DE1514286B2 - HIGH FREQUENCY DIODE - Google Patents

HIGH FREQUENCY DIODE

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DE1514286B2
DE1514286B2 DE19651514286 DE1514286A DE1514286B2 DE 1514286 B2 DE1514286 B2 DE 1514286B2 DE 19651514286 DE19651514286 DE 19651514286 DE 1514286 A DE1514286 A DE 1514286A DE 1514286 B2 DE1514286 B2 DE 1514286B2
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Description

1 21 2

Diese Erfindung betrifft eine Diode zum Betrieb Teil des elektrischen Widerstandes gegen denThis invention relates to a diode for operating part of the electrical resistance to the

bei Mikrowellenfrequenzen, bestehend aus einer Insel Stromfluß tritt daher in der zweiten Elektrode aufat microwave frequencies consisting of an island current flow therefore occurs in the second electrode

eines Materials mit einer ersten Art von Leitfähigkeit, und ist unter der Bezeichnung »Streuwiderstand«of a material with a first type of conductivity, and is known as "leakage resistance"

die in eine Oberfläche eines Körpers aus halbleiten- bekannt.which is known in a surface of a body made of semiconductors.

dem Material der entgegengesetzten Art von Leit- 5 Eine mathematische Analysis zeigt, daß der verfähigkeit diffundiert ist, um einen pn-übergang zu hältnismäßig große Streuwiderstand des halbleitenden schaffen, und aus einem elektrischen Kontakt, der an Materials die obere Arbeitsfrequenz der Diode zu dem Körper in ringförmiger, umfangsmäßiger Art in begrenzen sucht, weshalb das halbleitende Material bezug auf die Insel angeordnet ist. so dünn wie möglich bemessen wird, um den Streu-Dioden können auf verschiedene Weise und mit io widerstand zu vermindern. Bei zu dünnem Material besonderen Eigenschaften hergestellt werden, die für treten jedoch andere Schwierigkeiten auf.
einen bestimmten Verwendungszweck erwünscht sind. Die sogenannte Flächenkontakt-Diode weist eine Zum Beispiel können bei einigen Dioden an die Elek- ebene Oberseite mit zwei Bezirken auf. Der Proxitroden hohe Spannungen angelegt werden, bei einigen malbezirk mit veränderlicher Kapazität besteht aus anderen Dioden ist der Fluß eines starken Stromes 15 einer Grenzschicht zwischen den beiden Bezirken zwischen den Elektroden zulässig, während noch oder Zonen. Die eine dieser Zonen bildet eine andere Dioden bei bestimmten Werten der angelegten p-Zone (positiv leitend), während die andere Zone Spannung plötzlich oder allmählich leitend werden. eine η-Zone (negativ leitend) bildet, welche beidenThe material of the opposite kind of conductive 5 A mathematical analysis shows that the ability is diffused to create a pn-junction to create a relatively large leakage resistance of the semiconducting material, and from an electrical contact, the material the upper working frequency of the diode to the body seeks to limit in an annular, circumferential manner, which is why the semiconducting material is arranged with respect to the island. is made as thin as possible in order to reduce the stray diodes in various ways and with io resistance. If the material is too thin, special properties are produced which, however, arise for other difficulties.
a specific use are desired. The so-called surface contact diode has a For example, some diodes can have two areas on the upper side of the elec- trical plane. The Proxitroden high voltages are applied, with some malgebiet with variable capacitance consists of other diodes the flow of a strong current 15 a boundary layer between the two districts between the electrodes is allowed while still or zones. One of these zones forms another diode at certain values of the applied p-zone (positively conductive), while the other voltage zone suddenly or gradually becomes conductive. forms an η-zone (negatively conductive), which two

Die Dioden weisen auf Grund ihres Aufbaues ein als Zonen durch einen gewollten Zusatz von Fremd-Due to their structure, the diodes are classified as zones through the deliberate addition of foreign

Kapazität bekanntes elektrisches Merkmal auf, das 20 stoffen (Dotierung) verunreinigt werden, und dieCapacity known electrical characteristic that 20 substances (doping) are contaminated, and the

zum Teil von dem Abstand der beiden Elektroden Grenzschicht ist daher als pn-Übergangsstelle be-part of the distance between the two electrodes boundary layer is therefore used as a pn junction

voneinander abhängt sowie von der Fläche der beiden kannt. Dieser Übergang besteht im allgemeinen ausdepends on each other and on the area of the two knows. This transition generally consists of

Elektroden, mit der diese einander gegenüberstehen. einer »Diffusions«-Ubergangsstelle, an der die beidenElectrodes with which they face each other. a "diffusion" transition point where the two

Bei den meisten Dioden weist diese Eigenkapazität p- und η-Zonen ineinander übergehen. Mit dieserIn most diodes, this self-capacitance has p and η zones merging. With this

einen feststehenden Wert auf; bei einer besonderen 25 Diffusionsübergangsstelle ist ein stabileres Arbeitena fixed value; if there is a particular diffusion transition point, work is more stable

Art, als »Varaktor« bekannte Diode verändert sich möglich als mit der Punktkontaktdiode, weist jedochArt, known as a "varactor" diode, may change than with the point contact diode, but has

die Eigenkapazität in Abhängigkeit von dem den immer noch den noch zu beschreibenden Nachteilthe self-capacitance depending on the still the disadvantage to be described

Anschlüssen zugeführten elektrischen Signal. Wegen einer Begrenzung der hohen Frequenz auf sowieConnections supplied electrical signal. Because of a high frequency limit on as well

dieses veränderlichen kapazitiven Widerstandes wurde einen verhältnismäßig großen Streuwiderstand,this variable capacitive resistance became a relatively large leakage resistance,

diese Diode mit der Bezeichnung »Varaktor« ver- 30 Es wird darauf hingewiesen, daß der Proximal-this diode is labeled "varactor" 30 It should be noted that the proximal

sehen. bezirk bei der Punktkontaktdiode gleich eine pn-see. district with the point contact diode a pn-

