Űj irányzat a korszerű félvezető technológiában a nagyteljesítményű térvezérelt tranzisztor

Űj irányzat a korszerű félvezető technológiában a nagyteljesítményű térvezérelt tranzisztor Bevezetés

Bip -tranzisztor meghibásodását okozó terhelés

Az u t ó b b i időkig az a helyzet jellemezte a fölvezető t e c h n i k á t , hogy míg a nagyfeszültségű n a g y á r a m ú félvezetők főleg bipoláris m ű k ö d é s ű e k voltak, a tér­ vezérelt tranzisztorok főként a kisteljesítményű, nagyelemsűrűségű logikai á r a m k ö r ö k t e r ü l e t é t hódí­ t o t t á k meg. Ebben a helyzetben fordulatot hozott a nagyteljesítményű ( n a g y á r a m ú , nagyfeszültségű) térvezérelt tranzisztorok megjelenése. Ezt a fejlődést egyrészről lehetővé tette újszerű technológiák kifej­ lesztése, másrészről viszont sürgette a bipoláris tranzisztor n é h á n y olyan h á t r á n y o s sajátossága, mely fejlődésük g á t j á v á v á l t . Ebben a cikkben a t e r ü l e t sajátos problémáit, és ezek megoldására a kialakult különféle technológiai s t r u k t ú r á k a t t e k i n t j ü k á t röviden. A bipoláris teljesítménytranzisztor legfőbb gyen­ geségét a Yoshida (1) cikkében t a l á l h a t ó á b r a tükrözi legmeggyőzőbben. Az 1. ábrán a tranzisztor t ö n k r e m e n e t e l é t okozó á r a m - , i l l . feszültségértékek l á t h a t ó k , bipoláris tran­ zisztor és szigetelt vezérlőelektródás térvezérelt tran­ zisztor (röviden MOSFET) esetén. A logaritmikus lép­ t é k k ö v e t k e z t é b e n az állandó teljesítményű k o n t ú r o k egyenesnek a d ó d n a k . M i n t l á t h a t ó MOSFET esetén a mérési pontok az e m l í t e t t egyenesekkel p á r h u z a m o s egyenesre esnek. Ez esetben a tranzisztor meghibásodása csak a disszipált teljesítménytől függ. Bipoláris tranzisztor­ nál ezzel szemben nagyobb feszültségnél m á r kisebb disszipált teljesítménynél bekövetkezik a meghibá­ sodás. Ez esetben t e h á t egy feszültségfüggő járulékos effektus is fellép. Ez a forrópont képződés, amely a névleges terhelhetőségnél kisebb teljesítménynél is t ö n k r e t e h e t i a tranzisztort. Ez ellen a jelenség ellen márkifejlesztettek ugyan konstrukciós megoldásokat, ezeknek azonban valamely m á s p a r a m é t e r — p l . a bekapcsolt tranzisztor telítési feszültsége — szem­ pontjából k á r o s h a t á s a van. A bipoláris teljesítmény tranzisztor másik gyenge­ sége, hogy viszonylag nagy vezérlő teljesítményt igé­ nyel. Még t o v á b b i hiányosság, hogy bekapcsolt álla­ potban mindig van egy kis m a r a d é k feszültség. Mindezeket kiküszöböli egy megfelelően méretezett

Beérkezett: 1982. I V . 5.

