DE1093021B

DE1093021B - Pnip or npin drift transistor for high frequencies

Info

Publication number: DE1093021B
Application number: DET16175A
Authority: DE
Inventors: Dr Joachim Thuy
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1959-01-24
Filing date: 1959-01-24
Publication date: 1960-11-17

Description

Pnip- bzw. npin-Drifttransistor für hohe Frequenzen Die Erfindung betrifft einen pnip- bzw. npin-Drifttransistor für hohe Frequenzen.Pnip or npin drift transistor for high frequencies The invention relates to a pnip or npin drift transistor for high frequencies.

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.The development work in the semiconductor field extends today essentially to the development of types of semiconductor devices with higher performance and better high frequency properties. In order to use To enable transistors in VHF and television technology too, transistors have to be used be developed with higher cutoff frequencies.

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.To assess the limit frequency behavior of a transistor, z. B. the so-called oscillation limit f9 can be used, which is derived from the base resistance Rb, the collector capacitance C, and another parameter of the transistor, the so-called a-cutoff frequency fQ, according to the formula results. The fä frequency is the frequency at which the current gain a (in the basic circuit) has dropped to the j 2nd part of the current gain a at low frequencies. The relation derived for the oscillation limit fg shows that the lower the product Rb - C in the denominator of the root expression, the higher it is. Since a product of two factors is smaller, the smaller each individual factor is, both the value of the base resistance Rb and that of the collector capacitance Cc should be as small as possible.

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.The value for the base resistance Rb of a transistor becomes small, if a semiconductor material is used for the base zone located between the barrier layers higher conductivity is used. A base zone with high conductivity reduced the base resistance Rb, however, is in the base-side boundary area of the collector barrier layer Semiconductor material of high conductivity undesirable. On the one hand, when using The collector reverse voltage of low-resistance base material is small, since it is low-resistance Semiconductor material constricts the space charge zone; on the other hand is a constriction the space charge zone is synonymous with a large barrier layer capacitance.

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.As the above statements show, the result is a low-resistance base material a small base resistance Rb, but at the same time also a high junction capacitance. In order to meet these opposing demands on the resistance, is at today's high-frequency transistors, the base zone is layered in such a way that between low-resistance base zone and the collector barrier layer an intrinsic zone or at least a high-resistance area is present.

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.By inserting an intrinsic zone between the low-resistance base zone and the collector barrier layer, however, there is not yet an optimal oscillation limit. As is well known, there are also those of the diffusion of the charge carriers through the Diffusion capacitance originating from the base zone and the static emitter-junction capacitance which together give the emitter capacitance. To lower the diffusion capacity is known to "drift" the base zone, i. H. the conductivity gradient in the Base zone chosen so that the diffusion process is accelerated. This drifting the base zone is achieved by doping the base zone with different resistances, in which the conductivity from the emitter to the collector decreases. Because of this drift doping At the same time, the requirement for a higher-resistance area of the base zone in front of the Collector zone fulfilled.

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.It has become known that the emitter-junction capacitance is analogous the reduction of the collector junction capacitance by inserting an intrinsic zone between emitter and base zone. This proposal undoubtedly affects it favorably on the high-frequency properties of high-frequency transistors, however has also been found that the implementation of this proposal in practice encounters difficulties.

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.According to the invention it is therefore proposed that with a pnip or npin drift transistor between the two zones of the emitter-side pn junction two zones of opposite conductivity type that are weakly doped with respect to these two zones are built into the semiconductor body in such a way that the emitter capacitance is reduced and these two additional zones have the same conductivity type as the adjacent ones have original zones of the pn junction, so that in the semiconductor body a pp-n-nip or nn-p-pin zone sequence is created.

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.The essential idea of the invention is therefore that both in the emitter zone as well as in the Base zone in the area of the pn junction there are two adjacent high-resistance zones. This arrangement has the Advantage that they are z. B. in alloy transistors easily thereby lets that after the emitter-side alloy has taken place the semiconductor system again is tempered and thus a back diffusion of the alloyed impurities begins, which leads to the emergence of the high-resistance areas.

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.Due to the location of the space charge zones in weakly doped areas This results not only in small junction capacitances, but also in increased blocking voltages. The increase in the emitter reverse voltage is especially important for the use of the Drift transistors for switching purposes, since this often involves the low breakdown voltage the emitter-base path interferes. The width of the lightly doped zones on the The emitter side should be based on the operating voltage applied to the pn junction judge.

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.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment. In FIGS. 1 to 3, the semiconductor body is numbered 1. The base zone exists in the semiconductor arrangements of FIGS. 1 to 3 from a high-resistance or intrinsic conductive Area 2, in which the collector pill 4 is alloyed, and from the low-resistance Area 3 in which the emitter pill 6 is alloyed. The recrystallization zone the collector pill 4 is 5, the recrystallization zone of the emitter pill 6 on the other hand denoted by 7.

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.There are various options for the capacitance of the pn junction the emitter pill 6 alloyed into the low-resistance region 3 of the base zone to decrease. One possibility, according to FIG. 1, is a high-resistance area 8 in the low-resistance part 3 of the base zone. According to Fig. 2, the capacity of the emitter-side pn junction is reduced by the fact that the required high-resistance area 8 comes to lie in the emitter zone of the emitter pill 6. the last option chosen, especially with a view to practical feasibility is according to Figure 3 in that the high-resistance area 8 on both the base as the emitter zone is also expanded, d. H. the high-resistance area for reduction the capacitance of the emitter-side pn junction consists of two adjacent ones Layers 8, of which one is in the emitter zone and the other is in the base zone lies.

Claims

PATENT CLAIMS: pnip or npin drift transistor for high frequencies, characterized in that between the two zones of the emitter-side pn junction, two weakly doped zones of opposite conductivity type compared to these two zones are built into the semiconductor body in such a way that the emitter capacitance is reduced and this the two additional zones have the same conductivity type as the adjoining original zones of the pn junction, so that a pp-n-nip or nn-p-pin zone sequence is created in the semiconductor body. Considered publications German Auslegeschriften Nos. 1 012 696, 1 012 697, 1015 153, 1027 800, 1035 780, 1035 787; U.S. Patent No. 2,777,101; Zeitschrift für Elektrochemie, Vol. 58, 1954, No. 5, pp. 283 to 321.