拡散接合トランジスタ

拡散接合トランジスタは、半導体基板にドーパントを拡散させることによって形成されるトランジスタです。拡散プロセスは、バイポーラ接合トランジスタ (BJT) を製造するための合金接合プロセスや成長接合プロセスよりも後に開発されました。

ベル研究所は1954年に拡散接合型バイポーラトランジスタの最初のプロトタイプを開発した。^[1]

最も初期の拡散接合トランジスタは、拡散ベーストランジスタでした。これらのトランジスタには、初期の合金接合トランジスタと同様に、合金エミッタと、場合によっては合金コレクタがありました。ベースのみが基板に拡散されました。基板がコレクタを形成することもありましたが、Philcoのマイクロ合金拡散トランジスタのようなトランジスタでは、基板がベースの大部分を占めていました。

ベル研究所のカルビン・サウザー・フラーは、二重拡散によってエミッタ、ベース、コレクタを直接形成する手段に関する基本的な物理的理解を生み出した。この方法はベル研究所の科学史にまとめられている。^[2]

「フラーは、原子量の低いアクセプタはドナーよりも速く拡散することを示し、これにより、表面濃度が適切に異なるドナーとアクセプタの同時拡散によって n-p-n 構造が可能になった。最初の n 層 (エミッタ) は、ドナー (たとえばアンチモン) の表面濃度が高いために形成された。ベースは、アクセプタ (たとえばアルミニウム) の拡散が速いために、その向こうに形成された。ベースの内側 (コレクタ) 境界は、拡散したアルミニウムが元のシリコンの n 型バックグラウンドドーピングを過剰に補償しなくなった場所に現れた。結果として得られたトランジスタのベース層の厚さは 4 μm であった。... 結果として得られたトランジスタのカットオフ周波数は 120 MHz であった。」

テキサス・インスツルメンツは1954年に最初の成長接合型シリコントランジスタを製造した。^[3] 拡散シリコンメサトランジスタは1955年にベル研究所で開発され、 1958年にフェアチャイルドセミコンダクターによって市販された。 ^[4]

これらのトランジスタは、拡散ベースと拡散エミッタの両方を備えた最初のトランジスタでした。残念ながら、以前のすべてのトランジスタと同様に、コレクタベース接合のエッジが露出していたため、表面汚染によるリークに敏感であり、トランジスタの特性が経年劣化するのを防ぐために気密シールまたはパッシベーションが必要でした。 ^[5]

プレーナトランジスタは1959年にフェアチャイルドセミコンダクターのジャン・ホーニ博士^[6]によって開発されました。これらのトランジスタの製造に使用されたプレーナプロセスにより、大量生産可能なモノリシック集積回路が可能になりました。

プレーナー トランジスタには、接合エッジを汚染から保護するための シリカパッシベーション層があり、トランジスタの特性が時間とともに劣化するリスクなしに、安価なプラスチック パッケージングが可能になります。

最初のプレーナ型トランジスタのスイッチング速度は、当時の合金接合型トランジスタよりもはるかに低かったが、合金接合型トランジスタが大量生産できなかったのに対し、プレーナ型トランジスタは大量生産が可能だったため、コストがはるかに安く、プレーナ型トランジスタの特性が急速に向上し、すぐにそれ以前のすべてのトランジスタの特性を超え、以前のトランジスタを時代遅れにした。

• FM Smits編 (1985) 「ベルシステムにおける工学と科学の歴史」第6巻:電子技術、pp 43–57、ベル研究所、ISBN 0-932764-07-X。