close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13721

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.10.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13721
(13) C1
(19)
H 01L 21/00
H 01L 29/00
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ
(21) Номер заявки: a 20081245
(22) 2008.10.02
(43) 2010.06.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное
объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Марченко Игорь Георгиевич; Жданович Николай Евгеньевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по материаловедению" (BY)
(56) SU 1800501 A1, 1993.
BY 8754 C1, 2006.
BY 10231 C1, 2008.
RU 2275712 C2, 2006.
SU 1544108 A1, 1993.
EP 0505928 A2, 1992.
JP 2008098269 A, 2008.
BY 13721 C1 2010.10.30
(57)
Способ изготовления биполярных транзисторов с изолированным затвором, включающий облучение транзисторных структур электронами с энергией 4 МэВ и дозой не более
100 кГр, при котором облучение ведут сначала при температуре 130-150 °С в течение 3040 мин, потом выдерживают структуры при температуре 300-350 °С в течение 15-20 мин, а
затем проводят повторное облучение при температуре 300-350 °С в течение 15-20 мин.
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве быстродействующих полупроводниковых приборов, в частности в технологии
биполярных транзисторов с изолированным затвором, или IGBT - Insulated Gate Bipolar
Transistor.
Характеристики "идеального" транзистора, к которым стремятся производители кристаллов, должны удовлетворять трем основным требованиям [1]: он должен иметь близкие к
нулевым потери проводимости, определяемые напряжением насыщения коллектор-эмиттер
VCE(on), выдерживать высокое обратное напряжение VCES в выключенном состоянии и
иметь минимальные потери выключения EOFF. Соотношение VCE(on), VCE и VOFF главным
образом и определяет уровень IGBT как биполярного силового ключа. Проблема оптимизации (достижения наилучшего сочетания) этого соотношения требует постоянного усовершенствования технологий IGBT, одним из направлений развития которых является
создание методов контролируемого изменения времени жизни носителей заряда в базовой
области транзисторной структуры для определения времени и характера выключения
транзистора [2].
Известен [3] способ изготовления биполярных транзисторов с изолированным затвором, в котором с целью снижения потерь проводимости и выключения осуществляют
BY 13721 C1 2010.10.30
имплантацию германия в определенную область транзисторной структуры. Однако подобные решения весьма дорогостоящи, технологически сложны и доступны только для
мировых лидеров в области создания силовых приборов.
Недостатком способа является то, что надежностные характеристики полученных
приборов данного класса становятся более чувствительными к режимам работы, наличию
в их структуре различных неоднородностей. Это обусловлено, вероятно, необходимостью
в более точном контроле за распределением имплантированной примеси.
Известен [4] способ изготовления биполярных транзисторов с изолированным затвором со сниженными потерями при переключении, включающий электронное облучение,
снижающее время жизни носителей заряда в высокоомной области транзисторной структуры. Ее конструктивно-технологическое исполнение позволяет достичь более высокого
быстродействия при сохранении работоспособности транзистора.
Недостаток способа - нежелательный рост потерь энергии в режиме проводимости облученных транзисторов, который может превышать уменьшение потерь энергии в процессе выключения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
способ [5] изготовления полупроводниковых приборов на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором, включающий облучение транзисторных структур электронами с энергией не более 5 МэВ и дозой не более 100 кГр.
Недостаток данного способа заключается в том, что он не позволяет получить приборы с приемлемым соотношением потерь проводимости и энергии выключения, что ограничивает его возможности.
Задача изобретения - получение быстродействующих транзисторов с пониженными
значениями потерь проводимости, определяемых напряжением насыщения коллекторэмиттер.
В способе изготовления биполярных транзисторов с изолированным затвором, включающем облучение транзисторных структур электронами с энергией 4 МэВ и дозой не более 100 кГр новым, по мнению авторов, является то, что облучение ведут сначала при
температуре 130-150 °С в течение 30-40 мин, потом выдерживают структуры при температуре 300-350 °С в течение 15-20 мин, а затем проводят повторное облучение при температуре 300-350 °С в течение 15-20 мин.
Сущность изобретения. Стремление получить высокие динамические характеристики
и сокращение потерь на переключение, определяемых у биполярных транзисторов с изолированным затвором временем выключения, приводит к росту потерь проводимости, поэтому
перед разработчиками часто стоит проблема выбора оптимального соотношения [6]. Чтобы
уменьшить потери проводимости, импульсная энергия должна увеличиваться, и наоборот.
В заявляемом техническом решении увеличение быстродействия транзисторов за счет
контролируемого уменьшения времени жизни носителей достигается без существенного
роста потерь проводимости (транзисторы с пониженным значением VCE(on)). В основе выбора режимов электронного облучения транзисторов лежат процессы образования точечных радиационных дефектов в полупроводниках и возможность точной дозировки их
концентраций и концентрационных соотношений, основанная на зависимости концентраций введенных дефектов от условий (температуры) облучения и отжига [7, 8]. Использование режимов облучения, предложенных в настоящем изобретении, позволяет:
ввести максимально возможную концентрацию А-центров (EC - 0,17 эВ) в высокоомную базовую область транзисторной структуры;
при выдержке облученных структур между этапами облучения и последующем облучении при 300-350 °С частично трансформировать введенный при 130-150 °С А-центр в
2
BY 13721 C1 2010.10.30
комплексы с уровнем EC - 0,35 эВ [9] и провести прецизионную (более точную) подгонку
общей концентрации этого уровня в транзисторной структуре;
используя уровни EC - 0,17 эВ и EC - 0,35 эВ (комбинацию их концентрационного соотношения) в качестве регулятора времени жизни неравновесных носителей заряда, можно
получить более высокое, чем в способе прототипа, отношение τв/τн, где τв - время жизни
носителей заряда при высоком уровне инжекции, а τн - время жизни носителей заряда
при низком уровне инжекции. В результате удается снизить время выключения транзистора до необходимого уровня при росте падения напряжения на транзисторе в проводящем состоянии до разумных пределов.