Typische Halbleiterdioden weisen im allgemeinen Übergangsstelle darstellt. Der Übergang an dieserTypical semiconductor diodes generally have junction points. The transition to this

einen »Punktkontakt« oder einen »Flächenkontakt« Stelle erfolgt jedoch »abrupt« im Gegensatz zurhowever, a »point contact« or a »surface contact« occurs »abruptly« in contrast to the

auf. Bei der Punktkontaktdiode besteht die erste Diffusionsübergangsstelle, wodurch zum Teil dieon. In the case of the point contact diode, there is the first diffusion transition point, which in part results in the

Elektrode aus einem zugespitzten feinen Metalldraht 35 Hochfrequenz begrenzt wird, mit der die Punkt-Electrode made of a pointed fine metal wire 35 high frequency is limited, with which the point

mit ungefähr der Dicke des menschlichen Haares, kontaktdiode arbeiten kann.Contact diode can work with approximately the thickness of human hair.

während die andere Elektrode üblicherweise aus Bei beiden Arten von Dioden wird eine Übergangseinem Plättchen eines mit einer geeigneten Dotierung stelle von der Drahtelektrode und dem Halbleiterversehenen halbleitenden Materials wie Gallium- material gebildet, das wie ein veränderbarer Kondenarsenid oder Silizium besteht. 40 sator wirkt. Die Verteilung oder der wirksame Teilwhile the other electrode is usually made of both types of diodes, a junction will be one Platelets with a suitable doping place of the wire electrode and the semiconductor provided semiconducting material such as gallium material that is formed like a changeable condensed arsenide or silicon. 40 acts. The distribution or the effective part

Der Ausdruck »Dotierung« bedeutet, daß geeig- dieser Kapazität wird größtenteils bestimmt von derThe term "doping" means that this capacity is largely determined by the

nete Substanzen zugesetzt wurden, um eine positiv räumlichen Stelle der metallischen Spitze und desNete substances were added to a positive spatial point of the metallic tip and des

leitende Schicht (p-Sc'hicht) oder eine negativ leitende metallischen Basiskontaktes, an dem der Halbleiterconductive layer (p-layer) or a negatively conductive metallic base contact on which the semiconductor

Schicht (η-Schicht) herzustellen. Da die beiden Elek- angebracht ist. Der Verschiebestrom sucht daherLayer (η-layer) to produce. Because the two elec- is attached. The displacement current is therefore looking for

troden an einem Punkt an der Spitze des Drahtes 45 durch das Halbleitermaterial von der metallischentrode through the semiconductor material from the metallic at a point at the tip of the wire 45

miteinander in Berührung stehen, wurde hierfür die Elektrode zur metallischen Basis in genau derselbenare in contact with each other, the electrode became the metallic base in exactly the same

Bezeichnung »Punkt-Kontakt« gewählt. Der Punkt- Weise zu fließen, wie der Verschiebestrom durch dieDesignation »point contact« selected. The point-way to flow as the displacement current through the

kontaktbezirk wird auch als Proximalbezirk bezeich- Isolation zwischen den Metallschichten eines her-Contact area is also referred to as a proximal area - insulation between the metal layers of a her-

net, der wegen der Feinheit der ersten Elektrode und kömmlichen Kondensators zu fließen sucht,net, which tries to flow because of the fineness of the first electrode and conventional capacitor,

deren scharfer Spitze sehr klein ist. An der Unter- 50 Das Arbeiten von elektrischen Einrichtungen imwhose sharp point is very small. At the under- 50 The work of electrical equipment in the

seite der halbleitenden zweiten Elektrode ist ein elek- Hochfrequenzbereich wird ferner durch ein als »Skin-side of the semiconducting second electrode is an elec-

trisch leitender Metallbelag, z. B. aus Gold, aufge- effekt« bezeichnetes Merkmal begrenzt. Das hierbeitrically conductive metal coating, e.g. B. made of gold, auf- effect "designated feature limited. This here

bracht, der als elektrisches Anschlußmittel dienen in Betracht kommende Hochfrequenzgebiet beginntBracht, which serve as an electrical connection means, begins the high-frequency area in question

kann. Dieser Belag weist einen sehr kleinen elektri- im Mikrowellenbereich von 3 bis 30 cm Wellenlängecan. This coating has a very small electrical in the microwave range of 3 to 30 cm wavelength

sehen Widerstand auf und ist als »ohmscher« Kon- 55 und erstreckt sich bis in das optische Spektrum mitsee resistance and is as an "ohmic" con-55 and extends into the optical spectrum

takt bekannt. noch kürzeren Wellenlängen hinein. Der Skineffekttact known. even shorter wavelengths into it. The skin effect

Im Betrieb fließt ein elektrischer »Verschiebe- bewirkt, daß ein Widerstand bei immer höheren Fre-During operation, an electrical "displacement" flows, which causes a resistance at ever higher fre-

strom« (behandelt in »Electro-magnetics« von J. D. quenzen allmählich immer größer wird. Bei hohenStrom «(treated in» Electro-magnetics «by J. D. quenzen gradually increases. At high

Kraus auf S. 318, McGraw-Hill, 1953) in die Diode Frequenzen sucht der Strom an der Oberfläche oderKraus on p. 318, McGraw-Hill, 1953) the current on the surface or frequencies searches in the diode

hinein längs der ersten Elektrode und durch den 60 an der Außenseite des Materials zu fließen und nichtto flow in along the first electrode and through the 60 on the outside of the material and not

Proximalbezirk zwischen der Spitze der ersten Elek- durch den gesamten Querschnitt des Materials. DiesProximal area between the tip of the first elec- tron through the entire cross-section of the material. this

trode und der halbleitenden zweiten Elektrode, durch bedeutet, daß bei hohen Frequenzen die elektrischentrode and the semiconducting second electrode, by means that at high frequencies the electrical

diese hindurch und tritt am ohmschen Kontakt aus. Ströme einen langen und beengten (nur »hautstar-this through and emerges at the ohmic contact. Stream a long and narrow (only

Da die erste Elektrode und der ohmsche Kontakt ken«) Strompfad durchfließen müssen, und diese beimetallisch sind, stellen diese einen sehr kleinen elek- 65 den zusammenwirkenden Effekte führen zu einem frischen Widerstand dar, während die zweite Elek- großen elektrischen Widerstand. Der Skineffekt setzt trode aus einem Halbleiter mit einem verhältnismäßig daher die Hochfrequenz, bei der die Diode arbeiten großen elektrischen Widerstand besteht. Der größte kann, herab.Since the first electrode and the ohmic contact must flow through a current path, and these must be metallic are, these represent a very small elec- tive 65 the interacting effects lead to a fresh resistance, while the second elec- tric resistance. The skin effect sets trode made of a semiconductor with a relatively high frequency, therefore, at which the diode work high electrical resistance. The greatest can, come down.

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Während der vorgenannte Effekt sich sowohl bei Plättchen 12A hindurch und tritt am elektrischen der Punktkontaktdiode als auch bei der Flächenkon- Kontakt 14 aus.While the aforementioned effect is evident both in the case of the platelet 12A and occurs at the electrical point contact diode as well as at the surface contact 14.

taktdiode auswirkt, weist die Punktkontaktdiode noch Bei hohen Frequenzen sucht dieser Verschiebeeinen weiteren Nachteil auf, nämlich die scharfe strom, anstatt von der Spitze der Elektrode 10 durchclock diode has an effect, the point contact diode is still at high frequencies, this is looking for a shift Another disadvantage, namely the sharp current, instead of from the tip of the electrode 10 through

Spitze, die ein unstabiles Arbeiten der Diode bewirkt. 5 das Plättchen 12A zum ohmschen Kontakt 14 zu Bei der Massenherstellung von Punktkontaktdioden fließen, der Außenseite des Plättchens 12,4 zu folgen,Tip that causes the diode to work unstably. 5 the plate 12A to the ohmic contact 14 to flow during the mass production of point contact diodes, to follow the outside of the plate 12.4,

ist es außerdem schwierig, fortlaufend scharfe Spitzen wie durch die Pfeile angedeutet. Dies ist die Folge und Kontakte mit genau den gleichen Eigenschaften des »Skineffektes«, der das Arbeiten der Diode beiit is also difficult to continuously get sharp points as indicated by the arrows. This is the result and contacts with exactly the same "skin effect" properties that make the diode work

herzustellen. hohen Frequenzen beeinträchtigt.to manufacture. high frequencies impaired.

In der Elektronik geht die Entwicklung dahin, io Die F i g. 2 zeigt eine ältere »Flächenkontakt«-In electronics, the trend is as follows: io The F i g. 2 shows an older »surface contact« -

immer höhere Frequenzen zu benutzen, und die elek- diode mit einem Leiterdraht oder einer Elektrode 20,to use higher and higher frequencies, and the elek- diode with a conductor wire or an electrode 20,

tronischen Bauelemente werden beständig verbessert, die mit einer zweiten Elektrode 12B aus einem halb-tronic components are constantly being improved, with a second electrode 12 B made of a semi-

um mit solchen höheren Frequenzen arbeiten zu kön- leitenden Material in Berührung steht, an dem einin order to be able to work with such higher frequencies there is a conductive material in contact with which a

nen. Die Eigenkapazität einer Hochfrequenzdiode elektrischer Kontakt 14 angebracht ist. Die Diodenen. The self-capacitance of a high-frequency diode electrical contact 14 is attached. The diode

muß klein gehalten werden, wodurch sich die Förde- 15 ist so hergestellt, daß sie zwei ebene Flächen 16must be kept small, whereby the conveyor 15 is made so that it has two flat surfaces 16

rung ergibt, die verschiedenen kapazitätaufweisenden aufweist, wobei der Proximalbezirk aus einertion results, which has different capacitance, the proximal district from one

Bezirke so klein wie möglich zu halten. Grenzschicht 18 zwischen den beiden Bezirken be-Keep districts as small as possible. Boundary layer 18 between the two districts is

Die deutsche Auslegeschrift 1045 548 und die steht.The German Auslegeschrift 1045 548 and that stands.

deutsche Patentschrift 1111680 zeigen Punktkon- Im Betrieb wird der Verschiebestrom in die Flätakt- oder Spitzendioden der oben beschriebenen Art. 20 chenkontaktdiode nach der F i g. 2 durch den Leiter-Die deutsche Auslegeschrift 1 046 785 offenbart dem- draht oder die Elektrode 20 geleitet. Der Verschiebegegenüber eine Flächendiode der oben beschriebenen strom fließt durch die p-n-Übergangsstelle 18, durch Art. Die deutsche Patentschrift 1202 912 zeigt ein das Plättchen 12 B und tritt durch den ohmschen Sperrschichtsystem mit ringförmiger Elektrode. Kontakt 14 aus. Auch in diesem Falle sucht der VerZiel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung 25 schiebestrom bei hohen Frequenzen an der Außeneiner Diode mit sehr geringer Eigenkapazität zur seite des Plättchens 12B entlangzufließen, wie durch Verwendung bei außerordentlich hohen Frequenzen. die Pfeile angedeutet, wobei es sich um den »Skin-German patent specification 1111680 show Punktkon- In operation, the displacement current in the Flätakt- or peak diodes of the type described above. 20 chenkontaktdiode according to FIG. 2 by the conductor - The German Auslegeschrift 1 046 785 discloses that wire or the electrode 20 is conducted. The shift in relation to a flat diode of the above-described current flows through the pn junction 18, by Art. The German patent specification 1202 912 shows a the plate 12 B and passes through the ohmic barrier system with an annular electrode. Contact 14 off. In this case, too, the aim of the present invention is to create shift current at high frequencies to flow along the outside of a diode with very little inherent capacitance to the side of the plate 12B , such as by using it at extremely high frequencies. indicated by the arrows, which is the »Skin-

Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung effekt« mit den bereits angeführten Nachteilen han-According to the present invention, this aim is effectively dealt with with the disadvantages already mentioned.

