ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР Российский патент 2001 года по МПК H01L29/93 

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и может быть использовано при создании параметрических усилителей и генераторов и перестраиваемых в широких пределах резонансных контуров.

Прибор наиболее близок по принципу работы к варикапам (варакторам) - полупроводниковым приборам, реактивностью которых можно управлять с помощью напряжения. Как известно (см. Зи С. Физика полупроводниковых приборов, т. 1, М. : Мир, 1984, с. 80-91, 260-262, 381, 384), во всех трех базовых элементах полупроводниковой электроники (p-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 напряжения смещения, вследствие чего дифференциальная емкость C полупроводникового прибора может управляться напряжением U.

Типичная конструкция варактора представляет собой плоскопараллельный сильнолегированный слой полупроводника с одним типом проводимости, сформированный на слаболегированной рабочей области с другим типом проводимости. Обе обкладки снабжены омическими контактами для подачи управляющего напряжения. Задавая соответствующий закон распределения примеси в рабочей области варактора, можно реализовать различные зависимости C(U).

Задачей данного изобретения является созданиe полупроводникового прибора, не имеющего аналогов, позволяющего при изменении величины управляющего напряжения, подаваемого на p-n переход либо барьер Шоттки, регулировать величину индуктивности.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что полупроводниковый прибор содержит изолирующий слой 1, на поверхности которого сформирован проводящий участок 2, выполненный в виде спирали, на поверхности спирали сформирована полупроводниковая пленка электронного либо дырочного типа проводимости 3 с омическим контактом, на поверхности которой выполнен полупроводниковый переход в виде p-n перехода либо барьера Шоттки с другим омическим контактом с неоднородным вдоль направления пересекающего витки спирали профилем легирования, выбор профиля легирования пленки и толщины пленки ограничен условием полного обеднения пленки либо ее части основными носителями заряда до пробоя полупроводникового перехода при подаче на него внешнего смещения

где Ui(x) - напряжение пробоя полупроводниковой пленки в сечении xy;
y - координата, отсчитываемая от металлургической границы p-n перехода или барьера Шоттки в направлении вдоль толщины пленки;
q - элементарный заряд;
Ni(x,y,z) - профиль распределения примеси в пленке;
d(x,z) - толщина пленки 3;
z, x - координаты на поверхности пленки;
εs - диэлектрическая проницаемость полупроводниковой пленки;
Uk - встроенный потенциал.

Кроме того, полупроводниковый прибор может отличаться тем, что на свободной поверхности прибора сформирован изолирующий слой 6. (Под свободной поверхностью прибора понимается любая часть поверхности прибора, за исключением тех частей прибора, к которым подсоединяются объемные проводники, служащие для соединения прибора с внешними устройствами).

То есть суть изобретения заключается в использовании возможности изменения числа витков спирали при изменении питающего напряжения, поданного на p-n переход или барьер Шоттки.

На фиг. 1 приведен полупроводниковый прибор с источником управляющего напряжения 5; на фиг. 2 - полупроводниковый прибор в планарном исполнении; на фиг. 3 - конструкция изготовленного полупроводникового прибора; на фиг. 4 - зависимость величины индуктивности изготовленного прибора от величины управляющего напряжения.

Для пояснения работы прибора обратимся к фиг. 1, на которой представлен прибор, который содержит слой диэлектрика 1, металлический слой 2, выполненный на поверхности слоя 1 в виде спирали, полупроводниковую пленку 3, которая образует с 2 омический контакт, выполненную в виде клина, металлический слой 4, образующий с пленкой барьер Шоттки. К барьеру Шоттки подключен источник управляющего напряжения 5. По мере увеличения запирающего напряжения на переходе область пространственного заряда (ОПЗ) постепенно заполняет всю пленку, при этом размер области нейтральности H(U) непрерывно уменьшается, вследствие чего увеличивается эффективное число витков в индуктивности, поскольку уменьшается число витков, которые шунтирует область нейтральности полупроводниковой пленки. Слой 1 может быть выполнен из высокоомного полупроводникового материала или из полупроводника, образующего со спиралью 2 барьер Шоттки или p-n переход.

