DE1564790A1

DE1564790A1 - Spannungsabhaengiger Halbleiterkondensator

Info

Publication number: DE1564790A1
Application number: DE1966S0107544
Authority: DE
Inventors: Hofmeister Dr Ernst; Siebertz Dr Karl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-12-22
Filing date: 1966-12-22
Publication date: 1970-01-08
Also published as: SE318336B; FR1562881A; GB1193356A; AT274170B; DE1564790C3; US3506888A; DE1564790B2; CH474852A; NL6710921A

Description

Spannungsabhängiger Halbleiterkondensator

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen spannungsabhängigen Halbleiterkondensator, bei dem die Kapazität durch die Raumladungszone von in Sperrichtung vorgespannten pn-Ü.bergängen gebildet wird, welche durch Zonen des einen Leitungstyps in einem Halbleiterkörper des anderen Leitungs— gebildet werden.

Es ist bekannt, die spannungsabhängige, in der Raumladungszone eines pn-Übergangs lokalisierte Kapazität als steuerbaren Kondensator auszunutzen. Für die Anwendung solcher Kondensatoren, beispielsweise in Hochfrequenz - Tunern oder parametrischen Verstärkern, ist eine starke Abhängigkeit der

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Kapazität von der angelegten Spannung erwünscht.

Zur Vergrößerung der Spannungsabhängigkeit, d.h. nit anderen TTorten des KapazitÜtshubs, mir de bei bekannten opannungs abhängigen Kondensatoren der genannten Art das Gebiet des Halbleiterkörpers, in dem der pn-übergang mit seiner Hausladungszono lokalisiert ist, geometrisch so ausgebildet, Aafi die Rauoladungezono bei Anwachsen der anliegenden Spannung in ein Gebiet geringeren Querschnitts hinoinataot. Da die Kapazität von in Spcrrichtung betriebenen pn-übergängen oü wachsender Sperrspannung abnimmt — dioo ist eine Gesetz-B&llgkeit, welche für die Kapazität cineo pn-übergang· grundsätzlich gilt — ergibt sieh durch die Abnahme doo Querschnitt« eine weitere Kapazitätsverringerung. Das läßt sich anschaulich so erklären, daß man für den pn-übergang ein Plattenkondensator-Modell zugrunde legt, so daß sich also durch Verringerung des Querschnitte des Gebietes der Raunlaäungerone eine Verkleinerung der ^MPlattenflUchc^M ergibt;

Der Vergöfierung den KapazitUtshubs durch eine derartige Maßnahmt aind jedoch Grenzen gesetzt. Realisiert man beispielsweise den pn-Übergang in Form einer Mesadiode» so ergibt sich eine Querschnittsverninderung der pn-Ubergangsflücho, wenigsten* für eine Seite des pn-übergangs von selbst, da sieh der Querschnitt des Hesaberges nach ober, verringert. Soll jedoch bei einer solchen Diode die Spannungsabhüngigkeit bzw. cir· K&pMitätshub grcß gemacht werden, so muß der Anotlcgsv/irJeel de« Jfeeaberges klein werden. Der Herstellung von Hesa-Dioden ':■:/. ■;:;;"·; 9Ο-9002>ΐ$"7ί - _BAD original ■'-....- ·■■■/■. - 3 -

nit kleinen Anstiegswinkoln deo Me saber go ο otehen jedoch tcchnologieche Schwierigkeiten entgegen« weil nämlich die Ätzung solcher Strukturen kaum möglich ist.

Ee let auch weiterhin bereite vorgeschlagen worden« bei der Herstellung von kapazltutenbildenden pn-Ubergängen Dotierungegradienten vorzusehen, welche die Spannungaabhängigkcit über das Spannungeabhangigkeitegesetz für abrupte pn-übergUnge hinaus erhöht.

Dabei ist es möglich, die gegenüber der erstgenannten Methode vorteilhafte Planartechnik anzuwenden. So ergibt sich jedoch dabei der Nachteil, daß der Dotierungsgradient mit einer Erhöhung des Bahnwideratandes verbunden ist, so daß der YerluBtffinkel des Xondensators verschlechtert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen spannungeabhtingigen Halbleiterkondensator mit gegenüber bekannten spannungsabhängigen Halbleiterkondensatoren erhöhter 8pannungsabhangigkeit der Kapazität anzugeben, wobei gleichzeitig eine technologisch einfache Herstellung Möglich ist *

Bei einem spannungsabhUngigen Halbleitcrkondenaator, bei dem die Kapazität durch die Raumladungezonc von in Sperrichtung vorgespannten pn-tJbergUngen gebildet wird, ist genäß der Erfindung vorgesehen, daß in einem Halbleiterkörper des einen Leitunge^ype oio Vielzahl von Zonen deo anderen Lcitung»- sacli Art von Planarclementen rasterförnig angeordnet

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sind, daß der Abstand der rasterfömig angeordneten Zonen so gewählt ist, daß ein Zusammenwachsen der einzelnen Bereiche der Raualadungszonen der pn-Ubergängo bei Anlegen oiner Betriebsspannung αυΓritt und daß die pn-Ubergängc elektrisch parallel geschaltet sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich auο der nachfolgenden Beschreibung von Ausfiihrungobeiöpiolen an Hand der Figuren.

Figur 1 zeigt einen Halbleiterkörper 1 eines Iioitungstypo, in dem mittels Diffusion durch eine Maske eine Zone 2 des anderen Leitungstyps erzeugt ist. Durch diese Konfiguration wird ein pn-übergang gebildet, welcher einen zur Oberfläche 3 des Halbleiterkörper 1 parallelen Teil 5 und einen zur Oberfläche 3 senkrechten Teil 4 aufweist. Dio Zone 2 sei nun durch Diffusion durch ein quadratischen Fenster hergestellt, wobei der Teil 5 des pn-Ubergangs die Breito α und der Teil 4 die Eindringtiefe b besitzt. Wird nun an diesen pn-übergang . eine Sperrspannung angelegt, so ergibt sich eine Aufr/oitung der Rftualadungszone, welche durch eine gestrichelte Linie 6 symbolisiert ist.

