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Spannungsabhängige Kapazität
Bei einem pn-Übergang herrscht im p- und n-leitenden Gebiet Ladungsgleichgewicht. In. der Übergangszone ist jedoch infolge der Wärmebewegung dieses Gleichgewicht gestört. Es wandern Löcher aus dem p-Gebiet in das n-Gebiet und umgekehrt. Da die Ladungen der ionisierte Akzeptoren und Donatoren ortsgebunden sind und in der Übergangszone nicht mehr durch die zahlengleiche Anwesenheit von Elektronen und Defektelektronen kompensiert werden, bildet sich in. dieser Übergangszone eine Raumladung aus. Wird an einen pn-Übergang eine Spannung in Sperrichtung angelegt, so werden die jeweiligen Majoritätsträger von der Grenzschicht weggezogen, so dass diese an Ladungsträgem verarmt und das Raumladungsgebiet sich abhängig von der an. gelegten Sperrspannung verbreitert.
Die von den ionisierten Donatoren und Akzeptoren, die nicht durch bewegliche Ladungsträger kompensiert sind, gebildete Raumladung wird also durch Verschieben der beweglichen Elektronen und Löcher geändert. Dies führt zur Ausbildung einer spannungsabhängigen Kapazität des pn-Überganges, der sogenannten Sperrschichtkapazität CS. Diese Ka-
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recht zum Ladungsträgerfluss abhängig.
Das durch die Erfindung vorgeschlagene Bauelement soll eine möglichst grosse Spannungsabhängigkeit der Kapazität aufweisen und ausserdem soll die Kapazität eines p-n-Übergangs in einer gewünschten vorgegebenen Weise von der angelegten Sperrspannung Us abhängig gemacht werden.
Erfindungsgemäss wird eine Halbleiteranordnung mit einem p-n-Übergang vorgeschlagen, beider die eine Halbleiterzone, insbesondere im Gebiet der sich beim Anlegen der Betriebsspannung ausbildenden Raumladungszone, wesentlich schwächer dotiert ist und der Querschnitt wenigstens dieser Halbleiterzone vom p-n-Übergang zum Anschlusskontakt hin in diesem Gebiet senkrecht zur Richtung des Ladungsträger- flusses stetig oder stufenweise abnimmt.
In der durch die Erfindung vorgeschlagenen Anordnung ist mit der Verbreiterung der Raumladungszone in Richtung des Ladungsträgerflusses bei sich ändernder Sperrspannung auch eine Änderung der die Raumladungszone senkrecht zum Ladungsträgerfluss begrenzenden Fläche verbunden. Da die Sperrschichtkapazität CS von der Breite der Raumladungszone und der sie begrenzenden Fläche abhängt, kann man durch geeignete Formgebung des Querschnitts des Halbleiterkörpers im Gebiet der bei der Betriebsspannung sich ausbildenden Raumladungszone einen gewünschten Kapazitätsverlauf erzielen.
Durch die schwache Dotierung der einen Halbleiterzone, insbesondere im Gebiet der sich beim Anlegen der Betriebsspannung ausbildenden Raumladungszone, bildet sich eine in Richtung des Stromflusses sich weit erstreckende Raumladungszone aus, die eine grosse Spannungsabhängigkeit der Kapazität bewirkt.
Die Ausdehnung der. Raumladungszone im Halbleiterkörper ist bekanntlich der Konzentration derStör- stellen in diesem Gebiet umgekehrt proportional. Die Raumladungszone dringt also umso tiefer ein, je geringer die Störstellenkonzentration im Halbleiter ist. Um die Spannungsabhängigkeit der Kapazität noch weiter zu vergrössern, ist es deshalb gunstig. wenn die wesentlich schwächer dotierte Halbleiterzone, insbesondere im Gebiet der sich beim Anlegen der Betriebsspannung ausbildenden Raumladungszone, intrinsic-leitend ist.
Weist also eine der halbleitendenZoneneineQuerschnittsabnahme auf, so ist es, um eine möglichst grosse SDannungsabhängigkeit der Kapazität zu erzielen, günstig, wenn diese Abnahme im hochohmigen, das heu schwach dotierten, gegebenenfalls intrinsic-leitenden Gebiet liegt.
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Eine nähere Erläuterung der Erfindung soll durch die nun folgende Beschreibung der Figuren gegeben werden.
In Fig. 1 ist eine Halbleiteranordnung dargestellt, bei der der Querschnitt der Halbleiterzonevomp-n- Übergang zum Anschlusskontakt hin stetig abnimmt. Das n-leitende Gebiet 1 sei zum Beispiel insbesondere in dem Gebiet, in dem sich bei der Betriebsspannung die Raumladungszone ausbildet, hochohmig, das heisst schwach n-dotiert, während die p-Zone 2 stärker dotiert und daher niederohmig ist. Bei Anlegen einer Sperrspannung Us zwischen die Anschlüsse 3 und 4 wandert die eine Grenze der Raumladungszone in das hochohmige Gebiet, diese Begrenzungsfläche der Raumladungszone und damit die Kapazität nimmt ab. Es können natürlich auch beide Zonen 1 und 2 einequerschnittsverminderiing senkrecht zum Ladungsträgerfluss aufweisen.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung mit Stufenstruktur dargestellt. Ein insbesondere scheibenförmiger Halbleiterkörper 5, der zum Beispiel vom n-Leitungstyp ist, weist eine stufenförmige Querschnittsverminderung 9 auf, die im Gebiet der sich bei der Betriebsspannung ausbildenden Raumladungszone liegt. 8 ist ein ohmscher Kontakt. Die Zone 7, die im vorliegenden Beispiel vom pLeitungstypus ist, ist auf dem ganzen Querschnitt des Halbleiterkörpers 5, insbesondere durch Einlegieren des Akzeptormaterials 6, aufgebracht. Das Akzeptormaterial 6 bildet den mit einer Stromzuführung 10 versehenen Anschlusskontakt für die Zone 7.
Fig. 3 zeigt eine Messkurve 14, wie sie von der erfindungsgemässen, in Fig. 2 dargestellten Anordnung aufgenommen wurde. Als Ordinate ist die Sperrschichtkapazität Cgin Picofarad und als Abszisse die Sperrspannung Us zwischen den Anschlüssen 8 und 10 in Volt aufgetragen. Für beide Achsen. ist ein logarithmischer Massstab gewählt. Die Kurve 13 zeigt zum Vergleich den Verlauf der Kapazität Cs in Abhängigkeit von der Sperrspannung Us, wie er sich für einenp-n-Übergang ergibt, bei dem der Querschnitt beider Zonen (p- und n-Zone) innerhalb des Raumladungsgebietes konstant ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Halbleiteranordnung mit einem p-n-Übergang, insbesondere spannungsabhängige Kapazität, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Halbleiterzone (1), insbesondere im Gebiet der sich beim Anlegen der Betriebsspannung ausbildenden Raumladungszone, wesentlich schwächer dotiert ist und dass derQuerschnitt wenigstens dieser Halbleiterzone vom p-n-Übergang (12) zum Anschlusskontakt (3) hin in diesem Gebiet senkrecht zur Richtung des Ladungsträgerflussesstetig oder stufenweise abnimmt.