DE1564145B2

DE1564145B2 - Kapazitaetsdiode

Info

Publication number: DE1564145B2
Application number: DE19661564145
Authority: DE
Inventors: Derek Hubert Harlow Essex Mash (Grossbritannien)
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1965-05-20
Filing date: 1966-05-06
Publication date: 1973-08-09
Also published as: NL6606329A; DE1564145C3; DE1564145A1; GB1069800A; US3404320A; FR1482285A; BE681293A

Description

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Maske gegen die Diffusion von Verunreinigungen Vertiefung befanden, nach jeder der Seiten gezogen,

dient. In die Siliciumoxydschicht 3 wurden unter An- Nun wird die Kapazität allein durch die Fläche der

wendung von bekannten Techniken »Fenster« geätzt. Verarmungszone 3 a im Abstand w₃ bestimmt. Diese

Mittels Diffusion durch diese Flächen hindurch wurde Fläche ist wesentlich kleiner als die vorhergehenden

eine p-Siliciumschicht 4 gebildet, wobei »planare« 5 Flächen la und 2b, weshalb die Kapazität sprunghaft

pn-Übergänge 5 entstanden. Dann wurden ohmsche abfällt. Ein weiteres Anwachsen der Sperrspannung

Kontakte 6 und 7 an der p- und der n+-Schicht 4 und 1 erzeugt einen kleineren Kapazitätsabfall, da sich die

angebracht. Verarmungszone nach W₄ bei 4 a erweitert.

Durch die Zone 1 hindurch und teilweise in die Um eine steile Kapazitäts-Spannungs-Charakteristik n-Zone 2 hinein wurden mittels Abtragung unter Ver- io zu erhalten, sollte die Bodenfläche der Vertiefung 8 wendung von Funkenerosion oder anderen Verfahren eben oder konvex sein. Weniger steile Kapazitätszylindrische Vertiefungen 8 gebildet; diese können vor Spannungs-Charakteristiken können durch konkave, oder nach dem Diffusionsprozeß angebracht werden. stufenweise abgesetzte oder geneigte Formgebung der Der Durchmesser der Vertiefung soll wenig größer als Bodenfläche der Vertiefung erhalten werden,
der der diffundierten n~-Zone sein; jedoch kann dies 15 Der Kontakt 7 kann anstatt an der n⁺-Zone 1 auch in Abhängigkeit von den gewünschten Charakteristiken an der n-Zone 2 angebracht sein, beispielsweise in eingestellt werden. Die Bodenfiäche der Vertiefung Form eines ringförmigen Kontaktes 6, der die p-Zone 4 kann mit einer passivierenden Schicht 9 aus Silicium- umgibt.

oxyd, dielektrischem Material oder p-Halbleiter- Das obige Beispiel kann quantitativ untersucht material versehen werden. Schließlich kann die Ver- 20 werden. Wenn die n-Zone 2 einen spezifischen Widertief ung mit erstarrendem Plastik-oder anderem Isolier- stand von 2 Ω cm und oberhalb der etwa 200 μια material 10, wie die rechte Diode in Fig. 1 zeigt, dicken n⁺-Zone 1 eine Dicke von 20 μηι hat sowie die gefüllt werden, wodurch die mechanische Starrheit p-Zone 4 eine Fläche von 1 mm² und eine Tiefe von des fertigen Bauelementes vergrößert wird. Durch 6 μπι aufweist, so ist die Weite der Raumladungszone Schneiden oder Brechen entlang der gestrichelten 25 bei 0 Volt Sperrspannung 0,6 μπα. Wenn 6 Volt anLinien 11 werden Einzeldioden hergestellt und fertig gelegt werden, dehnt sich die Verarmungszone fast montiert. ■ bis zur Oberfläche der Vertiefung aus, und die Kapa-

Die Funktionsweise läßt sich an Hand der ver- zität beträgt 58 pF. Bei 7,5 Volt erreicht die Vergrößerten Schnittzeichnung der F i g. 2 überblicken. armungszone die Bodenfiäche der Vertiefung, und die Der pn-Übergang entspricht der ausgezogenen Linie J. 30 Ladungsträger ziehen sich auf ihre beiden Seiten Die gestrichelten Linien la und Ib geben die Grenze zurück. Die Kapazität des pn-Übergangs sinkt nun der Raumladungszone in der n-Zone 2 bei 0 Volt auf einen wesentlich kleineren Wert, ungefähr 2 pF. Sperrspannung an, während die andere Grenze der Bei weiterem Ansteigen der Spannung nimmt danach Raumladungszone etwas innerhalb der p-Zone 4 liegt. die Kapazität langsam ab. Die theoretische Charak-Bei Anlegen einer Sperrspannung an den pn-Übergang 35 teristik ist in F i g. 3 mit doppelt logarithmischem wird die Raumladungszone von Ladungsträgern ent- Maßstab gezeigt.

leert und dehnt sich als Verarmungszone weiter in Bei der gezeigten Ausführungsform können auch die n- und p-Zonen aus. Die Ausdehnung d dieser andere geeignete Halbleitermaterialien verwendet wer-Bewegung hängt von den jeweiligen spezifischen den. Anstatt einer niederohmigen p-Schicht, die die Widerständen der Zonen ab. Der spezifische Wider- 40 hochohmige η-Schicht kontaktiert, können die Leitstand der n-Zone ist relativ hoch, so daß die Be- fähigkeitstypen zusammen mit einer entsprechenden wegung d von W₁ nach W₂ relativ groß ist. Die p-Zone Umkehrung des Leitfähigkeitstyps der niederohmigen hat einen kleinen spezifischen Widerstand. Daher ist Schicht umgekehrt werden. Eine Metallschicht kann die Bewegung in dieser Zone klein und kann im die niederohmige Schicht ersetzen, was einen Metallfolgenden vernachlässigt werden. Die Kapazität des 45 Halbleiter-Übergang ergibt.

pn-Übergangs wird durch die Fläche der Verarmungs- Wird Galliumarsenid als Halbleitermaterial ver-

zone, die sich aus den mit 2 a und 2 b bezeichneten wendet, so kann der Durchmesser der Vertiefung im

Teilen zusammensetzt, und durch den Abstand W₂ oben angegebenen Sinne so weit vergrößert werden,

bestimmt. Ein weiteres Anwachsen der Sperrspannung daß die Verarmungszone praktisch auf eine ebene

führt schließlich zu der durch die gestrichelte Linie 3 a 50 Fläche aufläuft, wobei als Materialschicht geringer

gezeigten Lage. Hier werden alle Ladungsträger, die Leitfähigkeit halbisolierendes Galliumarsenid dienen sich vorher zwischen der Fläche 2b und der Kante der kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Kapazitätsdioden, wie sie aus der USA.-Patentschrift Patentansprüche: 2 991 371, F i g. 1, bekannt sind, entsteht die Kapazi tätsänderung nur durch die Ausbreitung der Ver-

1. Kapazitätsdiode mit einer bei einer . vor- armungszone, während deren Fläche konstant bleibt, gegebenen Spannung erfolgenden unstetigen Kapa- 5 Aus der deutschen Auslegeschrift 1 075 745 ist es zitätsänderung, bestehend aus einem Halbleiter- zur Vermeidung dieses Nachteils bereits bekannt, körper mit einem pn-übergang, zugehöriger Ver- auch die Fläche der Verarmungszone zu verändern, armungszone und zwei Kontaktelektroden, wobei was dadurch geschieht, daß der Querschnitt einer zur Änderung der Fläche der Verarmungszone im Zone des Halbleiterkörpers in Ausbreitungsrichtung Halbleiterkörper eine Vertiefung angeordnet ist, io der Verarmungszone kleiner wird.

dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- Eine andere Möglichkeit zur Behebung des genannten

tief ung mit einer Materialschicht (9) geringer Leit- Nachteils besteht nach Fig. 2 der USA.-Patent-

fähigkeit ausgekleidet ist. schrift 2 991 371 darin, den Halbleiterkörper mit einer

2. Kapazitätsdiode'.: nach Anspruch 1, dadurch Vertiefung zu versehen, auf die die Verarmungszone gekennzeichnet, daß sich die Bodenfläche der 15 aufläuft.

Vertiefung planparallel zur Fläche des pn-Über- Bei beiden Lösungen tritt jedoch die Schwierigkeit

gangs erstreckt,;:;.... _; auf, daß die an die Oberfläche des Halbleiterkörpers

3. Kapazitätsdiode nach Anspruch 1, dadurch vordringende Verarmungszone dort durch Oberflächengekennzeichnet, daß die Bodenfläche der Vertiefung effekte gestört wird.

eben ist und zur Fläche des pn-Übergangs geneigt 20 Der Einfluß dieser Oberflächeneffekte wird nach der

verläuft. genannten USA.-Patentschrift dadurch verhindert,

4. Kapazitätsdiode nach Anspruch 1, dadurch daß mittels einer dritten Elektrode, an die eine zusätzgekennzeichnet, daß die Bodenfläche der Ver- liehe Steuerspannung angelegt wird, eine weitere tiefung zum pn-Übergang konvex verläuft. Verarmungszone erzeugt wird, auf die die erste

5. Kapazitätsdiode nach Anspruch 1, dadurch 25 Verarmungszone aufläuft. Der Nachteil dieses Lösungsgekennzeichnet, daß die Bodenfläche der Ver- weges besteht jedoch darin, daß eine weitere Elektrode tiefung zum pn-Übergang konkav verläuft. am Halbleiterkörper anzubringen ist, so daß ein drei-

6. Kapazitätsdiode nach Anspruch 1, dadurch poliges Bauelement entsteht/Somit ist es aber nicht gekennzeichnet, daß die Bodenfläche der Ver- mehr möglich, die einfachen und aus Hochfrequenztiefung in der Weise abgestuft ausgebildet ist, 30 gründen sehr vorteilhaften Gehäuse mit axial gegendaß jede Stufe vom pn-Übergang unterschiedlich überliegenden Zuleitungen zu verwenden, sondern es weit entfernt ist.·- müssen andere, wesentlich komplizierter aufgebaute

7. Kapazitätsdiode nach einem der Ansprüche 1 und somit aufwendigere Gehäusearten verwendet bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ver- werden.

tief ung auskleidende Materialschicht (9) aus einer 35 Aufgabe der Kapazitätsdiode nach der Erfindung

Schicht dielektrischen Materials besteht. ist es ebenfalls, eine Weiten- und Flächenänderung

8. Kapazitätsdiode nach einem der Ansprüche 1 der Verarmungszone mit der Spannung zu gewährbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Material- leisten, so daß sich eine empfindliche und beeinflußbare schicht (9) aus halbisolierendem Galliumarsenid Kapazitätsänderung bei angelegter Spannung ergibt, besteht. 40 die jedoch die störenden Oberflächeneffekte nicht mehr

9. Kapazitätsdiode nach einem der Ansprüche 1 aufweist.

bis 8, dadurch gekennzeichnet,;daßidie Vertiefung! ;.·]:■■ Bei einer Kapazitätsdiode mit einer bei einer vorzur Erhöhung der mechanischen Festigkeit mit gegebenen Spannung erfolgenden unstetigen fcapazi-Isoliermaterial (10) ausgefüllt ist. tätsänderung, bestehend aus einem Halbleiterkörper

45 mit einem pn-Übergang, zugehöriger Verarmungszone und zwei Kontaktelektroden, wobei zur Änderung

der Fläche der Verarmungszone im Halbleiterkörper

eine Vertiefung angeordnet ist, wird die erwähnte

-, _r, ,,.^.,.rp„. . r. ,ir · 1,1 .,Aufgäbe demgegenüber in grundsätzlich anderer

Kapazität'sdiodW'werden in großem Mäße in pari- 50 'Weise erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vermetrischen Verstärkern, harmonischen Oszillatoren tiefung mit einer Materialschicht geringer Leitfähigkeit und anderen Schaltungen benutzt, ebenso als ver- ausgekleidet ist. Die erfindungsgemäße Kapazitätsänderbare Kondensatoren.. Die wichtige Eigenschaft diode ist somit ein zweipoliges Bauelement wie die dieser Bauelemente besteht darin, daß sich die Kapa- üblichen Kapazitätsdioden auch,
zität des Überganges^ mit der angelegten Spannung 55 Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun an ändert. Dieser Effekt wird bei anliegender Sperr- Hand der in der Zeichnung dargestellten Figuren spannung durch die Ausbreitung der Verarmungszone beschrieben.

des pn-Überganges oder der Verarmungszone eines F i g. 1 zeigt im Schnitt den Aufriß eines Paares

Metall-Halbleiter-Überganges hervorgerufen. Bei ei- von Kapazitätsdioden nach der Erfindung;
nem abrupten, harten Übergang hat die Ausbreitung 60 F i g. 2 zeigt zur Erläuterung der Funktionsweise der Verarmungszone eine Kapazität C zur Folge, die vergrößerte Ansicht einer der Dioden der F i g. 1; die sich umgekehrt proportional zur Quadratwurzel F i g. 3 zeigt die Kapazitäts-Sperrspannungscharak-

der angelegten Spannung U ändert. Bei einem weichen teristik einer Kapazitätsdiode nach der Erfindung.
Übergang ist die Kapazität C umgekehrt proportional Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wurde eine

zu U^lk Diese Abhängigkeit kann zur Erzeugung 65 Scheibe 1 aus stark dotiertem n-Silicium, d. h. n⁺-Silivon harmonischen Schwingungen verwendet werden. cium, auf welchem eine dünne Schicht 2 aus schwach Die kleine und schwache Kapazitäts-Spannungs- dotiertem n-Silicium epitaktisch aufgebracht ist, mit Abhängigkeit ist nicht ideal hierfür. In üblichen einer Schicht 3 aus Siliciumoxyd versehen, das als