DE1075745B

DE1075745B - Halbleiteranordnung mit einem pn-Übergang, insbesondere zur Verwendung als spannungsabhängige Kapazität

Info

Publication number: DE1075745B
Application number: DE1958S0058824
Authority: DE
Inventors: Palo Alto Calif. Dr. Adolf Götzberger (V. St. A.)
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1958-07-02
Filing date: 1958-07-02
Publication date: 1960-02-18
Also published as: NL134389C; FR1229266A; US2993155A; GB886637A; DE1075745C2; NL240714A; CH374427A

Description

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 η-Gebiet und umgekehrt. Da die Ladüngen der ionisierten 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 Ladungsträgern verarmt und das Raumladungsgebiet sich abhängig von der angelegten 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 verändert. Dies führt zur Ausbildung einer spannungsabhängigen Kapazität des pn-Überganges, der sogenannten Sperrschichtkapazität C_s. Diese Kapazität ist von der Breite der Raumladungszone in Richtung des Ladungsträgerflusses und ihrer Fläche senkrecht zum Ladungsträgerfluß abhängig.

Bisher hat man beim Bau von Halbleiteranordnungen, insbesondere von Transistoren, angestrebt, die Sperrschichtkapazität möglichst klein und vor allen Dingen auch möglichst spannungsunabhängig zu machen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Halbleiteranordnung mit einer möglichst großen Spannungsabhängigkeit der Kapazität herzustellen.

Außerdem besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Kapazität C₅ eines pn-Überganges in einer gewünschten vorgegebenen Weise von der angelegten Sperrspannung 11$ abhängig zu machen. Derartige Halbleiteranordnungen können vor allem in der Meß- und Übertragungstechnik mit Vorteil Verwendung finden.

Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Halbleiteranordnung mit einem pn-Ubergang, insbesondere zur Verwendung als spannungsabhängige Kapazität. Erfindungsgemäß ist die eine Zone wesentlich schwächer dotiert, und der Querschnitt dieser Zone nimmt vom pn-übergang zur Elektrode derart stetig oder stufenweise ab, daß die Spannungsabhängigkeit der Kapazität vergrößert wird.

In der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung ist mit der Verbreiterung der Raumladungszone bei sich ändernder Sperrspannung auch eine Änderung der Begrenzungsfläohe zu beiden Seiten des pn-Übergangs verbunden. Da die Sperrschichtkapazität C_s von Halbleiteranordnung

mit einem pn-übergang,

insbesondere zur Verwendung

als spannungsabhängige Kapazität

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Adolf Götzberger, Palo Alto, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

der Breite der Raumladungszone und der sie begrenzenden Fläche abhängt, kann man durch geeignete Formgebung des Querschnittes des Halbleiterkörpers im Gebiet der bei der Betriebsspannung sich ausbildenden Raumladungszone einen gewünschten Kapazitätsverlauf erzielen.

Da die Ausdehnung der Raumladungszone im Halbleiterkörper der Konzentration der Störstellen in diesem Gebiet umgekehrt proportional ist, dringt also die Raumladungszone um so tiefer ein, je geringer die Störstellenkonzentration im Halbleiter ist. Um eine möglichst große Spannungsabhängigkeit der Kapazität zu erzielen, ist die Halbleiterzone, die eine Querschnittsverminderung aufweist, zum Erzielen einer in Richtung des Stromflusses sich weit erstreckenden Raumladungszone innerhalb dieser Zone intrinsicleitend oder nur sehr schwach dotiert. Die Ouerschnittsabnahme liegt also im hochohmigen Gebiet.

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 Halbleiterzone vom pn-übergang zum Anschlußkontakt hin insbesondere stetig abnimmt. Die η-leitende Zone 1 sei z. B. insbesondere in dem Teil, in dem sich bei der Betriebsspannung die Raumladungszone ausbildet, hochohmig, d. h. schwach η-dotiert, während die p-Zone 2 stärker dotiert und daher niederohmig ist. Bei Anlegen einer Sperrspannung JT₅ 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

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können natürlich auch beide Zonen 1 und 2 eine Querschnittsverminderung senkrecht zum Ladungsträgerfluß aufweisen.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung mit Stufenstruktur dargestellt. Ein scheibenförmiger Halbleiterkörper 5, der z. B. vom n-Leitungstypus ist, weist eine stufenförmige Querschttittsverminderung 9 auf, die im Gebiet der sich bei der Betriebsspannung ausbildenden Raumladungszone liegt. 8 ist ein ohmscher Kontakt, der eine Elektrode darstellt. Die Zone 7, die im vorliegenden Beispiel vom p-Leitungstypus ist, ist durch Einlegieren des Akzeptormaterials 6 aufgebracht, das ebenfalls eine Elektrode darstellt, die sich aber über den ganzen Querschnitt der Zone 7 erstreckt.

Fig. 3 zeigt eine Meßkurve 14, wie sie an der in Fig. 2 dargestellten Halbleiteranordnung aufgenommen wurde. Als Ordinate ist die Sperrschichtkapazität C_s in Pikofarad und als Abszisse die Sperrspannung U_s zwischen den Elektroden 8 und 10 in Volt aufgetragen. Für beide Koordinatenachsen der Zeichnung ist ein logarithmischer Maßstab gewählt. Die Kurve 13 zeigt zum Vergleich den Verlauf der Kapazität C₅ in Abhängigkeit von der Sperrspannung [7_S, wie er sich für einen pn-Übergang ergibt, bei dem der Querschnitt beider Zonen (p- und η-Zone) innerhalb des Raumladungsgebietes konstant ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einem pn-Übergang, insbesondere zur Verwendung als spannungsabhängige Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zone wesentlich schwächer dotiert ist und daß der Querschnitt dieser Zone vom pn-Übergang zur Elektrode derart stetig oder, stufenweise abnimmt, daß die Spannungsabhängigkeit der Kapazität vergrößert wird.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Querschnittsabnahme aufweisende Zone intrinsicleitend ist.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper scheibenförmig mit einer stufenförmigen Querschnittsabnahme in der wesentlich schwächer leitenden Zone (5) ausgebildet ist, daß diese Zone eine ohmsche Elektrode (8) besitzt, daß sich eine Elektrode über den ganzen Querschnitt der anderen Zone (7) erstreckt und diese Elektrode durch Einlegieren eines Akzeptormaterials (6) aufgebracht ist (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 029 483, 1 002 479, 016 841, 1 031 893.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen