工学教育への展開を目指したバイポーラトランジスタ作製教材の開発

开发用于工程教育的双极晶体管制造教材

• 批准号: 21K02895
• 负责人: 辻 琢人
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Suzuka National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K02895/
• 关键词: 半導体デバイス; バイポーラトランジスタ; 半導体デバイス作製教材; 半導体デバイスものづくり教育; 集積回路; 半導体ものづくり実験; 工学教育

本研究では，これまでの研究で確立してきた不純物拡散層の形成技術を基に，半導体デバイスの中で基本となる代表的なデバイスの一つであるバイポーラトランジスタの作製技術とその動作原理を理論と実践の両面から効果的に習得することに繋がるバイポーラトランジスタ作製教材を開発している．バイポーラトランジスタにはnpn型とpnp型があるが，本研究ではトランジスタ内を電子が移動するnpn型バイポーラトランジスタ(npn BPT)の作製教材の開発を試みている．npn BPTは電子の多い2つのn型と正の電荷を帯びた正孔の多いp型で構成され，n型からp型へ電子が注入され，それがもう一方のn型に到達することで動作する．昨年度までの研究によって，npn BPTを作製する基本的な技術・工程が確立できた．npn BPTのnpn構造の形成には，p型不純物拡散層の上にn型不純物拡散層を形成する必要があるため，p型不純物拡散層の上に形成したn型不純物拡散層を形成し，そのpn接合の電気的特性を評価したところ，1100℃で形成するp型不純物拡散層の熱処理時間が長くなるにつれて，整流性ではなく線形性を示すことが確認された．その結果，n型Si基板上のp型不純物拡散層上に形成したn型不純物拡散層で構成されるnpn BPTのエミッタ接地回路のコレクタ電流がコレクタ－エミッタ間電圧の変化に対してほぼ一定の特性を示す一般的なエミッタ接地回路の電流－電圧特性を示す一方で，そのコレクタ電流が小さくなったのではないかと思われる．以上の結果，p型不純物拡散層の上にn型不純物拡散層は形成できるものの，そのpn接合でnpn BPTの作製に必要な電流－電圧特性を得ることは容易でないことが見込まれたことから，npn構造を縦方向に形成したサブストレート型ではなく，横方向に形成するラテラル型npn BPTの設計を行い，その作製を試みた．

在本研究中，我们将基于我们正在开发的双极晶体管的杂质扩散层形成技术，从理论上解释双极晶体管的制造技术和工作原理，双极晶体管是最基本和典型的半导体器件之一。晶体管制造教材将从实践和实践两个方面带来有效的学习。双极晶体管有两种类型：npn型和pnp型。在这项研究中，我们正在尝试开发制作npn型双极晶体管（npn BPT）的教材，其中电子在晶体管内移动。 npn BPT是由两个带有许多电子的n型和一个带有许多带正电的空穴的p型组成，电子从n型注入到p型，然后到达另一个n型。通过截至去年的研究，我们已经建立了npn BPT制造的基本技术和工艺。 npn 为了形成BPT的npn结构，需要在p型杂质扩散层上形成n型杂质扩散层。在评价p-n结的电特性时，确认了热处理时间。在1100℃下形成的p型杂质扩散层的厚度增加，它表现出线性而不是整流。结果，由在n型Si基板上的p型杂质扩散层上形成的n型杂质扩散层构成的npn BPT的共发射极电路的集电极电流几乎保持恒定。尽管它显示了典型的共发射极接地电路的电流-电压特性，但集电极电流似乎变小了。由此，虽然可以在p型杂质扩散层上形成n型杂质扩散层，但预计难以获得制造npn所需的电流-电压特性。在pn结的BPT上，我们设计并尝试制造横向型npn BPT，其中npn结构形成于水平方向，而不是基板型npn结构形成于垂直方向。

项目成果

npnバイポーラトランジスタ作製教材の開発

npn双极晶体管制作教材开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 斉藤準;宗尻修治;野村和泉;庄司善彦;玉川碧海(指導教員：辻琢人)
• 通讯作者: 玉川碧海(指導教員：辻琢人)