DE1803883A1

DE1803883A1 - Durch mindestens zwei abstimmbare Kapazitaetsdioden gesteuerte elektrische Anordnung

Info

Publication number: DE1803883A1
Application number: DE19681803883
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Gernot Oswald; Dr Rer Nat Hugo Ruechardt; Dipl-Phys Wolfgang Wenzig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1968-10-18
Publication date: 1970-05-27
Also published as: US3657609A; JPS499916B1; AT300144B; GB1244926A; FR2021035A1; NL6913942A; SE354375B; CH507592A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 18.0!'J. 1958 «

' Berlin und München V/ittelsbacherplatz 2

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Durch mindestens zwei abstimmbare Kapazitätsdioden ge-

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Die Erfindung beschäftigt sich mit elektrischen Anordnungen, welche durch abstimmbare Kapazitätsdioden und diese mit Sperrspannung beaufschlagenden Mitteln gesteuert werden. Beispielsweise kann es sich um zwei Hochfrequenzverstärkerstufen eines Hochfrequenzverstärkers mit kapazitiver Abstimmung handeln, bei dem die kapazitiven Abstimmmittel in Form zweier regelbarer Kapazitätsdioden vorge-

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geben sind. Der für die Abstimmung des Verstärkers wichtige Gleichlauf oder Parallellauf der Kapazitätswerte dieser Dioden wird in der Hauptsache durch schaltungstechnische Maßnahmen erzielt, die nicht Segenstand der vorliegenden Erfindung sind. Es lassen sich aber auch zusätzlich zu solchen Maßnahmen bezüglich des Aufbaus der Abstimmdioden Maßnahmen treffen, welche im Sinne einer Verbesserung des mit sehaltungstechnischen Mitteln erreichbaren Gleichlaufs bzw. Parallellaufs wirksam sind*

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch mindestens zwei abstimmbare Kapazitätsdioden und die diese- Dioden mit abstimmbarer Sperrspannung beaufschlagenden Mittel gesteuerte elektrische Anordnung, welche erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die in an sich bekannter V/eise in einem einzigen Halbleiterkristall vereinigten Kapazitätsdioden als gemeinsamen Bestandteil eine an einer Plachseite des Halbleiterkristalles erzeugte Oberflächenzone mit einer mindestens in der Hauptsache parallel zur ebenen Halbleiteroberfläche verlaufenden Grenze zum Halbleiterkristall aufweisen, in die als der andere Bestandteil der Kapazitätsdiodan simultan erzeugte Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp eingelassen sind, und daß diese eingelassenen Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp derart über die freie Gesamtoberfläche der Oberflächenzone angeordnet und den einzelnen Abstimrndioden zugeordnet sind, daß in jedem Quadrat von höchstens 20 ?* der Gesamtoberfläche der Oberflächenzone mindestens ein Teil des wirksamen pn-Überganges jeder der vorgesehenen Abstimmdioden liegt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine durch mindestens zwei abstimmbare Kapazitätsdioden und dicgrJio'se- Dioden mit abstimmbarer Sperrspannung beaufschlagenden"Mittel

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gesteuerte elektrische Anordnung, welche erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die in an sich bekannter V/eise in einem einzigen Halbleiterkristall vereinigten Kapazitätsdioden als gemeinsamen Bestandteil eine an einer Plachseite des Halbleiterkristalles erzeugte Oberflächenzone mit einer mindestens in der Hauptsache parallel zur ebenen Halbleiteroberfläche verlaufenden Grenze zum Halbleiterkristall aufweisen, in die als der andere Bestandteil der Kapazitätsdioden eine Anzahl von Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp mit einer Gesamtfläche P eingelassen sind, und daß diese eingelassenen Zonen derart dicht über die Gesamtfläche P.verteilt und den vorgesehenen Dioden zugeteilt sind, daß in jedem Quadrat von höchstens 20 $ der Gesamtfläche^ P mindestens ein Teil des ■wirksamen- pn-Uberganges jeder der vorgesehenen Abctimmdioden liegt.

