ТУННЕЛЬНЫЙ ДИОД Советский патент 1996 года по МПК H01L29/88 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к функциональным элементам интегральных схем, и может быть использовано в генераторных схемах, а также в вычислительной, измерительной и усилительной технике.

Известен полупроводниковый диод, содержащий р-n переход, сформированный методом диффузии в монокристалле полупроводника, а также омические контакты к р- и n-областям.

Недостатком полупроводникового диода являются ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия возможности управлять уровнем выходного сигнала при неизменяющихся напряжениях на электродах. Наиболее близкими к предлагаемому является полупроводниковый диод, содержащий области p- и n-типа, образующие р-n-переход, сформированный в эпитаксиальном слое, нанесенном на полупроводниковую подложку и омические контакты. Недостатком туннельного диода является отсутствие возможности совмещать функции туннельного и обращенного диодов при неизменяющихся напряжениях на электродах. Кроме того, возникает нежелательный туннельный эффект через боковую поверхность р-n-перехода.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей предлагаемого диода.

Цель достигается тем, что в туннельном диоде, содержащем области р- и n-типа, образующие р-n-переход в эпитаксиальном n-слое, нанесенном на полупроводниковую подложку и омические контакты, со стороны подложки до базовой области выполнен паз, причем в пазе, а также на эпитаксиальном слое между омическими контактами к р- и n-областям над базой расположены изолированные электроды.

На чертеже схематично представлен туннельный диод интегральных схем.

Прибор содержит р-n-переход 1, сформированный в эпитаксиальном слое 2, нанесенном на полупроводниковую подложку 3, в которой выполнен паз 4, а также диэлектрические пленки 5,6, изолированные электроды 7,8, электроды 9.

Прибор работает следующим образом. При подаче на диод прямого напряжения через него протекает ток. Диэлектрическая 5 и металлическая пленки (изолированный электрод 7) играют роль управляющего затвора. Его введение приводит к появлению эффекта поля изменение поверхностной проводимости полупроводника под действием электрического поля, приложенного перпендикулярно поверхности. При подаче на затвор положительного напряжения электроды из объема полупроводника оттягиваются в приповерхностный слой вблизи затвора, n-область обедняется основными носителями, число туннельных переходов уменьшается, следовательно, уменьшается ток, протекающий через диод. Повышать напряжение на затворе можно до тех пор, пока концентрация основных носителей в n-области достигнет критического значения. При этом туннельный диод будет работать как обращенный. Диэлектрическая 6 и металлическая 8 пленки выполняют роль защитного затвора, который работает аналогично управляющему и препятствует возникновению нежелательного туннельного эффекта через боковую поверхность р-n-перехода. При подаче на затвор нулевого напряжения прибор может быть использован как обычный туннельный диод.

Использование туннельного диода позволяет получить эффект за счет сокращения расходов на разработку ряда приборов и логических устройств, так как наряду с выполнением функций туннельного и обращенного диодов прибор может дополнительно применяться в качестве логической ячейки в связи с тем, что он имеет два входа и один выход. При реализации логической операции принимается, что наличие высокого уровня сигнала соответствует поступлению на вход одной логической единицы, а наличие низкого уровня поступлению на вход логического нуля.

Величину выходного сигнала, соответствующего входным логическому нулю или единице, можно регулировать путем изменения напряжения между электродами.

Малые размеры прибора и его планарная конструкция обеспечивают возможность применения в интегральных схемах. Наличие раздельных входов позволяет расширить функциональные возможности туннельного диода. При этом трудоемкость и материалоемкость в процессе изготовления туннельного диода увеличивается незначительно по сравнению с процессом изготовления известных туннельных диодов, так как управляющий и защитный затворы можно выполнять в едином технологическом цикле изготовления прибора с помощью операций напыления, для этого не требуется специального дорогостоящего оборудования и дефицитных материалов.

Туннельный диод, содержащий области p- и n-типа, образующие p - n-переход, сформированный в эпитаксиальном n-слое, нанесенном на полупроводниковую подложку и омические контакты к p- и n-областям, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей диода, со стороны подложки до базовой области выполнен паз, причем в пазе, а также на эпитаксиальном слое между омическими контактами к p- и n-областям над базой расположены изолированные электроды.

Туннельный диод, содержащий области p- и n-типа, образующие p - n-переход, сформированный в эпитаксиальном n-слое, нанесенном на полупроводниковую подложку и омические контакты к p- и n-областям, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей диода, со стороны подложки до базовой области выполнен паз, причем в пазе, а также на эпитаксиальном слое между омическими контактами к p- и n-областям над базой расположены изолированные электроды.