54

DR. PÁSZTOR GYULA HIKI

MOSFET meghibásodását okozó terhi

5?' J

D

. V = állandó

log Vo

D

IH820

1. ábra teljesítmény F E T tranzisztor. Ez a lehetőség volt t e h á t az, amely ennek az eszköznek a kifejlesztésére irányuló k u t a t ó m u n k á t ösztönözte. A hagyományos F E T tranzisztor jellemzője a v i ­ szonylag kis drain letörési feszültség és bekapcsolt állapotban aránylag nagy csatornaellenállás. Ez a megállapítás mind a záróréteges ( J F E T ) mind a szi­ getelt vezérlőelektródás (MOSFET) tranzisztorokra e g y a r á n t érvényes. JFET struktúrák A t o v á b b i a k b a n e k é t alaptípus közül először az elsővel foglalkozunk részletesebben. Egy olyan szer­ kezetet teszünk vizsgálat t á r g y á v á elsőként, amely ugyan történetileg egy régi tranzisztor elképzelés volt, amint azt Nishizawa [2] és Shockley [3] publi­ kációjának keltezéséből l á t h a t j u k , azonban tényleges megvalósítására csak viszonylag nem régen került sor, Nishizawa [4] fejlesztő m u n k á j á n a k eredménye­ k é n t . Ez a s t r u k t ú r a , melyet a 2. ábrán l á t h a t u n k az analóg tranzisztor (vagy Static Induction Transistor (SIT) nevet viseli. Az á b r á n l á t h a t ó tranzisztor szerkezetet egy erősen adalékolt (n+) kristályra epitaxiás rétegnövesztési t e c h n i k á v a l létrehozott gyengén adalékolt (n~) r é ­ tegben a l a k í t o t t á k k i . Az erősen adalékolt (p+) réteg, amely a gate e l e k t r ó d á t valósítja meg, diffúzióval ké­ szült. Az egyes izolált p+ szigetek az ábra síkja előtt és m ö g ö t t csatlakoznak a közös p+ réteghez. A meg­ lehetősen bonyolult technológia részleteinek ismer­ tetésétől eltekintünk. A n é v azt a t é n y t fejezi k i , Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 2. szám

lését n~-koncentráció csökkenését. H a a tranzisztort kapcsoló ü z e m b e n alkalmazzuk, akkor a bekapcsolt állapotban fellépő soros ellenállás (J? ) a tranzisztor által vezetett maximális á r a m o t , a letörési feszültség pedig a maximális kapcsolható feszültséget korlá­ tozza, t e h á t végül is a tranzisztor á l t a l k a p c s o l h a t ó maximális teljesítményt. E b b ő l a szempontból az analóg tranzisztor nem szerencsés k o n s t r u k c i ó , mivel a source és a gate k ö z ö t t i távolság a teljes W vastag­ sághoz k é p e s t — technológiai okokból — nem csök­ k e n t h e t ő le kellőképpen. Ennek a rétegnek vertikális irányú ellenállása ugyanis szükségtelenül növeli R -t, és emellett még a tranzisztor meredekségét is csök­ kenti (hasonlóan ahhoz, m i n t amikor egy elektroncső k a t ó d k ö r é b e egy ellenállást kapcsolunk). s

n

TnJd O O Q ( T p

+

1

D

H82C 2'

s

2. ábra

[H 820-3 1

3. ábra

A felületi vezérlőréteges megoldásoknál ez a hiá­ nyosság elmarad, emellett technológiai megvalósí­ t á s u k is viszonylag egyszerűbb, ezért ú j a b b a n ilyen megoldásokat fejlesztettek k i . Egyik megoldási p é l d a k é n t 0 . Ozawa [5] tran­ zisztora szerepeljen. E z t a s t r u k t ú r á t a 4. ábrán láthatjuk. A tranzisztor n-csatornás v á l t o z a t á t n+ hordozóra n ö v e s z t e t t n epitaxiális rétegszerkezetű k r i s t á l y b a n valósítják meg. Vezérlőelektródaként a felületi P diffúziós réteg szolgál. Source r é t e g k é n t — az egyéb­ k é n t ohmos kontaktus céljául is szolgáló — n adalékolású polykristályos szilíciumból m i n t diffúziós forrásból diffundáltatott n+ réteg szolgál. A konst­ rukció fontos jellemzője, hogy a p-réteg behatolási mélysége (xj) és a k é t réteg közötti ablak szélessége kb. 2:1 a r á n y ú legyen. E z t a m é r e t a r á n y t párosítva 5-10 koncentrációjú epi-réteggel, olyan tranzisztort kapunk, amelynek trióda jellegű k a r a k t e r i s z t i k á j a van. Ilyen k a r a k t e r i s z t i k á t az 5. ábrán l á t h a t u n k . A s t r u k t ú r a t o v á b b i érdekessége, hogy a diffúziós behatolási mélység és az epi-réteg a d a l é k k o n c e n t r á ­ ciójának megfelelő megválasztásával, és ellentétes típusú adalékolással szimmetrikus k a r a k t e r i s z t i k á j ú komplemens (p-csatornás) JFET tranzisztor készít­ hető. Push-pull végerősítő céljára kifejlesztett komple+

