拡散型トランジスタ

拡散型トランジスタ（かくさんがたトランジスタ）とはトランジスタの一形式。

概要

1947年12月にベル研究所で点接触型トランジスタが開発されたものの、品質(特に高周波特性)が安定せず、歩留まりも低いため、量産には適さなかった。その後、それらの欠点を改良した合金接合型、成長接合型のような接合型トランジスタが開発されたが、それらは高周波特性を高めるためにベース層を薄くする事が困難で品質も不安定だった。

1954年にベル研究所のカルビン・フラーが太陽光パネルの開発の途上でダリル・チャピンと物理学者のジェラルド・ピアソンと共に、N型シリコンのウェハー上にホウ素の層を拡散させPN接合を形成することに成功した。
1955年、フラーらは同研究所でゲルマニウムやシリコンの基板上にドーパントを添加して3層のNPN型サンドイッチにしたメサ型トランジスタの開発に成功した^[1]^[2]^[3]。

1957年にベル研究所のカール・フロッシュとリンカーン・デリックによって選択拡散法（ガス拡散法）が開発された事によりベース層を薄くする事が可能になり、1959年5月にフェアチャイルド・セミコンダクターのジャン・ヘルニがSi接合型トランジスタの製法としてプレーナー型トランジスタを開発した^[1]。また、合金型トランジスタのように両面に拡散する必要がなく、メサ型トランジスタのように台形に削る工程がないので生産性も優れていた。

半導体基板をドーパントを含んだガスの雰囲気中で加熱して単結晶内にドーパントを拡散する。

P型半導体基板結晶上にN型およびP型の両ドーパントを含む半導体の粉末を乗せて一気に表面を加熱して表面だけを溶融して一気に冷却する事により、P型及びN型のドーパントの拡散速度の違いを利用して短時間でトランジスタの構造を形成する^[4]。

→詳細は「イオン注入」を参照

ドーパントのイオンを加速して打ち込む。急峻なPN接合を作成できる。

金属ケースに入れた単体の素子としてラジオやコンピュータなどに使用され、さらに複数の素子を基板上に形成し配線で接続する集積回路へと発展する。

^ ^a ^b 「半導体の歴史その8 20世紀後半集積回路への発展 (3)」（PDF）『SEAJ Journal』第122号、2009年、17-21頁。
^ Fuller, C. S. "Diffusion of Donor and Acceptor Elements into Germanium," Physical Review Vol, 86 (April 1952) pp. 23-34.
^ Chapin, D. M., Fuller, C. S. and Pearson, G. L. "A New Silicon p-n Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power," Journal of Applied Physics Vol. 25 (May 1954) pp. 676-77.
^ 川名喜之「東京通信工業、日本初のトランジスタ及びトランジスタラジオ量産成功の軌跡」（PDF）『半導体産業人協会会報』No.84、2014年4月、26-33頁。

河村豊作、安福真民、「浸漬成長拡散形トランジスタ」電氣學會雜誌 1960年 80巻 858号 p.318-325, doi:10.11526/ieejjournal1888.80.318
塚本哲男、「最近のトランジスタの進歩」電氣學會雜誌 1962年 82巻 887号 p.1373-1380, doi:10.11526/ieejjournal1888.82.1373