mit einer Diode erreicht, die dadurch gekennzeichnet delt. —achieved with a diode, which is characterized by delt. -

ist, daß die Insel aus einem Mikrobereich besteht, der 30 Die Fig. 3 zeigt eine Hochfrequenzdiode, wie sie bis zu einer Tiefe diffundiert ist, die größer als die jn den Ansprüchen gekennzeichnet ist, die im »Mikro-Eindringtiefe des elektrischen Feldes infolge des wellen«-Frequenzbereich arbeiten kann. Das Plätt-Skineffektes bei der Arbeitsfrequenz der Diode ist. chen 12 C aus einem negativ leitenden Material wird Bei dieser Ausgestaltung der Diode ist das elektrische so behandelt (z. B. durch Diffundieren von Zusatz-Feld bei den Mikrowellenfrequenzen praktisch auf 35 substanzen in das Material), daß eine Insel 30 der den Abschnitt des Überganges an den Seiten des entgegengesetzten Art, z. B. eines positiv leitenden inselförmigen Mikrobereiches begrenzt. Materials gebildet wird. Wie leicht einzusehen ist,is that the island is composed of a micro area 30 FIG. 3 shows a high frequency diode, as it is to a depth diffuses the claims is greater than j n in the in the "micro-penetration depth of the electric field due to of the wave «frequency range can work. The skin effect at the working frequency of the diode is. Chen 12 C is made of a negatively conductive material. In this embodiment of the diode, the electrical is treated (e.g. by diffusing additional field at the microwave frequencies practically on 35 substances in the material) that an island 30 of the section of the Transition on the sides of the opposite type, e.g. B. limited a positively conductive island-shaped micro-area. Material is formed. How easy it is to see

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden kann jedoch auch das negativ leitende Material in dasHowever, some embodiments of the invention can also incorporate the negatively conductive material into the

nunmehr ausführlich beschrieben. In den Zeichnun- positiv leitende Material diffundiert werden. Dernow described in detail. In the drawings, positive conductive material is diffused. Of the

gen ist die 40 Proximalbezirk der pn-diffundierten Übergangsstellegen is the 40 proximal district of the pn-diffused junction

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer älteren 32 ist der halbkugelförmige Bezirk, in dem die InselF i g. 1 a schematic representation of an older 32 is the hemispherical district in which the island

»Punktkontakt«-diode, 30 mit dem Material des Plättchens 12 C in Berüh-"Point contact" diode, 30 in contact with the material of the plate 12 C

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer »Flä- rung steht im Gegensatz zu dem ebenen Bezirk derF i g. 2 a schematic representation of a »area is in contrast to the flat area of the

chenkontakt«-diode, Flächenkontaktdiode. Mit dieser halbkugelförmigenchenkontakt «-diode, surface contact diode. With this hemispherical

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Aus- 45 Ausgestaltung werden erwünschte elektrische Eigen-F i g. 3 a schematic representation of an embodiment, desired electrical properties

führungsbeispiels einer Diode nach der Erfindung, schäften erzielt.exemplary embodiment of a diode according to the invention, achieved shafts.

F i g. 4 eine schaubildliche Darstellung eines Aus- An Stelle eines ohmschen Kontaktes an der Unterführungsbeispiels einer Diode nach der Erfindung, seite der Diode wie bei der älteren Diode, der zuF i g. 4 shows a diagrammatic representation of an ohmic contact instead of an ohmic contact on the underpass example a diode according to the invention, side of the diode as in the older diode, which is to

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Varak- einem unerwünschten großen Streuwiderstand führenF i g. 5 a schematic representation of a Varak lead to an undesirably large stray resistance

tor-Diode, die in einen Wellenleiter eingebaut ist, und 50 würde, ist bei der Diode nach der F i g. 3 der ohmschetor diode built into a waveguide, and 50 would be in the diode according to FIG. 3 the ohmic one

die Kontakt in Form eines Belags 34 aus einem elektrischthe contact in the form of a coating 34 made of an electrical

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer licht- gut leitenden Material, z. B. Gold, vorgesehen, derF i g. 6 a schematic representation of a light-good conductive material, z. B. Gold, provided that

empfindlichen Diode. die Insel 30 in geringerem Abstand umgibt. Da diesensitive diode. the island 30 surrounds at a smaller distance. Since the

Die ältere »Punktkontakt«-diode nach der F i g. 1 Entfernung der Insel 30 vom elektrischen Kontakt 34The older "point contact" diode according to FIG. 1 Removal of island 30 from electrical contact 34

weist eine erste, vorzugsweise aus einem feinen Me- 55 sehr klein ist, so ist auch der Umfangsstreuwider-If a first one, preferably made of a fine metal, is very small, the circumferential scatter resistance is also

talldraht bestehende Elektrode 10 auf, die scharf zu- stand sehr klein.tall wire existing electrode 10, which was in sharp condition very small.

gespitzt ist, sowie eine zweite Elektrode 12 A, die aus Die in der Fig. 3 dargestellte Diode arbeitet in deris pointed, and a second electrode 12 A, which consists of The diode shown in Fig. 3 operates in the

einem Plättchen aus einem mit einer geeigneten Do- folgenden Weise. Der Diode wird über einen Draht 36a platelet of a manner following with a suitable do. The diode is connected to a wire 36

tierung versehenen halbleitendem Material besteht. ein elektrisches Signal zugeführt, welcher Draht einentation provided semiconducting material. an electrical signal is fed to which wire one

An der Unterseite des Plättchens 12A ist ein elek- 60 möglicherweise aus Gold bestehenden elektrischenOn the underside of plate 12A is an electrical 60 possibly gold electrical

trisch leitender Metallbelag, z. B. aus Gold, aufge- Kontakt 38 aufweisen kann, der mit der Insel 30 elek-trically conductive metal coating, e.g. B. made of gold, may have contact 38, the electrical with the island 30

bracht, 14, der als elektrisches Anschlußmittel dienen trisch in Verbindung steht. Bei hohen FrequenzenBracht, 14, which serves as an electrical connection means is trisch connected. At high frequencies

kann. Wie bereits bemerkt, weist der Belag 14 einen fließt der Strom vom Draht 36 aus durch den elek-can. As already noted, the coating 14 has a current flows from the wire 36 through the elec-

sehr kleinen elektrischen Widerstand auf. trischen Kontakt 38 zur Insel 30 und durch denvery small electrical resistance. tric contact 38 to the island 30 and through the

Der elektrische »Verschiebestrom« fließt in die 65 Proximalbezirk 32 und das Plättchen 12 C, wie mitThe electrical "displacement current" flows into the 65 proximal area 32 and the plate 12 C, as well

Diode durch die Elektrode 10 und durch den Proxi- unterbrochenen Linien angedeutet, zum ohmschenDiode indicated by the electrode 10 and by the proxy broken lines, for ohmic

malbezirk zwischen der Spitze der Elektrode 10 und Kontakt 34. Der Streuwiderstand wird daher in erstertimes area between the tip of the electrode 10 and contact 34. The leakage resistance is therefore in the first place

dem Plättchen 12A. Der Strom fließt dann durch das Linie vom Umfanssbezirk bestimmt und ist sehrthe wafer 12A. The current then flows through the line determined by the perimeter and is very large

klein, so daß die Diode bei viel höheren Frequenzen arbeiten kann als die älteren Dioden.small so the diode can operate at much higher frequencies than the older diodes.