Die Gesamtfläche des pn-Ubergangs, welche dio Kapazität bestirjst, ergibt sich bei den angegebenen Maßen zu:

F₀ = a² + 4ab

Bei der als Folge der Sperrspannung auftretenden Vergrößerung ■ · 909882/0971 _{6AD 0B},_GIN,_L

der Raümladungszone wächst die Seitenlange un 2 Δ>α und die Eindringtiefo um Ab. Dabei kann angenommen werden, daß Δa ungefähr gleich ^b ist.

Be„'irxen sich nun wie im Ausführungsbeispiol nach Pigur und 5 (wobei Pigur 2 eine Draufsicht auf den HalbleiterkOAU.ir.sator und Pigur 3 einen Querschnitt durch diesen zsigt ei.',-. Vielzahl von Zonen 2 im Halbl eiterkb'rper 1, deren üaste atr.--and c betrugt und werden die so gebildeten pn-Übergänge elektrisch parallel geschaltet, so ergibt sich für die Gesa:, "-uche von η parallel geschalteten pn-tJbergangsflachen;

P_0n = η . (a .+ 4 ab)

Wird nun der Rasterabatand c gemäß der Erfindung so gewählt, da2

c<2 Ak a

ist, dann verschwinden bei Anlegen der Sperrspannung die Seitenflächen der eindiffundierten Zonen. Zur Gesamtfläche tragen da/./, nurmehr die parallel zur Oberfläche liegenden pn~^bergangateile bei.

Naοη Verschwinden der Seitenflächen gilt dann für die Gesamtfläche

P_n = η . (a +

Zur normalen Kapazitätsvariation durch Verbreiterung der

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Sperrschicht kommt also noch eine aue der um etwa 4 η * ab resultierende Kapazitätsverringerung hinzu.

Dio Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine Ausführungsform beschrenkt, bei der die durch die Zonen 2 gebildeten pn-llbergänge quadratisch ausgebildet sind. V-oL-meh-' können die pn-Übergänge rechteckförmig, kamm'- bzw. mäanjerförraig, halbkugel- oder halbzylinderförraig ausgebildet sein. Dabei werden die entsprechenden Diffusionsfenster quadratisch, rechteckförmig bzw. kreisförmig ausgebildet.

Ein Ausfiihrungsbeispiel mit Halbzylinderstruktur ist in Pi^ur 4 im Querschnitt dargestellt, wobei gleiche Elemente wie in den übrigen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versohsr. 3_.d, Bei Parllelschaltungdar Einzel-pn-Übergängo ^I und Α.'Ίί<5βη einer Sperrspannung wachsen die Raumladungszonen ebenfalls zusammen, wie dies durch die gestrichelte Linie 46 dargestellt ist. Auch dabei ergibt sich ersichtlich eine Verminderung- der zur Kapazität beitragenden Gesamtfläche iuvd eine- daraus resultierende Vergrößerung des Kapazitätshubs der Ge seilanordnung.

Die angegebenen Strukturen sind- durch an sich bekannte Maskierungs- und Diffusionstechriiken, wie sie in der Planartechnik allgemein zur Anwendung kommen, herstellbar.

können auch in an sich bekannter VTeise spezielle Dotierungsverteilungen auf beiden Seiten der pn-übergang**

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vorgesehen werden un bestimmte Eigenschaften wie beispiels~ v/eise einen geringen Verlustwinkel eine bestimmte funktionale " Abhängigkeit der Kapazität von der angelegten Spannung zu erzielen. Dies kann insbesondere durch Dotierungsgradienten . Höherdotierung von p-loitenden Gebieten gegenüber -n-loiter.-den Gebieten usw. erfolgen.

6 Patentansprüche 4 Pigurcn

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Claims

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Patentansprüche

l. Spannungsabhängiger Halbleiterkondensator, bei dem die * Kapazität durch die Raumladungszono von in Sperrichtung vorge spannt ei pn-Ubergängen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Halbleiterkörper des einen Leitungstyps eine Vielzahl von Zonen des anderen Leitungstyps nach Art von Planarolementen rasterförnig angeordnet sind» d£.*j cic-r Abstand der rasterförmig angeordneten Zonen so gezahlt ist, daß ein Zusammenwachsen der einzelnen Bereiche der Raumladungszonen der pn-Übergängc bei Anlegen einer Sperrspannung auftritt und daß die pn-Übergänge elektrisch parallel geschaltet sind.
2. HalV-üiterkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zonen des anderen Leitungatypo ausgebildeten pn-tjbergüngo quadratisch ausgebildet sind.
^. Halbleiterkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zonen des anderen Leitungstyps ausgebildeten pn-"Ubergange rechteckförmig ausgebildet sind. ·
t . Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zonen des anderen Leitungstyps ausgebildeten pn-Übergünge kamm bzw. mäanderförraig ausgebildet sind. $
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zonen des anderen Leitungstyps ausgebildeten • ■» Ul-.1* on ⁹⁰⁹⁸⁸²Z⁰⁹⁷¹ ..„_<.,., BADORIGINAL

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pn-Übergänge,halbkugelföriaig.ausgebildet sind.

β. Ilalbleiterkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zonen des anderen Leitimgotyps ausgebildeten pn-Übergänge halbK.ylindrisch ausgebildet sind.

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