Die erste dieser Maßnahmen dient der gleichen Verteilung' systematischer Fehler, welche mit der Herstellung der Oberflächenzone verbunden sind, die zweite dieser Maßnahmen hingegen dem Ausgleich der Wirkung von systematischen Fehlern, die mit der Herstellung der eingelassenen Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp verbunden sind.

Vorzugsweise bildet die Oberflächenzone, in die Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp eingelassen.sind, ein einziges in sich zusammenhängendes Gebilde, weil auf diese -V/eise am"besten die von der Erfindung behandelte Aufgabe gelöst wird. Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich deshalb nur auf diesen Pail. Um eine Oberflächenzone in einem Halbleiterkristall herzustellen, deren Grenze in der Hauptsache parallel zu einem ebenen Oberflächenteil eines Halbleitereinkristalls verläuft, kann man z. B. dotierende Atome aus der Gasphase in den

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Kristall an dem ebenen Oberflächenteil eindiffundieren, wobei äurch entsprechende Wahl der Dotierungsstoffe eine der lehre der Erfindung entsprechende, für das elektrische ferhalten der Anordnung wirksame Grenze gegenüber dem ursprünglichen Material des Halbleiterkristalls entsteht. Eine in vielen Fällen vorzunehmende Alternative hierzu bildet die Erzeugung der Oberflächenzone durch epitaktisches Abscheiden von dotiertem Halbleitermaterial aus der Gasphase, d. h. durch Aufdampfen oder thermische Umsetzung eines entsprechenden Reaktionsgases»

Die Grenze zwischen der Oberflächenzone und dem ursprünglichen Material des Halbleiterkristalls kann, wenn man eine besonders starke Entkopplung der Abstimmdioden haben möchte, ein pn-übergang sein» Dann muß aber die Oberfläehenzone durch Anbringen eines besonderen sperrfreien Kontaktes kontaktiert werden» Deshalb ist es in vielen · Fällen interessant« wenn das Material des Halbleitergrundkristalls den gllei chen Leitungstyp wie die Oberflächenzone besitzt, aber wesentlich höher als diese dotiert ist« Eine derartige Ilonfiguration kann man entweder durch Ausdiffundieren von Dotieruagsstoff aus dem hochdotierten Halbleitergrundkristall erzeugen« wenn man alle Stellen, an denen eine Ausdiffusion nicht erwünscht ist, mit- einer Diffusionsmaskierung versieht ο Wesentlich einfacher und zweckmäßiger ist es El)Cr₉ die niedrigdotierte Oberflächenzone durch Epitaxie aus der Gasphase aufzubringen.

In. dem zuletzt genannten Beispiel kann der Grundkristall als eine gemeinsame Anschlußelektrode für-" sämtlich© Kapazitätsdioden funktionieren» Aus diesem Grund ist auch in diesem Fall die Grenzfläche zwischen den beiden Bereichen für das elektrische ferhalten sämtlicher Dioden bedeutsam,,

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Die in die Oberfläehenzone eingelassenen, für die Fertigstellung und Individualität der einzelnen Dioden erforderlichen Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp werden zweckmäßig durch maskierte Diffusion eines aus der Gasphase dargebotenen, den entgegengesetzten leitungstyp zur einbettenden Oberfläehenzone erzeugenden Aktivators simultan erzeugt. Die Anordnung bzw. Bemessung dieser Zonen in der Oberfläehenzone wird entsprechend der Lehre der Erfindung durchgeführt. Beispiele hierfür geben die im folgenden beschriebenen Figuren 1-3 wieder.

In Pig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine der Erfindung genügende Diodenanordnung gezeigt. Der Grundkristall 1 ist an seiner Flachseite mit einer einbettenden Oberflä-· chenzone 2 vom einen Leitungstyp versehen, in die streifenförmige Oberflächenzonen 3> 3' vom entgegengesetzten Leitungstyp-ohne an den Grundkristall 1 zu gelangen-eingelassen sind. Die streifenförmigen Zonen verlaufen senkrecht zur Zeichenebene parallel zueinander und können sich gegebenenfalls über die gesamte Breite der Oberfläehenzone erstrecken, so daß die eingelassenen Zonen 3 gewissermaßen ein aus parallelen getrennten Streifen bestehendes Gitter bilden. Die Kontaktierung dieser vorzugsweise in gerader Anzahl vorliegenden Gitterstreifen 3* 3' erfolgt, indem jeweils die ungeraden Streifen 3 bzw« geraden Streifen 3' -jeweils elektrisch zusammengefaßt v/erden. Hierzu ist sowohl eine Kontaktierung mittels leitender Bahnen, die auf einen die Anordnung bedeckenden isolierenden Überzug aufgebracht sind, möglich.. Statt dessen ist, wie in der Zeichnung dargestellt, auch eine Kontaktierung mittels feiner Drähte 4 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise möglich. In diesem Beispiel sind zwei gleiche Abstimmdioden D,, D₂ gebildet. Die Befestigung dieser Drähte an der Halbleiteroberfläche bzw. an den die

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Zonen 3 leontaktierenden Elektroden kann in diesem Fall durch Thermokompression erfolgen. Die Bemessung und Anordnung der Streifen 3, 3¹ erfolgt im Einklang mit der erfindungsgemäßen Lehre, wobei dafür zu sorgen ist, daß in jedem Quadrat von höchstens 20 fo der freien Gesamtoberfläche der Oberflächenzone mindestens ein Teil des v/irksamen pn-Übergangs jederder vorgesehenen Abstimmdioden D-, , Dp liegt. Die Streifen 3» 3' müssen also genügend dicht angeordnet sein, um der Lehre der Erfindung zu entsprechen. Insbesondere gilt dies für den Fall, daß mehrere Dioden gebildet werden sollen.

Um die Wirkung der Erfindung verständlich zu machen, wird auf die Existenz sogenannter systematischer Fehler in den in konventioneller Weise hergestellten Anordnungen hingewiesen. Solche Fehler sind auch bei integrierten Anordnungen möglich. Beispielsweise kann die Stärke der Oberflächenzone 2 bzw. die Diffusionstiefe unterschiedlich sein. Erfahrungsgemäß sind diese Fehler nicht statistisch verteilt, sondern v/erden beim Fortschreiten in einer Richtung in zunehmendem Maße betont. Y/enn nun bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 die die einzelnen Dioden bildenden Zonen 3 einigermaßen gleichmäßig über die Halbleiteroberfläche der Zone 2 verteilt sind, so nehmen beide Dioden auch einigermaßen gleichmäßig an den Auswirkungen derartiger systematischer, Fehler/.. teil. Sie können sich also nicht mehr entscheidend auf eine der Dioden allein auswirken .

Neben der in Fig. 1 zur Anv/endung gelangenden "gitterartigen" Anordnung der eingelassenen Oberflächenzonen 3,3' ' können diese auch ähnlich den Feldern eines Schachbretts in der in Fig. 2 dargestellten Weise in der Oberflächenzone 2 angeordnet sein. Die Zonen 3 entsprechen wiederum

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der einen, die Zonen 3* wiederum der anderen Mode. Sie werden wiederum durch außerhalb des Halbleiters angeordnete Kontaktierungsmittel zusammengefaßt,

Eine dritte Möglichkeit ist, daß sich die den einzelnen Moden zugeordneten Oberflächenzonen 3, 3¹ in der in Fig. 3 gezeigten Weise verzahnen, wobei für eine genügend große Höhe der einzelnen Zähne bzw. deren genügend dichte Anordnung zu sorgen ist.

Im Hinblick auf exakten Gleichlauf der Kapazitätsfunktionen der Abstimmdioden wird man für eine gleiche Bemessung der den einzelnen Abstimmdioden zugeordneten Oberflächenzonen sorgen. Yfiinscht man statt eines Gleichlaufs einen Parallellauf (z. B. wenn die eine Diode den Oszillator, die andere Mode den Mischkreis eines Überlagerungsempfängers steuert), so wird man die den einzelnen Dioden zugeordneten Oberflächenzonen entsprechend unterschied- lieh bemessen. Man wird aber dennoch darauf achten, daß im Einklang mit der erfindungsgemäßen Lehre die den Dioden zugeordneten Oberflächenzonen einigermaßen gleichmäßig über die Gesamtfläche verteilt sind.

