DE1514362C - Feldeffekttransistor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor liegenden Bereich des Körpers 23. Dieser Bereich als mit halbleitendem Kanal, an den eine Quellenelek- Kanal 31 wird bezeichnet.

trode und eine Abflußelektrode angeschlossen sind, Der Kanal wird als η-Halbleiter angenommen, da

und mit einer durch einen Isolator, der sich über die die Abflußströme durch den Kanal Elektronenströme gesamte Fläche zwischen Quellenelektrode und Ab- 5 sind. Der Kanal 31 kann einen Elektronenüberschuß flußelektrode erstreckt, gegenüber dem Kanal ge- besitzen, wenn keine Spannung an der Steuerelektrennten Steuerelektrode. trode anliegt, oder es kann im Kanal 31 durch An-

Es sind Feldeffekttransistoren (z. B. aus der USA.- legen einer positiven Spannung an das Gitter ein Patentschrift 3 056 888) bekannt, bei denen die Elektronenüberschuß induziert werden. Der Isolator Quellenelektrode, der Kanal und die Abflußelektrode io 29 besteht vorzugsweise aus Siliziumoxyd, obwohl in einer gemeinsamen Ebene an der Kristalloberfläche auch andere Isolatoren verwendet werden können,
abschließen und bei denen die Steuerelektrode vom Der Isolator 29 weist zwei Stufen oder Bereiche

Kanal durch eine Isolierschicht gleichmäßiger Dicke unterschiedlicher Dicke 29a und 29b auf. Der Isolagetrennt ist. tor 29 ist über dem neben der Quellenelektrode 25

Der Nutzfrequenzbereich eines solchen Feldeffekt- 15 liegenden Abschnitt des Kanals 31 dünner (Bereich transistors läßt sich nach.oben erweitern, wenn man 29a) und-über dem neben der Abflußelektrode 27 die Steuerelektrode etwas "von der Abflußelektrode liegenden Abschnitt des Kanals 31 dicker (Bereich entfernt und in Richtung auf die Quellenelektrode hin 296). Dieser dickere Bereich erbringt bei allen Ausversetzt, so daß ein der Abflußelektrode benachbarter führungsformen der Erfindung eine verbesserte Be-Teil des Kanals nicht von der Steuerelektrode über- ao triebsstabilität.

deckt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei derart Eine vorzugsweise metallische Steuerelektrode 33

ausgebildeten Feldeffekttransistoren sich die Betriebs- liegt auf dem Isolator 29, der sie vom Kanal 31 trennt, charakteristika mit der Zeit und in Abhängigkeit von Die Steuerelektrode 33 kann sich lediglich über den der Umgebungstemperatur verändern können. Diese dünneren Bereich 29 a des Isolators 29 erstrecken. Veränderungen sind vermutlich auf Bewegungen und 35 Vorzugsweise überdeckt sie sowohl den dünneren als Konzentrationsänderungen von Ionen an oder in der auch den dickeren Bereich des Isolators 29. ■
Fläche des Isolators über dem nicht vom Gitter über- Eine niederohmige Quellenelektrode 35 aus Metall

deckten Kanalabschnitt zurückzuführen. steht in ohmschem Kontakt mit dem Quellenbereich

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 25, und eine niederohmige, metallische Abflußelek-Stabilität derartiger Feldeffekttransistoren zu verbes- 30 trode 37 steht in ohmschem Kontakt mit dem Absern. Diese Aufgabe wird bei einem Feldeffekttran- flußbereich 27. Eine Isolierschicht 30 überdeckt die sistor mit halbleitendem Kanal, an den eine Quellen- Oberfläche des Körpers 23 neben der Quellen-, Abelektrode und eine Abflußelektrode angeschlossen fluß- und Steuerelektrode.

sind, und mit einer durch einen Isolator, der sich über Das erste Ausführungsbeispiel 21 kann mit einem

die gesamte Fläche zwischen Quellenelektrode und 35 Schaltkreis 39 betrieben werden. Ein Leiter 41 verbin-Abflußelektrode erstreckt, gegenüber dem Kanal ge- det die Quellenelektrode 35 mit Erde 43, eine Steuertrennten Steuerelektrode, erfindungsgemäß dadurch leitung 45 verbindet die Steuerelektrode 33 mit über gelöst, daß der Isolator an dem neben der Abfluß- eine Vorspannungsquelle 47 und eine in Reihe hierelektrode liegenden Abschnitt des Kanals dicker und mit geschaltete Signalquelle 49 mit der Erde 43, und an dem neben der Quellenelektrode liegenden Kanal- 40 ein Leiter 51 verbindet die Abflußelektrode 37 über abschnitt dünner ist und daß sich die Steuerelektrode eine Spannungsquelle 53 und einen Lastwiderstand 55 über den dünneren Bereich des Isolators erstreckt. mit Erde 43. .

In unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfin- Die an die Steuerelektrode 33 angelegte Spannung

dung kann die Steuerelektrode sich ebenfalls über ist hauptsächlich auf dem über dem dünneren Isoladen dickeren Bereich des Isolators erstrecken, oder 45 torbereich 29 a liegenden Teil der Steuerelektrode es kann über dem dickeren Isolatorbereich auch ein wirksam und ändert den von der Quellenelektrode 25 getrennter Leiter angeordnet sein, der wahlweise auch zur Abflußelektrode 27 fließenden Strom. Der über an die Steuerelektrode angeschlossen sein kann. dem dickeren Isolatorbcreich 296 liegende Steuer-

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Dar- elektrodcntcil wirkt hauptsächlich als eine unter Vorstellungen von Ausführungsbeispiclcn näher erläutert. 50 spannung stehende, elektrostatische Abschirmung zur Es zeigt weiteren Stabilisierung des Arbeitsverhaltens des

Fig. 1 teils im Schnitt und teils in perspektivischer Transistors.
Ansicht eine erste Ausführungsform der Erfindung, Das verstärkte Ausgangssignal kann über dem

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung Lastwiderstand 55 an Anschlüssen 57 abgenommen im Schnitt und 55 werden. Die in F i g. 1 gezeigte Polarität der Vor-

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung spannung und Stromquellen ist zum Betrieb eines im Schnitt. Transistors 21 mit n-leitcndcm Kanal bestimmt.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform 61 der

durchweg mit gleichen Bezugsziffern verschen. Erfindung, die ähnlich der in Fig. 1 gezeigten Aus-

Fig. I zeigt eine Ausführungsform 21 der F.rfin- 60 führungsform 21 ist, abgesehen davon, daß sich die dung, die einen Isolator aufweist, der in Richtung des Steuerelektrode 33 lediglich über den dünneren Be-Stromflusscs durch den Kanal eine abgestufte Dicke reich 29α des Isolators 29 erstreckt und daß cine gebesitzt. Die Anordnung 21 enthält einen Halbleiter- trennte Elektrode 63 über dem dickeren Bereich 29 ft körper 23 aus P-Silizium, eine Quelle 25 und einen des Isolators 29 liegt. Wie gezeigt, ist die Elektrode Abfluß 27, die beide aus n-leitcndem Silizium be- 65 63 mit einem leiter 65 verbunden,
stehen und im Abstand voneinander im Körper 23 Die zweite Ausführungsform 61 kann in dem an

angeordnet sind. Ein Isolator 29 überdeckt den zwi- Hand Fig. I beschriebenen Schaltkreis 39 betrieben sehen Quellenelektrode 25 und Abflußelektrode 27 werden, wobei die Elektrode 63 und der Leiter 65

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offen sind. Wahlweise kann der Leiter 65 unmittelbar Bei solchen polykristallinen Strukturen wird der Isoan den Leiter 45 angeschlossen werden, so daß lator vorzugsweise durch Dampfniederschlag herge-Steuerelektrode 33 und Elektrode 65 dieselbe Span- stellt. Ebenfalls können bei Anordnungen mit polynung aufweisen. kristallinen Kanälen das Kanalmaterial auf dem

Nach einer anderen Alternative kann die zweite 5 Isolator oder der Isolator auf dem Kanal nieder-Ausführungsform61 mit dem in Fig. 1 gezeigten geschlagen werden.

Schaltkreis 39 betrieben werden, wobei aber die Die Herstellweise von Feldeffekttransistoren mit

Elektrode 63 über den Leiter 65 mehr oder weniger isolierter Steuerelektrode ist ähnlich denen, die zur negativ gegenüber der Steuerelektrode 33 gehalten Herstellung ebener, bipolarer Transistoren und einwird, ίο heitlicher, monolitischer Anordnungen verwendet