Außerdem wird durch den geringen Abstand zwischen der Insel 30 und dem ohmschen Kontakt 34 der durch den Skineffekt verursachte Widerstand klein gehalten. Bei der Anordnung nach der F i g. 3 bewirkt der Skineffekt, daß der Verschiebestrom bei hohen Frequenzen von der Insel 30 aus über den kurzen Strompfad zum ohmschen Kontakt 34 fließt. Dieser kurze Strompfad bewirkt, daß der durch den Skineffekt verursachte Widerstand sehr gering ist, wodurch das Arbeiten der Diode bei hohen Frequenzen verbessert wird.In addition, the small distance between the island 30 and the ohmic contact 34 the resistance caused by the skin effect is kept small. In the arrangement according to FIG. 3 causes the skin effect that the displacement current at high frequencies from the island 30 over the short current path to the ohmic contact 34 flows. This short current path causes the through the Skin effect caused resistance is very low, which allows the diode to work at high frequencies is improved.

Außerdem ist zwischen der Insel 30 und dem elektrischen Kontakt 34 eine ebene Schicht 40, z. B. aus Siliziumoxyd, vorgesehen, die die p-n-Übergangsstelle gegen die Einwirkung der umgebenden Materialien stabilisiert, wodurch die Grenzen der Insel und des ohmschen Kontaktes klarer abgesteckt werden.In addition, between the island 30 and the electrical contact 34 is a planar layer 40, e.g. B. off Silicon oxide, provided that the p-n junction against the action of the surrounding materials stabilized, whereby the boundaries of the island and the ohmic contact are more clearly defined.

Es hat sich gezeigt, daß, wie im »Handbook of Semiconductor Electronics« von H u η t e r (McGraw-Hill 1956) und in »Transistor Technology« von Bell Laboratories, Inc., (Van Nostrand 1958) beschrieben, durch Anwendung von Photomasken, Ätzen, Diffusion und anderen Verfahren die Größe der Insel 30 und die Stelle der Beläge 34 und 40 sehr genau bestimmt werden kann.It has been shown that, as in the "Handbook of Semiconductor Electronics" by H u η t e r (McGraw-Hill 1956) and described in "Transistor Technology" by Bell Laboratories, Inc., (Van Nostrand 1958), the size of the island 30 using photomasks, etching, diffusion and other techniques and the location of the pads 34 and 40 can be determined very precisely.

Bei einer zu bevorzugten Ausführungsform weist die Insel 30 einen Durchmesser von ungefähr 6 Mikron auf, während der Öffnungsdurchmesser des ohmschen Kontaktes 34 einen Durchmesser von ungefähr 11 Mikron besitzt. Die Dicke des Belags 34 beträgt ungefähr 6 Mikron. Das elektrische Feld wird größtenteils auf die Übergangsstelle an den Seiten der Insel begrenzt und erstreckt sich nicht bis zur Übergangssteile am Boden der Insel. Die Tiefe der Zone, über die hinweg der Strom fließt, beträgt ungefähr 4 oder 5 Mikron.In a more preferred embodiment, island 30 is approximately 6 microns in diameter while the opening diameter of the ohmic contact 34 has a diameter of approximately 11 microns. The thickness of the pad 34 is approximately 6 microns. The electric field will mostly limited to the transition point on the sides of the island and does not extend to the transition parts at the bottom of the island. The depth of the zone over which the current flows is approximately 4 or 5 microns.

Die Diode nach der Fig. 3 weist daher einen kleinen Proximalbezirk auf, wodurch der Skineffekt sowie der Streuwiderstand für den zwischen den beiden Elektroden fließenden Strom auf dem kleinsten Wert gehalten wird, so daß die Diode bei sehr viel höheren Frequenzen arbeiten kann als die älteren Anordnungen. Die Herstellungsverfahren ermöglichen überdies die Erzeugung beständig reproduzierbarer Hochfrequenzdioden. Bei einer besonderen Ausführungsform ist weiterhin die Tiefe der Diffusion der positiv leitenden Schicht (oder der negativ leitenden Schicht, wenn die p-n-Übergangsstelle in einem umgebenden positiv leitenden Material geformt wird) nicht kleiner als die Eindringtiefe des elektrischen Feldes infolge des Skineffektes. Diese Eindringtiefe sei die Tiefe, bei der die Feldstärke 37% der Feldstärke an der Oberfläche des Matereials bei den Betriebsfrequenzen der Diode beträgt. Auf Grund der Diffusion bis zu dieser Tiefe oder mehr wird das Feld im wesentlichen zu nahe an der Oberfläche des Halbleiters begrenzt, und das Feld dringt durch den Boden der Insel 30 nicht wesentlich in das Plättchen 120 ein. Weiterhin beschränken sich die Feldlinien im wesentlichen darauf, die Seiten der Insel zum elektrischen Kontakt 34 zu durchsetzen. Die Eindringtiefe des elektrischen Feldes infolge des Skineffektes soll daher auf einige wenige Mikron begrenzt werden.The diode according to FIG. 3 therefore has a small proximal area, which creates the skin effect as well as the leakage resistance for the current flowing between the two electrodes on the smallest Value is held so that the diode can operate at much higher frequencies than the older ones Arrangements. The manufacturing processes also enable the production of consistently reproducible ones High frequency diodes. In a particular embodiment, the depth of diffusion is also the positive conductive layer (or the negative conductive layer if the p-n junction is in a surrounding positively conductive material is molded) not less than the depth of penetration of the electrical Field as a result of the skin effect. This penetration depth is the depth at which the field strength is 37% of the field strength on the surface of the material at the operating frequencies of the diode. Due to the Diffusion to this depth or more will essentially be too close to the surface of the field Semiconductor is limited, and the field does not penetrate significantly through the bottom of the island 30 into the die 120 a. Furthermore, the field lines are essentially limited to the sides of the island to enforce electrical contact 34. The penetration depth of the electric field as a result of the skin effect should therefore be limited to a few microns.

