專利名稱：聯(lián)柵晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種晶體管，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
目前的高反壓功率管有雙極型和VDMOS兩種基本結(jié)構(gòu)。雙極型結(jié)構(gòu)的擊穿電壓與截止頻率之間有一定矛盾，其截止頻率一般小于10MHZ，在高壓下的正偏、零偏、負偏二次擊穿功率耐量小，高溫穩(wěn)定性差，使用中極易燒毀；VDMOS結(jié)構(gòu)的正偏、零偏、負偏二次擊穿功率耐量雖然較高，但其制造工藝復(fù)雜、飽和損耗大、成本高。
本實用新型的目的是提供一種擊穿電壓高、開關(guān)速度和二次擊穿耐量也高、高溫穩(wěn)定性好的新型晶體管。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的聯(lián)柵晶體管有集電極、基極、發(fā)射極、集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電結(jié)和發(fā)射結(jié)。其集電結(jié)兩側(cè)均制有一排與基區(qū)同類型的半導(dǎo)體區(qū)；其集電結(jié)的集電區(qū)一側(cè)還制有一排與基區(qū)同類型且與基區(qū)相聯(lián)的半導(dǎo)體區(qū)，這些半導(dǎo)體區(qū)都呈橫向排列且互不相聯(lián)。
當給管子的集—基極間加反向偏置時，集電結(jié)兩側(cè)的各半導(dǎo)體區(qū)與集電區(qū)形成的PN結(jié)將會擴展，并隨反偏加大而依次相聯(lián)，形成新的集電結(jié)，該結(jié)的曲率半徑比原集電結(jié)增大了許多，這樣管子便能承受較高的電壓，但由于在該PN結(jié)的單位長度上承受的電壓并不高，因此管子的二次擊穿耐量和高溫穩(wěn)定性都得到了提高，又由于該PN結(jié)很薄，所以管子的截止頻率也可提高。
在給集—基極間加反向偏置的同時，集電結(jié)外側(cè)的各半導(dǎo)體區(qū)與集電區(qū)形成的PN結(jié)還會向中心部分擴展，使得射—集極間的導(dǎo)通截面減小，這些PN結(jié)隨反偏加大也將依次相聯(lián)，從而把射一集極間的導(dǎo)通路徑夾斷，形成結(jié)型場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，這樣管子可承受很高的反壓而不擊穿。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細描述。


圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的等效電路圖。
本實用新型實施例為NPN型晶體管，其結(jié)構(gòu)見圖1，它有集電極C、基極B、發(fā)射極E、N型集電區(qū)、P型基區(qū)、N型發(fā)射區(qū)、集電結(jié)和發(fā)射結(jié)。其集電結(jié)兩側(cè)均制有三個P型半導(dǎo)體區(qū)P1～P3，它們呈橫向排列且互不相聯(lián)。在集電結(jié)的集電區(qū)一側(cè)還制有一排與基區(qū)相聯(lián)的P型半導(dǎo)體區(qū)P0，這些半導(dǎo)體區(qū)也呈橫向排列且互不相聯(lián)。P0～P3區(qū)均和集電區(qū)形成PN結(jié)。
其制作過程同一般的雙極型晶體管基本相同，即切片→雙面磨片→n+擴散→單面磨片拋光(形成n-區(qū))→氧化→一次光刻→深硼擴散(形成P型P0～P3區(qū))→二次光刻→淺硼擴散(形成P型基區(qū))→三次光刻(形成N型發(fā)射區(qū))→第四次光刻→蒸鋁→第五次光刻→合金→鈍化→第六次光刻→背面金屬化→中測→劃片→燒結(jié)→壓焊→包封→切筋→沾錫→熱電老化→測試→打印。