hogy ezzel a s t r u k t ú r á v a l az elektroncsővel analóg működésű félvezető erősítő elemet lehet megvalósí­ tani. Ez nyomban nyilvánvalóvá válik, amint a 2. á b r a source (S) elektródája helyére egy síkrácsos elektroncső k a t ó d j á t , a gate vezérlő e l e k t r ó d á t (G) vezérlőrácsként, a draint (D) pedig a n ó d k é n t k é p ­ zeljük. A potenciálképben is analógiát t a l á l u n k . H a az S e l e k t r ó d á t földeljük és a D-re viszonylag nagy pozitív feszültséget kapcsolunk, akkor á r a m indul az S—D körben, mely lecsökken, ha a G-re negatív feszültséget kapcsolunk. Ilyen m ó d o n trióda jellegű karakterisztikához jutunk. A 3. ábra magyarázza ezt a hatást. A v o n a l k á z o t t területek mozgó töltések nélküli, k i ü r ü l t t a r t o m á n y o k a t képviselnek. Ezekben a tar­ t o m á n y o k b a n a potenciál meredeken változik. H a növeljük a G-re adott negatív feszültséget ( V ) , a k i ü r ü l t t a r t o m á n y a G környékén kiszélesedik és ezáltal elkeskenyedik az á r a m v e z e t ő csatorna. Ele­ gendően nagy V -nél ez elzáródik, és az á r a m zérus lesz. Pozitívabb drain feszültségnél ez az elzáródás csak negatívabb V -nél következik be és így definiál­ hatunk egy elzárási erősítést (BG), e k é t feszültség hányadosából

14

G

G

G

BG=^

(J =0). D

Ennek értéke Nishizawa tranzisztorában 20—30 volt. A tranzisztor másik jellemző állapota a n y i t o t t állapot, amikor V és V zérus. Ilyenkor az S—D k ö r egy ohmos ellenállást reprezentál. Ennek értéke csökken Z szélesség, az n~-koncentráció értékének növelésével, a W vastagság csökke­ nésével egyéb geometriai adatok változatlan t a r t á s a esetén. A maximális zárófeszültség — amelyet a la­ vinaletörés korlátoz — növelése viszont részben ellentétes értékmegválasztást igényel, azaz W növe­ G

D

d

d

Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 2. szám

jH^O-4|

4. ábra

55

o D

V =konstans G

nLR

V..

5. ábra menter tranzisztor-pár főbb jellemző adat a i t Ozawa e m l í t e t t publikációjából vehetjük:

J 1 '

