варактор
Классы МПК: | H01L29/93 диоды с регулируемой емкостью, например варакторы |
Автор(ы): | Иоффе В.М., Чикичев С.И. |
Патентообладатель(и): | Институт физики полупроводников СО РАН, Иоффе Валерий Моисеевич, Чикичев Сергей Ильич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-03-14 публикация патента:
20.01.1998 |
Использование: изобретение относится к области полупроводниковых приборов, реактивностью которых управляют, с помощью напряжения, а именно к варакторам. Сущность: в варакторе, состоящем из рабочей области с омическим контактом, на которой сформирован р-n переход или барьер Шоттки с другим контактом, рабочая область выполнена в виде плоскопараллельной пластины из полупроводника, в котором вдоль поверхности, в направлении x, создан неоднородный профиль распределения примеси Ni(x) (Nmax<N(x)<N). P-n переход сформирован с двух сторон пластины на участке, содержащем этот профиль, а толщина пластины t удовлетворяет условию: 2R(0,Nmin)<t
2R(Umiпрn), где R( Umiпрn ) - толщина области пространственного заряда при минимальном напряжении пробоя Uпр, R(0,Nmin) - толщина области пространственного заряда при нулевом смещении. Заданный закон изменения емкости варактора от напряжения обеспечивают выбором функциональной зависимости y(x), размера p-n перехода в направлении y. Рабочая область варактора также может быть полупроводниковой пленкой толщиной d на подложке, p-n переход сформирован на одной стороне, а толщина пленки удовлетворяет условию: R(0, Nmin)<d
R( Umiпрn ). Получены варакторы с наперед заданной убывающей зависимостью C(U), в том числе и линейной, с большими коэффициентами перекрытия по емкости, которые не лимитируются напряжением пробоя. Существенно упрощена технология изготовления приборов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
Формула изобретения
1. Варактор, состоящий из рабочей области в виде плоскопараллельной пластины из полупроводника с омическим контактом, на которой сформирован p-n-переход и/или барьер Шоттки, с другим контактом, отличающийся тем, что в рабочей области вдоль поверхности в направлении Х создан неоднородный профиль распределения примеси Ni(X)(Nmax < Ni(X) < Nmin), p-n-переход и/или барьер Шоттки сформирован с одной или двух сторон пластины на участке, содержащем этот профиль, и толщина пластины t удовлетворяет условиюR(0, Nmin) < t
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
при одностороннем расположении p-n-перехода и/или барьер Шоттки, причем на другой стороне пластины сформирован диэлектрический или полуизолирующий полупроводниковый слой, и условию
2R(0, Nmin) < t
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
при двустороннем расположении этих элементов,
где R(Umiпрn) - толщина области пространственного заряда при минимальном напряжении пробоя Uпр, соответствующем максимальной концентрации примеси Nmax, R(0,Nmin) толщина области пространственного заряда при нулевом смещении (U 0) в сечении рабочей области с минимальной концентрацией примеси, при этом заданный закон изменения емкости варактора от напряжения C(U) обеспечивают выбором функциональной зависимости Y(X) размера p-n-перехода и/или барьера Шоттки в направлении Y, перпендикулярном X. 2. Варактор по п.1, отличающийся тем, что линейный закон изменения емкости варактора от напряжения C(U) обеспечивают выбором функциональной зависимости Y(X) размер p-n-перехода и/или барьера Шоттки в направлении Y, перпендикулярном X.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к варакторам (варикапам) полупроводниковым приборам, реактивностью которых можно управлять с помощью напряжения. Как известно [1] во всех трех базовых элементах полупроводниковой электроники (р-n переходе, барьере Шоттки и структуре металл-диэлектрик- полупроводник) при определенной полярности приложенного напряжения формируется слой полупроводника, обедненный основными носителями заряда, являющийся аналогом диэлектрической прослойки в обычном конденсаторе. Толщина обедненного слоя зависит от величины приложенного напряжения, вследствие чего дифференциальная емкость С полупроводникового устройства может управляться электрическим напряжением U. Наиболее важными характеристиками варактора являются коэффициент перекрытия по емкости K=Cmax/Cmin и вид зависимости C= f(U). Типичная конструкция варактора представляет собой плоскопараллельный сильнолегированный слой полупроводника с одним типом проводимости или металла), сформированный на слаболегированной рабочей области с другим типом проводимости. Обе области снабжены омическими контактами для подачи управляющего напряжения. Задавая соответствующий закон распределения примеси в рабочей области варактора, можно реализовать различные зависимости С=f(U). Так, если концентрация примеси в рабочей области меняется по закону Ni(x)=B xm, то (см. Зи С."Физика полупроводниковых приборов", т.1. М. Мир, 1984, с. 123-124) C![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102013/8776.gif)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102819/2102819-2t.gif)
Известно решение [2] по которому в пластине кремния за счет процессов сплавления и диффузии формируется р-n переход с концентрацией примеси, экспоненциально спадающей вглубь слаболегированной рабочей области. При этом получаются варакторы с рекордными значениями К и S (величина К составляет 100 при изменении U от 0 до 20 В, а S
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102013/8776.gif)
R(0, Nmin) < t
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
при одностороннем расположении p-n перехода и/или барьера Шоттки, причем на другой стороне пластины сформирован диэлектрический или полуизолирующий полупроводниковый слой, и условию
2R(0, Nmin) < t
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
