ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД Советский патент 1995 года по МПК H01L29/86 

Изобретение относится к полупроводниковым диодам, предназначенным для умножения частоты.

Умножители частоты на полупроводниковых диодах широко применяются для генерации электромагнитных колебаний сверхвысоких частот, в частности для получения высокостабильных колебаний с помощью кварцованных умножительных цепочек. Типичная конструкция умножительного варакторного диода, выполненного на полупроводнике с барьерным контактным участком и двумя металлическими контактами. Однако этот диод требует трудоемкой настройки и недостаточно надежен.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является полупроводниковый диод, содержащий пластину, выполненную из нескольких пар слоев различных полупроводниковых материалов, причем в каждой паре один слой имеет меньшую величину отношения дрейфовой скорости насыщения подвижных носителей заряда к диэлектрической проницаемости, чем другой, и два контактных участка, по крайней мере, один из которых является барьерным.

Целью изобретения является увеличение эффективности преобразования (умножения) частоты.

Эта цель достигается тем, что число пар слоев в полупроводниковой пластине равно кратности умножения частоты, а барьерный участок содержит слой сильнолегированного полупроводника.

Один из возможных вариантов предлагаемой конструкции диода представлен схематически на чертеже.

Диод содержит металлические контакты 1,2, барьерный контактный участок 3, выполненный в виде Р⁺n⁺ перехода, и полупроводниковую пластину 4, которая состоит из m одинаковых пар слоев, выполненных из двух полупроводниковых материалов, отличающихся значениями отношения U_s/ε. Число пар слоев равно требуемой кратности умножения частоты.

В другом возможном варианте предлагаемой конструкции барьерный контактный участок имеет структуру металл-сильнолегированный полупроводник. В рабочем режиме Р⁺n⁺-переход или контакт металл-полупроводник смещены в обратном направлении и образуют потенциальный барьер для носителей, инжектируемых в пролетный участок.

Высокая концентрация примеси (N≥ ≥ 10¹⁸ cм^-3) в прилегающем к контакту n⁺(p⁺) cлое полупроводника обеспечивает достаточно малую толщину потенциального барьеpа (-10^-6 cм), необходимую для эффективного туннелирования носителей заряда.

Концентрация примеси во всех слоях пролетного участка существенно меньше, чем в контактном участке (n⁺); в рабочем режиме напряженность электрического поля в пролетном участке превышает значение, при котором происходит насыщение скорости носителей заряда. Для обычно применяемых полупроводниковых материалов это значение составляет 10³-10⁴ в/см.

Для обеспечения эффективного туннелирования носителей заряда через потенциальный барьер концентрация примеси в прилегающем к контакту инжекционном n⁺/p⁺ слое выбирается достаточно высокой ( 10¹⁸ см^-3), а толщина этого слоя достаточно малой ( 10^-6 cм).

Такая конструкция умножительного диода обеспечивает высокий КПД преобразования при значительных кратностях умножения частоты. Существенно также, что при использовании предлагаемого умножительного диода в умножителе частоты высокой кратности не требуется применения многоконтурных резонансных систем, вполне возможно применение двухконтурной системы, резонирующей на частотах входного и выходного сигналов. Дополнительным преимуществом предлагаемого умножительного диода по сравнению с известными (например, по сравнению с диодом с накоплением заряда) является отсутствие в спектре наведенного тока промежуточных (между частотами входного и выходного сигналов) гармоник входного сигнала, что снимает проблему фильтрации выходного сигнала и позволяет еще больше упростить контурную систему умножителя.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД, содержащий пластину, выполненную из нескольких пар слоев различных полупроводниковых материалов, причем в каждой паре один слой имеет меньшую величину отношения дрейфовой скорости насыщения подвижных носителей заряда к диэлектрической проницаемости, чем другой, и два контактных участка, по крайней мере, один из которых является барьерным, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности умножения частоты, число упомянутых пар слоев равно кратности умножения частоты, а барьерный участок содержит слой сильнолегированного полупроводника.