DE1564145C3 - Kapazitätsdiode - Google Patents
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Description
3 ■ 4 .
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 2a 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 Aa 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 Bodenfläche der Vertiefung Form eines ringförmigen Kontaktes 6, der die p-Zone 4 kann mit einer passivierenden Schicht 9 aus Silicium- umgibt.
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 Bodenfläche 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 μΐη
material 10, wie die rechte Diode in F i g. 1 zeigt, dicken n+-Zone 1 eine Dicke von 20 μπι 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 μηα aufweist, so ist die Weite der Raumladungszone
Schneiden oder Brechen entlang der gestrichelten 25 bei 0 Volt Sperrspannung 0,6 μπι. 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 Bodenfläche der Vertiefung, und die
Der pn-Übergang entspricht der ausgezogenen Linie /. 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 2a und 2b 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 (9)
1. Kapazitätsdiode mit einer bei einer vor- armungszone, während deren Fläche konstant bleibt,
gegebenen Spannung erfolgenden unstetigen Kapa- . 5 Aus der deutschen Äuslegeschrift 1075 745 ist es
zitätsänderung, bestehend aus einem Halbleiter- zur Vermeidung dieses Nachteils bereits bekannt,
körper mit einem pn-Ubergang, 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
tiefung mit einer Materialschicht(9) geringer Leit- Nachteils besteht nach Fig. 2 der USA.-Patentfähigkeit
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 zusätz-,
gekennzeichnet, 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 35 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-Ubergang 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.
tiefung 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, daß die Vertiefung Bei einer Kapazitätsdiode mit einer bei einer vor-
zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit mit gegebenen Spannung erfolgenden unstetigen Kapazi-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
v Aufgabe demgegenüber in grundsätzlich anderer
Kapazitätsdioden werden in großem Maße in para- 50 Weise erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vermetrischen
Verstärkern, harmonischen Oszillatoren tief ung 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.
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 . Fig. 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 Fig. 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-
nem abrupten, harten Übergang hat. die Ausbreitung 60 Fig. 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
Übergang ist die Kapazität C umgekehrt proportional Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wurde eine
zu U'I-k 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
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