DE1093021B - Pnip- bzw. npin-Drifttransistor fuer hohe Frequenzen - Google Patents

Description

• Pnip- bzw. npin-Drifttransistor für hohe Frequenzen Die Erfindung betrifft einen pnip- bzw. npin-Drifttransistor für hohe Frequenzen.
• Die Entwicklungsarbeiten auf dem Halbleitergebiet erstrecken sich heute im wesentlichen auf die Entwicklung von Typen von Halbleiteranordnungen mit höheren Leistungen und besseren Hochfrequenzeigenschaften. Um die Verwendung von Transistoren auch in der UKW- und Fernsehtechnik zu ermöglichen, müssen Transistoren mit höheren Grenzfrequenzen entwickelt werden.
• Zur Beurteilung des Grenzfrequenzverhaltens eines Transistors kann z. B. die sogenannte Schwinggrenze f9 herangezogen werden, die sich aus dem Basiswiderstand Rb, der Kollektorkapazität C, und einem weiteren Parameter des Transistors, der sogenannten a-cuttoff-Frequenz fQ, nach der Formel ergibt. Die fä Frequenz ist diejenige Frequenz, bei der die Stromverstärkung a (in Basisschaltung) auf den j 2-ten Teil der Stromverstärkung a, bei niedrigen Frequenzen abgesunken ist. Die für die Schwinggrenze fg abgeleitete Beziehung zeigt, daß diese um so höher liegt, je kleiner das Produkt Rb - C, im Nenner des Wurzelausdruckes ist. Da ein Produkt aus zwei Faktoren um so kleiner ist, je kleiner jeder einzelne Faktor ist, soll sowohl der Wert des Basiswiderstandes Rb als auch der der Kollektorkapazität Cc möglichst klein sein.
• Der Wert für den Basiswiderstand Rb eines Transistors wird klein, wenn für die zwischen den Sperrschichten liegende Basiszone ein Halbleitermaterial höherer Leitfähigkeit verwendet wird. Eine Basiszone mit hoher Leitfähigkeit reduziert zwar den Basiswiderstand Rb, jedoch ist im basisseitigen Grenzgebiet der Kollektorsperrschicht Halbleitermaterial hoher Leitfähigkeit unerwünscht. Einerseits wird bei Verwendung von niederohmigem Basismaterial die Kollektorsperrspannung klein, da niederohmiges Halbleitermaterial die Raumladungszone einengt; andererseits ist eine Einengung der Raumladungszone gleichbedeutend mit einer großen Sperrschichtkapazität.
• Wie obige Ausführungen zeigen, ergibt niederohmiges Basismaterial zwar einen kleinen Basiswiderstand Rb, gleichzeitig aber auch eine hohe Sperrschichtkapazität. Um diesen gegenläufigen Forderungen an den Widerstand gerecht zu werden, ist bei den heutigen Hochfrequenztransistoren die Basiszone derart geschichtet, daß zwischen niederohmiger Basiszone und der Kollektorsperrschicht eine Intrinsiczone oder zumindest ein hochohmiges Gebiet vorhanden ist.
• Durch Einschieben einer Intrinsiczone zwischen niederohmiger Basiszone und der Kollektorsperrschicht ergibt sich jedoch noch nicht eine optimale Schwinggrenze. Daneben sind bekanntlich noch die von der Diffusion der Ladungsträger durch die Basiszone herrührende Diffusionskapazität sowie die statische Emitter-Sperrschicht-Kapazität zu beachten, die zusammen die Emitterkapazität ergeben. Zur Erniedrigung der Diffusionskapazität wird bekanntlich die Basiszone »gedriftet«, d. h. das Leitfähigkeitsgefälle in der Basiszone so gewählt, daß der Diffusionsvorgang beschleunigt wird. Dieses Driften der Basiszone erreicht man durch eine verschiedenohmige Dotierung der Basiszone, bei der die Leitfähigkeit von Emitter zum Kollektor hin abnimmt. Durch diese Driftdotierung wird gleichzeitig die Forderung nach höherohmigem Bereich der Basiszone vor der Kollektorzone erfüllt.
• Es ist bekannt geworden, die Emitter-Sperrschicht-Kapazität analog der Reduzierung der Kollektor-Sperrschicht-Kapazität durch Einschieben einer Intrinsiczone zwischen Emitter- und Basiszone zu verringern. Dieser Vorschlag wirkt sich zweifellos günstig auf die Hochfrequenzeigenschaften von Hochfrequenztransistoren aus, doch hat sich auch herausgestellt, daß die Realisierung dieses Vorschlages in der Praxis auf Schwierigkeiten stößt.
• Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß bei einem pnip- bzw. npin-Drifttransistor zwischen den beiden Zonen des emitterseitigen pn-Überganges zwei gegen diese beiden Zonen schwach dotierte Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleiterkörper so eingebaut sind, daß die Emitterkapazität verkleinert wird und diese beiden zusätzlichen Zonen den gleichen Leitungstyp wie die angrenzenden ursprünglichen Zonen des pn-Überganges haben, so daß in dem Halbleiterkörper eine pp-n-nip- bzw. nn-p-pin-Zonenfolge entsteht.
• Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht demnach darin, daß sowohl in der Emitterzone als auch in der Basiszone im Bereich des pn-Überganges zwei aneinandergrenzende hochohmige Zonen vorhanden sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie sich z. B. bei Legierungstransistoren leicht dadurch realisieren läßt, daß nach erfolgter emitterseitiger Legierung das Halbleitersystem noch einmal getempert wird und dadurch eine Rückdiffusion der einlegierten Störstellen einsetzt, die zum Entstehen der hochohmigen Bereiche führt.
• Durch die Lage der Raumladungszonen in schwach dotierten Bereichen ergeben sich nicht nur kleine Sperrschichtkapazitäten, sondern auch erhöhte Sperrspannungen. Die Erhöhung der Emittersperrspannung ist vor allem wichtig für die Verwendung der Drifttransistoren für Schalterzwecke, da dabei häufig die niedrige Durchbruchsspannung der Emitter-Basis-Strecke stört. Die Breite der schwach dotierten Zonen auf der Emitterseite soll sich jeweils nach der am pn-Übergang angelegten Betriebsspannung richten.
• Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Fig. 1 bis 3 ist der Halbleiterkörper mit 1 beziffert. Die Basiszone besteht bei den Halbleiteranordnungen der Fig. 1 bis 3 aus einem hochohmigen bzw. intrinsicleitenden Bereich 2, in den die Kollektorpille 4 einlegiert ist, und aus dem niederohmigen Bereich 3, in den die Emitterpille 6 einlegiert ist. Die Rekristallisationszone der Kollektorpille 4 ist mit 5, die Rekristallisationszone der Emitterpille 6 dagegen mit 7 bezeichnet.
• Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Kapazität des pn-Überganges der in den niederohmigen Bereich 3 der Basiszone einlegierten Emitterpille 6 zu verringern. Die eine Möglichkeit besteht nach Fig. 1 darin, einen hochohmigen Bereich 8 in den niederohmigen Teil 3 der Basiszone zu legen. Nach Fig. 2 wird die Kapazität des emitterseitigen pn-Überganges dadurch herabgesetzt, daß der dazu erforderliche hochohmige Bereich 8 in die Emitterzone der Emitterpille 6 zu liegen kommt. Die letzte, vor allem im Hinblick auf die praktische Durchführbarkeit gewählte Möglichkeit besteht gemäß Fig.3 darin, daß der hochohmige Bereich 8 sowohl auf die Basis- als auch die Emitterzone ausgedehnt wird, d. h. der hochohmige Bereich zur Verringerung der Kapazität des emitterseitigen pn-Überganges besteht aus zwei aneinander grenzenden Schichten 8, von denen die eine in der Emitterzone, die andere dagegen in der Basiszone liegt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: Pnip- bzw. npin-Drifttransistor für hohe Frequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Zonen des emitterseitigen pn-Überganges zwei gegenüber diesen beiden Zonen schwach dotierte Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleiterkörper so eingebaut sind, daß die Emitterkapazität verkleinert wird und diese beiden zusätzlichen Zonen den gleichen Leitungstyp wie die angrenzenden ursprünglichen Zonen des pn-Überganges haben, so daß in dem Halbleiterkörper eine pp-n-nip- bzw. nn-p-pin-Zonenfolge entsteht. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Auslegeschriften Nr. 1012 696, 1012 697, 1015 153, 1027 800, 1035 780, 1035 787; USA.-Patentschrift Nr. 2 777 101; Zeitschrift für Elektrochemie, Bd.58, 1954, Nr.5, S. 283 bis 321.