DE1514431A1 - Halbleiteranordnung mit pn-UEbergang zur Verwendung als spannungsabhaengige Kapazitaet - Google Patents
Halbleiteranordnung mit pn-UEbergang zur Verwendung als spannungsabhaengige KapazitaetInfo
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Description
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PA 65/22?1 La/I
i L ^ii-uLjr^ang zur 7crr.'.::iduao
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909826/0545
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BAD ORIGINAL
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verwendet. Bei verschiedenen Anwendungszwecken ist es wünschenswert,
den Kapazitätshub derartiger spannungoabhängiger Kapazitäten zu erweitern. Will man z.B. in der Fernsehindustrie
Tuner auf elektrischem Wege:' mit Hilfe von Varicap abstimmen, öo ist der mit normalen spannungsabhängigen Kapazitäten erzielbare
Frequenzhub zu klein. Durch einen abrupten pn-übergang kann man für eine Kapazitätsvariation mit der Spannung im
günstigsten Fall C^U ' -Gesetz erreichen. Es ist zwar bekannt,
daß durch spezielle Dotierungsprofile auch sogenannte hypersensitive Varicaps hergestellt werden können. Derartige
Varicaps weisen aber grundsätzlich verhältnismäßig hohen Bahnwiderstand auf und ergeben daher eine schlechte Güte in
einem Schwingungskreis.
Gemäß der Erfindung soll ein Weg aufgezeigt v/erden, der den Aufbau variabler Kapazitäten mit stetig oder stufenweise erweiterbarem
Kapazitätsbereich, also möglichst weitem Kapazitätshub, ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird eine Halbleiteranordnung mit pnübergang
vorgeschlagen, bei der in einem Halbleiterkörper eines leitungstyps mindestens zwei mit Abstand nebeneinander
angeordnete Zonen des entgegengesetzten leitungstyps als der Halbleiteif/orgesehen sind, mit dein Merkmal, daß wenigstens ;'
einer der durch die Zonen entgegengesetzten Leitungstyps und den Halbleiterkörper gebildeten pn-Übergänge als spannungsab- '■
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hängige Kapazität wirksam ist und zur Erweiterung des Variätionsbereichs
dieser Kapazität der oder die weitere spannungaabhängige Kapazitäten bildenden pn-übergänge durch Steuerung der
Leitfähigkeit des zwischen den Zonen entgegengesetzten Leitungstyps liegenden Teils des Halbleiterkörpers zugeschaltet
werden. Gemäß der Erfindung soll also auf elektrischem Wege zu einer vorhandenen, durch einen pn-übergang gebildeten spannungsabhängigen
Kapazität eine oder mehrere weitere spannungsabhängige
Kapazitäten geschaltet v/erden, indem ein Oberflächenchannel,
der zwischen den im Halbleiterkörper nebeneinander angeordneten pn-Übergängen liegt, der also die einzelnen Kapazitäten
verbindet, durch entsprechende Steuerung der Leitfähigkeit dieses Channels geöffent oder gesperrt wird. Auf diese
Weise ist es möglich, den Variationsbereich einer Kapazität unter Beibehaltung eines kleinen·Bahnwiderstandes zu erweitern.
Da im allgemeinen eine Vergrößerung des Kapazitätswertes erwünscht ist, wird man die Anordnung der Zonen im Halbleiterkörper
so vornehmen, daß eine Parallelschaltung der einzelnen pn-Übergänge durch entsprechende Steuerung der leitfähigkeit des
zwischen diesen pn-Übergängen liegenden Halbleiterkörpers, der .
als Channel bezeichnet wird, erfolgen kann.
Die Steuerung der Leitfähigkeit des zwischen den einzelnen, die Kapazitäten bildenden Zonen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps
liegenden Halbleiterkörper kann mit in der
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"Halbleitertechnik bekannten Methoden erfolgen. So kann die
leitfähigkeit des Channels z.B. mittels Lichtquanten gesteuert werden.
Besonders günstig ist es und wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, die Steuerung der leitfähigkeit mittels eines
elektrischen Feldes vorzunehmen.
Die "Steuerung des Oberflächenchannels, also das öffnen oder.
Sperren, durch ein elektrisches Feld kann z.B. durch eine . Feldelektrode nach Art des Fieldistors erfolgen.
Gemäß der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung vorgesehen, bei der wenigstens die zwischen den Zonen entgegengesetzten
Leitungstyps liegenden Teile des Halbleiterkörpers an ihrer Oberfläche von einer Isolierschicht bedeckt sind und diese
mit einer als Elektrode dienenden Metallschicht versehen ist. Als Isolierschicht kann dabei zweckmäßig eine Oxidschicht,
z.B. das entsprechende Oxid des Halbleiters, insbesondere eine Siliciumdioxidschicht, dienen. Es entsteht dabei eine Schichtenfolge,
wie sie bei sogenannten Metalloxid-Semiconductor-Anordnungen
bekannt ist. Die Wirkungsweise einer derartigen Anordnung ist folgendermaßen, daß bei Verwendung eines p-leitenden
Halbleiters und Anlegen einer gegenüber dem Halbleiter positiven Spannung zwischen der Elektrode und dem Halbleiterkörper
Löcher von der Halbleiteroberfläche abgezogen werden, so daß bei entsprechend hoher positiven Vorspannung eine Anreicherung
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von freien Elektronen an der Phasengrenze zwischen Oxid und Halbleiter, erfolgt, d. h. der Oberflächenchannel geöffnet
ist, und die nebeneinanderliegenden Bereiche entgegengesetzten leitungstyps wie der Halbleiterkörper miteinander verbunden
sind. V/ird hingegen eine negative Gleichspannung an das
Metall gelegt, so wird eine Sperrung des Channels bewirkt. Der Stroiafluß zwischen den einzelnen Kfepazitätsbereichen, wird
auch bei der Vorspannung 0 und entsprechend geringen positiven
Vorspannungen unterbunden. Bei Verwendung eines n-leitenden Halbleiterkörpers ist das Vorzeichen der anzulegenden Spannung entsprechend umgekehrt.
Besonders günstig ist es, die die spannungsabhängigen Kapa- ,
sitäten bildenden Zonen des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten leitungstyps durch Diffusion nach der an sich bekannten
Planartechnik herzustellen und die als Maskierung bei der Diffusion dienende Oxidschicht, die gleichzeitig .
als Schutzschicht für den pn-übergang an der Halbleiteroberfläche dient, teilweise als Isolierschicht für die Steuerung
durch die Feldelektrode zu verwenden.
Zur Erzielung eines kleinen Serienwiderstandes ist es weiterhin günstig, wenn der Halbleiterkörper aus einer Zone geringeren
spezifischen Widerstandes und einer Zone relativ hohen spezifischen Widerstandes besteht und die mit Abstand
nebeneinanderliegenden Zonendes dem Halbleiterkörper ent-'
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gegengesetzten Leitungstyps in der Zone relativ hohen spezifischen
Widerstandes angeordnet sind. Besonders günstig ist es dabei, die Schicht relativ hohen spezifischen Widerstandes,
auf der Schicht geringen spezifischen Widerstandes durch Epitaxie zu erzeugen.
Neben einer linearen Hebeneinanderordnung der einzelnen,
die spannungsabhängigen Kapazitäten bildenden pn-Übergänge ist weiterhin auch eine koaxiale Anordnung der Zone entgegengesetzten
Leitungstyps möglich.
In der Figur 1 ist eine nach der Planartechnik hergestellte spannungsabhängige Kapazität mit großen Frequenzhub gemäß
der Erfindung dargestellt, bei der die einzelnen Zonen, die die spannungsabhängigen Kapazitäten bilden, linear nebeneinander
angeordnet sind.
