RU2175795C1

RU2175795C1 - Insulated-gate field-effect transistor

Info

Publication number: RU2175795C1
Application number: RU2000132424/28A
Authority: RU
Inventors: Л.В. Кожитов; В.В. Крапухин; Т.Т. Кондратенко; Г.Г. Тимошина; Т.Я. Кондратенко; А.Н. Ковалев
Original assignee: Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2001-11-10

Abstract

FIELD: electronic engineering; heavy-current control devices for electrical and electronic industries. SUBSTANCE: degenerated single-crystal silicon n+т layer of transistor drain is made in the form of hollow cylinder. Cylinder- shaped metal contact of drain is formed on inner surface of this layer. Single-crystal silicon n layer is formed on outer surface of this layer to organize conduction channel. Central part of single-crystal silicon n layer for organizing conduction channel carries cylindrical insulating layer with cylindrical metal contact of gate deposited on its surface; pair of cylindrical metal contacts of source is provided on ether side of gate. EFFECT: facilitated suppression of end effect; reduced electrothermal degradation level; enhanced operating power. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к конструированию и технологии изготовления полевого транзистора с изолированным затвором, и может быть использовано в силовой промышленной электронике и электротехнике при производстве приборов управления токами большой величины. The invention relates to the field of electronic engineering, in particular to the design and manufacturing technology of an insulated gate field effect transistor, and can be used in power industrial electronics and electrical engineering in the manufacture of large current control devices.

Известен аналог изобретения - полевой транзистор с изолированным затвором, содержащий вырожденный монокристаллический кремниевый n+типа слой стока с металлическим контактом, монокристаллический кремниевый n типа слой формирования канала проводимости, металлические контакты истока и слой диэлектрика, на котором образован металлический контакт затвора (см. "Compound Semiconductor", 5(5), June, 1999, p. 29-30). A known analog of the invention is an insulated gate field effect transistor containing a degenerate monocrystalline silicon n + type drain layer with a metal contact, a monocrystalline silicon n type type conductivity channel forming layer, metal contacts of the source and a dielectric layer on which the gate metal contact is formed (see "Compound Semiconductor ", 5 (5), June 1999, p. 29-30).

Недостатком указанного транзистора является формирование активных областей полевого транзистора в виде меандровых структур на плоских подложках, что неизбежно приводит к перераспределению плотности рабочего тока на отдельных участках меандра, в которых концентрируется джоулево тепло, ведущее к электротепловой деградации всего полевого транзистора плоской структуры. The disadvantage of this transistor is the formation of the active areas of the field effect transistor in the form of meander structures on flat substrates, which inevitably leads to a redistribution of the operating current density in individual sections of the meander, in which the Joule heat is concentrated, leading to electrical thermal degradation of the entire field effect transistor of a flat structure.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является полевой транзистор с изолированным затвором, содержащий вырожденный монокристаллический кремниевый n+типа слой стока с металлическим контактом, монокристаллический кремниевый n типа слой формирования канала проводимости, металлические контакты истока и слой диэлектрика, на котором образован металлический контакт затвора (см. Зи С. "Физика полупроводниковых приборов", кн. 2, пер. с анг., 2 изд., М.: Мир, 1984 г., с. 76-78). The closest analogue (prototype) of the invention is an insulated gate field effect transistor containing a degenerate monocrystalline silicon n + type drain layer with a metal contact, monocrystalline silicon n type a conductivity channel formation layer, metal source contacts and a dielectric layer on which the gate metal contact is formed ( see Zi S. "Physics of Semiconductor Devices", book 2, trans. from English, 2nd ed., Moscow: Mir, 1984, pp. 76-78).

Недостатками указанного транзистора плоской структуры являются пониженный уровень рассеиваемой мощности, электротепловая деградация при эксплуатации, а также в силу планарной структуры этого транзистора принципиальная невозможность подавления краевого эффекта. The disadvantages of this transistor of a flat structure are the reduced level of power dissipation, electrothermal degradation during operation, and also due to the planar structure of this transistor, the fundamental impossibility of suppressing the edge effect.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении изобретения, являются подавление краевого эффекта, снижение уровня электротепловой деградации, а также повышение рабочей мощности. Technical results that can be obtained by carrying out the invention are the suppression of the edge effect, a decrease in the level of electrothermal degradation, as well as an increase in operating power.

Подавление краевого эффекта и снижение уровня электротепловой деградации достигаются в изобретении следующим образом. The suppression of the edge effect and the decrease in the level of electrothermal degradation are achieved in the invention as follows.

Полевой транзистор с изолированным затвором содержит вырожденный монокристаллический кремниевый n+типа слой стока с металлическим контактом, монокристаллический кремниевый n типа слой формирования канала проводимости, металлические контакты истока и слой диэлектрика, на котором образован металлический контакт затвора. An insulated gate field effect transistor contains a degenerate monocrystalline silicon n + type drain layer with a metal contact, a monocrystalline silicon n type type conductivity channel formation layer, metal source contacts and a dielectric layer on which the gate metal contact is formed.

