ДИОД ШОТТКИ Советский патент 1996 года по МПК H01L29/47 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к функциональным элементам интегральных схем, и может быть использовано в усилительной, генераторной, смесительной, импульсной технике, а также в устройствах автоматики и логических устройствах быстродействующих ЭЦВМ, СВЧ-электронике.

Известен диод Шоттки, содержащий контакт "металл-полупроводник" с барьером Шоттки, а также омический контакт к полупроводнику.

Недостатком диода Шоттки является ограниченность быстродействия, величины рассеиваемой мощности, функциональных способностей, из-за отсутствия возможности управлять величиной потенциального барьера Шоттки при неизменяющихся напряжениях на контакте "металл-полупроводник" с барьером Шоттки и омическом контакте.

Из известных диодов Шоттки наиболее близким по технической сущности является диод Шоттки интегральных схем, содержащий эпитаксиальный слой полупроводника, расположенный на полуизолирующей подложке, сформированные к эпитаксиальному слою контакт с барьером Шоттки и омический контакт.

Недостатком диода Шоттки является также ограниченность быстродействия, функциональных способностей, величины рассеиваемой мощности из-за отсутствия возможности управлять током диода при неизменяющихся напряжениях на контакте "металл-полупроводник" с барьером Шоттки и омическом контакте.

Целью изобретения является повышение быстродействия и снижение величины рассеиваемой мощности.

Цель достигается тем, что диод Шоттки, содержащий эпитаксиальный слой полупроводника, расположенный на полуизолирующей подложке, сформированные к эпитаксиальному слою контакт с барьером Шоттки и омический контакт, дополнительно содержит управляющий электрод и диэлектрическую пленку, при этом в подложке под контактом Шоттки до эпитаксиального слоя выполнено углубление, в котором расположен управляющий электрод, изолированный от эпитаксиального слоя и подложки диэлектрической пленкой.

В результате обеспечивается возможность управления током диода Шоттки, что приводит к повышению быстродействия и снижению рассеиваемой мощности.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично представлен диод Шоттки.

Прибор содержит контакт 1 металл-полупроводник с барьером Шоттки и омический контакт 2, сформированные к эпитаксиальному слою 3 полупроводника n-типа, выращенному на полупроводниковой подложке 4, в которой выполнено углубление, заполненное управляющим электродом 5. Управляющий электрод 5 изолирован от слоя 3 и подложки 4 диэлектрической пленкой 6.

Толщина изолирующего слоя для обеспечения эффективности управления должна быть минимальный. Изолирующий слой может быть изготовлен из диэлектрической пленки, например пленки окиси кремния. В этом случае наименьшая толщина может составлять величину 0,02 мкм. Существенное увеличение толщины диэлектрической пленки (в 20-30 раз) может привести к резкому снижению эффективности управления выходным сигналом. Управляющий электрод может быть изготовлен из металла, например алюминия, или поликристаллического кремния и заполнять паз частично или полностью, что обуславливается возможностью присоединения электрода.

Устройство работает следующим образом.

К контакту металл-полупроводник прикладывается напряжение таким образом, что барьер Шоттки смещен в прямом направлении (плюс на металл). Величина напряжения, прикладываемого к контакту, должна соответствовать паспортным данным на каждый конкретный тип диода Шоттки. Тем самым диод выводится на рабочий режим, и на его контактах появляется ток. К управляющему электроду прикладывается управляющее напряжение отрицательной полярности в диапазоне от 0 до 100 В.

Работа прибора обусловлена следующими физическими процессами. Управляющий электрод и диэлектрическая пленка выполняет функцию управляющего затвора. Его введение приводит к появлению эффекта поля-изменения поверхностной проводимости полупроводника под действием электрического поля, приложенного перпендикулярно поверхности. При подаче на управляющий электрод отрицательного напряжения, электроны из приповерхностного слоя вблизи управляющего электрода отталкиваются в объем, область вблизи барьера Шоттки обогащается основными носителями, барьер снижается, следовательно, увеличивается ток, протекающий через диод. Вместе с тем уменьшается импеданс контакта "металл-полупроводник", в результате чего повышается быстродействие диода до 50 ГГц и снижается рассеиваемая мощность до единиц микроватт.

При отключении управляющего напряжения прибор может быть использован как обычный диод Шоттки.

Использование диода Шоттки согласно настоящему изобретению, позволит получить технико-экономический эффект за счет сокращения расходов на разработку ряда приборов для интегральных схем, так как функциональные возможности диодов Шоттки расширяются. Наряду с выполнением функций диода Шоттки, прибор дополнительно может применяться в качестве двухвходовой логической ячейки, в связи с тем, что он имеет 2 входа и один выход.

При реализации логической операции принимается, что наличие высокого уровня сигнала отрицательной полярности на управляющем электроде или на контакте с барьером Шоттки соответствует поступлению на входы логической единицы, а отсутствие сигнала и наличие напряжения ниже порогового значения поступлению на входы логического нуля. Наличие выходного сигнала высокого уровня принимается как наличие выходной единицы, а малого уровня выходного нуля.

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

Кроме перечисленных функций, данный диод Шоттки может выполнять также функции модулятора и выключателя. В этом случае модулирующий или выключающий сигнал положительной или отрицательной полярности подается на управляющий электрод открытого диода.

Малые размеры прибора и его планарная конструкция обеспечивают возможность применения в интегральных схемах. Наличие управляющего электрода, расположенного со стороны подложки под барьером Шоттки, позволяет повысить быстродействие, расширить функциональные возможности, снизить величину рассеиваемой мощности. При этом трудоемкость и материалоемкость в процессе изготовления диода Шоттки интегральных схем увеличивается незначительно по сравнению с процессом изготовления известных диодов Шоттки, так как управляющий электрод можно выполнять в едином технологическом цикле изготовления прибора.

Диод Шоттки, содержащий эпитаксиальный слой полупроводника, расположенный на полуизолирующей подложке, сформированные к эпитаксиальному слою контакт с барьером Шоттки и омический контакт, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения величины, рассеиваемой мощности, он дополнительно содержит управляющий электрод и диэлектрическую пленку, при этом в подложке под контактом Шоттки до эпитаксиального слоя выполнено углубление, в котором расположен управляющий электрод, изолированный от эпитаксиального слоя и подложки диэлектрической пленкой.

Диод Шоттки, содержащий эпитаксиальный слой полупроводника, расположенный на полуизолирующей подложке, сформированные к эпитаксиальному слою контакт с барьером Шоттки и омический контакт, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения величины, рассеиваемой мощности, он дополнительно содержит управляющий электрод и диэлектрическую пленку, при этом в подложке под контактом Шоттки до эпитаксиального слоя выполнено углубление, в котором расположен управляющий электрод, изолированный от эпитаксиального слоя и подложки диэлектрической пленкой.