Транзисторная ячейка мощного свч-планарного транзистора

Транзисторная ячейка мощного свч-планарного транзистора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ТРАНЗИСТОРНАЯ ЯЧЕЙКА МОЩНОГО СВЧ-ПЛАНАРНОГО ТРАНЗИСТОРА, состоящая из эмиттерных областей одного типа проводимости, базовой области другого типа проводимости, коллекторной области, состоящей издвух эпитаксиальных слоев с различ- Hbw удельным сопротивлением того же типа проводимости, что и эмиттерных областей, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения полной устойчивости транзистора по вторичному электрическому пробою, верхний эпитаксиальный коллекторный слой, прилегающий к базовой области, выполнен высокоомным, а нижний - низкоомным,2. Транзисторная ячейка мощного СВЧ-планарного тра.нзистора по п. 1, отличающаяся тем, что ' удельное сопротивление верхнего эпитаксиального коллекторного слоя в 3-4 раза больше удельного сопро^-ивления нижнего слоя.iСЛелсо00 »^ О5 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„598468 (511 Н Ol I. 29/70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2376688/18-25 (22) 23.06 ° 76 (46) 07.03.86. Бюл. Р 9 (72) В. В.Асессоров, С. С. Булгаков и В.С.Горохов (53) 621.382(088.8) (56) Патент Японии 11 46-16336, кл. 99 (5) с 2, 1971.

Мощный СВЧ-планарный транзистор.

Обзоры по электронной технике.

1970, вып.5 (178), с.30-31. (54) (57) 1 . ТРАНЗИСТОРНАЯ ЯЧЕЙКА

МОЩНОГО СВЧ-ПЛАНАРНОГО ТРАНЗИСТОРА, состоящая из эмиттерных областей одного типа проводимости, базовой области другого типа проводимости, коллекторной области, состоящей из двух эпитаксиальных слоев с различным удельным сопротивлением того же типа проводимости, что и эмиттерных областей, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения полной устойчивости транзистора по вторичному электрическому пробою, верхний эпитаксиальный коллекторный слой, прилегающий к базовой области, вы" полнен высокоомным, а нижний — низкоомным.

2. Транзисторная ячейка мощного

СВЧ-планарного транзистора по п. отличающаяся тем, что удельное сойротивление верхнего эпитаксиального коллекторного слоя в

3-4 раза больше удельного сопротивления нижнего слоя.

598468

Изобретение относится к области микроэлектроники.

В настоящее время самое широкое распространение для мощных СВЧтранзисторов получили два типа струк,тур — гребенчатая и ячеистая.В ячеис- .

"той структуре соединяются параллельно не отдельные эмиттеры, а ряд изолированных один от другого законченных транзисторов, изготовленных на одном кристалле и называемых ячейками, причем каждая ячейка ж еет обычно гребенчатую структуру активных областей. Таких ячеек в транзисторе может быть несколько десятков.

Совершенно очевидно, что эксплуатационные параметры транзисторной структуры во многом зависят от конструкции транзисторной ячейки.

Транзисторные ячейки обычно изготавливают на однослойных эпитаксиальных структурах, в которых верхний высокоомный эпитаксиальный слой выращен на исходной низкоомной моноl 25 кристаллической подложке.

Область эпитаксиального слоя является коллекторной, а в базовых диффузионных областях расположены диффузионные эмиттеры.

Общее требование, которое необходимо выполнять при проектировании мощных СВЧ-транзисторов, с точки зрения обеспечения устойчивости к электрическому вторичному пробоя при высоких КСВН вЂ” это увеличивать З5 произведение концентрации примесей в коллекторном слое на толщину этого слоя (т.е. ЧА ) настолько, насколько это возможно.

При использовании однослойных эпи- 4О таксиальных структур в этом направлении возникают принципиальные ограничения.

Во-первых — уменьшение концентрации примеси в коллекторной области 45 возможно только до вполне известного предела, так как при превьппении этого предела не будут обеспечиваться необходимые пробивные напряжения коллектора.

Во-вторых — увеличение толщины эпитаксиального слоя коллектора также имеет свой предел, поскольку это приводит к возрастанию последователь- 55 ного сопротивления в коллекторе, к . возрастанию паразитной потери мощнос ти на этом сопротивлении и, как следствие, к уменьшения полезай выходной мощности насыщения и КПД.

Наиболее близким техническим решением к настоящей задаче является транзисторная ячейка мощного СВЧ-планарного транзистора, состоящая из эмиттерных областей одного типа проводимости, базовой области другого типа проводимости, коллекторной области, состоящей из двух эпитаксиальных слоев с различным удельным сопротивлением того же типа проводимости, что и эмиттерные области.

В варианте прототипа одновременное обеспечение большой выходной мощности и КПД и устойчивости к электрическому вторичному пробою при высоких КСВН невозможно по следующим причинам.

Верхний низкоомный слой в варианте прототипа можно делать только тонким, поскольку в противном случае не будет обеспечен необходимый уровень пробивного напряжения коллекторного перехода. Следовательно воз-. можность увеличения толщины этого верхнего.низкоомного слоя с целью обеспечения устойчивости к электрическому вторичному пробою и надежной работы в условиях больших КСВН, принципиально ограничена. В варианте заявителя этого ограничения нет, поскольку низкоомный слой является нижним

Толщину нижнего высокоомного слоя в варианте прототипа также нельзя увеличивать значительно (для решения задачи устойчивости транзисторов при высоких KCBH), поскольку при этом неизбежно уменьшение выходной мощности насыщения и КПД из-за возрастания последовательного интегрального сопротивления слоя коллектора.

Таким образом вариант прототипа при суммарной толщине двух слоев в мкм не может обеспечить надежную (безотказную работу) транзисторов в условиях рассогласования при больших

КСВН. Лучшее, что может обеспечить такая структура — это устойчивую работу при KCBH=l,5-3.

Целью изобретения является обеспечение полной устойчивости транзистора ко вторичному прибою.

Укаэанная цель достигается тем, что верхний эпитаксиальный коллекторный слой, прилегающий к базовой

598468 Я мер,Nd> 2,0 05 см >, что соответствует Р 2,5 Ом см) . При этом оказывается, что транзистор неспособен работать надежно в условиях

5 даже небольшого рассогласования и выходит из строя при небольших КСВ нагрузки. Обеспечить его надежную работу и полную устойчивость к высоким КСВН в данном случае (однослойные эпитаксиальные структуры) можно только путем значительного увеличения толщины коллекторного слоя (до значения, например, 20-25 мкм) т.к. лимиты по снижению концентра!

5 ции примесей уже исчерпаны с точки зрения пробивных напряжений. Однако при этом резко упадет уровень выходной мощности насыщения и КПД из-за возрастания паразитного сопротивления

20 тела коллектора.

Используя же вариант заявителя, можно одновременно выполнить требования в отношении обеспечения с одной стороны высокого (расчетного) уровня РВ„,„и КПД и, с другой стороны " надежной работы транзистора при любых условиях рассогласования (КСВН до ) .

Достаточно, например, использо30 вать верхний высокоомный слой с концентрацией примесей М! МД< = 2,0»

» 10 5 см з и толщиной М1 = 4-6 мкм и нижний низкоомный слой с концентрацией 144к, скажем, 7 . 10

0 см =05-080мсм) и толщиной 1 = 10-12 мкм. В этом случае суммарное значение концентрации примесей меньше и толщины коллектор ного слоя, меньше чем в случае однослойных эпитаксиальных структур.

Это и позволяет обеспечить высокую надежность и устойчивость в условиях больших КСВН и одновременно повысить уровень выходной мощности насыщения е 45 и КПД. области, выполнен высокоомным, а нижний — низкоомным.

В частности, удельное сопротивление верхнего эпитаксиального коллекторного слоя может быть в 3-4 раза больше удельного сопротивления нижнего слоя.

На чертеже показан поперечный разрез транзисторной ячейки, выполненной согласно изобретению, где изображены исходная монокристаллическая пластина !, низкоомный эпи таксиальный коллекторный слой 2, высокоомный эпитаксиальный коллекторный слой 3, базовая область 4, эмиттерные области 5. . Присутствие нижней низкоомной области с удельным сопротивлением в 3-4 раза меньшим удельного

1 сопротивления верхней высокоомной области Рд, позволяет также решить задачу обеспечения устойчивости.ко вторичному электрическому пробою (как известно, для обеспечения решения такой задачи необходимо реализовать максимально возможную величину произведения концентрации примесей в коллекторном слое на толщину этого слоя), так как, во-первых, позволяет уменьшить общую (интегральную) концентрацию примесей в коллекторном слое по сравнению с однослойными структурами сравяимой толщины и, во-вторых, позволяет в широких пределах (путем подбора комбинации концентрации примесей Мс „ и толщины b < нижнего низкоомного слоя) увеличивать общую толщину эпитаксиальной коллекторной области h = h1+ hg и тем самым гарантировать устойчивость транзис— торов в режимах высоких КСВН при одновременном обеспечении большего уровня выходной мощности и КПД, чем на однойслойных структурах с такой ж же толщиной коллекторной области.

Пример. Геометрия кристалла

СВЧ-мощного транзистора спроектирована так, что транзистор, в принципе, способен обеспечить определенный уровень выходной мощности насыщения Р15ь, и КПД! К . Однако в действительности он обеспечивает эти

55 показатели только при использовании эпитаксиальных структур с тонким коллекторным слоем (скажем, менее

10 мкм} и определенной концентрацией примеси в этом слое (наприДанный вариант имеет принципиальные преимущества перед вариантом прототипа, которые заключаются в том, что он позволяет обеспечить надежную работу транзисторов в условиях любого рассогласования нагрузки (КСВН до ), в то время, как вариант прототипа имеет принципиальные ограничения, связанные с невоз° можностью увеличения толщин эпитаксиаяьных слоев (низкоомного и высокоомного) .

598468

Редактор О.Иркова

Техреду С.Мигунова

Корректор О.Луговая

Заказ 1011/1 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Толщины и концентрацию обоих слоев в варианте заявителя можно варьировать в широких пределах и тем самым решать задачи создания большой номенклатуры СВЧ-транзисторов, в то время как в варианте прототипа такой возможности