Die Figur 2 zeigt eine koaxiale Anordnung der die spannüngsabhängigen
Kapazitäten bildenden pn-Übergänge.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Anordnung besteht der z.B. aus η-leitendem Silicium gebildete Halbleiterkörper aus zwei
Bereichen 7 und 8 unterschiedlicher Leitfähigkeit,Wobei der Bereich
8 einen niedrigeren spezifischen Widerstand als der Bereich 7 aufweist. Der Bereich 7 kann z.B. durch Epitaxie erzeugt
sein. In der Zone 7 relativ hohen spezifischen Widerstar.-
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des sind nebeneinander z.B. zwei Zonen des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten leitungotyps, also von p-Leitfähigkeit,
durch Diffusion nach der an sich bekannten Planarteeh- :
nik erzeugt. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist von einer Oxidschicht 3 bzw. 6 bedeckt. Die Siliciumdioxidschicht
3 weist im Bereich der Zone entgegengesetzten Leitung? typs
2 eine öffnung auf, die mit einer Metallelektrode 5 versehen ist. Bei Anlegen einer Sperrspannung zwischen der
Zone 2 und dem darunterliegenden Halbleiterkörper entsteht durch Ausweitung der Rauraladungszone am pn-übergang 19 eine
spannungsabhängige Kapazität. Zur Steuerung der leitfähigkeit des Halbleiterkörpers 17 zv/ischen den beiden Zonen 1 und
i3t eine Feldelektrode 4 vorgesehen, die auf der Siliciumdioxidschicht
3 angeordnet ist. Ihre Flächenausdehnung ist so gewählt, daß sie wenigstens den zwischen den Zonen entgegengesetzten
leitungstyps liegenden Teil des Halbleiterkörpers an der Oberfläche vollständig bedeckt. Je nach Vorspannung dieser
Feldelektrode gegen den darunterliegenden Halbleiterkörper 17
wird, wie bereits oben näher erläutert wurde, der Oberflächenchannel 17 geöffnet oder geschlossen und dadurch die durch
die Zone 1 bzw. den pn-übergang 20 gebildete zweite Kapazität parallelgeschaltet. Durch weitere Zonen entgegengesetzten
Leitungstyps, also weitere pn-übergänge, die im Halbleiter- '.
körper nebeneinander angeordnet sind, und weitere Feldsonden kann dieser Vorgang beliebig wiederholt und ein großer Variationsbereich
überstrichen werden. Die in der Figur 1 darge-
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stellte Kapazität mit erweitertem Kapazitätshub kann z.B.
als Teil einer integrierten Schaltung verwendet werden.
Die in der Figur 2 dargestellte koaxiale Anordnung besteht wiederum aus einem Halbleiterkörper, z.B. äüd n-leiten'dem
Silicium, der aus zwei Zonen 16 und 15 aufgebaut ist, die
verschieden hohen spezifischen Widerstand aufweisen. In der Zone höheren spezifischen Widerstandes, die mit 15 bezeichnet
ist, sind die Zonen 13 und 14 mit dem Halbleiterkörper entgegengesetzten
leitungstyp koaxial angeordnet. Auch diese Anordnung ist wiederum nach der Planartechnik.hergestellt
und weist demzufolge eine Siliciumdioxidschicht 9 auf, die auch zwischen der Feldelektrode 10 und dem Halbleiterkörper
18 angeordnet ist. Im Bereich der in Zentrum liegenden Zone des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten leitungstyps 14
ist die Oxidschicht 9 wiederum mit einer Öffnung versehen und diese Zone mit einer Metallelektrode 11 kontaktiert. Sie bildet
bei entsprechender Vorspannung zwischen dem Halbleiterkörper und der Zone 14 eine spannungsabhängige Kapazität durch Ausweitung
der Räumladungszone am pn-übergang 22. Durch entsprechende
Vorspannung der Feldelektrode 10 kann wiederum die Leitfähigkeit des Channels 18 beeinflußt und damit dieser
Channel geöffent oder geschlossen werden. Die Erweiterung des
Kapazitätshubs wird also bei dieser Anordnung durch Parallelschaltung
einer ringförmigen, konzentrisch zur Zone 14 liegenden Zone 13t die mit dem Halbleiterkörper den pn-übergang 21 bildet,
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ersielt. Durch Anbringen einer Metallelektrode 12 kann die in der Figur 2 dargestellte spannungsabhangige Kapazität
zu einem Bauelement vervollständigt v/erden. Die Anordnung gemäß Fig. 2 kann aber auch, wie bereite bei Fig. 1 angegeben
wurde, als Bestandteil einer integrierten Schaltung dienen. In diesem Fall kann die Anschlußelektrode 12 entfallen.
Ein besonderer Vorteil der über eine Isolierschicht mit dem . ™
Halbleiterkörper, dessen leitfähigkeit gesteuert werden soll, verbundenen Feldelektrode ist vor allen darin zu sehen, daß
der die Feldelektrode enthaltende Schalterkreis von dem die spannungsabhängigen Kapazitäten enthaltenden Kreis durch die
Isolierschicht, beim Ausführungsbeispiel durch die Siliciumdioxidschicht,
galvanisch völlig entkoppelt ist.
Es ist selbstverständlich, daß auch andere Halbleiteriaateria-
lien außer Silicium wie z.B. Germanium oder entsprechende ä
halbleitende "Verbindungen verwendet v/erden können.
8 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
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Claims (8)
1. Halbleiteranordnung mit pn-übergang zur Verwendung als ;
apannungsabhangige Kapazität, bei der in einem Halbleiterkörper
eines leitungatyps mindestens zwei mit Abstand
nebeneinander angeordnete Zonen des entgegengesetzten Leitungstyps als der Halbleiterkörper vorgesehen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens einer der durch die Zonen entgegengesetzten leitungstyps und den Halbleiterkörper
gebildeten pn-Übergänge al3 spannungsabhängige Kapazität wirksam ist und zur Erweiterung des Variationsbereiches
dieser Kapazität der oder die weiteren spannungsabhängigen Kapazitäten bildenden pn-Übergänge durch Steuerung
der leitfähigkeit des zwischen den Zonen entgegengesetzten Leitungstyps liegenden Ceils des Halbleiterkörpers zugeschaltet
werden.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen spannungsabhängigen Kapazitäten durch entsprechende Steuerung der leitfähigkeit des zwischen den
Zonen entgegengesetzten Leitungstyps liegenden Teils des Halbleiterkörpers parallelgeschaltet werden. : Γί?Κ
_ Ί1 —
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3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung der Leitfähigkeit des zwischen den Zonen entgegengesetzten Leitungstyps liegenden
Teils deo Halblei terkörpera durch ein elektrisches Feld
erfolgt.
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens die zwischen den Zonen entgegengesetzten ^
leitungstyps liegenden Teile des Halbleiterkörpers an ihrer
Oberfläche von einer Isolierschicht bedeckt sind und diese mit einer als Elektrode dienenden Metallschicht versehen ist.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierschicht eine Oxidschicht, insbesondere eine Siliciumdioxidschieht, ist.
6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn- λ
zeichnet, daß die Zonen entgegengesetzten leitungstyps durch Diffusion nach der an sich bekannten Planartechnik hergestellt
und die als Maskierung bei der Diffusion dienende Oxidschicht teilweise" die Isolierschicht bildet.
7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einer Zone gerir.-gen spezifischen Widerstands und einer Zone relativ hohen
spezifischen Widerstandes besteht und die mit Abstand neber.-
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einanderliegenden Zonen dee dem Halbleiterkörper entgegengesetzten
Leitungstyps in der Zone relativ hohen spezifischen Widerstandes angeordnet sind.
8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten
Leitungstyps im Halbleiterkörper koaxial zueinander angeordnet sind.
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