P

chip m é r e t : 4x4 m m ,

A s t r u k t ú r a technológiai megvalósításában a fő nehézség a viszonylag keskeny source ablak, amely­ nek k ö z é p v o n a l á b a n kell megvalósítani az n+ diffú­ ziós réteget és a hozzá csatlakozó ohmos kontaktust. Az elillesztetlenségből származó hibára nézve az a k ö v e t e l m é n y , hogy kisebb legyen 1 fxm-nél. Azért, hogy ez ne okozzon nagy maszkillesztési p r o b l é m á t , Nishizawa és Yamanoto [6] önillesztett technológiai megoldást dolgozott k i szilíciumnitrid szelektív oxi­ dációs technológia a l k a l m a z á s á v a l . Tranzisztorára, amely m i k r o h u l l á m ú (10 W , 1 GHz-en) és U H F s á v b a n m ű k ö d i k (40 W , 200 MHz-en), jellemző, hogy a feszültségerősítési tényező \L = 5, hasonlóan Ozawa fentebb e m l í t e t t tranzisztorához. Ez a viszonylag kis feszültségerősítési tényező az egyik fő gyengesége ezeknek a s t r u k t ú r á k n a k és a felületi planár-diffúziós gate r é t e g kialakítással törvényszerűen e g y ü t t j á r . Ha ezt a p a r a m é t e r t j a v í t a n i akarjuk, akkor új s t r u k t ú r a megoldást kell keresni. Ilyen megoldást B . J . Baliga [7] ismertetett. E n n é l szelektív m a r á s t alkalmaz, amely < 110 > orientációjú kristály esetén meredek oldalfalú árok k i a l a k í t á s á t teszi lehetővé. Az á r k o t — amely p+ gate diffúziós réteget v á g á t — visszatöltéses epitaxiás rétegnövesztéssel n~ adalékolású egykristállyal tölti meg. Ezzel a megoldással a vezérelt csatorna rész geometriáját kedvezően tudja befolyásolni és 20-as feszültségerősítést ér el. A JFET s t r u k t ú r á k fejlődése m é g nem z á r u l t le. Sőt e l m o n d h a t ó , hogy ipari alkalmazási k ö r ü k a leg­ k e d v e z ő b b technológiai megoldások valószínűleg még csak a jövőben fognak kikristályosodni. A MOSFET teljesítmény tranzisztorok m á r egy fejlettebb s t á d i u m o t é r t e k el, mivel széles k ö r b e n a l k a l m a z z á k ezeket, igaz a megvalósításukra fordí­ t o t t erőfeszítések is nagyobbnak t ű n n e k .

[H82QT61

6. ábra

fesz. erősítés: 5, SG-letörési feszültség: n-csatorna esetén 60 V , p-csatorna esetén 50 V , G—D letörési feszültség: /j-csatorna esetén 200 V , p-csatorna esetén 150 V , k i m e n ő teljesítmény SÍ 100 W .

+

sub

Xy:2,8/3,5 fim,

56

y

offset gate

MOSFET struktúrák A h a g y o m á n y o s n a k m o n d h a t ó MOSFET technoló­ giához legközelebb áll, és így az ismertetés kiinduló pontja lehet Nagata [1] teljesítménytranzisztora. E n n é l a megoldásnál a source és drain réteg a kris­ tályfelületen van, ennélfogva az á r a m is a felületével p á r h u z a m o s rétegben folyik éppúgy m i n t a hagyo­ m á n y o s MOS tranzisztornál. A teljesítménynövelés érdekében k é t lényeges lépést tettek. Megnövelték a maximális á r a m é r t é k é t azáltal, hogy k b . 8000 tranzisztort integrált á r a m k ö r i technológia alkalma­ zásával párhuzamosan kapcsoltak egymással. A másik változás az, hogy a tranzisztor drain letörési feszültségét megnövelték offset gate alkalmazásával, és egy s z u b s z t r á t potenciálon levő második gate alkalmazásával. A s t r u k t ú r á t a 6. ábrán l á t h a t j u k . A h a g y o m á n y o s s t r u k t ú r á b a n a drain letörés szem­ pontjából kritikus pont az a sarokpont, ahol a gate elektróda és a drain p—n á t m e n e t találkozik. I t t a vékony oxidrétegen a gate és a drain feszültségkü­ lönbsége igen nagy térerősséget hoz létre, ami a fél­ vezető k r i s t á l y b a n lavina letörést okoz. Ez a h a t á s kiküszöbölhető, ha a gate réteg — m i n t az á b r á n l á t h a t j u k — nem éri el a drain n réteget. Hogy a szórt elektromos t é r h a t á s á t is kiküszöböljék még egy t o v á b b i árnyékoló elektródával zárják körül a gate e l e k t r ó d á t . Mivel a gate által létrehozott i n ­ verziós csatorna csak annak széléig t a r t , azért gon­ doskodni kell az á r a m ú t t o v á b b i részéről. Ezt a célt szolgálja az ionimplantációval k i a l a k í t o t t n~ réteg, amely az offset gate nevet viseli. Nagy zárófeszült­ ségnél ez a réteg kiürül és része lesz a drain kiürült t a r t o m á n y n a k . Minél szélesebb ez a rész (L ), annál nagyobb drain letörési feszültség (V ) érhető e l : p l . L =5 [xm-nél V = 150 V , L = Í7 fAm-nél V =250 V . I g a z á n nagy zárófeszültségek megvalósításához azonban MOSFET tranzisztortípusnál is arra van szükség, hogy az á r a m a felületre merőlegesen folyjon, azaz a drain réteg a térfogatban legyen kialakítva, í g y egyrészt elkerülhető a görbült tértöltésű larto+

R

BD

R

S R

R

BR

Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 2. szám

poly.SÍ. Si0

W

AL. 2

s

Mindkét s t r u k t ú r a közös jellemzője, hogy k i i n d u l á ­ sul olyan szilícium szeletet használ, amely erősen adalékolt (n+) hordozó k r i s t á l y o n epitaxiális rétegnövesztési eljárással gyengén a d a l é k o l t (n~) r é t e g e t tartalmaz. A szeletekbe a k í v á n t helyeken egy spe­ ciális kis felületi koncentrációjú r é t e g e t a l a k í t a n a k k i , ennek felületén fog létrejönni az inverziós csator­ na. Source r é t e g céljára egy a p-rétegnél sekélyebb, de erősen adalékolt és így kis ellenállású n r é t e g e t diffundáltatnak. Az eltérés a k é t s t r u k t ú r a k ö z ö t t ezt k ö v e t ő e n áll elő. Míg a DMOS t r a n z i s z t o r n á l az inverziós csatorna a felületen laterálisán alakul, addig a VMO S s t r u k t ú r á n á l -=c 100 > orientációj ú szelet esetén szelektív marószer h a t á s á r a , egy definiált hajlásszö­ gű, V a l a k ú árok képződik — amelynek oldalfalai IH820-.7) 111 > orientációj ú a k — az inverziós csatorna ezen az oldalfalon j ö n étre. M i n d k é t tranzisztornál a csa­ t o r n a á r a m elérve az n-adalékolású t a r t o m á n y t verti­ kális i r á n y b a fordul és így éri el az alul elhelyezett (drain) kontaktust. +

7. ábra

M i n d k é t tranzisztor s t r u k t ú r a e g y a r á n t h a s z n á l h a ­ t ó lineáris erősítő elemeként, vagy kapcsoló céljára. M i n d k é t a l k a l m a z á s n á l szerepet j á t s z i k k é t fontos jellemző ( h a b á r különböző súllyal k e r ü l megítélésre) és ez a bekapcsolt á l l a p o t b a n m é r h e t ő soros ellen­ állás R és a drain letörési feszültsége V . M i n d ­ k e t t ő é r t é k é t befolyásolják a s t r u k t ú r a geometriai adatai, az 12-réteg fajlagos ellenállása és v a s t a g s á g a . Ezek k i a l a k í t á s á n á l felvetődhet az optimális é r t é k m e g v á l a s z t á s á n a k kérdése. A másik fontos kérdéskör a csatorna k i a l a k í t á s á n a k problémája, melynek előzménye a CMOS s t r u k t ú r á n á l felmerült p zseb (p Well) diffúzió kérdése. Si

