Катушка индуктивности

 

Применение изобретение относится к области электронной техники и производства радиотехнических изделий в микроэлектронном исполнении и может быть использовано & интегральных аналоговых, аналого-цифровых и цифроаналоговых устройствах преобразования информации. Сущность изобретения: полупроводниковая катушка индуктивности, в которой для обеспечения максимального значения номинала индуктивности при заданных геометрических размерах, ряды вертикальных цилиндрических областей полупроводника второго типа проводимости разделены канавкой, ширина канавки всегда меньше расстояния между параллельными рядами вертикальных цилиндрических областей, а глубина канавки всегда меньше исходного несущего основания. 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н О1 1 29/92

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ с

Ф к к (21) 4949694/25 . (22) 05.06.91 (46) 23.08.93. Бюл. М 31 (76) К.И.Баринов, Ю.И..Горбунов, Е.M..Ãóñåâ и Т.В.Рудовол (56) Заявка Японии 1Ф 61 — 61538, .кл, Н 01 (27/04, 1986.

Заявка Японии fh 61-265857, кл . Н 01 L 27/04, 1986..

Заявка Японии N 62--179562, кл. Н 01 L 27/04, 1987.

Патент США М 3988764, кл, H 01 1. 7/00, 1976. (54) КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ (57) Применение: изобретение относится к области электронной техники и производстИзобретение относится к области электронной техники и производства радиотехнических изделий в микрозлектронном исполнении и может быть использовано в интегральных аналоговых, аналого-цифровых и цифроаналоговых устройствах преобразования информации, а также других изделиях с расширенными функциональными возможностями как специального так и общепромышленного применения.

Целью изобретения является обеспечение максимального значения номинала индуктивности при заданных геометрических размерах с одновременным обеспечением механической прочности конструкции катушки индуктивности.

На фиг. 1 представлена изометрическая проекция катушки индуктивности предлага., Ж,, ll836754 АЗ ва радиотехнических изделий в микроэлектронном исполнении и может быть использовано в интегральных аналоговых, аналого-цифровых и цифроаналоговых устройствах преобразования информации.

Сущность изобретения: полупроводниковая катушка индуктивности, в которой для обеспечения максимального значения номинала индуктивности при заданных геометрических размерах, ряды вертикальных цилиндрических областей полупроводника второго типа проводимости разделены канавкой, ширина канавки всегда меньше расстояния между параллельными рядами вертикальных цилиндрических-областей, э глубина канавки всегда меньше исходного несущего основания. 5 з.п. ф-лы, 15 ил. емой конструкции, стенки канавки, сформированной непосредственно в межвитковом QQ пространстве соленоида, представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (III), отвечающая пункту 1 формулы изобретения.

На фиг. 2 представлен поперечный раз- (Я рез физической структуры катушки индукти-,фЬ, ности предлагаемой конструкции, стенки квнввки которой представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (100), отвечаЮщая пункту 1 формулы изобрете ния; . На фиг. 3 представлен поперечный разрез физической. структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции, канавка, сформированная в межвитковом пространстве соленоида выполнена в виде

1836754 треугольника, а сердечник из ферромагнитного материала конформно воспроизводит форму канавки, при этом стенки боковые канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (Н!) отвечающая пункту 1 формулы изобретения.

На фиг. 4 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивностй, в межвитковом пространстве которой сформировано сквозное отверстие, выполненное в виде усеченной пирамиды; боковые стенки которого представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (! I!), а сердечник из ферромагнитного материала конформно воспроизводит как форму, так и геометрические размеры соответствующей канавки, отвечающая пункту 2 формулы изобретения.

На фиг. 5 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности, в межвитковом пространстве которой сформировано сквозное отверстие, выполненное.в виде треугольника, вершина котброго выходит на противоположную сторону несущего основания, при этом боковые грани представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (III); а сердечник из ферромагнитного материала конформнО воспроизводит как форму, так и геометрические размеры канавки. отвечающая пункту 2 формулы изобретения.

На фиг. 6. представлена изометрическая проекция катушки индуктивности предлагаемой конструкции, стенкИ канавки, выполненной в виде замкнутого контура и частично размещенной в межвитковом про.странстве срленоида, представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (!!!), отвечающая пункту 3 формулы изобретения.