Отличие транзистора состоит в том, что вырожденный монокристаллический кремниевый n+типа слой стока выполнен в виде полого цилиндра. На внутренней поверхности этого слоя образован металлический контакт стока, имеющий цилиндрическую форму. На внешней поверхности этого слоя сформирован монокристаллический кремниевый n типа слой формирования канала проводимости. В центральной части поверхности монокристаллического кремниевого n типа слоя формирования канала проводимости размещен цилиндрический слой диэлектрика, на поверхности которого образован цилиндрический металлический контакт затвора, по обе стороны от которого симметрично размещена пара цилиндрических металлических контактов истока. The difference of the transistor is that the degenerate single-crystal silicon n + type drain layer is made in the form of a hollow cylinder. On the inner surface of this layer, a metallic contact of the drain having a cylindrical shape is formed. On the outer surface of this layer, a single-crystal silicon n type layer of the formation of a conduction channel is formed. A cylindrical dielectric layer is placed in the central part of the surface of a single-crystal silicon n type type conduction channel forming layer, on the surface of which a cylindrical metal contact of the gate is formed, on either side of which a pair of cylindrical metal contacts of the source are symmetrically placed.

Повышение рабочей мощности транзистора достигается в изобретении за счет того, что он снабжен штуцером, сообщенным с источником охлаждающего агента и внутренней полостью металлического контакта стока. An increase in the operating power of the transistor is achieved in the invention due to the fact that it is equipped with a fitting in communication with a source of cooling agent and an internal cavity of the metal contact of the drain.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено схематическое изображение транзистора в разрезе. The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic sectional view of a transistor.

Полевой транзистор с изолированным затвором содержит вырожденный монокристаллический кремниевый n+типа слой 1 стока, выполненный в виде полого цилиндра. На внутренней поверхности слоя 1 образован металлический контакт 2 стока, имеющий цилиндрическую форму. На внешней поверхности слоя 1 сформирован монокристаллический кремниевый n типа слой 3 формирования канала проводимости. В центральной части поверхности монокристаллического кремниевого n типа слоя 3 формирования канала проводимости размещен цилиндрический слой 4 диэлектрика, на поверхности которого образован цилиндрический металлический контакт 5 затвора, по обе стороны от которого симметрично размещена пара цилиндрических металлических контактов 6 и 7 истока. An insulated gate field effect transistor contains a degenerate monocrystalline silicon n + type drain layer 1 made in the form of a hollow cylinder. On the inner surface of the layer 1, a metallic contact 2 of the drain is formed having a cylindrical shape. On the outer surface of layer 1, a single-crystal silicon n type layer 3 of the formation of the conduction channel is formed. In the central part of the surface of the single-crystal silicon n type layer 3 of the formation of the conduction channel, a cylindrical dielectric layer 4 is placed, on the surface of which a cylindrical metal contact 5 of the gate is formed, on either side of which a pair of cylindrical metal contacts 6 and 7 of the source are symmetrically placed.

Транзистор снабжен штуцером 8, сообщенным с источником охлаждающего агента (на чертеже не показан) и внутренней полостью металлического контакта 2 стока. The transistor is equipped with a fitting 8 in communication with a source of cooling agent (not shown in the drawing) and an internal cavity of the metal contact 2 of the drain.

Работает полевой транзистор следующим образом. The field effect transistor operates as follows.

На металлический контакт 5 затвора подают управляющее напряжение. В результате этого формируется канал проводимости в монокристаллическом кремниевом n типа слое 3 формирования канала проводимости. При подаче рабочего напряжения между металлическими контактами 2, 6, 7 стока и истока носители заряда по каналу проводимости движутся от истока к стоку. Распределение электрического поля в этом случае между цилиндрическими контактами истока и стока является более однородным по радиусу. Тем самым подавляется краевой эффект, а также снижается уровень электротепловой деградации элементов конструкции транзистора. A control voltage is applied to the metal contact 5 of the gate. As a result of this, a conduction channel is formed in monocrystalline silicon n type layer 3 of the formation of the conduction channel. When applying the operating voltage between the metal contacts 2, 6, 7 of the drain and the source, the charge carriers move along the conduction channel from the source to the drain. The distribution of the electric field in this case between the cylindrical contacts of the source and drain is more uniform in radius. Thus, the edge effect is suppressed, and the level of electrothermal degradation of the structural elements of the transistor is also reduced.

При подаче во внутреннюю полость цилиндрического металлического контакта 2 охлаждающего агента через штуцер 8 обеспечивается дополнительная возможность охлаждения транзистора, что приводит к повышению рабочей мощности транзистора. When a cooling agent is supplied into the inner cavity of the cylindrical metal contact 2 through the nozzle 8, an additional possibility of cooling the transistor is provided, which leads to an increase in the operating power of the transistor.

Claims

1. An insulated gate field-effect transistor containing a degenerate monocrystalline silicon n + type drain layer with a metal contact, a monocrystalline n type silicon layer forming a conduction channel, metal source contacts and a dielectric layer on which a gate metal contact is formed, characterized in that the degenerate single crystal silicon n + type drain layer is made in the form of a hollow cylinder, on the inner surface of which a drain metal contact is formed having a cylindrical shape, and on the outer surface of which a single-crystal silicon n type type formation layer of the conduction channel is formed, in the central part of the surface of which there is a cylindrical dielectric layer, on the surface of which a cylindrical metal contact of the gate is formed, on either side of which a pair of cylindrical metal contacts of the source are symmetrically placed.

2. The transistor according to claim 1, characterized in that it is equipped with a fitting in communication with the source of the cooling agent and the internal cavity of the metal contact of the drain.