CN102064280B - N型聚丙烯酰胺\p型硅异质三态输出pn结及制造方法并采用该pn结的二极管 - Google Patents

N型聚丙烯酰胺\p型硅异质三态输出pn结及制造方法并采用该pn结的二极管 Download PDF

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Abstract

N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结及制造方法并采用该PN结的二极管，它涉及半导体电子元器件。它解决了现有PN结及采用PN结的二极管对于单向电流不具备稳定的、可识别的、可传递的三态直接输出问题。所述PN结由P型硅片及其一侧表面上N型聚丙烯酰胺涂层组成。制造方法是在P型硅片表面上直接涂覆N型聚丙烯酰胺水溶液，待干燥后形成N型聚丙烯酰胺涂层。所述二极管由一个所述的PN结和两个电极组成；在P型硅片和N型聚丙烯酰胺涂层的内部或表面分别引出电极。对于单向电流，该PN结的伏安特性呈现出截止、恒流、导通三个稳定状态，应用该特性可以构造多值代数运算部件和多值逻辑部件。

Description

N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结及制造方法并采用该PN结的二极管
技术领域
本发明涉及半导体电子元器件，具体涉及PN结及采用PN结的二极管。
背景技术
追溯现代电子技术和计算机技术的发展，可以说起源于半导体领域一个基本结构的发明，既PN结。PN结具有单向整流特性，即施加在PN结两端的电压变化时，PN结可以给出截止和导通两个稳定的状态，正是这个来源于物质本身的特性，推动了人类文明的进步，并引发产业革命-信息革命。但是现有的PN结对于单向电流仅能直接输出两个稳定的、可识别的、可传递的状态，应用传统PN结原理制作的集成电路在物理层仅能处理二元问题。由于物理层面的限制，计算机采用二元体系，既二进制计算和二值逻辑。二元体系是当前人类所认知的逻辑体系中运算、判断、传输和存储效率最低的体系，从这一点上看人类的计算机事业刚刚起步。为了将高效的多元体系引入计算机领域，国内外的科技工作者进行了不懈的努力，从未放弃对其探讨。早在上世纪80年代，随着大规模集成电路的出现和快速发展，给实现多值代数和多值逻辑的计算机带来希望，人们企图运用各种状态转换电路实现多值运算和多值逻辑部件，以提高电子计算机的运算、判断、传输和存储效率。应用现有的电子元器件完全可以构造多值代数部件和多值逻辑部件及其关键的状态转换电路。但是状态转换电路所带来的延时问题成为现有PN结单元构造多值代数部件和多值逻辑部件主要技术难题。发现新的多态物理效应并发明新的多态结构是开发多值代数运算部件和多值逻辑部件的关键，而这个多态效应必须来源于物质本身的特性，基于多态效应的多态输出结构的PN结必须像现有的PN结一样简单，这样才能有效构造多值代数运算部件和多值逻辑部件。
发明内容
本发明为了解决现有PN结及采用PN结的二极管对于单向电流不具备稳定的、可识别的、可传递的三态直接输出问题，而提出的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结及制造方法并采用该PN结的二极管。
本发明的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结由P型硅片和N型聚丙烯酰胺涂层组成；P型硅片的一侧表面上涂覆N型聚丙烯酰胺涂层。
本发明的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结的制造方法为：在P型硅片表面上直接涂覆N型聚丙烯酰胺水溶液，待干燥后形成N型聚丙烯酰胺涂层，既P型硅片与N型聚丙烯酰胺涂层形成该异质PN结。
本发明的采用N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结的二极管由一个N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结和两个电极组成；所述的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结由P型硅片和N型聚丙烯酰胺涂层组成；P型硅片的一侧表面上涂覆N型聚丙烯酰胺涂层；所述的P型硅片内部或表面引出一个电极为阳极，所述的N型聚丙烯酰胺涂层内部或表面引出另一个电极为阴极。
本发明是在发现N型聚丙烯酰胺\P型硅构造的异质PN结具有三态效应基础之上设计而成的。由N型聚丙烯酰胺\P型硅构造的异质PN结的三态性是一个物质本身的特性，所以在结构上简单，只要保证两种物质有效接触即可以N型聚丙烯酰胺\P型硅构造的异质PN结，其输出特性上明显具有稳定的、可识别的、可传递的三种状态，他们分别为截止态、恒流态和导通态。
本发明的有益效果是，N型聚丙烯酰胺\P型硅构造的异质PN结可以依据施加PN结上的电压，在无其他辅助电路，条件下自动转换成截止、恒流、导通三个稳定状态。完全具有典型的三态基本器件特点。而利用传统的PN结单元，必须首先构造一个多态电平转换电路，才可以完成一个电平向对应状态的转换。本发明相对后者，结构简单，三态特性来源于物质本身，不需复杂的器件组合，在物理层面没有由于电路组合带来的延时。
附图说明
图1是N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结的结构示意图；图2是采用N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结的二极管的结构示意图；图3是测量电路示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结由P型硅片1和N型聚丙烯酰胺涂层2组成；P型硅片1的一侧表面上涂覆N型聚丙烯酰胺涂层2，N型聚丙烯酰胺涂层2直接接触P型硅片1的表面。其制造工艺为：在P型硅片1表面上直接涂覆N型聚丙烯酰胺水溶液，待干燥后形成N型聚丙烯酰胺涂层2，既P型硅片与N型聚丙烯酰胺涂层2形成该异质PN结。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于P型硅片1为含有硼杂质的P型硅片。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于采用N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结的二极管由一个N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结和两个电极组成；所述的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结由P型硅片1和N型聚丙烯酰胺涂层2组成；P型硅片1的一侧表面上涂覆N型聚丙烯酰胺涂层2，N型聚丙烯酰胺涂层2直接接触P型硅片1的表面；所述的P型硅片1内部或表面引出一个电极为阳极，所述的N型聚丙烯酰胺涂层2内部或表面引出另一个电极为阴极；其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
采用N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结的二极管，常温下N型聚丙烯酰胺涂层2的电阻率在10-5～105Ω·m之间，P型硅片1的电阻率在10-5～105Ω·m之间，如图2所示。测量方法可以参考一般二极管的测量方法，如图3所示。当可调直流电压源在-150V～3V之间，该结表现出较好的截止状态，只有很少的漏电流流过，所以在测试电路图3中，流过电流表的电流很小，负载电阻的压降很小；随着电源电压的增高，出现第一次导通现象，即通过电流表的电流随之增加，负载电阻的电压也随之增加；当正向电压加到30V左右，出现恒流现象，即电流不随可调直流电压源电压的增加而增加，在负载电阻两端出现恒压现象；当电压增加到60V以上，表现出导通状态，电流随电压的增加而增加。由此可见，N型聚丙烯酰胺\P型硅构造的异质PN结可以将施加PN结上的电压，无其他辅助电路，条件下自动转换成截止、恒流、导通三个稳定状态，并且可以通过串联电阻转换成低、中、高三档的电压值。完全具有典型的三态基本器件特点。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

Claims (3)

1.N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结，其特征在于它由P型硅片(1)和N型聚丙烯酰胺涂层(2)组成；P型硅片(1)的一侧表面上涂覆N型聚丙烯酰胺涂层(2)。
2.根据权利要求1所述的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结，其特征在于P型硅片(1)为含有硼杂质的P型硅片。
3.采用N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结的二极管，其特征在于它由一个N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结和两个电极组成；所述的N型聚丙烯酰胺\P型硅异质三态输出PN结由P型硅片(1)和N型聚丙烯酰胺涂层(2)组成；P型硅片(1)的一侧表面上涂覆N型聚丙烯酰胺涂层(2)；所述的P型硅片(1)内部或表面引出一个电极为阳极，所述的N型聚丙烯酰胺涂层(2)内部或表面引出另一个电极为阴极。
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