Die F i g. 4 zeigt eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Darstellung einer Diode, die den gleichen Aufbau aufweist wie die Diode nach der Fig. 3, mit der Ausnahme, daß der elektrische Kontakt 38 nicht verwendet wird. Aus der F i g. 4 ist zu ersehen, daß der aktive Teil der Diode, d. h. der Teil der Übergangsstelle, der bei hohen Frequenzen von Nutzen ist, im wesentlichen eben und kreisrund ist. Die Insel 30 weist die Form einer Scheibe auf. Der isolierende Siliziumoxydbelag 40 bildet einen ebenen Ring, während die Öffnung des ohmschen Kontaktes 34 die Form eines Kreises aufweist, der koaxial zur Insel 30 und zur p-n-Übergangsstelle gelegen ist und diese mit gleichem Abstand umgibt. Diese ebene ringförmige Anordnung sichert die gewünschten räumlichen Beziehungen zwischen den Elementen der Diode.The F i g. 4 shows an illustration, partially drawn in section, of a diode which has the same structure has like the diode according to FIG. 3, with the exception that the electrical contact 38 is not used will. From FIG. 4 it can be seen that the active part of the diode, i.e. H. the part of the crossing point, which is useful at high frequencies, is essentially flat and circular. The island 30 has the shape of a disk. The insulating silicon oxide coating 40 forms a flat ring while the opening of the ohmic contact 34 has the shape of a circle coaxial with the island 30 and is located to the p-n junction and surrounds it at the same distance. This plane ring-shaped Arrangement ensures the desired spatial relationships between the elements of the diode.

Die Insel kann andererseits die Form einer Linie aufweisen, während die Öffnung des ohmschen Kontaktes die Form eines konzentrischen Laufringes aufweist. Bei einer weiteren Anordnung kann die Insel beispielsweise die Form eines Quadrates, eines Sternes oder einer Rosette aufweisen, während die öffnung dementsprechend ausgestaltet ist.The island can, on the other hand, have the shape of a line, while the opening of the ohmic contact has the shape of a concentric raceway. In another arrangement, the island for example, have the shape of a square, a star or a rosette, while the Opening is designed accordingly.

Während nach der F i g. 4 der ohmsche Kontakt 34 aus einem umhüllenden Belag besteht, so kann dieser Kontakt auch aus einem Ring oder aus einer entsprechend gestalteten Rippe bestehen.While after the F i g. 4 the ohmic contact 34 consists of an enveloping coating, so this can Contact also consist of a ring or an appropriately designed rib.

Bei einer besonderen Ausführungsform kann es erwünscht sein, keine gesonderte Insel 30 vorzusehen, sondern statt dessen die Spitze eines Drahtes zu benutzen, wie üvder F i g. 1 dargestellt. In diesem Falle wirkt die Drahtspitze als Insel.In a particular embodiment, it may be desirable not to provide a separate island 30, but instead to use the tip of a wire, as shown in Fig. 1 shown. In this Trap, the wire tip acts as an island.

Für den Betrieb kann die Diode nach der F i g. 4 mit Hilfe der Anschlüsse 42 und 44 in eine elektrische Schaltung eingeschaltet werden.For operation, the diode according to FIG. 4 with the help of the connections 42 and 44 into an electrical Circuit to be switched on.

Wie bereits bemerkt, kann eine Diode bei der Herstellung mit besonderen Eigenschaften versehen werden, wobei in erster Linie die Dotierungsmittel und deren Menge in den p-, n- und den p-n-Zonen festgesetzt werden. Unter Anwendung geeigneter Verfahren können Dioden hergestellt werden, die z. B. Licht aussenden, die lichtempfindlich sind, die als Schalter wirken können (sogenannte »Rückwärts«- Dioden), die als Varaktordioden wirken usw. Die obengenannten Bücher enthalten ausführliche Beschreibungen der verschiedenen Arten von Dioden, deren Verwendungszwecke und deren Herstellung. Jede dieser Arten von Dioden und andere können mit Vorteil aus der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführung bestehen und können daher bei erheblich höheren Frequenzen arbeiten.As already noted, a diode can be given special properties during manufacture, wherein primarily the dopants and their amount are set in the p-, n- and p-n regions will. Using suitable methods, diodes can be made, e.g. B. Emit light that is sensitive to light, that can act as a switch (so-called »backwards« - Diodes) that act as varactor diodes, etc. The books above contain detailed descriptions the different types of diodes, their uses and their manufacture. Each of these types of diodes and others can take advantage of that described in the present specification Execution exist and can therefore work at significantly higher frequencies.

Es sei z. B. daran erinnert, daß eine Varaktordiode eine besondere Art von Diode darstellt, deren Kapazität durch ein äußeres elektrisches Signal verändert werden kann. Varaktoren haben in elektrischen Schaltungen weitgehend Verwendung gefunden, und deren Theorie und Praxis ist in dem Werk »Varactor-Applications« von Penfield and Rafuse, M. I. T. Press, 1962, erläutert.Let it be B. reminded that a varactor diode is a special type of diode, its capacitance can be changed by an external electrical signal. Varactors have in electrical Circuits have been widely used, and their theory and practice is described in the work »Varactor Applications« illustrated by Penfield and Rafuse, M.I. T. Press, 1962.

Wie bereits erwähnt, kann der Aufbau nach der F i g. 4 durch geeignete Wahl des Dotierungsmittels zu einer Varaktordiode ausgestaltet werden, die in einer von mehreren Moden arbeiten kann. Bei allen diesen Varaktordioden kann mit höheren Frequenzen gearbeitet werden als bei den älteren Dioden. Bei der einen Arbeitsweise z. B. bewirkt die Nicht-Linearität der Eigenkapazität, daß die Varaktordiode mehrere Harmonische erzeugt, von denen gewünschte Frequenzen durch geeignete Filter in der Schaltung ausgewählt werden können. Weiterhin kann die be-As already mentioned, the structure according to FIG. 4 through a suitable choice of dopant be configured into a varactor diode that can operate in one of several modes. At all these varactor diodes can be operated at higher frequencies than the older diodes. at one way of working z. B. causes the non-linearity of the self-capacitance that the varactor diode several harmonics are generated, of which desired frequencies through suitable filters in the circuit can be selected. Furthermore, the loading

schriebene Diode in einer Mikrowellenschaltung verwendet werden. Der Varaktor stellt z. B. einen Oszillator mit einer feststehenden Frequenz dar und erzeugt bei einer gegebenen veränderlichen Kapazität Schwingungen eines elektrischen Signals. Der Varaktor kann ferner als Detektor zum Verstärken eines empfangenen Signals benutzt werden.written diode used in a microwave circuit will. The varactor provides e.g. B. represents and generates an oscillator with a fixed frequency for a given variable capacitance, oscillations of an electrical signal. The varactor can also be used as a detector for amplifying a received signal.

Bei einer Verwendung der Diode im Mikrowellenbereich erstreckt sich der elektrische Kontaktbelag 34 nach der F i g. 4 bis zur Unterseite des Plättchens 12 D, wobei der ohmsche Kontaktbelag 34 einen Hohlraum mit den gewünschten Abmessungen bildet. Wie Sachkundigen bekannt, weist diese Art von Hohlraum bei einer bestimmten Frequenz Resonanz auf, und diese besondere Resonanzfrequenz ist die Frequenz des bestimmten Verwendungszweckes.When the diode is used in the microwave range, the electrical contact coating 34 extends according to FIG. 4 to the underside of the plate 12 D, the ohmic contact layer 34 forming a cavity with the desired dimensions. As will be known to those skilled in the art, this type of cavity resonates at a particular frequency, and that particular resonance frequency is the frequency of the particular use.

Es wird darauf hingewiesen, daß die obengenannten Laufring- und Rosettenformen Hohlräume mit unterschiedlicher Gestalt bilden und bei verschiedenen Frequenzen Resonanz zeigen.It should be noted that the above race and rosette shapes have cavities different shapes and show resonance at different frequencies.

Wenn gewünscht, kann an die Anschlüsse 42 und 44 eine Vorspannung angelegt werden, mit der die Arbeitsmerkmale der Varaktordiode bestimmt werden können.If desired, a bias voltage can be applied to the terminals 42 and 44, with which the Working characteristics of the varactor diode can be determined.

Bei einer anderen weiteren Arbeitsweise wirkt die Varaktordiode als Verstärker oder Detektor. Bei dieser Arbeitsweise wird das zu verstärkende Signal zu den Anschlüssen 42 und 44 geleitet, wobei ein »Pump«-Signal in der Weise ausgeführt wird, daß es am Spalt zwischen der Insel 30 und dem elektrischen Kontakt 34 auftritt.In another additional mode of operation, the varactor diode acts as an amplifier or detector. at In this way, the signal to be amplified is passed to the terminals 42 and 44, where a The "pump" signal is executed in such a way that it occurs at the gap between the island 30 and the electrical Contact 34 occurs.

Die F i g. 5 zeigt einen Aufbau, bei dem die Varaktordiode als Verstärker oder Detektor benutzt wird. Die Varaktordiode ist in einen Wellenleiter 50 eingesetzt, dessen Funktion später noch erläutert wird. Wie zuvor ist das Plättchen 12 £ an der Oberseite und an den Seitenflächen mit einem ohmschen Belag 34 aus einem metallischen Material versehen, und im vorliegenden Falle steht der metallische Belag 34 in elektrischer Verbindung mit der metallischen Wandung des Wellenleiters 50, der seinerseits in die Wandung eines zweiten Wellenleiters eingesetzt ist und mit diesem elektrisch in Verbindung steht, d. h. mit der Wandung des zweiten Wellenführers 52. Die Insel 30, der isolierende Ring 40 und der Draht 36 weisen den gleichen Aufbau auf und üben die gleiche Funktion aus, wie zuvor beschrieben. Ein aus einem dielektrischen Material, z. B. aus Glas, bestehendes Rohr 54 dient als Halterung für den Draht 36 in bezug auf die obere Wandung des Wellenleiters 52. Der Draht 36 steht jedoch mit dem Wellenleiter elektrisch in Verbindung.The F i g. Fig. 5 shows a structure in which the varactor diode is used as an amplifier or a detector. The varactor diode is inserted into a waveguide 50, the function of which will be explained later. As before, the plate has an ohmic coating 34 on the top and on the side surfaces made of a metallic material, and in the present case the metallic covering 34 is in electrical connection to the metallic wall of the waveguide 50, which in turn is in the wall a second waveguide is inserted and electrically connected to it, d. H. with the wall of the second waveguide 52. The island 30, the insulating ring 40 and the wire 36 have have the same structure and perform the same function as described above. One from one dielectric material, e.g. B. made of glass, existing tube 54 serves as a support for the wire 36 in with respect to the top wall of waveguide 52. However, wire 36 is with the waveguide electrically connected.

Im Betrieb wird das (z. B. nach dem TE01-Modus) zu verstärkende Eingangssignal durch den Wellenleiter 52 geleitet, der nach der Darstellung einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Draht 36 wirkt im Wellenleiter 52 als »Sonde«, nimmt das Signal auf und bewirkt den Fluß eines Verschiebestromes zur Insel 30 der Varaktordiode, der diese am ohmschen Kontakt 34. Wie durch den Pfeil 56 angedeutet, wird durch den nach der Darstellung einen kreisrunden Querschnitt aufweisenden Wellenleiter 50 ein Pumpsignal mit radialer Polarisation geleitet. Der Wellenleiter 50 bewirkt, daß die Energie sich durch diesen fortpflanzt, auf das Plättchen 12 £ aufprallt und von diesem absorbiert wird. Die absorbierte Energie des Pumpsignals tritt am Spalt der Varaktordiode auf und verändert deren Eigenkapazität. Hierbei wird das Eingangssignal verstärkt. Das Ausgangssignal tritt im Wellenleiter auf und kann vom Eingangssignal durch an sich bekannte Mittel, z. B. durch einen Ferritisolator, isoliert werden. Andererseits kann das Signal auch koaxial unter Ausnutzung der Potentiale zwischen der Drahtsonde und dem Belag 34 abgeleitet werden.In operation, the input signal to be amplified (e.g., according to the TE 01 mode) is passed through waveguide 52, which is shown to have a rectangular cross-section. The wire 36 acts as a "probe" in the waveguide 52, picks up the signal and causes the flow of a displacement current to the island 30 of the varactor diode, which connects it to the ohmic contact 34. As indicated by the arrow 56, the is circular in the illustration Cross section having waveguide 50 passed a pump signal with radial polarization. The waveguide 50 causes the energy to propagate through it, impinge on the wafer 12 and be absorbed by it. The absorbed energy of the pump signal occurs at the gap of the varactor diode and changes its own capacitance. The input signal is amplified here. The output signal occurs in the waveguide and can be separated from the input signal by means known per se, e.g. B. be isolated by a ferrite insulator. On the other hand, the signal can also be derived coaxially using the potentials between the wire probe and the covering 34.

Im übrigen kann das Pumpsignal auch aus Lichtstrahlen oder aus einer geeigneten, auf das Plättchen fallenden Strahlung bestehen oder auch aus einem elektrischen Signal, wie in der F i g. 4 dargestellt.In addition, the pump signal can also consist of light beams or a suitable one on the plate falling radiation or an electrical signal, as shown in FIG. 4 shown.

Von der beschriebenen Varaktordiode kann daher ein schwaches Mikrowellensignal mit einer außerordentlich hohen Frequenz, z. B. ein Radarechosignal, verstärkt werden.From the varactor diode described can therefore be a weak microwave signal with an extraordinarily high frequency, e.g. B. a radar echo signal are amplified.

In der F i g. 6 ist eine lichtempfindliche Einrichtung dargestellt, bei der eine Hochfrequenzdiode, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, benutzt wird. Die aus einem negativ leitenden Material bestehende Platte 12 C weist eine Einbuchtung auf, die in der Nähe der Übergangsstelle zwischen dem p-Material der Insel 30 und dem η-Material des Plättchens 12 C gelegen ist. Die Kapazität dieser Diode verändert sich mit der Intensität des Lichtes, und ein entsprechendes Signal kann bei 58 als Ausgang erhalten werden. Es kann natürlich auch eine andere Kopplung, z. B. die nach der F i g. 5, benutzt werden, um der Varaktordiode zugleich ein Hochfrequenzsignal zuzuführen.In FIG. 6 shows a photosensitive device in which a high-frequency diode, as it is characterized in the claims is used. Those made from a negatively conductive material existing plate 12 C has an indentation, which in the vicinity of the transition point between the p-material of the island 30 and the η-material of the plate 12 C is located. The capacity of this Diode changes with the intensity of the light, and a corresponding signal can be output at 58 can be obtained. Of course, another coupling, e.g. B. the after the F i g. 5, used in order to supply a high-frequency signal to the varactor diode at the same time.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Diode zum Betrieb bei Mikrowellenfrequenzen, bestehend aus einer Insel eines Materials mit einer ersten Art von Leitfähigkeit, die in eine Oberfläche eines Körpers aus halbleitendem Material der entgegegesetzten Art von Leitfähigkeit diffundiert ist, um einen pn-übergang zu schaffen, und aus einem elektrischen Kontakt, der an dem Körper in ringförmiger, umfangsmäßiger Art in bezug auf die Insel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Insel aus einem Mikrobereich besteht, der bis zu einer Tiefe diffundiert ist, die größer als die Eindringtiefe des elektrischen Feldes infolge des Skineffektes bei der Arbeitsfrequenz der Diode ist.1. Diode for operation at microwave frequencies, consisting of an island of material with a first type of conductivity that occurs in a surface of a body of semiconducting material the opposite type of conductivity has diffused to create a pn junction, and an electrical contact attached to the body in an annular, circumferential manner in is arranged with respect to the island, characterized in that the island consists of a Micro-area exists, which is diffused to a depth which is greater than the penetration depth of the electric field due to the skin effect at the working frequency of the diode. 2. Diode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, die ein elektrisches Mikrowellenfeld zwischen dem inselförmigen Mikrobereich und dem den Mikrobereich ringförmig umgebenden Kontakt bewirken, wobei das elektrische Mikrowellenfeld (elektrische Hochfrequenzfeld) praktisch auf den Abschnitt des PN-Überganges an den Oberflächenrändern der Insel beschränkt ist und wobei praktisch der gesamte Stromfluß innerhalb einer Oberflächentiefe der Diode von 4 bis 5 Mikron stattfindet.2. Diode according to claim 1, characterized by means having an electric microwave field between the island-shaped micro-area and the ring-shaped surrounding the micro-area Cause contact, the electric microwave field (high frequency electric field) practical is restricted to the section of the PN junction at the surface edges of the island and wherein virtually all of the current flow is within a surface depth of the diode from 4 to 5 microns takes place. 3. Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Materials der zweiten Art unter dem inselförmigen Mikrobereich ausreichend dünn ist, damit der pn-übergang Lichtenergie empfangen kann.3. Diode according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the material of the second type under the island-shaped micro area is sufficiently thin for the pn junction Can receive light energy. 4. Diode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Insel kreisförmig ist und der Kontakt ringförmig und konzentrisch zur Insel ist.4. Diode according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the island is circular and the contact is annular and concentric with the island. 5. Diode nach einem der vorangehenden An-5. Diode according to one of the preceding 109 534/279109 534/279 spräche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der
ringförmige Kontakt unter der Oberfläche des
Körpers bis in eine Tiefe erstreckt, die praktisch
gleich der Eindringtiefe des elektrischen Feldes
infolge des Skineffektes ist.speak, characterized in that the
annular contact under the surface of the
Body extends to a depth that is practical
equal to the penetration depth of the electric field
is due to the skin effect. 1010 6. Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Körpers zwischen der Insel und den elektrischen Kontakten mit einer isolierenden Schicht bedeckt ist.6. Diode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surface of the Body between the island and the electrical contacts covered with an insulating layer is. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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