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform71 der werden. Die Verfahren der Störstoffdiffusion können Erfindung, die ähnlich der ersten Ausführungsform verwendet werden, und die geometrischen Abmcs-21 (Fig. 1) ist, abgesehen davon, daß sich die sungen können durch präzise Abdeckung und photo-Steuerelektrode 33 nur über den dünneren Bereich lithographische Verfahren festgelegt werden.
29 a des Isolators 29 erstreckt und daß der dickere 15 Die Herstellung eines solchen Elements mit abge-Bereich29/> des Isolators 29 nicht überdeckt ist. Die stuftem Isolator kann gemäß folgendem Verfahren dritte Ausführungsform 71 kann in dem in F i g. 1 vorgenommen werden: Ein leicht dotiertes p-leitcndes gezeigten Schaltkreis 39 betrieben werden. Siliziumscheibchen von etwa 2,5 cm Durchmesser

Die verbesserte Betriebsstabilität des in den An- und 0,018 cm Dicke wird an einer Seite poliert, und Sprüchen gekennzeichneten Feldeffekttransistors 20 die Oberfläche wird in einem Ofen, der eine Dampfwird dadurch erreicht, daß bei diesem eine versetzte atmosphäre zur Erzeugung eines Oxyd-Flächenüber-Steuerelektrode und ein dickerer Isolator über dem zugs enthält, bei ungefähr 900° C stark oxydiert. Der neben der Abflußelektrode liegenden Kanalabschnitt gebildete Oxydüberzug wird dann auf ausgewählten, vorgesehen sind. Die Betriebsstabilität ist ferner durch Abdeckung festgelegten Flächen unter Verdurch Anbringen einer elektrostatischen Abschirmung 25 wendung von photolithographischen Verfahren wegin Form einer Elektrode 63 verbessert (F i g. 2). geätzt.

Diese Stabilisierung kann durch Anlegen einer Span- Danach wird das Scheibchen bei ungefähr 1050° C

nung an den Leiter 65 modifiziert werden, wie im 10 Minuten lang in einer Atmosphäre erhitzt, die Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben wurde. Bei ein n-Dotiermittel, z. B₁. Phosphor, enthält, wodurch der Ausführungsform nach F i g. 1 ist der dickere 30 Quellen- und Abflußbereich im Abstand von etwa Isolator durch die Steuerelektrode überdeckt, die 25 Mikron dort geschaffen werden, wo das Scheibeine unter Spannung stehende Abschirmung darstellt. chen nicht durch das Oxyd abgedeckt ist. Die gesamte

Der in F i g. 1 gezeigte Schaltkreis 39 ist nur bei- übrige Oxydschicht wird dann entfernt.
spielsweise für alle verwendbaren Schaltkreise gezeigt. Anschließend wird das Scheibchen bei ungefähr

Andere Schaltkreise können zum Betrieb einer oder 35 900° C in einem nassen Sauerstoffgas etwa 5 Stimmehrerer Ausführungsformen der Erfindung benutzt den lang erhitzt, bis sich eine andere, zweite Oxydwerden. Beispielsweise kann der Schaltkreis ein schicht von ungefähr 0,4 Mikron Dicke gebildet hat. Vefstärkerkreis in einem Hochfrequenzempfänger Das Scheibchen wird dann auf Zimmertemperatur sein. Weiterhin kann jede Signal- und Spannungs- abgekühlt und erneut bei ungefähr 400° C in trokquelle 49 und 47 ein Gleichstrom-, Niederfrequenz- 40 kenem Wasserstoffgas für etwa 5 Minuten erhitzt, wechselstrom- oder Hochfrequenzwechselstromsignal um die gewünschte Kanaleigenschaft zu erzielen, liefern. Bei einer solchen Betriebsweise können die Die zweite Oxydschicht wird über dem Quellen- und Anordnung und der in F i g. 1 gezeigte Schaltkreis Abflußbereich selektiv durch Ätzen entfernt,
als ein Mischer arbeiten. Die über dem Kanal liegende Oxydschicht wird

In den Figuren ist der Halbleiterkörper 23 elek- 45 dann unter Verwendung einer Reihe photolithotrisch nicht angeschlossen. Jedoch kann an ihn eben- graphischer Arbeitsschritte und partieller Ätzvorfalls eine Vorspannung, entweder mit einem deich- gänge abgestuft, um die Oxyddicke zu reduzieren, strom- oder einem Wechselstromsignal angelegt wer- Die Anzahl dieser Arbeitsvorgänge hängt von der den: dadurch entsteht ein Hilfssignaleingang. Wenn geforderten Anzahl von Oxydstufen ab. Beim vorder Halbleiterkörper 23 dünn ist und einen den Ver- 50 liegenden Beispiel wurden zwei Stufen an jeder hältnissen entsprechenden ohmschen Widerstand auf- Einheit vorgesehen mit einer Dicke von 0,2 und weist, kann auch eine Hilfssteuerclektrode als Hilfs- 0,4 Mikron und mit einer Länge von ungefähr 6,4 und signaleingang gegenüber der Steuerelektrode 33 an 17,2 Mikron Länge. Auf das gesamte Scheibchen wird ihm angeordnet werden. Metall aufgedampft, das danach selektiv von allen

Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfin- 55 Flächen des Scheibchens weggeätzt wird mit Ausdung können Strukturen aufweisen, bei denen der nähme oberhalb des Quellcnbereiches, des Abfluß-Kanal aus einem Einkristall gebildet ist, z. B. un- bereichcs und der abgestuften Oxydbereiche. Das mittelbar als Einkristall oder durch Aufwachsen auf über dem abgestuften Oxyd zwischen dem Qucllcncincm Einkristallkörpcr hergestelltes Silizium. Bei und Abflußbereich liegende Metall bildet die Stcuersolehcn Einkristallstrukturcn kann der Isolator aus 60 elektrode des Transistors. Das Scheibchen wird dann einer Dampfphase niedergeschlagen werden oder bei in getrennte Einheiten oder Teile geschnitten. Die einigen Materialien, wie Silizium, durch thermische Einheiten oder Teile werden auf einem geeigneten Oxydation gezüchtet werden. Träger befestigt und Leitungen daran angeschlossen,

Die Ausführungsformen der Erfindung können /. B. durch Thermokompression. Nach Anbringen ebenfalls Strukturen mit einem Kanal aus einem poly- 65 der Anschlüsse werden die Einheiten eingekapselt,
kristallinen Material aufweisen, wie z. B. Kadmium- Die Feldeffekttransistoren, wie sie in den An-

sulfid, Kadmiiimsclinid oder Tellur, die vorzugsweise Sprüchen gekennzeichnet sind, behielten nach einer durch Niederschlugen von Dampf erzeugt werden. Betriebsdauer von 162 Stunden bei Zimmertempera-

tür und 16,5 Volt Spannung zwischen Quellen- und Abflußelektrode und —22,5 Volt Spannung zwischen Quellenelektrode und Steuerelektrode innerhalb 8 °/o ihre ursprünglichen Betriebscharakteristiken bei. Dies stellt eine. Stabilitätsverbesserung gegenüber dem Durchschnitt vergleichbarer Feldeffekttransistoren um mindestens einen Faktor zwei dar. Bei höheren Betriebstemperaturen war der Stabilitätsunterschied zwischen den bekannten Feldeffekttransistoren und den Feldeffekttransistoren, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet sind, noch bemerkenswerter.

Ferner zeichnen sie sich durgfi eine höhere Ausgangsimpedanz, eine höhere Efarchbruchsspannung zwischen Quellenelektrode und Abflußelektrodc und durch eine niedrigere Rückkopplungskapazität zwisehen Steuerelektrode und Abflußelektrode aus.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Feldcffektransistor mit halbierendem Kanal, an den eine Quellenelektrode und eine Abflußelektrode angeschlossen sind, und mit einer durch einen Isolator, der sich über die gesamte Fläche zwischen Quellenelektrode und Abflußelektrode erstreckt, gegenüber dem Kanal getrennten Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (29) an dem neben der Abflußelektrode liegenden Abschnitt des Kanals (31) dicker und an dem neben der Quellenelektrode liegenden Kanalabschnitt dünner ist und daß sich die Steuerelektrode (33) über den dünneren Bereich (29 a) des Isolators erstreckt.

2. Feldeffektransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuerelektrode (33) ebenfalls über den dickeren Bereich (29 b) des Isolators (29) erstreckt.

3. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein getrennter Leiter (63) über dem dickeren Bereich (29 b) des Isolators angeordnet ist.

4. Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über dem dünneren Bereich (29 a) liegende Steuerelektrode (33) an den über dem dickeren Bereich (29 b) des Isolators liegenden, getrennten Leiter (63) angeschlossen ist.

5. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (33) unsymmetrisch zwischen Quellen- und Abflußelektrode (41, 51) liegt derart, daß ein Teil der Steuerelektrode (33) einem Abschnitt der Quellenelektrode (25) gegenüberliegt und daß einem an die Abflußelektrode (27) angrenzenden Kanalabschnitt keine Steuerelektrode gegenüberliegt.

6. Feldeffekttransistor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an die Quellenelektrode und die Abflußelektrode angeschlossene Spannungsversorgungseinrichtung' (53) zur Herstellung eines Ladungsträgerflusses im Kanal, der von der Quellenelektrode zur Abflußelektrode gerichtet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen