ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ВАРИКАП Советский патент 1973 года по МПК H01L29/94 

1

Изобретение относится к 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 управляюш.ем 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-лолупроводник; на одну поверхность полупроводниковой пластины нанесен омический металлический контакт, на вторую - диэлектрический слой, прячем второй металлический электрод нанесен на внешнюю поверхность диэлектрического слоя.

Однако в известном варикапе коэффициент К перекрытия по емкости является однозначной функцией толш;ины диэлектрического слоя и параметров полупроводникового материала. Абсолютное значение коэффициента перекрытия обычно невелико (10) и его нельзя измеиить конструкти1вным1и параметрами прибора (площадью электродов, их конфигурацией др.). Для увеличения К при соблюдении высокочастотности требуется уменьшение толшины 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.

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

Цель изобретения - увеличение абсолютного значения коэффициента перекрытия по емкости, обеспечение возможности изменения /Смаке в широких пределах путем изменения конфигурации электродов, обеспечение электрической развязки между ценями УС и УН, расширение рабочего диапазона амплитуд УС при отсутствии нелинейных эффектов.

Цель достигается тем, что предлагаемый полупроводниковый варикап содержит ряд дополнительных 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 ( к/см) заряд того

же знака, что к 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 цапи УС и два в цепи УН.

В предлагаемом полупроводниковом варикапе достигается увеличение коэффип,ие-нта 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 3, инверсионный канал 4, слой 5 истощения (Шоттки), диффузионную область 6 с типом проводимости, противоположным по отношению к проводимости объемного материала, первый уц-. равляемый металлический электрод 7, верхний управляющий металлический электрод 8, второй управляемый металлический электрод 9.

На нижнюю поверхность полупроводниковой пластины /, 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 SiOa, содержащий большой ( 2-10 /е/сл)

положительный заряд. При этом на границе Si-Si02 существует хорошо проводящий инверсионный канал п-типа 4, отделенный от объема полупроводника плохо проводящим слоем истощения (Шоттки). Поскольку диэлектрический слой SiOa нанесен также на часть :пОВерх«ости дкффузиониой области п-типа 6, полученной, например, диффузией фосфора В .кремш1Й р-тияа. Инверсионный канал 4 имеет хороший электрический контакт с диффузионной областью 6. Первый управляемый металлический электрод 7, например, из сплава золота с сурьмой нанесен на часть поверхности диффузионной области 6 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

электроду 7, а вторая, например, большей площади, 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 Р) 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 6. 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, Д 102-10

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 /(макс, изменяя, например, площадь электрода 9.

Предмет изобретения

Полупроводниковый варикап, выполненный на основе пластины со структурой металл- диэлектрик-полупроводник 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 площади, при этом меньшая часть диэлектрика, содержащая заряд того же знака, что и основные носители тока в объеме полупроводника, частично перекрывает поверхность диффузионной области.

,.--.,.

8 3 7 е