Der 2N3553 ist ein Hochfrequenztransistor, der unter anderem ab 1966 von RCA gefertigt wurde. Die Grenzfrequenz des 2N3553 liegt bei 500MHz. Er kann dauherhaft 0,33A und kurzzeitig 1A leiten. Die Sperrspannungen gibt das Datenblatt mit 40V an.
Neben dem 2N3553 existieren zwei leistungsfähigere Varianten des Transistors, der 2N3375 und der 2N3632.
Basis- und Emitterpin wurden jeweils mit zwei Bonddrähten an das Die angebunden. Für die relativ geringen Ströme wäre ein Bonddraht wahrscheinlich ausreichend gewesen, die doppelte Anbindung reduziert aber die parasitären Induktivitäten und verbessert die Stromverteilung auf dem Die.
Die Kantenlänge des Dies beträgt 0,76mm. Die aktive Fläche nimmt 0,46mm x 0,43mm ein. Die Zuführung des Basispotentials erfolgt von oben und von unten. Das Emitterpotential wird mittig abgegriffen.
Das Datenblatt beschreibt den Aufbau als "epitaxial silicon n-p-n transistor of the "overlay" emitter electrode construction", kurz Overlay-Transistor. RCA hat sich diese Konstruktion mit dem Patent US3434019A schützen lassen.
Die im Patent enthaltene und hier eingefärbte Zeichnung zeigt den Aufbau des Transistors. Auf ein n-dotiertes Substrat (türkis) wird zuerst eine n-dotierte Epitaxialschicht aufgebracht, die den Kollektor darstellt (hellblau). Auf der Kollektorschicht befindet sich eine p-dotierte Basisschicht (hellrot). In die Basisschicht werden lokal mit einer hohen n-Dotierung einzelne Emitterquadrate eingebracht (dunkelblau). Quadratische Ausschnitte in der grauen Siliziumoxidschicht ermöglichen die Kontaktierung der Emitter. Zwischen den Emittern befindet sich ein stark p-dotiertes Gitter (dunkelrot), das den Widerstand der Basiszuleitung reduziert. Die Metalllage kontaktiert das Basisgitter in jeder zweiten Spalte durch Aussparungen in der Siliziumoxidschicht.
Erhöht man die Leistung und damit auch die Fläche eines konventionell
aufgebauten
Transistors, so reduziert sich dabei üblicherweise dessen Grenzfrequenz. Das
liegt daran, dass die aktiven Bereiche größer und die Zuleitungen dazu länger
werden. Das
führt wiederum dazu, dass es beim Abschalten länger dauert bis die freien Ladungsträger ausgeräumt
sind und der Transistor sperrt.
Der vorliegende Aufbau mit 156 kleinen
Transistoren hat den
Vorteil, dass trotz einer vergrößerten aktiven Fläche das Basispotential relativ
niederohmig zugeführt wird. Aus den kleinen Transistoren können die freien Ladungsträger schnell ausgeräumt werden und die
Hochfrequenzeigenschaften ähneln denen eines kleinen Transistors. Die spezielle
Konstruktion ermöglichte es RCA Hochfrequenztransistoren mit höheren Leistungen
zu entwickeln.
Man kann das Konstruktionsprinzip auch auf Leistungstransistoren anwenden, die dann im Verhältnis zu ihrer hohen Leistung eine ebenfalls sehr hohe Grenzfrequenz bieten. Der 2SC2922 von Sanken kann beispielsweise 17A leiten und ist mit einer Grenzfrequenz von typischerweise 50MHz spezifiziert.
Die hohe Schaltfrequenz des 2N3553 bedingt hohe Dotierungen. Das führt wiederum zu einer niedrigen Basis-Emitter-Durchbruchspannung. Das Datenblatt gibt diesbezüglich 4V an, beim vorliegenden Modell setzt der Durchbruch bei 6,5V ein.
Betreibt man die Basis-Emitter-Strecke mit einem Strom von 50mA im Durchbruch, so zeigen sich relativ gleich verteilte, einzelne Leuchterscheinungen.
Mit steigendem Strom (hier 100mA) vermehren sich die leuchtenden Punkte.
Bei 150mA leuchten bereits fast alle Transistoren.
200mA
In der mittleren Reihe ganz links scheint sich ein Transistor mit einer Störstelle zu befinden. Dort zeichnet sich auch bei 250mA nur ein leuchtender Strich ab, während alle anderen Transistoren relativ gleichmäßig leuchten.
Die gleichmäßige Leuchterscheinung lässt vermuten, dass die Strukturen sehr homogenen aufgebaut sind oder sich zumindest selbstständig symmetrisieren. Das ist eine Notwendigkeit, um im normalen Betrieb eine gleichmäßige Stromverteilung garantieren zu können.