При производстве полупроводниковых приборов посредством стандартной планарной технологии все омические контакты, как правило, отделяются друг от друга слоем SiO₂ На фиг. 2 представлен планарный прибор, содержащий p-n переход с неоднородным вдоль направления x профилем легирования, слой диэлектрика 1, металлический слой 2, который выполнен на поверхности слоя 1 в виде спирали. P-n переход содержит сильнолегированную область p+ типа 4 с омическим контактом, на которой выполнена пленка n типа 3 с другим омическим контактом. В пленке сформирован неоднородный вдоль X профиль распределения донорной примеси Ni(x, y). К p-n переходу подключен источник управляющего напряжения 5. Все контакты отделены друг от друга слоем 6 (SiO₂). По мере увеличения запирающего напряжения на переходе область пространственного заряда (ОПЗ) постепенно заполняет всю пленку, при этом размер области нейтральности H(U) непрерывно уменьшается, вследствие чего увеличивается эффективное число витков в индуктивности, поскольку уменьшается число витков, которые шунтирует область нейтральности полупроводниковой пленки.

Пример (фиг. 3). На подложке 1 (SiO₂) была выполнена спираль 2 из сплава золота и сурьмы из 100 колец, диаметр меньшего кольца составлял 1 см, диаметр наибольшего кольца составлял 7 см. Поверх спирали была выращена слаболегированная пленка кремния n-типа с концентрацией примеси ~ 1·10¹⁵/см³ и толщиной 0.6 мкм, в которой методом ионной имплантации фосфора (200 кэВ) был сформирован неоднородный профиль распределения примеси, причем имплантационная доза линейно на промежутке 3 см спадала от 1·10¹² до 2,5 ·10¹⁰ион/см². Металлизация 4 барьера Шоттки изготавливались из алюминия поверх пленки 3. После изготовления проволочных выводов поверхность прибора покрывалась слоем двуокиси кремния 6. Измерения индуктивности проводились на частоте 1,5 МГц. В диапазоне запирающих напряжений на барьере Шоттки от 0 до 4 В индуктивность изменялась от 1.6·10^-7 до 3.03·10^-4 Гн соответственно. На фиг. 4 приведена измеренная зависимость индуктивности от величины источника управляющего напряжения.

Изобретение позволяет создать регулируемые напряжением индуктивности.

Промышленная применимость: изобретение может быть использовано в электронной промышленности.

Использование: при создании параметрических усилителей и генераторов и перестраиваемых в широких пределах резонансных контуров. Сущность изобретения: полупроводниковый прибор содержит диэлектрический или полупроводниковый слой, на поверхности которого сформирован проводящий участок, выполненный в виде спирали, на поверхности спирали сформирована полупроводниковая пленка электронного либо дырочного типа проводимости с омическим контактом, на поверхности которой выполнен p-n переход либо барьер Шоттки с другим омическим контактом с неоднородным вдоль направления пересекающего витки спирали профилем легирования. Выбор профиля легирования пленки и толщины пленки ограничен условием полного обеднения пленки либо ее части основными носителями заряда до пробоя p-n перехода либо барьера Шоттки при подаче на него внешнего смещения, удовлетворяющего заявленному соотношению. Техническим результатом изобретения является создание полупроводникового прибора, позволяющего при изменении величины управляющего напряжения, подаваемого на p-n переход либо барьер Шоттки, регулировать величину индуктивности. 4 ил.

Полупроводниковый прибор, содержащий диэлектрический или полупроводниковый слой (1), на поверхности которого сформирован проводящий участок (2) выполненный в виде спирали, на поверхности спирали сформирована полупроводниковая пленка электронного либо дырочного типа проводимости (3) с омическим контактом, на поверхности которой выполнен р-n переход либо барьер Шоттки с другим омическим контактом с неоднородным вдоль направления пересекающего витки спирали профилем легирования, выбор профиля легирования пленки и толщины пленки ограничен условием полного обеднения пленки либо ее части основными носителями заряда до пробоя р-n перехода либо барьера Шоттки при подаче на него внешнего смещения:

где Ui(x) - напряжение пробоя полупроводниковой пленки в сечении хy;
у - координата, отсчитываемая от металлургической границы р-n перехода или барьера Шоттки в направлении вдоль толщины пленки;
q - элементарный заряд;
Ni(x,y,z) - профиль распределения примеси в пленке;
d(x,z) - толщина пленки (3);
z,x - координаты на поверхности пленки;
εs - диэлектрическая проницаемость полупроводниковой пленки;
Uk - встроенный потенциал.