Мдп-варикап с переносом заряда


H01L29 - Полупроводниковые приборы для выпрямления, усиления, генерирования или переключения, а также конденсаторы или резисторы, содержащие по меньшей мере один потенциальный барьер, на котором имеет место скачкообразное изменение потенциала, или поверхностный барьер, например имеющие обедненный слой с электронно-дырочным переходом или слой с повышенной концентрацией носителей; конструктивные элементы полупроводниковых подложек или электродов для них (H01L 31/00-H01L 47/00,H01L 51/00 имеют преимущество; способы и устройства для изготовления или обработки приборов или их частей H01L 21/00; конструктивные элементы иные чем полупроводниковые приборы или электроды для них H01L 23/00; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированные на одной общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; резисторы

 

В основу полезной модели поставлена задача повышения стабильности минимального значения емкости и обеспечения возможности использования прибора в качестве емкостного ключа с высокой добротностью максимального значения емкости. Поставленная задача достигается тем, что в МДП-варикапе с переносом заряда, содержащем полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей с р-n-переходом, р-n-переход узла стока расположен вне области локализации управляющего электрода и соединен с управляющим электродом резистивным элементом, расположенным на диэлектрике. МДП-варикап предлагаемой конструкции может быть использован в качестве как подстроечного, так и в качестве переключательного элемента в широком классе устройств ВС и СВЧ диапазона. 2 илл.

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники и может быть использована при разработке МДП-варикапов, предназначенных для использования в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона для управления частотой и фазой переменного сигнала.

Известен МДП-варикап, предназначенный для использования в качестве переключательного емкостного элемента с низким уровнем мощности управления в фазовращателях СВЧ диапазона [Bernie Siegal «The binary varactor - a new microwave device», Electronic Eguipment News, 1971, v.12, 10, p.43-47.]. МДП-варикап содержит полупроводник, рабочий диэлектрик, управляющий электрод и контакт к полупроводнику. Недостаток известной конструкции МДП-варикапа состоит в низкой стабильности состояния с минимальным значением емкости, обусловленной ограничением ширины области пространственного заряда (ОПЗ)в полупроводнике неосновными носителями, термогенерированными на границе раздела диэлектрик-полупроводник, в ОПЗ полупроводника и квазинейтральной области полупроводника.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является МДП-варикап, содержащий полупроводник, диэлектрик и управляющий электрод, в конструкцию которого для повышения стабильности минимального значения емкости и повышения быстродействия введен узел стока неосновных носителей, содержащий р-n-переход, расположенный под управляющим электродом и соединенный с управляющим электродом и полупроводником [Патент США 4.903.086, кл. НКИ 357/14, 1990].

Недостаток рассматриваемой конструкции состоит в низкой добротности прибора в состоянии с максимальным значением емкости, обусловленной вкладом высокой проводимости р-n-перехода, смещенного в этом режиме работы в прямом направлении, что ограничивает возможность его использования в качестве емкостного переключательного элемента.

Предлагаемая полезная модель направлена на повышение стабильности минимального значения емкости и обеспечение возможности использования прибора в качестве емкостного ключа с высокой добротностью максимального значения емкости.

В предлагаемом техническом решении эта цель достигается тем, что в

МДП-варикапу с переносом заряда, содержащем полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей, содержащем р-n-переход, р-n-переход узла стока расположен вне области локализации управляющего электрода и соединен с управляющим электродом резистивным элементом, расположенным на диэлектрике.

Вариант конструкции предлагаемого прибора представлен на фиг.1, эквивалентная схема прибора представлена на фиг.2.

Прибор содержит полупроводник 1, диэлектрик 2, управляющий электрод 3 и проводящий контакт 4 к полупроводнику. В конструкцию узла стока неосновных носителей входит р-n-переход 5, контакт 6 к р-n-переходу и резистивный элемент 7, соединяющий р-n-переход 5 с управляющим электродом 3.

Принцип действия прибора рассмотрим для полупроводника электронной проводимости. При подаче на управляющий электрод 3 положительного напряжения смещения реализуется состояние емкости прибора, соответствующее его номинальному значению СH0·S, (фиг.2а)

где С0 - удельная емкость диэлектрика 2;

S - площадь управляющего электрода 3.

При этом должны выполняться условия:

где RC - сопротивление резистивного элемента узла стока (фиг.2а), задаваемое конструктивно проводимостью материала резистивного элемента, его поперечным сечением, длиной и проводимостью ; fp - рабочая частота;

- абсолютная диэлектрическая постоянная материала резистивного элемента.

Выполнение условий (1) и (2) обеспечивает возможность не учитывать вклад элементов узла стока неосновных носителей в эквивалентную схему прибора, представленную на Фиг.2а, где RC - последовательное эквивалентное сопротивление потерь.

При подаче на управляющий электрод прибора отрицательного смещения реализуется режим обеднения ОПЗ основными носителями и емкость прибора изменяется от СH до С МИН, где СМИН - минимальное значение емкости.

Эквивалентная схема прибора в этом режиме представлена в общем виде на Фиг.2б,

где CSC - емкость области пространственного заряда;

RP - параллельное обратное сопротивление р-n-перехода при отрицательном напряжении смещения;

СP - параллельная эквивалентная емкость р-n-перехода при отрицательном напряжении смещения.

В этом режиме работы предлагаемого прибора необходимо обеспечить условие для формирования канала стока под резистивным элементом узла стока для неосновных носителей. Это условие выполняется, если обратное сопротивление RP р-n-перехода на несколько порядков выше сопротивления резистивного элемента RC. При выполнении соотношения RP >>RC узел стока неосновных носителей не вносит вклада в эквивалентную схему прибора, представленную на Фиг.2в.

В качестве материала для резистивного элемента узла стока неосновных носителей может быть использован поликристаллический кремний, аморфный кремний или тонкий слой металла.

Эффективность предложения обеспечивается тем, что МДП-варикап с переносом заряда предлагаемой конструкции может быть использован в качестве как подстроечного, так и в качестве переключательного элемента в широком классе устройств ВС и СВЧ диапазона благодаря повышению стабильности минимального значения емкости, а также обеспечивает возможность использования прибора в качестве емкостного ключа с высокой добротностью максимального значения емкости.

МДП-варикап с переносом заряда, содержащий полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей, содержащий р-n-переход отличающийся тем, что р-n-переход узла стока расположен вне области локализации управляющего электрода и соединен с управляющим электродом резистивным элементом, расположенным на диэлектрике.



 

Наверх