Диапазоны температур и времени облучения, а также температур и времени выдержки
транзисторных структур между этапами облучения были выбраны экспериментально с
учетом данных о кинетике образования и распада радиационных центров в кремнии при
электронном облучении и последующем отжиге.
При температурах 130-150 °С и 300-350 °С и времени облучения 30-40 и 15-20 мин соответственно и выдержке между этапами облучения при 300-350 °С в течение 15-20 мин достигается наиболее эффективное накопление радиационных центров, ответственных за
рекомбинацию носителей заряда и обеспечивающих необходимое сочетание динамических и статических параметров облученных транзисторов. Выход за пределы выбранных
температур и времени облучения приводит к худшим результатам.
Пример конкретного выполнения. Предложенный способ был апробирован на дискретных транзисторах, рассчитанных на прямой постоянный ток коллектора до 23 A при
напряжении насыщения коллектор-эмиттер в открытом состоянии транзистора VCE(on) ≤ 2,7 В
и максимальном напряжении коллектор-эмиттер VCES = 650-750 В.
Были отобраны шесть партий транзисторных структур по 10 штук в каждой и измерены их исходные параметры. Обработка транзисторов проводилась по следующей схеме.
Партия приборов помещалась в облучательную капсулу, размещенную перед выходным
окном ускорителя. Необходимая температура в капсуле (для первого облучения 130150 °С, для выдержки без облучения 300-350 °С и для повторного облучения 300-350 °С)
поддерживалась за счет продувки подогретых паров азота. Облучение проводилось ускоренными электронами с энергией 4 МэВ. Интенсивность потока электронов (мощность
дозы облучения) подбиралась с таким расчетом, чтобы суммарная доза облучения (от первого и повторного облучения) не превышала 100 кГр: как в прототипе (100 kGy).
Например, для партии № 2 (таблица) схема обработки выглядит следующим образом.
В капсуле задается температура 130 °С, включается ускоритель и проводится облучение в
течение 30 мин. Потом температуру в капсуле повышают до 300 °С и выдерживают транзисторы без облучения при 300 °С в течение 15 мин. Затем опять включают ускоритель и
проводят повторное облучение при температуре 300 °С в течение 15 мин. Обработка завершена. В такой же последовательности, но в иных температурных и временных режимах обрабатываются и другие партии.
После обработки проводится контроль параметров транзисторов с использованием
общепринятых метрологических средств и методов. Быстродействие транзисторов оценивалось по величине относительного изменения времени жизни неравновесных носителей
заряда в базовой области транзистора: τР0/τРФ, где τР0 и τРФ - время жизни носителей до и
после облучения соответственно. Данные сведены в таблицу.
Из данных таблицы следует, что при обработке транзисторных структур по заявляемому способу можно получить приборы с высоким уровнем быстродействия, но более
низким значением напряжения коллектор-эмиттер в открытом состоянии, а значит с
меньшими потерями проводимости, при неизменном напряжении коллектор-эмиттер.
3
BY 13721 C1 2010.10.30
Изменение параметров биполярных транзисторов с изолированным затвором,
обработанных по заявляемому способу и способу прототипа
№
партии
1
2
3
4
5
6
Режим повторного
облучения
T, °С; t,
Т, °С; t,
τР0/τРФ, от.ед.
мин
мин
250 10 250 10
5,8
300 15 300 15
6,2
325 17,5 325 17,5
8,5
350 20 350 20
6,3
400 30 400 30
5,3
Прототип
6,0
Режим об- Режим вылучения
держки
T, °С; t,
мин
100 20
130 30
140 35
150 40
200 50
Параметры
VCE(on), В
VCES, В
2,0-2,7
1,65-2,6
1,4-2,5
1,7-2,6
2,1-2,6
2,8-3,0
650-750
650-750
650-750
650-750
650-750
650-750
Источники информации:
1. Колпаков А. NBT, Trench, SPT…Что дальше? // Силовая электроника. - 2006. - № 3. С. 14-22.
2. А. Резников и др. // Силовая электроника. - 2006. - № 3. - С. 28-30.
3. Патент US 6198115. Опубл. 6.03.2001.
4. US Патент 6008092. Опубл. 28.12.1999.
5. US Патент 7049674. Опубл. 23.05.2006.
6. Щукина И., Некрасов М. // Силовая электроника. - 2004. - № 1. - С. 15-17.
7. Милевский Л., Пагава Т. Физика и техника полупроводников, 1976. - Т. 10. С. 1287-1291.
8. Милевский Л., Пагава Т. // В кн.: Космическое материаловедение и технология. М.: Наука, 1977. - С. 103-111.
9. Коршунов Ф., Марченко И., Жданович Н. // Доклады АН БССР, 1988. - Т.32. - № 9. С. 781-783.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
93 Кб
Теги
by13721, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа