DE1639453B2

DE1639453B2 - CAPACITY BRIDGE ARRANGEMENT

Info

Publication number: DE1639453B2
Application number: DE19681639453
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. 7101 Erlenbach; Wallis Detlev 7107 Bad Friedrichshall Szpak
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-02-27
Filing date: 1968-02-27
Publication date: 1972-07-27
Also published as: DE1639453A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kapazitätsbrückenanordnung, wie sie beispielsweise als Modulator für sinen Gleichspannungsverstärker verwendet «5 wird.The present invention relates to a capacitance bridge arrangement, as used, for example, as a modulator for sinen DC voltage amplifiers «5 will.

Es ist bereits eine Kapazitätsbrückenanordnung für einen Modulator bekannt, bei der die in Serie geschalteten Kapazitäten des einen Brückenzweiges ausA capacitance bridge arrangement for a modulator is already known in which the series-connected Capacities of one bridge branch

zwei gegensinnig geschalteten Sperrschichtkapazitätsdioden bestehen, Zwischen den beiden Dioden ist eine Mittelanzapfung vorgesehen, durch die die HaIbleiteranordung in zwei, von der an der Halbleiteranordnung anliegenden Gleichspannung abhängigen Teilkapazitäten aufgeteilt wird. Jede von einer Sperrschichtdiode erzeugte Teilkapazität weist eine Spannungsabhängigkeit auf, die, bezogen auf die Kapazitätsachse, symmetrisch zu der Spannungsabhängigkeit der anderen Teilkapazität ist. Die beiden in Serie geschalteten Kapazitäten des anderen Brückenzweiges bestehen aus spannungsunabhängigen Festkapazitäten. (Siemens Technische Mitteilungen, Halbleiter Nr. 1-6300-084.)two junction capacitance diodes connected in opposite directions exist, a center tap is provided between the two diodes through which the semiconductor arrangement in two, depending on the DC voltage applied to the semiconductor device Partial capacities are divided. Each partial capacitance generated by a junction diode has a voltage dependency which, based on the capacitance axis, is symmetrical to the voltage dependence the other partial capacity is. The two series-connected capacities of the other bridge branch consist of voltage-independent fixed capacities. (Siemens Technical Notes, Semiconductors No. 1-6300-084.)

Die bekannten Sperrschichtkapazitätsdioden weisen im Halbleiterkörper einen pn-Ubergang auf. Wenn dieser pn-übergang in Sperrichtung betrieben wird, bildet sich am pn-Ubergang eine ladungsträgerfreie Raumladungszone aus, deren Ausdehnung mit zunehmender Sperrspannung anwächst. Die Raumladungszone bildet das Dielektrium der Kapazität. Bei diesen bekannten Kapazitätsdioden ergibt sich somit der größte Kapazitätswert bei einer Sperrspannung, die ger&de so groß ist, daß das Halbleiterbauelement nicht in den Durchlaßbereich gelangt. Das Halbleiterbauelement weist die kleinste Kapazität bei einer Sperrspannung auf, die nur geringfügig unter der Duiehbruchspannung liegt.The known junction capacitance diodes have a pn junction in the semiconductor body. if If this pn junction is operated in the reverse direction, a charge carrier-free is formed at the pn junction Space charge zone, the expansion of which increases with Reverse voltage increases. The space charge zone forms the dielectric of the capacitance. With these known capacitance diodes thus results in the largest capacitance value at a reverse voltage, the is just so large that the semiconductor component does not get into the pass band. The semiconductor component has the smallest capacitance at a reverse voltage that is only slightly below the Duiehbruch stress lies.

Derartige Kapazitätsdioden sind für eine Kapazitätsbrückenanordnung nur begrenzt geeignet, da die Spannungsabhängigkeit dieser Bauelemente keinen zur Kapazitätsachse symmetrischen Verlauf aufweist, sondern nur mit negativen bzw. positiven Gleichspannungen betrieben werden können. Außerdem können Sperrschichtkapazitätsdioden nur in dem zwischen der Durchlaßspannung und der Durchbruchspannu g liegenden Sperrspannungsbereich eingesetzt werden.Such varactor diodes are for a capacitance bridge arrangement only suitable to a limited extent, since the voltage dependency of these components does not show a symmetrical curve to the capacitance axis, but can only be operated with negative or positive DC voltages. Also can Junction capacitance diodes only in the area between the forward voltage and the breakdown voltage g lying reverse voltage range can be used.

Ferner sind bereits Kapazitätsbauelemente bekannt die aus einem Halbleiterkörper bestehen, der mit vom Halbleiterkörper durch Isolier- bzw. Siliziumoxidschichten getrennten Metallbelägen versehen ist (USA.-Patcntschrift 3 094 671).Furthermore, capacitance components are already known which consist of a semiconductor body with the from Semiconductor body is provided with metal coatings separated by insulating or silicon oxide layers (U.S. Patent 3,094,671).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kapazitätsbrückenanordnung anzugeben, bei der die in Serie geschalteten Kapazitäten des einen Brückeniiweigs durch eine einfache und leicht herstellbare Halbleiteranordnung gebildet werden.The present invention is based on the object of specifying a capacitance bridge arrangement, in which the series-connected capacities of one bridge branch through a simple and easy one manufacturable semiconductor arrangement are formed.

Bei einer Kapazitätsbrückenanordnung, bei der die in Serie geschalteten Kapazitäten des einen Brücken zweigs von einer Halbleiteranordnung gebildet werden, die eine zum Abgleichzweig führende Mittelanzapfung aufweist, durch die die Halbleiteranordnung in zwei, von der an der Halbleiteranordnung anliegenden Gleichspannung abhängigen Teilkapazitäten aufgeteilt wird, wobei jede Teilkapazität eine Spannungsabhängigkeit aufweist, die, bezogen auf die Kapazitätsachse, symmetrisch zu der Spannungsabhängigkeit der anderen Teilkapazität ist, und bei der die beiden in Serie geschalteten Kapazitäten des anderen Brükkenzweigs durch spannungsabhängige Festkapazitäten gebildet werden, besteht daher die Erfindung dar* in, daß die Halbleiteranordnung aus einem Halbleiterkörper eine3 Leitfähigkeitstyps besteht, der auf diner Oberflächenseite mit einer Isolierschicht bedeckt ist, auf der zwei flächengleiche Metallkontakte angeordnet sind, während die der Isolierschicht gegen* überliegende Oberflächenseite des Halbleiterkörpers mit einem als Mittelanzapfung dienenden weiteren, großflächigen, nichtsperrenden Metallkontakt versehen ist,
Bei einer weiteren geeigneten Ausführung ist er-In a capacitance bridge arrangement in which the series-connected capacitances of one bridge branch are formed by a semiconductor arrangement which has a center tap leading to the balancing branch, through which the semiconductor arrangement is divided into two partial capacitances dependent on the DC voltage applied to the semiconductor arrangement, each Partial capacitance has a voltage dependency which, based on the capacitance axis, is symmetrical to the voltage dependency of the other partial capacitance, and in which the two series-connected capacitances of the other bridge branch are formed by voltage-dependent fixed capacitances, the invention therefore consists in that the semiconductor arrangement consists of a semiconductor body of a conductivity type, which is covered on the surface side with an insulating layer on which two metal contacts of the same area are arranged, while the surface opposite the insulating layer is te of the semiconductor body is provided with a further, large-area, non-blocking metal contact serving as a center tap,
In another suitable version, it is

findungsgemäß vorgesehen, daß die Halbleiteranordnung aus einem Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps besteht, der auf seinen beiden, einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten mit je einer Isolierschicht bedeckt, ist, auf denen je ein flächenhafter Metallkontakt angeordnet ist, während der Halbleiterkörper mit einem dritten, nichtsperrenden, als Mittelanzapfung dienenden Anschlußkontakt versehen ist.According to the invention, it is provided that the semiconductor arrangement consists of a semiconductor body of one conductivity type which, on both of its, one another opposite surface sides each covered with an insulating layer, on each of which a flat Metal contact is arranged, while the semiconductor body with a third, non-blocking, is provided as a center tap serving connection contact.

Die Brückenanordnung besteht aus zwei ZweigenThe bridge arrangement consists of two branches

mit je zwei in Reihe geschalteten Kapazitäten. Die beiden Zweige selbst sind parallel geschaltet. Unter Abgleichzweig wird der Ausgang des Modu'ators verstanden, dessen Pole r'-rch die Verbindungsstellen zwischen den beiden, jtweils in Serie geschalteten Kapazitäten gebildet werden.each with two capacitors connected in series. The two branches themselves are connected in parallel. Under The balancing branch is understood to be the output of the modulator, whose poles r'-rch are the connection points between the two capacitances, which are connected in series.

Als Halbleitermaterial für die Halbleiteranordnung mit einem spannungsabhängigen Kapazitätswert eignet sich beispielsweise Silizium wobei dann die Isolierschichten vorteilhafterweise aus Siliziumoxyd oder Siliziumdioxyd bestehen. Die Erfindung wird im weiteren an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben.Suitable as a semiconductor material for the semiconductor arrangement with a voltage-dependent capacitance value For example silicon, in which case the insulating layers are advantageously made of silicon oxide or Consist of silicon dioxide. The invention is explained in more detail below on the basis of several exemplary embodiments described.

F i g. 1 zeigt die Prinzipschaltung einer Kapazitätsbrückenanordnung in ihrer Verwendung als Modulator für einen Gleichspannungsverstärker.F i g. 1 shows the basic circuit of a capacitance bridge arrangement in their use as a modulator for a DC voltage amplifier.

Die F i g. 2 und 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Halbleiteranordnung, die die beiden spannungsabhängigen Kapazitäten des einen Brükkenzweiges umfaßt.The F i g. 2 and 3 show different embodiments of the semiconductor device which the two voltage-dependent capacities of a bridge branch includes.

An Hand der Fig. 4 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem sämtliche Kapazitäten der erfindungsgemäßen Brückenanordnung hergestellt werden können. 4, a method is described with which all capacities of the invention Bridge arrangement can be made.

Die F i g. 1 zeigt die KapazitätsbriickenanordnungThe F i g. 1 shows the capacitance bridge arrangement

mit den vier Kapazitäten C₁ bis C₁. Jeweils zwei Kapazitäten C₁ und C₂ bzw. C₁ und C₄ sind in Reihe geschaltet und bilden, bezogen auf die Eingangswechselspannung U_x, zwei parallelgeschaltete Brückkenzweige. Die Anschlüsse 1 und 3 an diese Brücken-with the four capacities C ₁ to C ₁ . In each case two capacitances C ₁ and C ₂ or C ₁ and C ₄ are connected in series and, based on the AC input voltage U _x , form two parallel-connected bridge branches. Connections 1 and 3 to this bridge

schaltung sind über Trennkondensaloren mit der Wechselspannungsquelle U_x verbunden. Wenn alle vier Kapazitäten gleich groß sind, erweisen sich die Ausgangselektroden 2 und 4 als spannungsfrei. Wird dagegen zwischen die Eingangselektroden 1 und 3 einecircuit are connected to the AC voltage source U _x via isolating capacitors. If all four capacitances are the same, the output electrodes 2 and 4 prove to be voltage-free. If, however, between the input electrodes 1 and 3 a

Gleichspannung angelegt, so verändert sich der Kapazitätswert der Kapazitäten C₁ und C₂ in Abhängigkeit von der anliegenden Gleichspannung. Die Brücke wird verstimmt, und zwischen den Ausgangselektroden 2 und 4 kann das amplitudenmodulierte Wechs'Istromsignal abgenommen werden.When DC voltage is applied, the capacitance value of the capacitances C ₁ and C _{2 changes} as a function of the applied DC voltage. The bridge is detuned and the amplitude-modulated alternating current signal can be picked up between the output electrodes 2 and 4.

Die F i g. 2 zeigt eine Halbleiteranordnung, die die beiden Kapazitäten C₁ und C₂ gemäß F i g. 1 ersetzt. Ein stark n+-dotierter Halbleiterkörper 5 weist auf seinen einander gegenüberliegenden Oberflächensei-The F i g. 2 shows a semiconductor arrangement which has the two capacitances C ₁ and C ₂ according to FIG. 1 replaced. A heavily n + -doped semiconductor body 5 has on its opposite surface side

⁶<> ten schwach dotierte Bereiche 6 und 7 auf. Diese schwach n-dotisrten Bereiche bestehen beispielsweise aus auf den Halbleiterkörper 5 aufgebrachten epitaktischen Schichten, die an ihrer Oberfläche mit Oxydschichten 8 und 9 abgedeckt werden. Auf den Oxyd ■ ⁶ <> th weakly doped areas 6 and 7. These weakly n-doped regions consist, for example, of epitaxial layers which are applied to the semiconductor body 5 and which are covered on their surface with oxide layers 8 and 9. On the oxide ■

6s schichten befinden sich je ein Metallbelag 10 bzw, 11, die einander gegenüberliegen und beispielsweise flächengleich sind. Der η+-leitende Halbleiterkörper 5 weist einen sperrschichtfreien Kontakt auf, der6s layers there is a metal coating 10 or 11, which are opposite one another and are, for example, the same area. The η + -conducting semiconductor body 5 has a barrier layer-free contact that

die Ausgangselektrode 2 bildet. Die beiden Metall- der Brücke erst beim Überschreiten einer Schwellbeläge 10 und 11 auf der Oxydschicht sind an die Gleichspannung am Bfückeneingang auftreten soll. Eingangselektroden 1 und 3 der Kapazitätsbrückert- Diese Schwellspannung wird durch den höchsten anordnung angeschlossen. Wenn zwischen die beiden Spannungswert bestimmt, bei dem die Kapazität der Metallbeläge 10 und 11 eine Gleichspannung U₁ S Halbleiteranordnung noch ihren maxialen Wert auf-(Fig. 1) angelegt wird, so weist das Teilbauelement weist. Eine Halbleiteranordnung, bei der die Oxydaus dem Belag 10 der Oxydschicht 8, dem schwach schichten so dotiert sind* daß der maximale Kapaziöotterten Halbleiterbereich 6 und dem stark dotierten tätswert sich gemäß Fig. 2c praktisch nur bei der Halbleiterkörper 5 einen Kapazitätsverlauf gemäß Spannung Null einstellt und bei wachsenden positiven der Funktion α in F i g. 2 b auf. Bei hohen negativen ia oder negativen Spannungen der Kapazitätswert stell Spannungen am Belag 10 werden alle Ladungsträger auf den minimalen Wert abfällt, ist besonders dann aus dem schwach dotierten Halbleiterbereich 6 ver- vorzuziehen, wenn bereits bei sehr kleinen negativen drängt, so daß der kleinste Kapazitätswert C_ml„ bei oder positiven Spannungen eine starke Amplitudenoptimalen Bedingungen durch die Dicke der Zone 6 modulation erwünscht ist.the output electrode 2 forms. The two metal bridges only when a swell layer 10 and 11 are crossed on the oxide layer are the DC voltage should occur at the bridge input. Input electrodes 1 and 3 of the capacitance jumper - This threshold voltage is connected by the highest arrangement. If a voltage value is determined between the two at which the capacitance of the metal coatings 10 and 11 a direct voltage U ₁ S semiconductor arrangement is still applied to its maximum value (FIG. 1), the component element has. A semiconductor arrangement in which the oxide from the coating 10 of the oxide layer 8 and the weakly layers are doped in such a way that the maximum capacitance otters semiconductor area 6 and the heavily doped ity value are practically only established in the semiconductor body 5 according to FIG with increasing positives of the function α in FIG. 2 b on. In the case of high negative voltages in general or negative voltages of the capacitance value substitute voltages on the coating 10, all charge carriers will drop to the minimum value; this is particularly preferable from the weakly doped semiconductor area 6 if even very small negative ones are important, so that the smallest capacitance value C. _ml " With or positive voltages, a strong amplitude-optimal conditions due to the thickness of zone 6 modulation is desired.

und der Oxydschicht 8 bestimmt wird. Bei einer gegen 15 Die Dotierung des Halbleiterkörpers S beträgt bei-and the oxide layer 8 is determined. In the case of about 15 The doping of the semiconductor body S amounts to two

NuIl gehenden Spannung werden Ladungsträger wie- spielsweise lOi» bis I020 Atome je cm», während dieCharge carriers such as 10i »to 1020 atoms per cm», while the

der in die Zone 6 zurückfluten können, bis die Raum- Bereiche 6 und 7 etwa 1O^1S bis 10·* Störstellen je cm*which can flow back into zone 6, until the space areas 6 and 7 about 10 ^1S to 10 * * imperfections per cm *

ladungszone ganz verschwunden ist und die maxi- aufweisen.charge zone has completely disappeared and the maxi- show.

male Kapazität C_mnxt die durch die Dicke der Da die Kapazitätsänderung bei einer Halbleiter-Oxydschicht bestimmt ist, erreicht wird. Die Steilheit *o anordnung nach den Fig. 2b und 2c zwischen dem des Überganges zwischen dem maximalen und dem maximalen und dem minimalen Kapazitätswert sehr minimalen Kapazitätswert wird durch die Dotierung steil verläuft, reichen bereits sehr kleine Gleichspandes Bereiches 6 und durch die Feldverteilung über nungsänderungen aus, um eine ausgeprägte Amplitudem Oxyd bestimmt. Wenn die Oxydschicht derart demnodulation am Ausgang der Anordnung zu erziedotiert ist, daß sich unter der Oxydschicht ein Ver- as len. Hierbei ist es gleichgültig, ob die anbiegende artnungsbereich an Ladungsträgern ausbildet, so wird Gleichspannung positiv oder negativ ist, da die die der Übergang zwischen dem kleinsten und dem groß- Kapazitäten C₁ und C₂ (F i g. 1) bildende Halbleiterten Kapazitätswert zu positiven Spannungen hin ver- anordnung einen von der Gleichspannung abhängischoben, da der Verarmungsbereich erst durch post- gen Kapazitätsverlauf aufweist, der symmetrisch zur tive Spannungen kompensiert werden muß, bevor die 30 Kapazitätsachse ist. Durch eine phasenempfindliche maximale Kapazität erreicht wird. Wird die Oxyd- Gleichrichtung der Ausgangswechselspannung kann schicht dagegen derart dotiert, daß sich unter ihr ein jedoch die jeweilige Phase der Eingangsgleichspan-Anreicherungsbereich an Ladungsträgern ausbildet, nung festgestellt werden. _Male capacitance C mnxt which is achieved by the thickness of the Since the change in capacitance in a semiconductor oxide layer is determined. The steepness * o arrangement according to FIGS. 2b and 2c between that of the transition between the maximum and the maximum and the minimum capacitance value, the very minimum capacitance value is steep due to the doping, even very small DC spandes area 6 and the field distribution via voltage changes are sufficient to a pronounced amplitudem Oxyd determined. If the oxide layer is demodulated too ore-doped at the output of the arrangement in such a way that there is a loss under the oxide layer. It does not matter whether the bending area forms on charge carriers, so DC voltage is positive or negative, since the _{semiconductor capacitance value forming the transition between the smallest and the large capacitances C 1} and C ₂ (Fig. 1) increases Positive voltages are shifted depending on the DC voltage, since the depletion area only shows a capacitance curve due to postgen, which must be compensated symmetrically to the tive voltages before the capacitance axis is. A phase-sensitive maximum capacity is achieved. On the other hand, if the oxide rectification of the output AC voltage is doped in such a way that an accumulation of charge carriers is established under it, however, the respective phase of the input DC voltage accumulation area is formed.

so wird der Übergang zwischen der kleinsten und der Die Fig. 3a zeigt eine weitere Ausführungsform größten Kapazität zu negativen Spannungen hin ver- 35 der die Kapazitäten C₁ und C₂ ersetzenden Halbleischoben. da durch die Anreicherung von Ladungs- teranordnung. Der hoch dotierte, η+-leitende Halbträgern in dem schwach dotierten Bereich 6 bei klei- leitergrundkörper 5 weist wieder auf seiner einen nen negativen Spannungen die Ausbildung einer Oberflächenseite eine schwach dotierte, n-leitende, ladungsträgerfreien Raumladungszone nicht mehr vorzugsweise epitaktische Schicht 6 auf, die mit einer möglich ist. 40 Oxydschicht 8 bedeckt ist. Die Oxydschicht ist, wieThus the transition between the smallest and the largest capacitance is shifted towards negative voltages of the semiconductors replacing _{the capacitances C 1} and C _2. because of the enrichment of the charge ter arrangement. The highly doped, η + -conducting half-carrier in the weakly doped area 6 in the case of the small conductor base body 5 again has, on one of its negative voltages, the formation of a weakly doped, n-conductive, charge carrier-free space charge zone no longer preferably an epitaxial layer 6, which is possible with one. 40 oxide layer 8 is covered. The oxide layer is how

Die zweite Teilkapazität der Halbleiteranordnung auch bei der bereits beschriebenen HalWeiteranordnach Fig. 2a besteht aus dem Belag 11, der Oxyd- nung, vorzugsweise dünner als 1 um. Auf der Oxydschicht 9. dem schwach dotierten Halbleiterbereich 7 schicht sind zwei, vorzugsweise flächengleiche Metall- und dem Halbleiterkörper 5. Dieses Teilbauelement beläge 12 und 13 angeordnet deren Anschlußdrähte weist über der Spannung einen Kapazitätsverlauf b 45 die Eingangselektroden 1 und 3 bilden. Der Halblei-(F i g. 2 b) auf, der dem zur Kapazitätsachse symme- tergrundkörper S ist mit einem sperrschichtfreien frischen Verlauf der Funktion α entspricht. Durch die Metallkontakt 14 versehen, der die eine ^usgangs-Addition der Kehrwerte der beiden Funktionen α elektrode 2 für die amplitudenmodulierte Spannung und b gelangt man zur Summenkapazität gemäß dem bildet Wird zwischen die beiden Beläge 12 und 13 Funktionsverlauf C. Danach ist die Gesamtkapazität 50 eine Gleichspannimg U_t (Fig. 1) gelegt, so wirkt die der in der Fig. 2 a dargestellten Halbleiteranordnung Halbleiteranordnung wie zwei gegensinnig in Serie bei der Spannung Null am größten und behält bei geschaltete Teilkapazitäten, die sich in Abhängigkeit kleinen negativen oder positiven Spannungen diesen von der an der Anordnung anliegenden Gleichspan-Wert bei. Bei größeren positiven oder negativen nung zu dem in der Fig. 3b dargestellten Funktions-Spannungen fällt der Kapazitätswert auf ein konstant 55 verlauf addieren. Bei der Spannung Null bzw. bei bleibendes Minimum ab. Der Spannungsbereich, in niederen negativen und positiven Spannungen (beidem die Kapazität ihren größten Wert aufweist kann spielsweise 0 bis 15 Volt) weist die Halbleiteranorddurch entsprechende Dotierung der Oxydschichten nung ihre maximale Kapazität auf, während bei einer verbreitert oder verkleinert werden. Als Dotierungs- bestimmten positiven und negativen Spannung die substanzen für das Oxyd eignet sich beispielsweise 60 Kapazität auf ihren minimalen Wert zusammenbricht Phosphor oder Bor. Die Dicke der schwach dotierten Halbleiterschicht 6The second partial capacitance of the semiconductor arrangement, also in the case of the already described HalWeiteranord according to FIG. 2a, consists of the coating 11, the oxidation, preferably thinner than 1 μm. On the oxide layer 9. the lightly doped semiconductor area 7 layer are two, preferably equal-area metal and the semiconductor body 5. This sub-component linings 12 and 13 are arranged whose connecting wires have a capacitance curve b 45 over the voltage, the input electrodes 1 and 3 form. The semi-conductor (FIG. 2 b), which corresponds to the basic body S symmetrical to the capacitance axis, with a fresh course of the function α free of barrier layers. Provided by the metal contact 14, which forms the one output addition of the reciprocal values of the two functions α electrode 2 for the amplitude-modulated voltage and b , one arrives at the total capacitance according to the function curve C between the two linings 12 and 13 C. Thereafter, the total capacitance is 50 A DC voltage U _t (Fig. 1) is placed, the semiconductor arrangement shown in Fig. 2a acts like two oppositely directed in series at the voltage zero at the largest and retains with switched partial capacitances, which are dependent on small negative or positive voltages this from the DC voltage applied to the arrangement. In the case of a greater positive or negative voltage to the functional voltages shown in FIG. 3b, the capacitance value falls to a constant curve. If the voltage is zero or if the minimum remains. The voltage range, in low negative and positive voltages (in which the capacitance has its highest value, for example 0 to 15 volts), the semiconductor device exhibits its maximum capacitance through appropriate doping of the oxide layers, while in one it is widened or reduced. A suitable doping-specific positive and negative voltage of the substances for the oxide is, for example, 60 capacitance to its minimum value collapses phosphorus or boron

Eine Halbleiteranordnung nach der Fig. 2a, die wird, wie anch bei den anderen HalblerteranoTdnun-A semiconductor arrangement according to Fig. 2a, which is, as also with the other half-teranoTdnun-

einen von der anliegenden Gleichspannung abhängigen gen, vorzugsweise zwischen 1 und 5 um gewählta gene dependent on the applied direct voltage, preferably selected between 1 and 5 μm

Funktionsverlauf des Kapazitätswertes nach der Bei den beschriebenen HalbleiteranordmmgenFunctional curve of the capacitance value according to the case of the semiconductor arrangements described

Kurve c in der Fig. 2b aufweist, ist für eine als 65 kann an Stelle eines n+-dotierten Halbleitergrund-Curve c in Fig. 2b is for one as 65 can instead of an n + -doped semiconductor base-

Gleichspannungsmodulator eingesetzte Kapazitäts- körpers, der auf einer oder auf beiden Qberflächen-DC voltage modulator used capacitance body, which is on one or both of the surface

brückenanordnung besonders dann geeignet, wenn Seiten schwach dotierte Bereiche aufweist auch einBridge arrangement particularly suitable when the side also has weakly doped areas

eine amplitudenmodulierte Spannung am Ausgang Halbleiterkörper verwendet werden, der über seineman amplitude-modulated voltage can be used at the output of the semiconductor body, which is above its

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ganzen Querschnitt eine schwache Dotierung zwi- Halbleiteranordnung kann nun beispielsweise au sehen 10'³ und 15¹⁵ Atome je cm³ aufweist. Hier- einem isolierenden Trägerkörper so befestigt werden durch wird jedoch der Serienwiderstand der Halblei- daß die auf dem Trägerkörper befindlichen Leitbah teranordnung sehr groß, was sich vor allem beim Be- nen 32, 33 und 34 mit den zugeordneten Metallkon trieb der Brücke bei hohen Frequenzen nachteilig S takten 28,19 und 30 der Halbleiteranordnung elek ifi-swirkt. An Stelle n- bzw. n+-dotierter Halbleiter- Irisch in Verbindung stehen. Hierbei können die bei körper lassen sich in gleicher Weise auch p- bzw. den Leitbahnen 32 und 34 auf dem isolierenden Trä p+-leitende Halbleiterkörper einsetzen. Die Dotie- gerkörper miteinander kurzgeschlossen sein, rungsverhältnisse bei den beschriebenen Halbleiter- Eine derartige Halbleiteranordnung wird nun ge anordnungen können selbstverständlich variiert wer- ι« maß Fig. 4b vorzugsweise durch Ätzen senkrecht zi den. Als Isolierschichten können außer den Oxyden den die Metallkontakte tragenden Oberflächenseiter der Halbleitermaterialien auch andere Substanzen. in drei voneinander isolierte Bereiche separiert, vot wie beispielsweise Kunststoffe, Lacke, isolierende denen der eine den schwach dotierten Halbleiter Halbleiterverbindungen und dergleichen verwendet bereich umfaßt, während die beiden übrigen Bereich« werden. 15 auf der Isolierschicht einen Metallbelag, auf der ge An Hand der Fig. 4a und 4b wird ein Verfahren genüberliegenden Seite einen Metallkontakt aufwei erläutert, mit dem sich sämtliche Kapazitäten der sen. Dit beiden Teile 35 und 37 bestehen aus einen Kapazitätsbrückenanordnung gemäß Fig. 1 auf ratio- stark dotierten η -leitenden Halbleiterkörper. Benelle Weise herstellen lassen. Hierbei wird von einem trägt die Dotierung dieser Halbleiterkörper etwa 10" scark η'-dotierten Halbleitergrundkörper 21 ausge- ao bis 102" oder mehr Störstellen je cm-\ so ändert siel gangen, in dessen eine Oberflächenseite ein schwach die Kapazität dieser Bauelemente in Abhängigkei dotierter, η-leitender, wenige μηι dicker Bereich 22 von der an den Bauelementen anliegenden Gleicheingebracht wird. Dieser schwach dotierte Bereich spannung praktisch nicht. Die Kapazität der beider umfaßt vorzugsweise den zentralen Teil der genann- Teile 35 und 37 wird im wesentlichen durch die Dick« ten Halbleiteroberflächenseite und kann durch Dif- as der Oxydschicht bestimmt. Der Belag 24 des Bauelefusion hergestellt werden. Es ist auch möglich, auf mentes 35 wird mit dem Belag 25 des Bauelemente; einen stark dotierten Halbleitergrundkörper zunächst 36 kurzgeschlossen und bildet die Eingangselektine schwach dotierte Schicht epitaktisch abzuschei- trodel. Der Belag 26 wird mit dem Belag 27 kurzden und anschließend den Randbereich dieser geschlossen und bildet die Eingangselektrode 3. Dei schwach dotierten Schicht durch Eindiffusion wei- 30 den Halbleitergrundkörper kontaktierende Metall terer Störstellen stark zu dotieren und damit der Do- kontakt 29 bildet die Ausgangselektrode 2. während tierung des Halbleitergrundkörpers anzupassen. Die die miteinander kurzgeschlossenen Metallkontakte 2t den schwach dotierten Halbleiterbereich 22 aufwei- und 30 zu der Ausgangselektrode 4 führen. Bei dem sende Oberflächenseite wird anschließend mit einer Ätzen der Halbleiteranordnung können die Metall-Oxydschicht 23 versehen, auf die vier Metallbeläge 35 kontakte als Atzmasken verwendet werden. Somil 24. 25. 26 und 27 aufgebracht werden. Die genannten erhält man eine Kapazitätsbrückenanordnung gemäß Metallbeläge sind vorzugsweise flächengleich. Zwei der Fig. 1. wobei die Bauelemente 35 und 37 die dieser Beläge 25 und 26 befinden sich über dem Kapazitäten C₃ und C₄ ersetzen, während das Bauschwach dotierten Halbleiterbereich, während die bei- element 36 die spannungsabhängigen Kapazitäten C₁ den übrigen Beläge 24 und 27 über dem stark dotier- 40 und C₂ bildet. Die Separation der einzelnen Teilbauten Randbereich des Halbleiterkörpers angeordnet elemente gemäß Fig. 4b kann auch durch Ritzer sind. Auf die der Oxydschicht gegenüberliegende oder Brechen erfolgen. Eine andere Möglichkeit be-Oberflächenseite des Halbleitergrundkörpers werden steht darin, die einzelnen, η--dotierten Halbleiterdrei den Halbleitergrundkörper sperrschichtfrei kon- bereiche durch stark ρ--dotierte Bereiche voneintaktierende Metallkontakte 28. 29 und 30 auf ge- 45 ander zu isolieren. Eine Halbleiteranordnung nach dampft aufgedruckt, chemisch oder elektrolytisch ab- der F i g. 4 b läßt sich somit auf besonders einfache geschieden. Der Kontakt 29 liegt den beiden Belägen und in der Halbleitertechnik beherrschbare Weis« 25 und 26 gegenüber, während die übrigen Kontakte herstellen und stellt in integrierter Technik einen 28 und 30 jeweils einem der Beläge 24 und 27 gegen- Modulator hoher Empfindlichkeit für einen Gleichüberliegend angeordnet sind. Eine so ausgebildete 50 spannungsverstärker dar.Whole cross-section a weak doping between semiconductor arrangement can now see, for example, 10 ' ³ and 15 ¹⁵ atoms per cm ³ . In this way, however, the series resistance of the semiconductors is attached to an insulating support body so that the conductor arrangement located on the support body is very large, which is particularly evident in planes 32, 33 and 34 with the associated metal contact of the bridge at high frequencies disadvantageous S clocks 28, 19 and 30 of the semiconductor arrangement elek ifi-s. Instead of n- or n + -doped semiconductors, Irish are connected. In this case, the p- or the interconnects 32 and 34 on the insulating Trä p + -conducting semiconductor body can also be used in the same way. The doping bodies can be short-circuited to one another, in the case of the semiconductor arrangement described, arrangements can of course be varied in FIG. 4b, preferably by etching perpendicularly. In addition to the oxides, the surface side of the semiconductor materials carrying the metal contacts, other substances can also be used as insulating layers. separated into three areas isolated from one another, such as plastics, lacquers, insulating areas where one area uses the weakly doped semiconductor semiconductor compounds and the like, while the other two areas are ". 15 a metal coating on the insulating layer, on the ge. 4a and 4b, a method is explained on the opposite side aufwei a metal contact with which all capacities of the sen. The two parts 35 and 37 consist of a capacitance bridge arrangement according to FIG. 1 on ratio-heavily doped η -conducting semiconductor bodies. Have Benelle Way Manufactured. Here, the doping of these semiconductor bodies is carried out by about 10 "scark η'-doped semiconductor base bodies 21, ao to 102" or more imperfections per cm-so changes, in one surface side of which the capacitance of these components is weakly doped as a function , η-conductive, a few μm thick area 22 is introduced by the same lying on the components. This weakly doped area has practically no voltage. The capacitance of the two preferably comprises the central part of the named parts 35 and 37 is essentially determined by the thick side of the semiconductor surface and can be determined by the difference of the oxide layer. The lining 24 of the Bauelefusion are made. It is also possible to use Mentes 35 with the covering 25 of the structural elements; a heavily doped semiconductor base body is initially short-circuited 36 and forms the input selectins lightly doped layer to be epitaxially deposited. The coating 26 is shortened with the coating 27 and then the edge area of this is closed and forms the input electrode 3 . to adjust during the adjustment of the semiconductor base body. The metal contacts 2t, which are short-circuited to one another, have the weakly doped semiconductor region 22 and lead 30 to the output electrode 4. In the case of the transmitting surface side, the semiconductor arrangement can then be etched with the metal oxide layer 23, on which four metal coverings 35 contacts are used as etching masks. Somil 24. 25. 26 and 27 to be applied. The aforementioned one obtains a capacitance bridge arrangement in accordance with metal coverings which are preferably of the same area. Two of FIG. 1, with the components 35 and 37 replacing these deposits 25 and 26 above the capacitances C ₃ and C ₄ , while the weakly doped semiconductor area, while the two elements 36 replace the voltage-dependent capacitances C _{1 on} the remaining deposits 24 and 27 above the heavily doped 40 and C ₂ forms. The separation of the individual sub-structures in the edge region of the semiconductor body arranged elements according to FIG. 4b can also be by scribers. On the opposite or breaking of the oxide layer take place. Another possibility is to isolate the individual, η-doped semiconductor three areas from each other by heavily ρ-doped areas from interlocking metal contacts 28, 29 and 30. A semiconductor arrangement after being vapor-printed, chemically or electrolytically removed from the F i g. 4 b can thus be divorced in a particularly simple manner. The contact 29 is opposite the two surfaces and methods 25 and 26 that can be mastered in semiconductor technology, while the remaining contacts produce and represent an integrated technology 28 and 30 each one of the surfaces 24 and 27 against a modulator of high sensitivity for an equal arrangement . A voltage amplifier designed in this way represents 50.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Capacitance bridge arrangement, in which the series-connected capacitances of one bridge branch are formed by a semiconductor arrangement which has a leading to the balancing branch Has means tap through which the semiconductor arrangement in two, from the one on the semiconductor arrangement applied DC voltage dependent partial capacitance is divided, each Partial capacitance has a voltage dependency that is symmetrical with respect to the capacitance axis to the voltage dependence of the other partial capacitance, and in which the two in Series connected capacities of the other bridge branch by voltage-independent fixed capacitors are formed, characterized in that the semiconductor device consists of a semiconductor body of a conductivity type, which on one surface side with an insulating layer is covered, on which two metal coverings of the same area are arranged, while the surface side of the semiconductor body opposite the insulating layer with a further, large-area, non-blocking metal contact serving as a center tap is.

2. Capacity bridges in order, in which the series connected capacitors Jes a bridge branch are formed by a semiconductor arrangement which has a leading to the balancing branch Has central tap through which the semiconductor arrangement in two, of which on the semiconductor arrangement applied DC voltage dependent partial capacitance is divided, each Partial capacitance has a voltage dependency that is symmetrical with respect to the capacitance axis to the voltage dependence of the other partial capacitance, and in which the two in Series connected capacities of the other bridge branch by voltage-independent fixed capacitors are formed, characterized in that the semiconductor device consists of a semiconductor body of one conductivity type, the one on its two opposite surface sides, each with an insulating layer is covered, on each of which a flat metal coating is arranged, while the semiconductor body provided with a third, non-blocking connection contact serving as a center tap is.

3. Capacitance bridge arrangement according to claim I or 2, characterized in that the semiconductor body made of silicon and the insulating layers made of silicon oxide or silicon dioxide.

4. Capacitance bridge arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the semiconductor body is weakly doped and has about ΙΟ ¹³ to 1O ^IS imperfections per cubic centimeter.

5. Capacitance bridge arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the semiconductor body is heavily doped with the exception of a thin area under the oxide layer or layers.

6. capacitance bridge arrangement according to claim 5, characterized in that the strong

doped part of the semiconductor body lOis bj _s loan has imperfections per cubic centimeter,

7. capacitance bridge arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the lightly doped, thin layer under the oxide layer or layers is about 1 to 5 μΐη drk.

8. capacitance bridge arrangement according to claim 5, characterized in that the lightly doped, thin layer is formed epitaxially under the oxide layer or layers.

9. Use of a capacitance bridge arrangement according to one of the preceding claims as a modulator for a DC voltage amplifier.

10. capacitance bridge arrangement according to claim 1, characterized in that the two voltage-independent capacitances of the second bridge arm of heavily doped semiconductor bodies are formed, on one surface side of which an insulating layer is arranged which is a flat metal coating, while the surface side facing away from the insulating layer the semiconductor body is provided with a contact free of a barrier layer in each case.

11. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, characterized in that in a heavily doped semiconductor body a lightly doped semiconductor region is introduced from a part of a surface side is that this surface side is provided with an insulating layer on the four of the same area Metal coatings are applied, two of which are above the lightly doped semiconductor area located that on the back of the semiconductor body the fooled metal coverings opposing barrier layer-free metal contacts are applied that the semiconductor body perpendicular to the surface sides is separated into three mutually isolated areas, of one of which comprises the lightly doped semiconductor region, while the remaining regions have the insulating layer has a metal coating on the opposite side a metal contact, and that the four individual capacitances thus formed are connected to one another in the form of a bridge circuit linked.

12. The method according to claim 11, characterized in that that the separation takes place by etching or scratching and breaking.

13. The method according to claim 10, characterized in that that the three regions of the semiconductor body of one conductivity type by heavily doped regions of the other conductivity type from one another to be isolated.