На фиг. 7 представлен поперечный разрез .физической. структуры катуш ки и ндуктивности предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 3 патентной формулы, канавка, сформированная в объеме материала несущего основания и представляющая собой замкнутый контур, предназначенный для размещения сердечника из ферромагнитного материала, частично расположена в межвитковом пространстве соленоида, при этом стенки .канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (!00), На фиг.8 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности .предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 3 патентной формулы, канавка, выполненная в объеме материала несущего основания, выполненная в виде замкнутого контура, служит для размеще5

20 ния.сердечника иэ ферромагнитного метариала, который конформно воспроизводит не только форму канавки, HQ и геометрические размеры последней. При этом стенки канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (!! !).

На фиг. 9 представлена изометрическая проекция катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающая пункту 4 патентной .формул ы, стенки канавок, располагаемых непосредственно одна над другой, выполненных в виде замкнутых контуров, представляют собой семейства кристаллографических плоскостей (ill).

На фиг. 10 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 4 патентной формулы, стенки канавок которой представляют со-. бой семейство кристаллографических плоскостей (!ОО), На фиг. 11 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции, отвечающей пункту 4 патентной формулы, сердечники из ферромагнитного материала которой комформно воспроизводят как форму, так и геометрические размеры соответ- ствующих канавок, размещенных с обеих сторон несущего основания.

На фиг. 12 представлен поперечный разрез физической структуры катушки.индуктивности с двухвитковом Соленоидом, в межвитковом пространстве которого в сформированной канавке размещен сердечник из ферромагнитного материала, при этом стенки канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (ill), отвечающей пункту 6 патентной

40 формулы.

На фиг. 13 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции. отвечающей пункту 6 патентной формулы, 45 сердечник многослойной катушки которой выполнен в виде замкнутого контура разме-. щенного в канавке, боковые стенки которой представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (! I I), На фиг. 14 представлен поперечный разрез физической структуры катушки индуктивности предлагаемой конструкции. отвечающей пункту 6 патентной формулы, сердечники из ферромагнитного материала которой выполнены в виде замкнутых контуров, расположенных в канавках, сформированных с обеих сторон несущего основания, в объеме материала которого сформированы по два ряда вертикальных цилиндрических областей полупроводника второго типа

1836754 проводимости, разделенных канавками и что соответствует величине объемного соскоммутированных горизонтальными обла- противления указанных областей менее 6,0 стями проводящего материала, располо- ОМ, Вышеозначенные области (2) расположенными в двух уровнях с образованием . жены по крайней мере в два ряда, отстоямногослойной катушки индуктивности. 5 щих на расстояние L, определяемое

На фиг. 15 представлен поперечный возможностями изготовления сердечников разрез физической структуры катушки ин- изферромагнитногоматериала, В большимдуктивности предлагаемой конструкцИи, от- стве практических случаев ширина сердечвечающей пункту 5 патентной. формулы, ников из ферромагнитных материалов не сердечники из ферромагнитного материала 10. может быть изготовлена менее 200,0-150.,0 которой, выполненные в виде замкнутых мкм. С учетом технологических допусков и контуров, конструктивно объединены в зам- тоящин слоев диэлектрического материала, кнутый магнитопровод посредством ферро- отделяющего сердечник иэ ферромагнитномагнитногЪ материала. размещенного в го материала от объема материала несущего сквозных колодцах, сформированных в объ- 15 основания, величина L определяется как еме материала несущего основания и сое- 166,0-217,0 мкм. При этом шаг расположединяющие разделительные канавки. ния вышеназванных областей (2) в ряду, т.е.

Ниже приведены примеры практиче- между двумя соседними парами в разных ской реализации предлагаемой конструк- рядах составляет - 100 мкм. Таким обрации катушки индуктивности для создания 20 зом вертикальные области (2) р+-типа провосложных узлов различных изделий элект- димости образуЮт вертикальные участки ронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной . прямоугольных витков соленоида катушки аппаратуры (РЭА) повышенной группы индуктивности. сложности с расширенными функциональ- . С целью обеспечения надежного конными возможностями, а значит с новыми 25 тактирования.с вертикальными областями потребительскими качествами, в частнасти (2) р -типа-проводимости на противополождля создания селектора телевизионных ка- ных сторонах пластины из монокристаллиналов. ческого кремния (1) и-типа проводимости

Пример 1. В объеме полупроводни-,. сформированы высоколегированные приковой подложки (1), выполняющей функции 30 .. контактные области (3) полупроводника р несущего основания и представляющей.со- -типа проводимости с концентрацией бой пластины монокристаллического. крем- атОмовлегирующей примеси, в качестве кония 100 КЭФ. 4,5 (100)-480. отвечающей . то юй используются атомы бора, на уровне требованиям ЕТ0.035,214- ТУ или 1О -10:см . и глубиной залегания р-и-пеЕТ0.035.240 TY, n-типа проводимости с.кон- 35 рехода Х = 1,5-2,5 мкм, которая обеспечивацентрацией атомов легирующей примеси, в ет создание омического контакта беэ качестве которой использованы атомы фос- прободения, т.е. закоротки металла верхне15 — 3 фора, 2,5 . 10 см и толщиной dna. = 486 . гоуровня разводкис вертикальными цилин20 мкм, сформированы вертикальные ци- дрическими областями (2). Из приведенного линдрические области (2) полупроводника 40 значения глубины видно, что значение пор -типа проводимости, полученные метода- следней значительно мЕньше толщины ис+ ми термодиффузии или электротермодиф- ходной полупроводниковой подложки (1). фузии атомов ал юминия. Причем, Приэтом геометрические размеры областей протяженность областей(2) равна толщине (3) в плане несколько больше геометричеисходной пластины монокристаллического ских размеров вертикальных цилиндричекремния (1) (dna = 480 +20 мкм). Таким об- 45 ских областей.(2) р -типа проводимости на разом, вертикальные цилиндрические обла- величину 1,5-2,5 мкм. Таким образом верти+ сти полупроводника (2) второго типа кальныецилиндрическиеобласти(2)р -типа проводимости (р -типа проводимости) про- как бы соединяют высоколегированные

++ низывают всю толщину материала несущего приконтактные области (3) р -типа, образуя основания (1) п-типа проводимости, образуя 50 с последними конструктивно единое целое, на противолежащих сторонах несущего ос- т.е. вертикальный участок прямоугольного нования (1) области р -типа проводимости; витка соленоида катушки индуктивности.

При этом геометрические размеры областей При этом вышеназванные области (2) и (3) (2) в плане равны 10,0 х 10,0 мкм, хотя есть отделены от основного объема материала возможности сделать их еще меньше при- 55 пластины исходного несущего основания мерно до 5,0 х 5,0 мкм, а концентрация .областями р-п-переходов. атомов алюминия в вышеназванных обла- На поверхности несущего основания (1) стях определяется на уровне 10 -10 см, и-типа проводимости сформированы слои диэлектрика (4), состоящие из слоев двуоки1836754

20 из проводящего материала. например, из и меди или алюминия толщиной 2,5-3,0 мкм, . н образующие непосредственный электриче- с ский контакт с высоколегированными при- (7 контактными областями (3) р -типа 25 в вертикальных. цилиндрических областей (2) с р+-типа прямоугольных витков соленоида. (8

Таким образом, на обеих сторонах монокри- н сталлического несущего основания (1) сфор- и мировано по крайней мере два ряда 30 н контактных площадок (6), отстоящих друг от м друга на расстояние L - 166,0-217,0 мкм и с м шагом расположения в ряду l - 10,0 мкм и н геометрическими размерами в плане 10 х 10 м мкм. 35 и

Используя слои диэлектрика (4) в качест- с ве маски методами химического, газового, плазмохимического или реактивно-ионного ф травления с рабочей стороны несущего ос- л нования (1) формируют в объеме материала 40 с несущего основания канавку (7). В зависи- и мости от используемого метода травления, н а также от кристаллографической ориента- э ции рабочей поверхности исходной пласти- к ны монокристаллического кремния (1) 45 р можно получать различные профили травле- н ния. варианты которых представлены на о фиг. 1-3. B случае использования пластин к монокристаллического кремния с кристал- ( лографической ориентацией рабочей повер- 50 1 хности в направлении (100) и процессов т анизотропного травления монокисталличе- и ского кремния в растворах 33 -ного едкого р кали (КОН) боковые стенки канавок (7) будут и представлять собой семейство кристалло- 55 м графических плоскостей (Ill), а профиль ка- к навок может иметь вид либо трапеции, как в представлено на фиг, 1. либо треугольника, в как представлено на фиг. 3. Выбором друго- с го травителя или способа травления можно си кремния или примесных стекол, либо представляющие собой композиции примесных стекол и нитрида кремния, или же окислов других металлов с низким значением коэффициента магнитных потерь, В слое 5 диэлектрика (4), например, методами литографической обработки, сформированы контактные окна (5), расположенные непосредственно над высоколегированными областями (3) р -типа. При этом площадь 10 контактных окон (5) всегда меньше площади высоколегированных приконтактных областей (3) для исключения закороток на подложку (1). Геометрические размеры контактных окон (5) в большинстве практи- 15 ческих случаев определяются как 8,0 х 8,0 для обеспечения минимального значения контактного сопротивления.

На поверхности диэлектрического слоя (4) сформированы контактные площадки (6) получить и вертикальные стенки канавки (7), как это представлена на фиг. 2.

Для обеспечения механической прочности конструкции канавки (7) имеют глубину, которая определяется из соотношения: бпла. бкан. 4d (ф.1) где бпл. — толщина несущего основания, бкан. — глубина канавки, сформированной в объеме материала несущего основания непосредственно в межвитковом пространстве соленоида;

Лб — величина, определяемая как минимальная толщина, обеспечивающая механическую прочность конструкции, В большинстве случаев практического ис- . пользования она определяется как 140,0150,0 мкм;

Поэтому глубина канавки определяется как 350.0-310,0 мкм.

Таким. образом контактные площадки (6) з проводящего материала, сформированые на верхней поверхности исходного неущего основания (1), разделены канавкой

), предназначенной для размещения во нутривитковом пространстве соленоида ердечника из ферромагнитного материала

), повышающего во много раз значениеоминала индуктивности за счет большой о величине коэрцетивной силы ферромагитного материала. При этом поверхность атериала сердечника (8) отделена от объеа материала исходного несущего основаия (1) слоями диэлектрика (9), обладающего алым значением коэффициента магнитных отерь, например, высокомолекудярного оединения типа полиимида, толщиной 5,0

20,0 мкм, выполняющего одновременно ункции фиксирующего состава для закрепения сердечника (8) и создания механиче-. кой прочности конструкции. Кроме того,на оверхности сердечника (8) из ферромагитного материала сформированы слои дилектрика, представляющие собой онструктивно продолжение слоев диалектика (9), отделяющие поверхность сердечика (8) от объема материала несущего снования (1), т.е. от стенок разделительной анавки (7). При этом толщина диэлектрика

9) на поверхности сердечника (8) равна 5,00,0 мкм. Поэтому исходя из толщин диэлекрических слоев (4), сформированных на оверхности несущего основания (1), котоая для большинства случаев практического спользования определяется как 1,2-2,0 км, и из того факта, что для полупроводниовых приборов изготовленных с использоанием технологии планарных структур еличина перепадов высот при создании поев металлизации не может превышать

1836754

+ Л б) = +1,5 (мкм) (ф, 2). где бпл, — толщина несущего основания, 5 бф/сер. — высота сердечника из ферромагнитного материала, бд/мат(4) — толЩина слоЯ ДиэлектРического материала, сформированного на поверхности несущего основания, 10 бд/мат(9) — толщина слоя диэлектрического материала, отделяющего сердечник из ферромагнитного материала от нижнего основанияЪанввки и от горизонтальных областей проводящего материала, . 15

hd —. величина обеспечивающая меха20

25 (7), служащей для размещения во внутрен- .45 нем объеме последней сердечника (8) из ферромагнитного материала, При этом контактные площадки (6) иэ противолежащих

+- рядов вертикальных областей (2) р -типа проводимости попарно соединены горизон- 50 тальными областями (10) из проводящего материала, в качестве которого с успехом могут быть использованы слои металлизированных пленок, обладающих низким зна55

+1,5 мкм, можно составить следующее соотношение (бпл. + бд/ма.(4)) — (бф/сер. + 2бд/мат.(9) + ническую прочность конструкции, равная

150,0 — 140,0 мкм;.

Подставив численные значения приведенных. выше параметров получим для высоты сердечника (9) следующий диапазон высо : бф/сер. = (302,0 342,0) 1,5 мкм

Ширина же сердечника (8) из ферромагнитного материала выбирается исходя из величины расстояния между рядами вертикальных цилиндрических областей (2) р -типа проводимости, образующими вертикальные, участки прямоугольных витков соленоида, и в основном зависят от способа изготовления сердечника (8), т.е. полученным либо механическим путем методами прессования, либо путем напыления ферромагнитных материалов до заполнения сформированной канавки (7) как это представлено на фиг. 2 — фиг. 5. В большинстве случаев практического использования предлагаемой конструкции ширина сердечника (ф/сер. < L и составляет 150,0-200,0 мкм, для сердечников, полученных чисто механическими методами обработки и 10,0-25,0 мкм, полученных методами.

Таким образом, контактные площадки (6) размещены по обеим сторонам канавки чением удельного объемного сопротивления, например, слои алюминия, меди и дроугих металлов из группы благородных металлов. Толщина вышеназванных слоев лежит в пределах 1,5-2,5 мкм при

40 ширине проводящих дорожек менее 8,0 мкм. При этом, как уже подчеркивалось выше. горизонтальные области (10) проводящего материала, образующие горизон тальные участки прямоугольных витков соленоида, частично размещены на поверхности диэлектрика (9), сформированного на поверхности сердечника (8) из ферромагнитного материала, что является существенным отличием от технического . решения, принятого эа прототип, Следует отметить, что сформированная в объеме материала несущего основания канавка,(7), разделяющая два ряда вертикальных цилиндрических областей (2) и служащая для размещения сердечника иэ ферромагнитного материала (8),. частично или полностью расположена в межвитковом пространстве соленоида катушки, витки которой представляют собой линейные участки прямоугольных витков образованные вертикальными цилиндрическими областями (2) полупроводника р+-типа проводимости, сформированными в объеме материала несущего основания (1), и горизонтальными областями (10) иэ проводящего материала последовательно соединяющими вертикальные цилиндрические области (2) из противолежащих рядов, размещенных на одной из сторон несущего основания (1).

Как следует иэ фиг. 1 минимальный шаг расположения вертикальных цилиндрических областей (2) р -типа проводимости в каждом из рядов, а также величина мини.мального расстояния между рядами определяются исходя из величины рабочего напряжения катушки индуктивности (Upa6.) и диэлектрической прочностью. С целью обеспечения и-кратного запаса по электрической прочности при рабочем напряжении

Upa5. необходимо, чтобы при напряжении равным A Ораб„области объемных зарядов р-п-переходов, образованных между вертикальными областями (2) р -dna проводимости и (3) р =типа проводимости витков соленоида и материала исходной полупроводниковой подложки (1) и и-типа проводимости не перекрывались ни с сердечником (8), ни между собой. Из вышеупомянутого условия следует, что минимальная ширина сердечника (8) иэ ферромагнитного материала (1ф/cep.мни.), а также минимальное расстояние между двумя соседними вертикальными областями (2). расположенными в одном ряду, т.е. шаг расположения вертикальных. цилиндрических областей (2) в ряду. (4, ì.), долины быть больше удвоенной ширины области объемного (простра н ст вен ного заряда бо.е.а.

1836754

20

35

55 вышеупомянутого р-и-перехода. Таким образом должны выполняться соотношения:

1-ф/сер.мин. 2do.о.ý, М VFW а6. (ф.3) взвит,мин. 2do.о.ý. М И раб. (ф,4) где М вЂ” коэффициент пропорциональности, определяемый уровнями легирования контактирующих областей и-типа проводимости исходной полупроводниковой подложки (1) и р+-типа приконтактных областей (3), сформированных в объеме материала основания.

Полученная с использованием методов планарной технологии катушка индуктивности предлагаемой конструкции обладает следующими достоинствами: — позволяет повысить значение номинала индуктивности до десятков микрогенри за счет размещения в канавке сердечника из ферромагнитного материала, — повысить плотность размещения витков на 1 мм до 50 витков, т.е, сократить пло цадь, занимаемой катушкой индуктивности. Пример 2. КонструКция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1 зэ исключением того. что в качестве исходного материала несущего основания использована пластина монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией рабочей поверхности в направлении (III).

Тогда для этото примера в случае использования методов реактивно-ионного травления характерен профиль канавки, представленный на фиг. 2, В качестве материала сердечника (8) использован ферромагнитный сплав, полученный методом непосредственного напыления, поэтому сердечник (8) конформно воспроизводит как форму, так и геометрические размеры разделительной канавки (7), А горизонтальные участки проводящего материала (10), размещенные на верхней поверхности несущего основания (1), частично расположены нэ поверхности сердечника (8) из ферромагнитного материала и отделены от последнего слоями диэлектрика (9), Пример 3. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере

1 за исключенйем того, что окно, сформированное в.слое диэлектрика (4) и служащее для создания канавки (7). размещенной непосредственно в межвитковом пространстве соленоида, выбрано таким образом, что при энизотропном травлении пластин монокристаллического кремния в растворе

33 -КОН, получен профиль в виде равностороннего треугольника, как зто представлено на фиг. 3. При этом сердечник из ферромагнитного материала (8) конформно воспроизводит форму и геометрические размеры канавки (7), Пример 4. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере

1 за исключением того, что с целью увеличения высоты сердечника (8) из ферромагнитного материала, в несущем основании (1) сформировано сквозное отверстие (11). размещенное непосредственно в межвитковом пространстве соленоида, боковые грани которого представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (III), а сердечник (8) из ферромагнитного материала конформно воспроизводит форму и геометрические размеры сквозного отверстия, служащего для размещения последнего.

При этом горизонтальные участки (10) проводящего материала с обеих сторон размещены на поверхности диэлектрика, отделяющего поверхности сердечника (8) из ферромагнитного материала от объема материала горизонтальных областей (10) проводящего материала. как это представлено на фиг. 4.