給C—B極間加反向偏置時，P型半導(dǎo)體區(qū)P0～P3將會擴展，結(jié)果如圖1中虛線所示。集電結(jié)兩側(cè)的P1結(jié)隨反偏電壓增高而加寬，繼續(xù)加大反偏，P1結(jié)感應(yīng)的空間電荷區(qū)便與P2結(jié)相聯(lián)，使集電結(jié)的曲率半徑增加，這樣管子便可承受較高的電壓而不擊穿。進一步加大反偏，P1 P2結(jié)感應(yīng)的空間電荷區(qū)又與P3結(jié)相聯(lián)，使集電結(jié)的曲率半徑進一步增加，于是管子就能承受更高的電壓。這里P1～P3結(jié)構(gòu)成了一個類似平面結(jié)的增壓環(huán)。
在給C—B極間加反向偏置的同時，集電結(jié)的集電區(qū)一側(cè)的各P0結(jié)隨反偏電壓增高而向中心部分擴展，使E—C極間的導(dǎo)通截面減小，隨各P0結(jié)擴展，各P0結(jié)將會相聯(lián)，從而夾斷E—C極間的通路?？梢奅—C極間的導(dǎo)通截面受到C—B極間反向偏置的調(diào)制，也即管子內(nèi)部形成一個結(jié)型場效應(yīng)結(jié)構(gòu)。
管子的等效電路如圖2所示，它相當于串接在一起的一個N溝道場效應(yīng)管FET和一個雙極型晶體管T，其中FET的柵極g和T的基極b聯(lián)在一起引出管腳B；FET的源極s和T的集電極c聯(lián)在一起；FET的漏極d引出管腳C；T的發(fā)射極e引出管腳E。故稱此管為聯(lián)柵晶體管。
當聯(lián)柵晶體管導(dǎo)通時，T起主要作用，而FET僅起構(gòu)成通路的作用；當聯(lián)柵晶體管截止時，T和FET同時起作用，但是FET起主要作用。截止時由于FET的夾斷作用，使得T承受的反壓很低，所以聯(lián)柵晶體管的B V CEO可以達到很高；又由于FET的截止頻率fT很高、無二次擊穿、具有負溫度系數(shù)、開關(guān)速度快，故聯(lián)柵晶體管也有這些優(yōu)點。由于聯(lián)柵晶體管截止時FET起主要作用，而導(dǎo)通時T起主要作用，所以聯(lián)柵晶體管不僅B V CEO可以做到很高，而且其電流放大倍數(shù)也可以做得很高，這是一般晶體管所達不到的。
聯(lián)柵晶體管的工藝同于雙極型晶體管，其截止頻率與擊穿電壓的矛盾小，截止頻率可達40MHZ，由于其內(nèi)部有一個場效應(yīng)結(jié)構(gòu)，使正偏、零偏、負偏二次擊穿耐量大為提高，遠優(yōu)于雙極型，故有很好的性能價格比。它適用于高壓功率開關(guān)電路，可廣泛用于各種高壓快速功率開關(guān)電路和電子鎮(zhèn)流器及高效節(jié)能燈中。
權(quán)利要求1.聯(lián)柵晶體管有集電極、基極、發(fā)射極、集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電結(jié)和發(fā)射結(jié)，集電結(jié)兩側(cè)均制有一排與基區(qū)同類型的半導(dǎo)體區(qū)，這些半導(dǎo)體區(qū)呈橫向排列且互不相聯(lián)，其特征在于在集電結(jié)的集電區(qū)一側(cè)還制有一排與基區(qū)同類型且與基區(qū)相聯(lián)的半導(dǎo)體區(qū)，這些半導(dǎo)體區(qū)也呈橫向排列且互不相聯(lián)。
專利摘要聯(lián)柵晶體管有集電極、基極、發(fā)射極、集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電結(jié)和發(fā)射結(jié)，集電結(jié)兩側(cè)均制有一排與基區(qū)同類型的半導(dǎo)體區(qū)，這些半導(dǎo)體區(qū)呈橫向排列且互不相聯(lián)，集電結(jié)的集電區(qū)一側(cè)還制有一排與基區(qū)同類型且與基區(qū)相聯(lián)的半導(dǎo)體區(qū)，這些半導(dǎo)體區(qū)也呈橫向排列且互不相聯(lián)。其等效電路相當于串接的場效應(yīng)管和雙極型管，它制作工藝同雙極型，擊穿電壓高、開關(guān)速度和二次擊穿耐量也高，高溫穩(wěn)定性好，適用于高壓功率開關(guān)電路。
文檔編號H01L29/73GK2220123SQ9422293
公開日1996年2月14日 申請日期1994年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月11日
發(fā)明者王敬元, 閻世民, 朱志鴻 申請人:王敬元, 閻世民, 朱志鴻