Als weitere Ausgestaltung empfiehlt es sich, dafür zu sorgen, daß der Gesamtumfang der den einzelnen Dioden zugeordneten eingelassenen Zonen zu der zugehörigen Gesamtfläche jener Zonen für alle Dioden den gleichen Wert hat. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß der Einfluß der Randteile der pn-Übergänge auf die Spannungsabhängigkeit der Diodenkapazität anders verläuft als die der zentralen ebenen Teile.

8 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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1.) Durch mindestens zwei abstimmbare Kapazitätsdiodcn und die diese Dioden mit abstimmbarer Sperrspannung beaufschlagenden Mittel gesteuerte elektrische Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter V/eise in einem einzigen Halbleiterkristall vereinigten Kapazitätsdioden als gemeinsamen Bestandteil eine an einer Flachseite des Halbleiterkri-■ stalls erzeugte Oberflächenzone mit einer mindestens * in der Hauptsache parallel zur ebenen Halbleiteroberfläche verlaufenden Grenze zum Halbleiterkristall au'fv/eisen, in die als der andere Bestandteil der Kapazitätsdioden simultan erzeugte Zonen von entgegengesetztem Leitungstyp eingelassen sind, und daß diese eingelassenen Zonen von entgegengesetztem Leitungs-typ derart über die Gesamtoberfläche der Oberflächenzone angeordnet und den einzelnen Abstimmdioden zugeordnet sind, daß in jedem Quadrat von höchstens 20 $ der Gesamtoberfläche der Oberflächenzone mindestens ein Teil des v/irksamen pn-Übergangs jeder der vorgesehenen Abstimmdioden liegt.

2.) Anordnung nach Anspruch 1,.dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzone eine ganze Flachseite eines scheibenförmigen einkristallinen Halbleiterkörpers, insbesondere aus Silicium, bedeckt, in der die eingebetteten Zonen durch Diffusion nach der Planartechnik erzeugt sind.

3.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzone durch Epitaxie auf einem stärker dotierten Substrat vom gleichen Leitungstyp erzeugt ist.

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4.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindestens einer der Kapazitätsdioden zwei eingebettete Zonen gehören.

.5.)-Anordnung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß die eingebetteten Zonen der Kapazitätsdioden gegenseitig verzahnt sind.

6.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl eingebetteter Zonen vorgesehen und diese zur Hälfte auf die zwei vorgesehenen Kapazitätsdioden verteilt und über die Oberfläche der Oberflächenzone schachbrettartig verteilt sind.

7.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei ungleicher Größe oder Form der zu jeder der vorgesehenen Kapazitätsdioden gehören den eingebetteten Zonen die Gesamtrandlänge für alle vorgesehenen Kapazitätsdioden in gleichem Verhältnis zur jeweiligen Gesamtfläche steht.

8.) Durch mindestens zwei abstimmbare Kapazitätsdioden und die diese Dioden mit abstimmbarer Sperrspannung beaufschlagenden Mittel gesteuerte elektrische Anordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise in einem einzigen Halbleiterkristall vereinigten Kapazitätsdioden als gemeinsamen Bestandteil eine an einer Flachseite des Halbleiterkristalles erzeugte Oberflächenzone mit einer mindestens in der Hauptsache parallel zur ebenen Halbleiteroberfläche verlaufenden Grenze zum Halbleiterkristall auf v/eisen, in

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die als der andere Bestandteil der Kapazitätsdioden eine Anzahl von Zonen von entgegengesetztem leitungstyp mit einer Gesamtfläche P eingelassen sind, und daß diese eingelassenen Zonen derart dicht über die Gesamtfläche P verteilt und den vorgesehenen Dioden zugeteilt sind, daß in jedem Quadrat von höchstens 20 $> der Gesamtfläche P mindestens ein Teil des v/irk-• samen pn-Überganges jeder der vorgesehenen Abstimmdioden liegt.

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