Br

A k é t kérdéskör kapcsolatban van egymással, k é t fizikai jelenség r é v é n . Az egyik egy téreffektus h a t á s , amelynek k ö v e t k e z t é b e n a záróréteg elegendően nagy zárófeszültségnél behatol a p diffúziós r é t e g b e (W ), >H82C--8 amelynek rétegellenállása ezáltal m e g n ő . Ez a n ö ­ vekedés a zárófeszültség függvénye. H a ez a behatolás 8. ábra eléri a source diffúzió h a t á r á t , akkor k e r e s z t á t ü t é s k ö v e t k e z i k be, amit a drain letöréseként észlelünk. Ezt l á t j u k a 9, ábrán. m á n y , amely mindig térerősség-növekedést okoz, A m á s i k jelenség egy bipoláris tranzisztor h a t á s , másrészt lehetősége van az á r a m v o n a l a k n a k a t é r ­ fogatban kiterjeszkedni, amely a bekapcsolt tranzisz­ amely — nagyfeszültségű, nagyteljesítményű tran­ tor soros ellenállásának lecsökkenését eredményezi. zisztoroknál — azok t ö n k r e m e n e t e l é t előidéző m á ­ sodfajú letörést (second breakdown) okoz. Ez a h a t á s Ilyen s t r u k t ú r á t valósít meg a VMOS és a DMOS abból áll, hogy elegendően nagy feszültségnél lavinatranzisztor. Mivel a k é t t í p u s sok szempontból ha­ sonló p r o b l é m á k a t vet fel ezért p á r h u z a m o s a n t á r ­ sokszorozás k ö v e t k e z t é b e n l y u k á r a m folyik a p diffú­ gyaljuk őket Temple [8], Lane [9] és Yoshida [10] ziós rétegben, (I ) abban feszültségesést hoz létre, ami a sourceszubsztrát p—n á t m e n e t k i n y i t á s á t és ezáltal cikkei alapján. A DMOS s t r u k t ú r á t a 7., a VMOS-t a bipoláris tranzisztor á r a m o t (it,i ) okoz. Ez megnöveli 8. ábrán l á t h a t j u k . a drain á r a m á t , és ezáltal a sokszorozásból származó Másik lényeges előny ezeknél a tranzisztoroknál, l y u k á r a m o t . Ez l á t h a t ó a n a tirisztor h a t á s r a emlé­ hogy minden fotolitográfiai nehézség nélkül m i n t ­ egy m a g á t ó l a d ó d i k a rövid csatornahossz ( L ) , amely k e z t e t ő minden h a t á s o n t ú l n ö v e k e d ő á r a m r a vezet. A jelenséget a 10. ábrával érzékeltetjük. az n és p+ diffúziós rétegek behatolási mélységeinek ip

lp

P

+

különbségével a r á n y o s . Ez az érték pedig 1 p.m alá csökkenthető — amint azt a bipoláris tranzisztorok technológiájából t u d j u k — míg a h a g y o m á n y o s MOS s t r u k t ú r á b a n a 4 {im-nél r ö v i d e b b csatorna előállítása m á r nagy fotolitográfiai p r o b l é m á k r a vezet. A csa­ tornahossz rövidítése a fajlagos áramsűrűség n ö v e ­ kedésére vezet — azzal mintegy fordított arányosság szerint — így ezek a s t r u k t ú r á k különösen alkalma­ sak n a g y á r a m ú , nagyfeszültségű szempontból. Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 2. szám

A bekapcsolt tranzisztor soros ellenállása az nepiréteg v a s t a g s á g á n és adalékkoncentrációján t ú l ­ m e n ő e n az elrendezés sűrűségének is függvénye. H a W -sel jelöljük annak a résznek a szélességét, amely­ nél az n-epiréteg gate-tel van fedve (lásd 7., 8. á b r á k ) , akkor b e l á t h a t j u k , hogy ennek a m é r e t n e k növeke­ dése egyrészt az elemsűrűség csökkenését, de m á s ­ részről viszont a soros ellenállás csökkenését is okozza. W a DMOS tranzisztor esetén k é t szomszédos elem s

