bzw. 78 gebildet· Wie aus Pig.7 hervorgeht, entspricht die effektive Länge des Strompfadee 6o im wesentlichen der Länge des P+ - Bereiches 72·
Die Arbeitskennlinien des Transistors nach Pig.7 sini in Pig.8 aufgetragen. Dort ist wiederum die Abhängigkeit des S Stroms Lva von der Spannung V^g mit der Steuerspannung V&s als Parameter dargestellt. Das Anwachsen des Stromes Χ~ο mit der
Spannung V ist für einen Peldeffekttransistor mit extrem kur-
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ze« Strorapfadlängen charakteristisch. Im Effekt bewirkt ein Anwachsen der Spannung an der Senke ein Anwachsen der in der Nähe der Senke 69 befindlichen Raumladung quer durch den Strompfad, wodurch die Länge des Strompfades abnimmt· Im Extremfall geht der !Feldeffekttransistor 60 in einen Zustand über, bei dem die Wirkiaakeit durch die Raumladung beschränkt wird·
Ein gemäß der Erfindung nach Pig.7 hergestellter Transistor weist eine Steilheit auf, die annähernd dreimal so groß ist wie die bekannter Transistoren ohne den P+ - Bereioh 72 und mit einer -Breite des Strompfades von ungefähr 6 Mikron« Die effektive Länge des P+ - Strompfadeβ 72 liegt beim Ausführungsbeispiel bei etwa 2 Mikron. Bed. diesem Transistor ist die Länge des Strompfades diffusionsgeeteuert.
In Pig.9 ist ein Feldeffekttransistor 80 mit 4 Anschlüssen gezeigt, bei dem eine dünne Halbleiterschioht auf der Oberfläche eines isolierenden Substrates 82 aus elektrisch isolierendem, einkristallinem Halbleitermaterial aufgebracht ist· Auf der Oberfläche des Substrates 82 sitzt eine Insel 84- aus Gleitendem Halbleitermaterial· Im diesem P-Bereioh sind drei Bereiohe eindiffundiert· Zuerst wird eine N+ - Quelle 86 und eine N+ - Senke 88 gebildet; ein Bereich 9o zwischen Quelle 86 und Senke 88 bildet einen Strompfad 9o. Innerhalb des Strompfades 9o wird durch Eindiffundieren von P+ - Material ein Isolierbereich 92 analog zum Bereich 3o.(Pig.1) oder dem bereich 56 (Pig.5) gebildet.
Im Ausführungsbeispiel nach Pig·9 erstreckt sich der Bereich 92 bis zu einem unteren Teil 92·, der direkt mit einem Metallkontakt 94 in Verbindung steht· Auf dem Strompfad 9o ist eine Steuerelektrode 96 vorgesehen, die von den Bereichen 9o und 92 durch eine Passivierungsschicht 97 elektrisch getrennt ist· Quelle 86 und Senke 88 sind mit Elektroden 98 bzw. I00 versehen·
Der elektrische Kontakt 94 dient beim Ausführungsbeispiel als Steuerelektrode, wodurch eine wesentlich höhere Steilheit als bei Verwendung der isolierten Elektrode 96 für die Steuerung erreicht werden kann· Ausführungsformen nach Pig·9 weisen Steilheiten auf, die um eine Größenordnung höher als bei den herkömmlichen MOS - Transistoren mit der gleichen Strompfadlänge,
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StrompfadbEeite und Dicke der Isolierschicht sind. Die Arbeitskennlinien des Ausführungsbeispiels nach fig»9 sind in 3?ig.1o dargestellt. In jedem fall war eine Spannung von -15 V zwischen der isolierten Steuerelektrode 96 und der Quelle 98 angelegt· Die Spannungswerte V-g„ beziehen sich auf die Spannung,
die zwischen der Steuerelektrode 94 und der Quelle 98 angelegt ist· In dieser Kurvenschar sind sowohl positive als auch negative Werte für die Spannung V-gg aufgetragen. Daraus ist ersichtlich, daß der transistor 8o sowohl als Abschwächer als auch als Verstärker arbeiten kann.
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Claims (1)

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1· !Feldeffekttransistor mit einem Strompfad, einer N-leitenden Quelle und einer N-leitenden Senke, gekennzeichnet durch einen P-leitenden Bereich, der die Quelle vom Strompfad trennt.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der P-Bereich (3o,5o,7o) über einen -Bruchteil der Länge und die gesamte Breite des Strompfades erstreckt.
3· Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der x'ransistor ein aus einem Einkristall bestehendes, elektrisch isolierendes Substrat (42,62) enthält, das eine auf der Oberfläche liegende Insel (44,64) aus halbleitermaterial aufweist, und daß sich die Quelle (46,66), die Senke &8,68) und 4er P-Bereich (52,72) über die gesamte Dicke der Inse^ferstreckt·
4· Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (18) eine in einen Halbleiterkörper eindiffundierte N-leitende Insel aufweist, und daß der isolierende P-Bereich (3o) die Quelle vollständig umgibt.
5. Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellendichte des isolierenden Bereichs (3o,52,72) größer als die Störstellendichte der Quelle (18,46,66) ist,
6. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser einen Halbleiterkörper aufweist, in dem die Quelle und Senke liegen, daß zwischen Quelle und Senke ein Strompfad liegt, und daß der P-leitende Bereich stärker als der Halbleiterkörper dotiert ist (P+), und daß der P+ - Bereich in einem Teil dieses Pfades liegt, und daß dieser P+ - Bereich die Quelle vollständig vom Strompfad abtrennt.
7. Transistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der P+ - Bereich (3o,52,72) eine Akzeptorstörstellenkonzentration aufweist, die im wesentlichen größer als die Störstel-
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lenkonzentration des Strompfades ist,
9« !Transistor nach Anspruch, 6, dadurch gekennzeichnet» daß der Ρ·*· - Bereich die Quelle vollständig umgiDt.
9. Transistor Bach, Anspruch. 6 oder 7» dadurch, gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper durch -epit axiales Aufwächsern auf der Oberfläche eines Einkristalls (42„62), der ein elektrisch isolierendes Substrat bildet, erzeugt wird.', und daß die Quelle (46,66), die Senke (48,68), der Strompfad und der P+ - Bereich sich über die ganze Dicke dee Halbleiterkörper (44»64) erstreckea«
Ιο«, Transistor nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet» daß sich der P+ - Bereich über die gesamte Breite und einen , Bruchteil der Länge des StroBipfades erstreckt»
11. Transistor nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Elektrode (94) vorgesehen ist, die einen direkten elektrischen Kontakt zum P+ - Bereich 92' herstellt·
12«, Transistor nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strompfad N-leitend iste
13. Transistor nach einem'der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strompfad P-leitend ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors, mit einem N-leitenden Strompfad, mit einem die Quelle vom Strompfad des transistors vollständig trennenden P+ - Bereich, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Aufbringen einer Diffusionsmaske auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers, wobei die Maske Öffnungen zum Eindiffundieren von Halbleitermaterial für die Quelle und Senke aufweist, Diffundieren eines Akzeptormaterials durch die der Quelle zugeordnete Öffnung bis zu einer ersten effektiven Diffusionstiefe, Diffundieren durch die der Quelle und der Senke zugeordneten Öffnungen mit einem Donatormaterial bis zu einer Diffusionstiefe, die geringer ist als die erste Diffusionstiefe.
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15· Verfahren nach Anspruch H gekennzeichnet durch die weiteren verfahrensschritte: Aufbringen elektrischer Kontakte auf Quelle und Senke und Aufbringen einer isolierten Steuerelektrode über dem Strompfad.
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L e e r s. & i f e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2432352A1 (de) * 1973-07-05 1975-01-30 Tokyo Shibaura Electric Co Halbleiterspeicher
EP0110320A1 (de) * 1982-11-27 1984-06-13 Nissan Motor Co., Ltd. MOS-Transistor
US4686551A (en) * 1982-11-27 1987-08-11 Nissan Motor Co., Ltd. MOS transistor

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4053916A (en) * 1975-09-04 1977-10-11 Westinghouse Electric Corporation Silicon on sapphire MOS transistor
US4078947A (en) * 1976-08-05 1978-03-14 International Business Machines Corporation Method for forming a narrow channel length MOS field effect transistor
JPS5553462A (en) * 1978-10-13 1980-04-18 Int Rectifier Corp Mosfet element
US5191396B1 (en) * 1978-10-13 1995-12-26 Int Rectifier Corp High power mosfet with low on-resistance and high breakdown voltage
US5130767C1 (en) * 1979-05-14 2001-08-14 Int Rectifier Corp Plural polygon source pattern for mosfet
DE3028718C2 (de) * 1979-07-31 1982-08-19 Sharp K.K., Osaka Dünnfilmtransistor in Verbindung mit einer Anzeigevorrichtung
JPS5799777A (en) * 1980-12-12 1982-06-21 Toshiba Corp Metal oxide semiconductor type semiconductor device
GB8400336D0 (en) * 1984-01-06 1984-02-08 Texas Instruments Ltd Field effect transistors
JPS62274767A (ja) * 1986-05-23 1987-11-28 Fujitsu Ltd 高耐圧半導体装置及びその製造方法
JP3231345B2 (ja) * 1991-03-08 2001-11-19 株式会社日立製作所 半導体記憶装置及びその製造方法
DE69321965T2 (de) * 1993-12-24 1999-06-02 Cons Ric Microelettronica MOS-Leistungs-Chip-Typ und Packungszusammenbau
US5798287A (en) * 1993-12-24 1998-08-25 Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno Method for forming a power MOS device chip
EP0660402B1 (de) * 1993-12-24 1998-11-04 Consorzio per la Ricerca sulla Microelettronica nel Mezzogiorno Leistungs-Halbleiterbauelement
DE69418037T2 (de) * 1994-08-02 1999-08-26 St Microelectronics Srl Leistungshalbleitervorrichtung aus MOS-Technology-Chips und Gehäuseaufbau
US5869371A (en) * 1995-06-07 1999-02-09 Stmicroelectronics, Inc. Structure and process for reducing the on-resistance of mos-gated power devices

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2432352A1 (de) * 1973-07-05 1975-01-30 Tokyo Shibaura Electric Co Halbleiterspeicher
EP0110320A1 (de) * 1982-11-27 1984-06-13 Nissan Motor Co., Ltd. MOS-Transistor
US4686551A (en) * 1982-11-27 1987-08-11 Nissan Motor Co., Ltd. MOS transistor

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