Интегральный транзистор с защитой от перенапряжений
Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, в частности к мощным высоковольтным транзисторам. Интегральный транзистор с защитой от перенапряжений содержит коллекторную область первого типа проводимости, базовую область второго типа проводимости, эмиттерную область первого типа проводимости, полевой транзистор. Сток полевого транзистора соединен с базовой областью, а исток является базовым контактом. Полевой транзистор расположен в базовой области второго типа проводимости, область стока полевого транзистора совмещена с базовой областью, затвор подключен к коллекторной области либо омически, либо через обратносмещенный стабилитрон, выполненный в виде отдельного элемента или в виде обособленной области кристалла. При этом базовая область, прилегающая к затвору со стороны базового контакта и находящаяся между затвором и эмиттерной областью, может вытравливаться. В результате повышается защита транзистора от перенапряжений. 1 ил.
Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, в частности к мощным высоковольтным транзисторам.
Работа мощного транзистора связана с возможностью выхода рабочей точки за пределы области безопасной работы вследствие перенапряжения или короткого замыкания в нагрузочной цепи, а также энергетического выброса индуктивности, что приводит к выходу из строя как транзистора, так и нагрузки. Существует множество методов защиты транзистора от перенапряжения. Один из таких способов описан в Европейском патенте N 0186518 A2 (N заявки 85309507.3, публикация от 02.07.86 г.). В указанном изобретении для защиты от перенапряжения используется полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, последовательно включенный в цепь базы. Один из электродов полевого транзистора - сток - омически соединен с базовой областью биполярного транзистора, исток является базовым контактом, а коллектор этого биполярного транзистора является затвором полевого транзистора. Благодаря этой схеме взаимосоединения приборов входное сопротивление базы увеличивается для понижения тока коллектора, когда по какой-либо причине увеличивается напряжение на коллекторе (например, из-за короткого замыкания в цепи нагрузки или при коммутации индуктивности). Следует отметить, что наряду с несомненными достоинствами описанный способ приводит к значительному увеличению площади кристалла, т.к. необходимо зарезервировать площадь под полевой транзистор, выполненный в виде обособленной области кристалла. Также такая структура обладает худшими временными параметрами из-за увеличения пассивной площади базы. Целью предлагаемого изобретения является повышение защиты транзистора от перенапряжений. Поставленная цель достигается тем, что в интегральном транзисторе с защитой от перенапряжений, содержащем коллекторную область первого типа проводимости, базовую область второго типа проводимости, эмиттерную область первого типа проводимости, полевой транзистор, сток которого соединен с базовой областью, а исток является базовым контактом, полевой транзистор располагается в базовой области второго типа проводимости, при этом область стока полевого транзистора совмещена с базовой областью, а затвор подключен к коллекторной области либо омически, либо через обратно смещенный стабилитрон, выполненный в виде отдельного элемента или в виде обособленной области кристалла. Данный полевой транзистор представляет собой прибор с двусторонним перекрытием канала, причем основная доля перекрываемой области приходится на затвор, выполненный в виде пинч-диффузионной области с фиксированным потенциалом. Этот затвор расположен в пассивной части базовой области на расстоянии, большем 2-3 длин свободного пробега неосновных носителей в базовой области от эмиттерной области для исключения влияния поверхностного паразитного транзистора. Управление напряжением, при котором начинается падение тока вследствие перекрытия канала, производится стабилитроном, выполненным в виде отдельного элемента или в виде обособленной области кристалла. Вариантная часть изобретения предполагает также изготовление меза-областей, представляющих собой вытравливаемые базовые области, прилегающие к затвору со стороны базового контакта и находящиеся между затвором и эмиттерной областью, ограничивающие выход на поверхность p-n-перехода затвор - база, а также диэлектрически изолирующих эмиттерную область и затвор. В маломощных приборах возможно создание такого транзистора с меньшим расстоянием между затвором и эмиттерной областью, т.е. при использовании поверхностного транзистора в качестве основного биполярного транзистора. На чертеже представлен разрез части структуры интегрального транзистора с защитой от перенапряжения. Здесь области 1 и 2 - коллекторная область первого типа проводимости интегрального транзистора; 3 - базовая область второго типа проводимости; 4 - коллекторный p-n-переход интегрального транзистора; 5 - эмиттерная область первого типа проводимости; 6 - затвор вспомогательного полевого транзистора; 7 - область канала полевого транзистора второго типа проводимости; 8 - слой диэлектрика; 9 - металлизация эмиттерной области; 10 - металлизация базовой области; 11 - металлизация затвора; 12 - металлизация коллекторной области. В целях увеличения напряжения пробоя затвор - исток Uзи возможно вытравливание областей 13 и 14, с образованием меза-структуры. Описанный транзистор работает следующим образом. При работе прибора в схеме с общим эмиттером увеличение напряжения "коллектор-эмиттер" Uкэ приводит к протеканию в приборе двух противоположно направленных процессов. 1. Увеличение тока коллектора вследствие увеличения напряжения Uкэ. 2. Падение тока базы по причине перекрытия канала в ее цепи вследствие увеличения напряжения коллектор - база Uкб, Uкб=Uкэ-Uбэ, Uбэ - напряжение база - эмиттер; Uкб=Uзи, где Uзи - напряжение затвор - исток. Увеличение Uкэ приводит к росту Uкб. При малых напряжениях Uкэ первый процесс носит преобладающий характер, что отображается в выходной характеристике в виде участка с положительным импедансом. Однако с ростом Uкэ второй процесс начинает превалировать над первым и происходит падение тока коллектора (появляется участок отрицательного дифференциального сопротивления - ОДС). Величина сопротивления участка ОДС зависит от ширины канала полевого транзистора. Следует отметить, что ток насыщения такого прибора определяется не током базы, а напряжением Uбэ. Включаемый в цепь затвора стабилитрон производит ограничение напряжения Uзи, поэтому с ростом Uкб, обусловленным ростом Uкэ, напряжение Uзи начинает расти только тогда, когда Uкб>Uстаб, где Uстаб - напряжение стабилизации стабилитрона. Это позволяет довольно жестко фиксировать напряжение ограничения. Данный прибор также может работать и в цепи с общей базой, где участок ОДС также ограничивает рост тока коллектора при увеличении напряжения Uкб. Описанная конструкция может использоваться как генератор с индуктивной нагрузкой, причем она является как нагрузкой, так и элементом колебательного контура, что обеспечивает высокий КПД такого генератора. Для осуществления генераторного режима затвор 5 омически соединяется с коллекторной областью, что смещает рабочую область выходной характеристики (область ОДС) в сторону меньших напряжений. Пример изготовления транзистора с защитой от перенапряжений. На подложке 1 из легированного полупроводникового материала, например кремния, n+-типа с низким удельным сопротивлением (0,01 Ом

Формула изобретения
Интегральный транзистор с защитой от перенапряжений, содержащий коллекторную область первого типа проводимости, базовую область второго типа проводимости, эмиттерную область первого типа проводимости, полевой транзистор, сток которого соединен с базовой областью, а исток является базовым контактом, отличающийся тем, что полевой транзистор расположен в базовой области второго типа проводимости, область стока полевого транзистора совмещена с базовой областью, затвор подключен к коллекторной области либо омически, либо через обратно смещенный стабилитрон, выполненный в виде отдельного элемента или в виде обособленной области кристалла, при этом базовая область, прилегающая к затвору со стороны базового контакта и находящаяся между затвором и эмиттерной областью, может вытравливаться.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 07.10.2009
Дата публикации: 10.12.2011