DE1514431C3 - Halbleiteranordnung mit pn-Übergang zur Verwendung als spannungsabhängige Kapazität - Google Patents
Halbleiteranordnung mit pn-Übergang zur Verwendung als spannungsabhängige KapazitätInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit pn-Ubergang zur Verwendung als spannungsabhängige
Kapazität, bei der in einem Halbleiterkörper eines Leitungstyps mindestens zwei mit
Abstand nebeneinander angeordnete Zonen des entgegengesetzten Leitungstyps wie der des Halbleiterkörpers
vorgesehen sind, wobei der Halbleiterkörper und wenigstens eine der Zonen entgegengesetzten
Leitungstyps mit je einer ohmschen Elektrode versehen sind.
Die Verwendung von pn-Übergängen als variable Kapazität (Varicap) ist an sich bekannt. Derartige
spannungsabhängige Kapazitäten werden z. B. zur Abstimmung von Schwingkreisen verwendet. Bei verschiedenen
Anwendungszwecken ist es wünschenswert, den Kapazitätshub derartiger spannungsabhängiger
Kapazitäten zu erweitern. Will man z. B. in der Fernsehindustrie Tuner auf elektrischem Wege mit
Hilfe von Varicap abstimmen, so 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=^t/~l/2-Gesetze erreichen.
Es ist zwar bekannt, daß durch spezielle Dotierungsprofile auch sogenannte hypersensitive Varicape
hergestellt werden könne. Derartige Varicape weisen aber grundsätzlich verhältnismäßig hohen
Bahnwiderstand auf und ergeben daher eine schlechte Güte in einem Schwingkreis.
Aus den USA.-Patentschriften 2 964 648 und 2 989 650 ist eine als Kapazität wirksame Halbleiteranordnung
bekanntgeworden, bei der in einem Halbleiterkörper ein pn-Übergang als Kapazität ausgenutzt
wird: weiterhin sind in einer der den pn-Übergang bildenden Zonen zwei weitere Zonen
entgegengesetzten Leitungstyps vorgesehen. Bei dieser Anordnung ist eine stufenweise Kapazitätsverminderung
dadurch möglich, daß die Raumladun;>zone sich bei steigender Sperrspannung am pn-Übcr-
!5 gang in den Bereich der Zonen entgegengesetzten
Leitungstyps hinein ausdehnt. Dabei tritt sozusagen eine »Flächenverminderung« der Raumladungs;:nnenkapazität
auf. Mit einer derartigen Anordnung ist jedoch einerseits nur eine stufenförmige Verminderung
der Kapazität möglich, wobei andererseits die maximale Kapazität durch die Flächenausdehnung des
pn-Übergangs festgelegt ist, so daß eine Steuerung, ,. bezogen auf die gegebene Grundkapazität, in Rieh- (
tung größerer Kapazitätswerte nicht möglich ist.
Weiterhin ist es aus der Zeitschrift »Radio Mentor«, 1962, Heft 7, Seiten 602 bis 606 bekannt, daß
bei Kapazitätsdioden durch Parallelschalten zweier gleicher Sperrschichten die Kapazität verdoppelt werden
kann.
Die USA.-Patentschrift 2 981 877 beschreibt eine Halbleiteranordnung mit mehreren pn-Übergängen,
bei der in einem Halbleiterkörper eines Leitungstyps mehrere, mit Abstand nebeneinander angeordnete
Zonen des entgegengesetzten Leitungstyps vorgesehen sind, wobei zwei der durch solche Zonen gebildeten
pn-Übergänge spannungsabhängige Kondensatoren bilden. Die Zonen entgegengesetzten Leitungstyps sind durch Diffusion nach der bekannten
Planartechnik hergestellt. Die als Maskierung dienende Oxidschicht bildet eine die Oberfläche teilweise
bedeckende Isolierschicht.
Schließlich ist aus der Zeitschrift »Electronics«, 6. Dezember 1963, Bd. 36, Heft 49, Seite 50, eine
Kapazitätsdiode bekannt, bei der der Halbleiterkör- ί'
per aus einer Zone geringen spezifischen Widerstan- ' des und einer Zone relativ hohen spezifischen Widerstandes
besteht und bei der eine Zone entgegengesetzten Widerstandes in der Zone relativ hohen
spezifischen Widerstandes angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung soll ein Weg aufgezeigt werden, der den Aufbau variabler Kapazitäten mit stetig
oder stufenweise erweiterbarem Kapazitätsbereich,
, also möglichst weitem Kapazitätshub, ermöglicht.
Gemäß der Erfindung ist zur Lösung der vorgenannten Aufgabe bei einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß wenigstens auf einem Bereich zwischen zwei Zonen entgegengesetzten Leitungstyps wie der des Halbleiterkörpers auf einer auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers befindlichen Isolierschicht eine weitere Elektrode aufgesetzt ist.
Gemäß der Erfindung ist zur Lösung der vorgenannten Aufgabe bei einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß wenigstens auf einem Bereich zwischen zwei Zonen entgegengesetzten Leitungstyps wie der des Halbleiterkörpers auf einer auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers befindlichen Isolierschicht eine weitere Elektrode aufgesetzt ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Isolierschicht eine Oxidschicht, insbesondere
eine Siliciumdioxidschicht ist.
