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RCA 2N3055H

RCA 2N3055H

Diesen 2N3055 produzierte RCA im Jahr 1979. Er ist mit dem Index H gekennzeichnet.

 

RCA hometaxial

RCA produzierte verschiedene Varianten des 2N3055. Den Aufbau der ersten Transistoren bezeichnete man als hometaxial. Sie wurden gefertigt indem man einen Wafer mit einer Basisdotierung gleichzeitig beidseitig invers dotierte und so die Emitter- und Kollektorschichten generierte. Danach musste nur noch die Basisschicht zur Kontaktierung freigeätzt werden. Der hometaxiale Aufbau ist im Bezug auf den zweiten Durchbruchs sehr robust.
(Abbildung aus RCA transistor, thyristor & diode manual von 1971)

 

RCA epitaxial-base

RCA stellte den 2N3055 schließlich teilweise auf epitaktisch hergestellte Transistoren um. Das RCA Power Devices Data Book von 1978 beschreibt diesen 2N3055 als "epitaxial-base". Laut dem RCA transistor, thyristor & diode manual von 1971 wird dabei auf ein hochdotiertes Kollektor-Substrat eine Basis-Schicht epitaktisch aufgetragen und danach in diese Schicht ein Emitter eindiffundiert. Auf diese Art hergestellte Transistoren haben den Vorteil, dass sich die Dicke der Basisschicht und die Dotierung des Emitters genauer einstellen lassen. Viele Transistoreigeschaften können so optimiert werden, das führt allerdings meist auch dazu, dass der zweite Durchbruch früher erfolgt.
(Abbildung aus RCA transistor, thyristor & diode manual von 1971)

 

Bemerkenswert ist hierbei, dass sowohl hometaxial als auch epitaktisch hergestellte Transistoren MESA-Transistoren sein können. In der hometaxialen Variante muss die Basis freigeätzt werden, wodurch sicherlich immer eine gewisse MESA-Struktur entsteht. Das Herunterätzen der Kanten, mit dem eine glatte Basis-Kollektor-Grenzfläche hergestellt wird, ist davon aber unabhängig.

 

RCA hometaxial SOA

Das SOA-Diagramm des hometaxial gefertigten 2N3055 (aus dem RCA Power Transistors Data Book von 1975) wird fast nur durch den maximalen Strom (horizontale Linie), die maximale Spannung (vertikale Linie) und die maximale Verlustleistung (schräge Linien) begrenzt. Nur ein sehr kleiner Bereich jenseits einer Geraden, die von 50V/5A nach 60V/3A führt, ist als "Is/b-limited" gekennzeichnet ("second breakdown"). Jenseits dieser Geraden kann der Transistor durchbrechen, obwohl weder seine maximale Sperrspannung noch sein maximaler Strom überschritten ist.

 

RCA epitaxial-base SOA

Das SOA-Diagramm des epitaktisch gefertigten 2N3055 (aus dem RCA Power Devices Data Book von 1978) ist weiter eingeschränkt. Dort beginnt der Bereich des zweiten Durchbruchs bereits jenseits der Geraden die von 40V/3A zu 60V/2,5A führt.

 

Frühe Dokumente wie das RCA Transistor Manual von 1966 beschreiben nur den 2N3055 ohne H. Sie beziehen sich aber sicher auf die hometaxiale Variante, da sie den 2N3055 gleichzeitig als Difussionstransistor bezeichnen. Das RCA Power Transistors Data Book von 1975 beschreibt den 2N3055 sehr ausführlich als hometaxial, führt ihn aber auch ohne den Index H. Im RCA Power Devices Data Book von 1978 wird dann der hometaxiale Transistor als "2N3055 (Hometaxial)" bezeichnet und darauf hingewiesen, dass diese Variante früher als "2N3055H" bezeichnet wurde. Welche Zeichenfolgen auf den Packges zu finden sein sollten geht daraus nicht hervor.
Ein 2N3055H von RCA ist folglich sicher hometaxial aufgebaut, während ein 2N3055 ohne H hometaxial oder epitaktisch hergestellt sein kann.

 

 

 

 

RCA 2N3055H Aufbau

RCA 2N3055H Aufbau

Das Die des 2N3055 befindet sich auf einem recht massiven Heatpsreader. Die Anbindung des Dies an die Anschlusspins erfolgt nicht über Bonddrähte, sondern über Blechteile, die über einen Federkontakt an den Anschlusspins fixiert sind.

 

RCA 2N3055H Die

Die Blechteile sind auf dem Die angelötet. Für den äußeren Basisanschluss stehen zwei gegenüberliegende Kontaktflächen zur Verfügung. So kann das Die auch um 180° gedreht kontaktiert werden.

 

RCA 2N3055H Die Kontaktierung

 

RCA 2N3055H Die Detail

Die Strukturen des Dies lassen sich nicht eindeutig zuordnen. Zwischen der Basiskontaktierung und dem Rand des Dies könnte sich eine minimale Kante befinden. Zwischen dem äußeren Basis- und dem inneren Emitterkontakt sind mehrere Stufen zu erahnen. Die Oberflächenstruktur ist unregelmäßiger als beim RCA 2N3055. Das scheint ein Unterscheidungsmerkmal zwischen einer hometaxialen und einer epitaxialen Herstellung zu sein. Es wäre durchaus logisch, dass epitaktisch aufgewachsene Schichten feinere Oberflächen bilden als die mechanisch bearbeitete Scheibe in einem hometaxialen Prozess.

 

 

 

 

RCA 2N3055H Die Detail

RCA 2N3055H Die Detail second breakdown

Treibt man die Basis-Emitter-Strecke des Transistors in den Durchbruch, so zeigt der Leuchteffekt, dass sich die Grenze zwischen Basis und Emitter in dem Graben befindet, der die Emitterelektrode umgibt.

Der Durchbruch der Basis-Emitter-Strecke erfolgt bei 19V. Das widerlegt die Theorie, dass hometaxial  gefertigte Transistoren durch eine extrem hohe Basis-Emitter-Durchbruchspannung erkennbar wären. Eine sehr hohe Durchbruchspannung zeigt sich dagegen beim Siemens 2N3055, der auf Grund seines Alters ebenfalls hometaxial aufgebaut sein könnte.

 

RCA 2N3055H Die Detail

Das Plateau unter der Emitterelektrode muss auf jeden Fall die Emitter-Dotierung beinhalten. Der Graben könnte dann die darunter liegende Basisschicht freilegen. Das würde auch die Leuchterscheinung im Graben erklären. Hinter einem weiteren Plateau befindet sich die Basiselektrode, die sich dann passend die Basisschicht kontaktieren könnte. Fraglich ist allerdings warum zwischen Emitter- und Basiselektrode ein weiteres Plateau zu finden ist. Hier sollte es sich folglich wieder um das Emittermaterial handeln. Der Aufbau bringt auf den ersten Blick nur Nachteile, da er den Basiswiderstand unnötig vergrößert. Ein erhöhter Emitterwiderstand wirkt sich vorteilhaft auf die Stromverteilung aus, ein erhöhter Basiswiderstand ist dagegen nur von Nachteil. Eventuell ist das zusätzliche Plateau durch den Herstellungsprozess bedingt und lässt sich nicht vermeiden.

Hier ist noch einmal gut die relativ grobe Oberflächenstruktur zu erkennen.

 

 

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