Пример 5. Катушка индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 4 за исключением того, что с целью уменьшения площади, занимаемой катушкой индуктивности сквозное отверстие (11) сформировано в виде равнобочного треугольника, вершина которого выходит на нижнюю поверхность несущего основания, как это предсталено на фиг, 5, fl р и м е р 6. Катушка индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 1 за исключением

40 того, что, с целью увеличения номинала индуктивности, разделительная канавка (7) сформирована в виде замкнутого контура, частично расположенного в межвитковом пространстве соленоида. При этом сердечник (8) из ферромагнитного материала имеет также форму замкнутого контура, размещенного во внутреннем объеме разделительной канавки (7).

Пример 7. Катушка индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере 6 за исключением того. что с целью более эффективного использования Обьема материала несущего основания, профиль разделительной канавки (7), выполненной в виде замкнутого контура, представляет собой прямоугольник все грани которого образованы кристаллографическими плоскостями (100), а сердечник из ферромагнитного материала (8) конформно воспроизводит форму и геомет13

1836754

Пример 11. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примерах

9 и 10, за исключением того, что разделительные канавки (7 и 12) сформированные с обеих сторон несущего основания имеют профиль в виде трапеций. а размещенные s последних сердечники (8 и 13) из ферромагнитного материала конформно воспроизводят форму и геометрические размеры соответствующих разделительных канавок.

55 рические размеры разделительной канавки, как это представлено на фиг. 7.

Пример 8. Конструкция катушки: индуктивности аналогична конструкции, . описание которой представлено.в примере 5

6, за исключением того, что. сердечник (8) иэ ферромагнитного материала конформно восйроизводит форму и геометрические размеры разделительной канавки (7), выполненной в риде замкнутого контура, час- 10 тично размещенного в межвитковом пространстве соленоида; как это представлена на фиг, 8.

П р и М е р 9. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, 15 описание которой представлено в примере.

8, за исключением того, что, с целью увеличения высоты сердечника из ферромагнитного .материала, в объеме материала несущего основания сформированы с обеих 20 сторон несущего основания симметрично расположенные разделительные канавки (7 и 12),-как это представлена на фиг. 9. Разделительные канавки размещены. друг над другам и воспроизводят симметрично друг 25 друга; онй предназначены для размещенйя в объемах последних сердечников из ферромагнитных материалов (8 и 13); выполненных так же в виде замкнутых контуров.

Пример 10. Конструкция катушки 30 индуктивности аналогична конструкции, описание которой представлено в примере

9, за исключением того, что, с целью более эффективного использования объема материала несущего основания, в последнем 35 сформированы разделительные канавки(7 и

12), выполненные в виде замкнутых контуров, с вертикальными боковыми стенками.

При этом сердечник (8 и 13), из ферромагнитного материала конформно воспроизво- 40 дят форму и геометрические размеры разделительных канавок (7 и 12), как это представлено на фиг. 10. А величина рассто. яния (14) между основаниями канавок определяется исходя из условия обеспечения 45 механической прочности конструкции, которая в большинстве случаев практического использования определяется как 140,0 мкм.

Пример 12. Конструкция катушки . индуктивности аналогична конструкциям;: описания которых представлены в примерах 9-11. за исключением того, что, с целью увеличения номинала индуктивности, сердечники-из ферромагнитного материала (8 и

13), размещенные в разделительных канавках (7 и 12), сформированных с обеих сторон несущего основания (7) и представляющие собой замкнутые контура, объединены по- средством вертикальных колодцев (15), пронизывающих толщу материала несущего основания, расположенного между основаниями разделительных канавок, как представлено на фиг. 15. При этом внутренние объемы колодцев (15) заполнены ферромагнитным материалом (1 6), посредством которого сердечники (8 и 13) конструктивно объединены в замкнутый магнитопровод.

Пример 13. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-12, за исключением того, что, с целью уменьшения площади несущего основания (1). занятого под формирование физических слоев катушки индуктивности, в обьеме материала несущего основания. (1) сформировано. парное количество рядов вертикальных цилиндрических областей р+типа проводимости (2), разделенных канавкой (7), частично или полностью расположенной в межвитковом пространстве соленоида; и предназначенной для размещения сердечника(8) из ферромагнитного материала, который посредством проводящих горизонтальных областей (10 и 18), сформированных в разных уровнях металлиэации, размещенных на поверхности несущего основания и сердечников из ферромагнитного материала, объединены в многослойную катушку индуктивности, как это представлено на фиг. 11-14. Горизонтальные области (10 и 18) проводящего материала разделены слоями диэлектрика (17) многоуровневой коммутационной системы.

