Полупроводниковый варикап

 

367488

О П ИС--А НИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сова Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 21.Ч.1971 (№ 1661319/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 23.1.1973. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 21.П1.1973

М. Кл. Н Oll 5/00

Комитет по делам иаооретений и открытий прн Совете Министров

СССР

УДК 621.382(088.8) Авторы изобретения

А. П. Горбань, В. Г. Литовченко и П. Х. Пейков

Институт полупроводников АН Украинской ССР

Заявитель

ПОЛУПРОВОДНИ КОВЫЙ ВАРИ КАП

Изобретение относится ix полупроводниковому варикапу и может быть использовано в полупроводниковой электронике и микроэлектронике, особенно в устройствах, где требуются большие коэффициенты перекрытия по емкости (отношение начальной емкости варикапа к емкости при приложенном управляющем напряжении).

Известен полупроводниковый варикап, в котором использован эффект изменения емкости приповерхностного пространственного заряда под действием приложенного напряжения.

Конструктивно он выполнен в виде структуры металл — диэлектрик —,полупроводник; на одну поверхность полупроводниковой пластины нанесен омический металлический контакт, на вторую — диэлектрический слой, причем второй металлический электрод нанесен на внешнюю ттоверхность диэлекгрического слоя.

Однако в известном варикапе коэффициент

К перекрытия по емкости является однозначной функцией толщины диэлектрического слоя и параметров полупроводникового материала.

Абсолютное значение коэффициента перекрытия обычно невелико ((10) и его нельзя изменить конструктивным и параметрами прибора (площадью электродов, их конфигурацией др.). Для увеличения К при соблюдении высокочастотности требуется уменьшение толщины диэлектрического слоя, что резко ухудшает добротность варикапа.

В известной конструкции варикапов цепи управляемого сигнала (УС, обычно высокочастотный переменный сигнал) и управляющего напряжения (УН, обычно постоянное или относительно медленно изменяющееся напряжение) гальванически связаны, что нежелательно, особенно в случае использования в цепях УН варикапа высокоомных источников напряжения, например ионизационных камер.

10 Кроме того, даже при умеренных амплитудах УС емкость известного полупроводникового варикапа сильно зависит от величины УС.

Цель изобретения — увеличение абсолютного значения коэффициента перекрытия по ем15 кости, обеспечение возможности изменения

К,,„,-„. в широких пределах путем изменения конфигурации электродов, обеспечение электрической развязки между цепями УС и УН, расширение рабочего диапазона амплитуд УС при отсутствии нелинейных эффектов.

Цель достигается тем, что предлагаемый полупроводниковый варикап содержит ряддополнительных конструктивных элементов: диффузионную область, тип проводимости которой противоположен типу проводимости объемного материала; металлический электрод, обеспечивающий омический контакт с диффузионной областью; второй дополнительный электрод, нанесенный на внешнюю поверхность диэлектрического слоя, содержащий большой (2. 10 к/см ) заряд того

367488

55 же знака, что и основные носители тока в полупроводниковом материале. При этом диэлектрический слой покрывает также часть поверхности диффузионной области. Таким образом, предлагаемый полупроводниковый варикап, в отличие от известного, содержит 4 металлических электрода: два в цепи УС и два в цепи УН.

В предлагаемом полупроводниковом варикапе достигается увеличение коэффициента перекрытия по емкости на 2 — 4 порядка при сохранении высоких пробивных напряжений диэлектрического слоя, обеспечивается электрическая развязка цепей УС и УН, а также увеличивается в несколько раз линейность по отношению к амплитуде УС.

На чертеже схематически показан предлагаемый варикап в разрезе.

Он содержит полупроводниковую пластину

1, нижний металлический (управляющий) электрод 2, диэлектрический слой 8, инверсионный канал 4, слой 5 истощения (Шоттки), диффузионную область б с типом проводимости, противоположным по отношению к проводимости объемного материала, первый уп-. равляемый металлический электрод 7, верхний управляющий металлический электрод 8, второй управляемый металлический электрод 9.

На нижнюю поверхность полупроводниковой пластины 1, например, из кремния р-типа, нанесен нижний металлический электрод 2, например, из алюминия, обеспечивающий омический контакт с полупроводниковой пластиной. На часть верхней поверхности пластины нанесен диэлектрический слой 3, например

ЯО, содержащий большой (2 10 /г/см ) положительный заряд. При этом на границе

Si — SiO существует хорошо проводящий инверсионный канал и-типа 4, отделенный от объема полупроводника плохо проводящим слоем истощения (Шоттки). Поскольку диэлектрический слой SiO нанесен также на часть поверхности диффузионной области и-типа б, полученной, например, диффузией фосфора в кремний р-типа. Инверсионный канал 4 имеет хороший электрический контакт с диффузионной областью б, Первый управляемый металлический электрод 7, например, из сплава золота с сурьмой нанесен на часть поверхности диффузионной области б и обеспечивает с ней хороший электрический контакт. Верхний управляющий металлический электрод 8, например из алюминия, нанесен поверх диэлектрического слоя и делит этот слой на две части, одна из которых примыкает к первому управляемому металлическому

ЗО

4 электроду 7, а вторая, например, большей плошади, преимущественно локализована под вторым управляемым металлическим электродом 9.

Предлагаемый полупроводниковый варикап работает следующим образом.

При отсутствии управляющего напряжения между электродами 2 и 8 емкость управляемой цепи (между электродами 7 и 9) определяется емкостью диэлектрического слоя под электродом 9, поскольку инверсионный канал

4 играет роль второй обкладки конденсатора.

Если между электродами 2 и 8 приложено УН (знаком «минус» на электрод 8) достаточной величины, то инверсионный канал под электродом 8 исчезает, вследствие чего инверсионный канал, локализованный под электродом 9, уже не контактирует с частью инверсионного канала, примыкающей к диффузионной области б. При этом емкость между электродами 7 и 9 определяется в значительной мере емкостью слоя истощения Шоттки, локализованной под электродом с меньшей площадью, например 7. Поскольку соотношения площадей электродов 9 и 7 можно сделать большим, предлагаемая конструкция варикапа позволяет реализовать весьма высокие значения коэффициента перекрытия по емкости, К 10 — 104.

Изменение удельного сопротивления полупроводниковой пластины в значительных пределах, особенно при больших значениях р, не оказывает заметного влияния на параметры полупроводникового варикапа. Кроме того, в предлагаемой конструкции легко получить требуемые значения К„„„.„ изменяя, например, площадь электрода 9.

Предмет изобретения

Полупроводниковый варикап, выполненный на основе пластины со структурой металл— диэлектрик †полупроводн с электродом к полупроводнику по всей поверхности пластины, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента перекрытия и линеаризации характеристики, полупроводник содержит диффузионную область с омическим контактом, тип проводимости которой противоположен типу проводимости полупроводника, а металлический электрод, расположенный на слое диэлектрика, делит последний на две части, различные по плошади, при этом меньшая часть диэлектрика, содержащая заряд того же знака, что и основные носители тока в объеме полупроводника, частично перекрывает поверхность диффузионной области.

367488

Редактор И. Орлова

Заказ 540/8 Изд. № 1155 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Кот

Техред Л. Богданова

Корректоры: Л. Чуркина и 3. Тарасова