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Spannungsabhängiger Halbleiterkondensator
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Kapazität als steuerbaren Kondensator auszunutzen. Für die Anwendung solcher Kondensatoren, i beispielsweise in Hochfrequenz-Tunern oder parametrischen Verstärkern, ist eine starke Abhängigkeit der Kapazität von der angelegten Spannung erwünscht.
Zur Vergrösserung der Spannungsabhängigkeit wurde bei bekannten spannungsabhängigen
Kondensatoren der genannten Art das Gebiet des Halbleiterkörpers, in dem der pn-übergang mit seiner
Raumladungszone lokalisiert ist, geometrisch so ausgebildet, dass die Raumladungszone bei Anwachsen der anliegenden Spannung in ein Gebiet geringeren Querschnitts hineinatmet. Da die Kapazität von in
Sperrichtung betriebenen pn-Übergängen mit wachsender Sperrspannung abnimmt, dies ist eine
Gesetzmässigkeit, welche für die Kapazität eines pn-Übergangs grundsätzlich gilt, ergibt sich durch die
Abnahme des Querschnitts eine weitere Kapazitätsverringerung.
Das lässt sich anschaulich so erklären, dass man für den pn-Übergang ein Plattenkondensator-Modell zugrundelegt, so dass sich also durch
Verringerung des Querschnitts des Gebietes der Raumladungszone eine Verkleinerung der "Plattenfläche"ergibt.
Bei einer, beispielsweise aus der österr. Patentschrift Nr. 214028 bekanntgewordenen Mesadiode ergibt sich nun an sich eine derartige Querschnittsverminderung wenigstens für eine Seite des pn-Übergangs von selbst, da sich der Querschnitt des Mesaberges nach oben verringert. Soll jedoch bei einer solchen Diode die Spannungsabhängigkeit der Kapazität gross gemacht werden, so muss der
Anstiegswinkel des Mesaberges klein gemacht werden. Eine quantitative Abschätzung dieses Problems ergibt beispielsweise für einen Mesaberg-Durchmesser von 200 jum bei einer Neigung des
Flankenwinkels von nur 9 eine Verstärkung der Spannungsabhängigkeit gegenüber einem rein zylinderförmigen Bahngebiet um den Faktor 2.
Dabei sind die in der Praxis vorkommenden Grössen eines Ausdehnungsbereiches der Raumladungszone von 6 11m bei einer Variation der Spannung von-2 auf-60 V vorausgesetzt.
Der Herstellung von Mesadioden mit kleinen Anstiegswinkeln des Mesaberges stehen jedoch technologische Schwierigkeiten entgegen, weil nämlich die Ätzung solcher Strukturen kaum möglich ist.
Es ist aus der "Siemens Zeitschrift", April 1966, Heft 4, S. 320 und 321 bekanntgeworden,
Planartransistoren mit einer Vielzahl von parallelliegenden Emittern auszugestalten. Dies geschieht im
Hinblick darauf, dass bei den sehr hohen Strombelastungen der Emitter von Leistungstransistoren die
Injektion der Ladungsträger über der Emitterfläche inhomogen wird und vorwiegend der Emitterrand
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Spannungsabhängigkeit einer derartigen Gesamtkapazität nicht wesentlich günstig beeinflusst.
Es ist weiterhin aus der brit. Patentschrift Nr. 1, 035, 391 bekanntgeworden, Schaltungsanordnungen mit variablen Einzelkapazitätsdioden aufzubauen, wobei zur Erzielung einer sich von den
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Einzelcharakteristiken der Dioden unterschiedlichen Gesamtcharakteristik unterschiedliche elektrische Vorspannungen an die Kapazitätsdioden angelegt werden. Derartige Anordnungen bedürfen jedoch eines schaltungstechnischen Aufwandes, beispielsweise zur Trennung der Einzelvorspannungen, was sich gegenüber einem Einzelbauelement als nachteilig erweist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen spannungsabhängigen Halbleiterkondensator mit grosser Spannungsabhängigkeit der Kapazität anzugeben.
Bei einem spannungsabhängigen Halbleiterkondensator der eingangs genannten Art ist daher gemäss der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, dass eine Aufteilung des den pn-Übergang enthaltenden Mesaberges in eine Vielzahl von kleineren Mesabergen vorgenommen ist und dass die in den Einzelmesabergen lokalisierten, durch die jeweiligen pn-Übergänge gebildeten Dioden gleich-und wechselspannungsmässig parallelgeschaltet sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.
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1aufgebracht ist, so dass der pn-Übergang--13--entsteht. Die Verteilung des Leitfähigkeitstyps ist dabei so gewählt, dass das Substrat --11-- p+ -leitend und die Schicht--12--n-leitend ist. Unter p'-Dotierung soll dabei verstanden werden, dass die Leitfähigkeit der Schicht--11--so gross gegen die Leitfähigkeit der n-dotierten Schicht --12-- ist, dass die Raumladungszone des pn-Übergangs --13-- praktisch ausschliesslich auf die Schicht-12-beschränkt ist.
Fig. 2 zeigt, wie aus einem Halbleiterkörper nach Fig. 1 der spannungsabhängige Halbleiterkondensator gemäss der Erfindung entsteht. Durch Atzen des Halbleiterkörpers nach Fig. l entstehen einzelne Mesaberge, welche aus dem Substrat-12-, im vorliegenden Fall p+-leitend, und aus den n-leitenden Schichten --22-- gebildet werden. Jeder einzelne Mesaberg weist dabei einen
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--21-- mit einer Elektrode --24-- und einer Zuleitung --27-- und die einzelnen Mesaberge mit Elektroden--25--versehen werden.
Die Mesaberge werden mittels an den Elektroden in geeigneter Weise angebrachten Leitungen --26-- parallelgeschaltet, wobei eine einzelne Zuleitung --28-- vom Bauelement nach aussen führt.
Bei einer derartigen Anordnung variiert nun bei Ausdehnung der Raumladung die Fläche gleichmässig in allen kleinen Mesabergen und in Summe ist daher eine erheblich grössere Flächenvariation möglich. Ein Vergleich mit dem oben angeführten numerischen Beispiel ergibt, dass die gleiche Fläche zu erreichen ist, wenn eine Aufteilung des ursprünglichen Mesaberges von 200 jum Durchmesser auf beispielsweise fünfundzwanzig parallelgeschaltete kleine Mesaberge mit einem Durchmesser von je 40,um vorgenommen wird. Dabei nimmt die Fläche um 40% ab, was sich in einer ebenso grossen zusätzlichen Kapazitätsvariation bemerkbar macht.
Legt man einen Anstiegswinkel der einzelnen kleinen Mesaberge von 600 zugrunde und nimmt man zum Vergleich im oben genannten Beispiel einen Anstiegswinkel von 600 für einen einzigen Mesaberg an, so beträgt bei einem Durchmesser von 200 jim die Flächenabnahme für einen Halbleiterkondensator mit einem einzigen Mesaberg lediglich 6%.
Durch den erfindungsgemässen Halbleiterkondensator wird dabei gegenüber einer bekannten Anordnung ein erheblicher Vorteil erzielt. Es sei bemerkt, dass das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel lediglich schematischen Charakter besitzt. Beim Halbleiterkondensator gemäss der Erfindung ist es insbesondere im Hinblick auf die Verluste günstig, dass nicht, wie üblicherweise bei Mesadioden, das hochdotierte Gebiet im oberen Teil des Mesaberges und das niedrigdotierte, in das die Raumladungszone hineinatmet, im unteren Teil liegt. Dies ist durch verschiedene Technologie, z. B. n-Epitaxie auf p+-Substratscheiben oder durch geeignete Diffusionen auf der Vorder-und Rückseite eines Kristallplättchens möglich.
Die Dotierung der Mesaberge ist so auszuführen, dass der niedriger dotierte Bereich in dem oberen Teil der Mesaberge zu liegen kommt. Die Kontaktierung der Mesaberge kann z. B. mit einer Folie, die durch Thermokompression oder durch Löten mit den einzelnen Mesabergen verbunden ist, erfolgen, oder aber durch Oxydation der gesamten Oberfläche, Aussparung von Kontaktfenstern auf den einzelnen Mesabergen, z. B. durch Photo-Lack-Verfahren und Bedampfung der gesamten Oberfläche.