при двустороннем расположении p-n перехода и/или барьера Шоттки, где R(Umiпрn) толщина пространственного заряда при минимальном напряжении пробоя Umiпрn соответствующем максимальной концентрации примеси Nmax, R(O,Nmin) толщина ОПЗ при нулевом смещении (U=0) в сечении рабочей области с минимальной концентрацией примеси, при этом заданный закон изменения емкости варактора от напряжения С(U), обеспечивают выбором функциональной зависимости у(х) размера р-n перехода и/или барьера Шоттки в направлении у, перпендикулярном x. Линейный закон C(U) обеспечивают выбором функциональной зависимости у(х) размера p-n перехода и/или барьера Шоттки в направлении у, перпендикулярном х. На фиг. 1 изображена конструкция варактора; на фиг.2 приведены в нормированном виде зависимости у(х) для линейного (кривая а ) и экспоненциального (кривая б) профилей распределения примеси Ni(х); на фиг.3,4 вольт-фарадные характеристики. Варактор, изображенный на фиг.1, представляет собой плоскопараллельную пластину 1 из полупроводника определенного типа проводимости, в которой создана сильно легированная область 2 того же типа проводимости с омическим контактом 3, а вдоль пластины сформирован спадающий примесный профиль Ni(х). На поверхностях пластины в области неоднородного легирования изготовлены р-n переходы (барьеры Шоттки) 4 и 5 с общим электрическим контактом 6. При подаче обратного смещения между контактами 3 и 6 под электродами формируются области обеднения 7, толщины которых зависят от локальной концентрации примеси Ni(x)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102819/2102819-3t.gif)
Здесь
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102236/949.gif)
Uк контактный потенциал;
U напряжение обратного смещения;
eo8,85
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102003/183.gif)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102003/183.gif)
2R(0, Nmin) < t
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
где R(O, Nmin)-толщина ОПЗ при нулевом смещении (U=0) в сечении рабочей области с минимальной концентрацией примеси, то по мере возрастания обратного смещения сначала произойдет полное обеднение пластины основными носителями заряда в области Nm. Ограничение на толщину пластины сверху обусловлено тем, что при t > 2R(Umiпрn) электрический пробой в приборе произойдет раньше, чем будет достигнуто полное обеднение в области Nmin и варактор не будет работоспособен. Ограничение на толщину пластины снизу обусловлено тем, что при t<2R(О,N) часть рабочей области будет полностью обеднена еще до подачи обратного смещения и тем самым неоправдано уменьшается рабочий диапазон обратных смещений. При выполнении условия (2), с увеличением обратного смещения область полного обеднения распространится на все межэлектродное пространство и дифференциальная емкость варактора станет минимальной. Необходимый закон изменения емкости С(U) достигается выбором формы электродов (функции у(х)). Обозначим через L максимальную длину электрода вдоль оси x (L= xmin-xmax), у(х) размер электрода вдоль оси у при данном значении x. Пусть один из электродов имеет контактный потенциал Uк1 и соответствующую ширину области обеднения R1(U,х), а другой Uк2 и R2(U,х). Пренебрегая краевыми эффектами, можно записать уравнение для вольт-фарадной характеристики варактора:
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102819/2102819-4t.gif)
Условие R1(U, х)+R2(U, х)<t, (R1(U,х)+R2(U,х)>t) выполняется для всех x<х(х>х0) на фиг.1, где х0 координата точки смыкания областей пространственного заряда от противолежащих электродов. Уравнение (3) с учетом (1) позволяет найти зависимость С(U) при любых заданных Ni(х) и у(х). И наоборот, с помощью этого уравнения, задавшись С(U) и Ni(х), найдем у(х). Для линейного варактора с Сmin=0 мы должны иметь в некотором диапазоне напряжений обратного смещения 0<U, где Umax< Umiпрn
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102819/2102819-5t.gif)
Таким образом, создав в полупроводниковой пластине определенное распределение примесных атомов Ni(х), с использованием соотношений (1)-(4) найдем форму электродов у(х), обеспечивающих вольт-фарадную характеристику вида (4). Если в качестве рабочей области используется полупроводниковый слой толщиной t на изолирующей (полуизолирующей) подложке, то все вышеизложенное остается в силе. Так как нижний электрод при этом отсутствует, то соотношение (2) примет вид:
R(0, Nmin) < t
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102004/8773.gif)
а функция F(x) в уравнении (3) перепишется в виде:
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102819/2102819-6t.gif)
Пример 1. На пластине кремния КДБ-0,03 выращен эпитаксиальный слой толщиной 0,8 мкм с концентрацией электронов 5
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102003/183.gif)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102003/183.gif)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102003/183.gif)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102003/183.gif)
![варактор, патент № 2102819](/images/patents/369/2102003/183.gif)
позволяет средствами обычной планарной технологии создавать варакторы с большими коэффициентами перекрытия по емкости, которые не лимитируются напряжением пробоя;
позволяет создавать функциональные варакторы, т.е. варакторы с наперед заданной убывающей зависимостью С(U), в том числе и линейной;
достаточно сложную проблему формирования заданного примесного профиля заменяет гораздо более простой задачей формирования электрода заданной формы, что существенно упрощает технологию изготовления приборов.
Класс H01L29/93 диоды с регулируемой емкостью, например варакторы
сборка из двух варикапов с общим катодом (варианты) - патент 2325002 (20.05.2008) | ![]() |
варикап - патент 2320050 (20.03.2008) | ![]() |
полупроводниковый прибор - патент 2279736 (10.07.2006) | |
полупроводниковый прибор - патент 2278449 (20.06.2006) | |
полупроводниковый прибор - патент 2278448 (20.06.2006) | |
полупроводниковый прибор - патент 2163045 (10.02.2001) | |
варикап - патент 2119698 (27.09.1998) | |
полупроводниковый прибор - патент 2117360 (10.08.1998) | |
варикап - патент 2086045 (27.07.1997) | |
варактор - патент 2086044 (27.07.1997) |