s

57

t á v o l s á g á t VMOS-nál viszont a V b e t ű alsó ék alakú részének hosszát képviseli. Ez a gate-tel fedett rész ugyanis erős a k k u m u l á c i ó b a n van olyankor amikor a gate-re nagy a m p l i t ú d ó j ú jelet j u t t a t u n k . A csa­ torna á r a m a befolyik ebbe a részbe, amely a csatorna négyzetes ellenállásához képest rövidzárnak tekint­ h e t ő és ebből indul k i a kollektor test felé (9. á b r a ) . Az elrendezés optimalizálhat^ ha a teljes drain á r a m és a soros ellenállás h á n y a d o s á n a k m a x i m u m á t ke­ ressük. M i n d k é t s t r u k t ú r a kritikus problémája az, hogy a szubsztrát réteg, (esetünkben a p+ réteg) egy dif­ fúziós réteg, amelynek koncentrációja a felület men­ t é n pontról pontra változik. Minden növekményes MOS tranzisztor közös jellemzője a nyitófeszültség, amely alatt azt a gate feszültséget értjük, amelynél a csatorna kialakul. Ez az érték függ a szubsztrát koncentrációjától olyan módon, hogy minél nagyobb ez a koncentráció a nyitófeszültség is a n n á l nagyobb. A legnagyobb koncentrációjú hely a source-szubsztrát p—n á t m e n e t helye. Az i t t fennálló koncentrációt (N ) m i n d k é t diffúziós réteg adatai (behatolási mélysége, felületi koncentrációja) e g y a r á n t befolyá­ solják, í g y egy kielégítő szórási t a r t o m á n y elérése a nyitófeszültségben, meglehetősen nagyfokú stabili­ t á s t k í v á n meg a diffúziók r e p r o d u k á l á s á b a n . H a ezt a gondolatmenetet t o v á b b folytatjuk egy ú j a b b A0

58

a l a p v e t ő s t r u k t ú r a p r o b l é m á r a jutunk. M i n t l á t t u k N erősen limitált a nyitófeszültség m i a t t . A 8. á b ­ rán viszont azt l á t t u k , hogy a nagy V - n é l a kiürült t a r t o m á n y behatol a szubsztrátba és ha eléri a source réteget akkor keresztátütéses letörés követ­ kezik be. Ez annál kisebb feszültségnél következik be minél kisebb N vagy L értéke. Mivel N nö­ velése nem lehetséges ezért L-re v o n a t k o z ó a n kapunk így egy alsó korlátot. Ez DMOS s t r u k t ú r á n á l ugyan­ olyan letörési feszültségre kisebb L é r t é k e t enged meg m i n t VMOS-nál. A0

0

M

A0

A DMOS tranzisztor egy speciális k i v i t e l i alakja a HEXFET tranzisztor, amely hatszögletű, mézsejt alakú kialakításáról kapta a nevét. Ilyen tranzisz­ t o r s t r u k t ú r a felülnézeti k é p é t látjuk a 11. ábrán. A legbelső hatszög élei m e n t é n alakul k i a tran­ zisztorelem csatornája. A 6. á b r á n W -sel jelölt rész a p á r h u z a m o s oldalak távolsága. A source terület a legbelső hatószög területe. A DMOS elv egyik érdekes alkalmazása a TRIMOS s t r u k t ú r a , amely egy integrált áramköri planár t i ­ risztor, amelynek bekapcsoló eleme egy-egy DMOS tranzisztor. A s t r u k t ú r a keresztmetszeti képét a 12. ábrán l á t h a t j u k , Plummer és Scharf cikke [11] alapján. Ez felépítésében egy teljesen szimmetrikus szerke­ zet. Működésének megértéséhez hasznos ha felrajs

Híradástechnika

XXXlV.

évfolyam 1983. 2. szám

a l a k í t o t t vertikális tranzisztor. H a a gate-re adott pozitív j e l h a t á s á r a (pozitív anódfesz. mellett) a laterális p—n—p tranzisztor vezetni kezd, akkor ele­ gendő nagy á r a m esetén az R ellenálláson — melyet a 12. á b r á n berajzolt diffúziós réteg részlet ellen­ állása alakít k i — akkora feszültség esik, hogy az á t m e n e t k i n y i t , akkor a vertikális n—p—n tranzisz­ tor is vezető állapotba kerül, amelynek kollektor­ á r a m a fenntartja az á r a m v e z e t é s t a z u t á n is, hogy a G vezérlőelektródán az indítójel megszűnt. Ez a szo­ kásos tirisztor m ű k ö d é s . p

A stabil m ű k ö d é s feltétele, hogy a p—n—p late­ rális tranzisztor földelt bázisú áramerősítésének, vala-

IH82CM1J

11. ábra

o

K

o A

Si0

IzzzzS

2

— w w w . Rp

n*

epi

IH820-12Í

12. ábra

zoljuk azt a helyettesítő kapcsolást, amelyet ez az á r a m k ö r realizál. Ezt a 13. ábrán l á t h a t j u k . Az á b r á n k é t - k é t bipoláris és MOSFET tranzisz­ t o r t l á t u n k . A MOSFET tranzisztorok a DM OS tranzisztorok, amelyek a 12. á b r á n jól felismer­ hetők. A bipoláris p—n—p tranzisztor a jobb oldali DMOS szubsztrát rétegéből mint emitterből az n" epitaxiális rétegből mint bázisból, illetve a bal oldali DMOS s z u b s z t r á t rétegéből mint kollek­ torból k i a l a k í t o t t laterális tranzisztor. Az n—p—n tranzisztor a bal oldali DMOS h á r o m rétegéből k i -

m i n t az n—p—n tranzisztor földelt emitteres á r a m erősítésének szorzata 1-nél nagyobb legyen. Ez a fel­ t é t e l azonban á l t a l á b a n nem t á m a s z t t ú l nehéz k ö ­ v e t e l m é n y t a s t r u k t ú r á v a l szemben. A TRIMOS nagy előnye, hogy integrálható m á s á r a m k ö r i ele­ mekkel és így kedvezően felhasználható olyan helyen, ahol kis bekapcsolt ellenállású és kikapcsolt állapot­ ban kis szivárgású kapcsoló elemre van szükség, mint például az elektronikus m ű k ö d é s ű telefonközpont áramköreiben. IRODALOM

0 Anod

G o-

* Katód 1H820-13]

13. ábra Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 2. szám

[1] I. Yoshida: I E E E Electron Devices. ED-27. p. 398. 1980. február. [2] J. I. Nishizawa, Watanabe: Physical Review vol. 79. p. 232. 1948. július. [3] W. Shockley: Proc. I R E . 40. kötet. 1284. oldal. 1952. november. [4] J . / . Nishizawa: I E E E Trans. on Electron De­ vices. ED-22. No. 4. p. 185. 1975. április. [5] O. Ozawa: I E E E Trans. on Electron Dev. vol. 27. No. 11. 1980. november. [6] J. I. Nishizawa, K. Yamamoto: I E E E Trans. on Electron Dev. vol. ED-25. No. 3. 1978. március p. 314. [7] B. J. Baliga : I E E E Trans. on Electron Dev. vol. ED-27. No. 2. 1980. február p. 368. [8] V. A. K. Temple: I E E E Trans. on Electron Dev. vol. ED-27. No. 2. p. 343. 1980. február. [9] W. A. Lane: I E E E Trans. on Electron Dev. vol. ED-27. No 2. 1980. február p. 349. [10] I. Yoshida: I E E E Trans. on Electron Dev. vol. ED-27. No. 2. p. 395. 1980. február. [11] J. D. Plumner, B. W. Scharf: I E E E Trans. on Electron Dev. vol. ED-27. No. 2. p. 380. 1980. február.

59