[其他]柵控半導體四極管

無效

• 申請號: 87102851
• 申請日: 1987-04-17
• 公開（公告）號: CN87102851A
• 公開（公告）日: 1988-05-25
• 發明（設計）人: 王立模
• 申請（專利權）人: 無錫微電子聯合公司
• 主分類號: H01L29/40
• 分類號: H01L29/40;H01L29/68
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于半導體器件。

本發明的目的是設計和制造幾種具有新的特殊特性的半導體器件。

在電子管有源器件領域里，由于在真空三極管的柵極與陰極間增加一個陰柵極，構成陰極四極管，由于陰柵極對電子產生一加速電場，使它與真空三極管相比，可在不太高的板極電壓下（因而不太增大柵極電流的情況下）獲得大的放大倍數。另一方面，在真空三極管的柵極與板極之間增加一個屏柵極，構成屏柵四極管，可減小密勒電容。總之，為了達到各種不同的目的，可以設計各種不同結構的真空四極管，甚至真空五極管，真空六極管，等等。它們各自具有不同的獨特特性，利用這些特性，人們開發了眾多的具有不同功能的電子電路。

但是，在半導體有源器件領域里，從晶體管發明到現在，幾十年來，人們研究和生產的有源器件主要還是局限于三極管（雙極晶體管和場效應晶體管等等）方面。由于在平面結構的半導體器件中不象立體結構的真空電子管那樣容易設置更多的電極去構思一些新的功能，因而很少出現具有獨特功能的半導體多極管（半導體四極管，五極管等等）。甚至有些器件，從結構的觀點看，本來可以構成一些有用的四極管，也常常被人們將它們的某些端子開路或用內部互連金屬短路而作三端器件使用。這些三端器件與下面指出的本發明的四端器件相比，它們丟失了很多優良的特性。

本發明是用場效應控制雙極晶體管基極注入電流的四端子半導體器件。它用緊湊的結構獲得大范圍可調的電壓控制型高增益放大特性或負微分電阻輸出特性。它們的輸出電流，負阻阻值，以及跨導可在很大范圍內任意調定，并且它們的最大跨導超過一般的場效應晶體管的跨導與雙極晶體管的電流放大系數的乘積，有高的輸入阻抗，并具有雙信號輸入能力，可輸入電壓信號或電流信號，或者同時從兩個端子分別輸入電壓信號和電流信號。

本發明的第一個類型是結型柵控四極管。

本發明的第二個類型是絕緣柵控四極管。

第二個類型又分為增強型絕緣柵控四極管和耗盡型絕緣柵控四極管。

簡短地說，結型柵控四極管是用加在柵極上的電壓信號調制PN結或金屬一半導體整流結（肖特基結）的耗盡層寬度，從而達到控制雙極晶體晶的基極電流的目的。絕緣柵控四極管是用加在柵極上的電壓信號調制絕緣柵場效應結構下半導體中的感應電荷而達到控制雙極晶體管的基極電流的目的。

圖1和圖2是結型柵控四極管的實施例。

圖3是P溝耗盡型結型柵控四極管的等效電路。

圖4是增強型絕緣柵控四極管的實施例。

圖5是P溝增強型絕緣柵控四極管的等效電路。

圖6是耗盡型絕緣柵控四極管的實施例。

圖7是P溝耗盡型絕緣柵控四極管的等效電路。

圖中：（1）是高濃度n型摻雜發射區。（2）是高濃度n型摻雜結型柵區。（3）是P型摻雜基區。（4）是外延n型集電區。（5）是高濃度n型摻雜隱埋層。（6）是高濃度n型摻雜集電極穿透區。（7）是P型硅襯底。（8）是發射極接觸電極。（9）是結型柵的柵接觸電極。（10）是基極的接觸電極。（11）是集電極接觸電極。（12）是二氧化硅保護層。（13）是絕緣柵介質。（14）是絕緣柵場效應結構的柵金屬。（16）是耗盡型絕緣柵場效應結構中的P型摻雜溝道區。（17）是結型柵結構的n型摻雜柵區。（18）是結型柵結構的P型摻雜溝道區。（19）是P型摻雜區。

下面結合附圖給出本發明的實施例：

圖1是結型柵控四極管的實施例。在輕摻雜的P型硅單晶（7）上外延n⁺埋層（5），再外延集電區（4）。在第一次氧化后光刻出集電極磷穿透窗口并完成磷穿透區（6）的擴散，隨后光刻出基區窗口并完成P型基區（3）的硼摻雜擴散。利用硼再分布時產生的氧化層同時光刻出發射極窗口和柵極窗口并進行發射區（1）和結型柵區（2）的磷摻雜擴散。去除磷擴散的氧化膜，進行低溫氧化物沉積，并光刻出發射極電極窗口（8），柵電極窗口（9）。基極電極窗口（10）和集電極電極窗口（11），并蒸發金屬鋁，隨后光刻留下各電極窗口的接觸金屬及其對應的鍵合點金屬，并合金。若作為分立器件使用，可利用鍵合點鍵合并封裝，若用于集成電路中，可利用電極窗口互連。

圖2是結型柵控四極管的另一實施例。它與圖1所示結構的區別在于在完成P型基區（3）的光刻和擴散的同時也完成另一P型摻雜區（19）的光刻和擴散，隨后光刻出區域（18）的窗口并摻入P型雜質，再光刻出柵區（17）的窗口作n型摻雜。