Weiterhin ist bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß der Halbleiterkörper
aus einer Zone geringen spezifischen Widerstandes und einer Zone relativ hohen spezifischen
Widerstandes besteht und die mit Abstand nebeneinanderliegenden Zonen des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten
Leitungstyps in der Zone relativ hohen spezifischen Widerstandes angeordnet ist.
Schließlich können die Zonen des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten Leitungstyps im Halbleiterkörper
koaxial zueinander angeordnet sein.
In der F i g. 1 ist eine nach der Planartechnik hergestellte spannungsabhängige Kapazität mit großem
Frequenzhub gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die einzelnen Zonen, die die spannungsabhängigen
Kapazitäten bilden, linear nebeneinander angeordnet sind.
Die Fig. 2 zeigt eine koaxiale Anordnung der die spannungsabhängigen Kapazitäten bildenden pn-Übergänge.
Bei der in der F i g. 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 Widerstandes sind nebeneinander z. B. zwei Zonen
des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten Leitungstyps, also von p-Leitfähigkeit, durch Diffusion
nach der an sich bekannten Planartechnik erzeugt. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist von einer Oxidschicht
3 bzw. 6 bedeckt. Die Siliciumdioxidschicht 3 weist im Bereich der Zone entgegengesetzten Leitungstyps
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 Raumladungszone am pn-Übergang 19 eine spannungsabhängige Kapazität. Zur Steuerung der Leitfähigkeit
des Halbleiterkörpers 17 zwischen den beiden Zonen 1 und 2 ist 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 Oberflächenleitfähigkeitskanal 17
geöffnet oder geschlossen und dadurch die durch die Zone 1 bzw. den pn-Übergang 20 gebildete zweite
Kapazität parallel geschaltet. Durch weitere Zonen entgegengesetzten Leitungstyps, also weitere pn-Übergänge,
die im Halbleiterkörper nebeneinander angeordnet sind, und weitere Feldsonden kann dieser
Vorgang beliebig wiederholt und ein großer Variationsbereich überstrichen werden. Die in der Fig. 1
dargestellte Kapazität mit erweitertem Kapazitätshub kann z. B. als Teil einer integrierten Schaltung verwendet
werden.
Die in der Fig. 2 dargestellte koaxiale Anordnung besteht wiederum aus einem Halbleiterkörper, z. B.
aus η-leitendem 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 im 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
Raumladungszone am pn-Übergang 22. Durch entsprechende Vorspannung der Feldelektrode 10 kann
wiederum die Leitfähigkeit des Leitfähigkeitskanals 18 beeinflußt und damit dieser Leitfähigkeitskanal
geöffnet oder geschlossen werden. Die Erweiterung des Kapazitätshubs wird also bei dieser Anordnung
durch Parallelschaltung einer ringförmigen, konzentrisch zur Zone 14 liegenden Zone 13, die mit dem
Halbleiterkörper den pn-Übergang 21 bildet, erzielt. Durch Anbringen einer Metallelektrode 12 kann die
in der Fig. 2 dargestellte spannungsabhängige Kapazität zu einem Bauelement vervollständigt werden.
Die Anordnung gemäß Fig. 2 kann aber auch, wie bereits 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 allem 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 Halbleitermaterialien außer Silicium wie z. B. Germanium
oder entsprechende halbleitende Verbindungen verwendet werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Halbleiteranordnung mit pn-Übergang zur Verwendung als spannungsabhängige Kapazität,
bei der in einem Halbleiterkörper eines Leitungstyps mindestens zwei mit Abstand nebeneinander
angeordnete Zonen des entgegengesetzten Leitungstyps wie der des Halbleiterkörpers vorgesehen
sind, wobei der Halbleiterkörper und wenigstens eine der Zonen entgegengesetzten Leitungstyps mit je einer ohmschen Elektrode versehen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einem Bereich zwischen zwei Zonen (1,
2 bzw. 13,14) entgegengesetzten Leitungstyps wie der des Halbleiterkörpers (7, 8 bzw. 15, 16) auf
einer auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers befindlichen Isolierschicht (3 bzw. 9) eine weitere
Elektrode (4 bzw. 11) aufgesetzt ist.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (3
bzw. 9) eine Oxidschicht, insbesondere eine Siliciumdioxidschicht ist.
3. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
(7, 8 bzw. 15, 16) aus einer Zone (8 bzw. 16) geringen spezifischen Widerstandes und
einer Zone (7 bzw. 15) relativ hohen spezifischen Widerstandes besteht und die mit Abstand nebeneinanderliegenden
Zonen (1, 2 bzw. 13, 14) des dem Halbleiterkörper entgegengesetzten Leitungstyps
in der Zone relativ hohen spezifischen Widerstandes angeordnet sind.
4. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (13,
14) des dem Halbleiterkörper (15, 16) entgegengesetzten Leitungstyps im Halbleiterkörper koaxial
zueinander angeordnet sind.
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