Пример 14. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-13, за исключением того. что в качестве исходного материала несущего основания (1) выбрана пластина монокристаллического кремния р-типа проводимости, в объеме материала которой сформированы вертикальные цилиндрические области (2) и+-типа проводимости.

r1 р и м е р 15. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкции, описания которых представлены в примерах 1-14, за исключением того. что в качестве исходного материала несущего

1836754

16 в прямоугольных витках,.образованных вертикальными областями (2) и (3) полупровод-. ника второго типа проводимости, сформированных в объеме материала первого типа проводимости несущего основания (1), а также горизонтальными областями (1.0), протекает импульс тока, который приводит к возникновению потока электромагнитной индукции, поддерживаемого сердечниками из ферромагнитного материала (8), расположенными в специальных разделительных канавках (7). При этом в прямоугольных витках соленоида (2, 3, 6, 10) возникает электродвижущая сила (ЭДС) 5

10 электромагнитной индукции, которая пре15 пятствует процессу нарастания тока.

Предлагаемая конструкция катушки индуктивности, в технологическом цикле изготовления которой широко использованы найдвт широкое приМенение при создании сложных радиотехнических устройств изделий радиоэлектронной аппаратуры (РЭА); а также узлов и блоков иэделий электронной

25 техники (ИЭТ) повышенной группы сложности с расширенными функциональными возможностями, в которых .возникает настоятельная необходимость совмещения процессов обработки информационных сигналов, выработки командных импульсов ис30 полнительных механизмов и устройств, осуществляющих преобразование энергии электрического источника питания в механическую, например, в производстве электромеханических часов, в производстве малогабаритных шаговых двигателей совмещенных со схемами управления, в радиоэлектрике для создания простых и надежных усилительных каскадов, рэботаю40 щих по схеме усилителя с трансформаторным выходом, различных управляемых селекторов каналов связи, в частности селектора телевизионных каналов и многих других.

Наибольшая эффективность в работе предлагаемой конструкции катушки индуктивности достигается в случае, когда отношение длины замкнутого контура сердечника из ферромагнитного материала

50 к диаметру окружности, в площадь которой вписывается сечение сердечника, составляет менее 10.

Использование предлагаемой конструкции катушки индуктивности по сравне55 нию с конструкцией катушки индуктивности, принятой за прототип, позволяет получить следующие преимущества: — повысить максимальное значение ноКатушка индуктивности предлагаемой конструкции работает следующим образом, При приложении к крайним контрактным площадкам (6) соленоида катушки индуктивности импульсного напряжения Ор б, минала индуктивности зэ счет использоваоснования (1) использованы пластины монокристаллического германия, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов.

Пример 16. Конструкция катушки индуктивности аналогична конструкциям, описания которых представлены в примерах 1-15„за исключением toro, что сердечники (8 и 13) и соответствующие им разделительные канавки (7 и 12) могут раз- мещаться в межвитковых пространствах нескольких соленоидов одновременно.

На фиг. 1-15 приняты следующие обозначения: 1 — несущее основание первого типа проводимости. 2 . — вертикальные цилиндрические области полупроводника второго типа проводимости, образующие вертикальные участки прямоугольных витков соленоида, 3 — высоколегированные приконтактные области вертикальных областей полупроводника второго типа проводимости. 4 — слои диэлектрика, сформированные на поверхности несущего

Основайия, 5 — контактные окна в слоях диэлектрика, сформированного на. поверхности несущего основания, 6 — контактные площадки иэ проводящего. материала, 7, 12 — разделительная канавка, сформированная в объеме материала несущего основания vi расположенная частично в межвитковом пространстве соленоида, 8, 13 — сердечник из ферромагнитного материала, 9 — диэлектрик, отделяющий слои проводящего материала .. горизонтальных областей прямоугольных витков соленоида и объем материала несущего основания от объема материала сердечника из ферромагнитного материала, 10, 18-,. горизонтальные области прямоугольных витков соденоида из проводящего материала, 11 — сквозное отверстие, сформированное в объеме материала несущего основания, 14 — слой материала несущего основания, обеспечивающий механическую прочность конструкции и внутренние объемы канавок, сформированных с обеих сторон несущего основания, 15 — вертикальные колодцы, соединяющие разделительные канавки, размещенные друг над другом, 16 — слои ферромагнитного материала, сформированного в сквозных колодцах 15, 17 — слои межсл оного диэлектрика, разделяющие проводящие области горизонтальных участков прямоугольных витков, размещенных в разных уровнях металлизации.

20 приемы и методы планарной технологии, 17

1836754

18 лий электронной техники (ИЭТ) и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) как специального, так и общепромышленного применения; — в значительной мере способствует созданию интегрированных устройств с новыми потребительскими свойствами.

Формула изобретения

1. Катушка индуктивности, содержащая пластину из монокристаллического полупроводника первого типа проводимости, ра- бочие поверхности которой покрыты диэлектриком, и витки, образованные двумя рядами параллельно расположенных вертикальных цилиндрических областей полупроводнйка второго типа проводимости, пронизывающих толщу материала пластины, попарно скоммутированных рядами горизонтальных областей проводящего материала, размещенных на рабочих поверхностях пластины, отличающаяся тем, что, с целью повышения значения номинала индуктивности при заданных геометрических размерах с одновременным обеспечением механической прочности конструкции, между рядами вертикальных цилиндрических областей в объеме материала пластины сформирована по крайней мере одна сквозная канавка с выходом на одну из рабочих поверхностей, в которой размещен сердечник из ферромагнитного материала, при этом стенки канавки покрыты диэлектриком.

2. Устройства по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что рабочие поверхности пластины ориентированы в кристаллографических плоскостях (100), а боковые поверхности канавки представляют собой семейство кристаллографических плоскостей (11Ц.

3. Устройство по пп. 1 и 2. о т л и ч а ющ.е е с я тем, что в обьеме пластины сформирована дополнительная канавка, идентичная первой и размещенная вне витков, при этом в обеих канавках размещен сердечник в виде тора.

4. Устройство по п.З, о т л и ч а ю щ е ее с я тем, что симметрично указанным канавкам в объеме пластины выполнены идентичные канавки с выходом на противоположную рабочую поверхность, в которых размещен сердечник в виде тора.

5. Устройство по пп. 1 — 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что между канавками, выходящими на верхнюю и нижнюю рабочие поверхнрсти, сформированы соединяющие их сквозные каналы, заполненные ферромагнитным материалом.

6; Устройство по пп, 1 — 5, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в объеме пластины сформировано дополнительно по крайней мере два ряда параллельно расположенных верния сердечника из ферромагнитного материала, размещенного в межвитковом пространстве соленоида; — расширяет в значительной мере функ- . циональные воэможности полупроводнико- 5 вых приборов эа счет объединения в одном приборе нескольких функций от обработки информационных сигналов, выработки командных импульсов и преобразования энергии электрического источника питания 10 непосредственно в механическую энергию перемещения или вращения исполнительного органа интегрированного устройства; — позволяет снизить потребление электроэнергии за счет сокращения протяжен-. 15 ности линий передачи электрических сигналов в объеме интегрированного устройства; — повысить эффективность использования объема полупроводниковой подложки 20 за счет формирования в объеме последней канавок, предназначенных для размещения сердечников из ферромагнитного материала; — позволяет в значительной мере сни- 25 зить площадь, занимаемую физическими слоями катушки индуктивности .за счет использования сердечников из ферромагнитного материала, а также за счет создания многослойных соленоидов; 30 — позволяет в значительной мере упростить конструкции низкочастотных усилителей за счет использбвания схем усилителя с трансформаторным выходом, — повысить качество транзисторных 35 схем радиопередающих и радиоприемных устройств за счет использования в конструкции последних гальванически развязанных каскадов и фильтров; — повысить качество автономных источ- 40 ников импульсного питания высокой стаби-, лизации за счет использования . в конртрукции последних гальванически развязанных каскадов; — позволяет используя методы планар- 45 ной технологии и принципы микроконструирования создавать новые классы приборов и устройств, совмещающих в своей конструкции как функции обработки информационных сигналов. так и функции 50 исполнительных органов, интегрированных в едином устройстве, что в значительной мере снижает производственные затраты иприводит к значительному сокращению потребляемой электроэнергии, а также обес- 55 печивает самое короткое время от обработки информационного сигнала до выполнения заданной функции исполнительного органа. при этом в значительной мере снижая массогабаритные показатели изде1836754 тикальных цилиндрических областей полупроводника второго типа. проводимости симметрично Относительно канавки, а на рабочих поверхностях пластины сформирован дополнительно по крайней мере один ряд горизонтальных областей из проводящего материала, отделенный от первого диэлектриком, 1836754 Фтл. б.

Фиг. 8

1836754

183б754

5 Я yg y.

2

12

Ф

2

3 ф

1836754

О

l(13 9

Жа. Ф

1б

Редактор

Заказ 3024 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

1

t2

Составитель К.Баринов

Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева