DE2034717A1 - Tuning diode - Google Patents

Tuning diode

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DE2034717A1 DE19702034717 DE2034717A DE2034717A1 DE 2034717 A1 DE2034717 A1 DE 2034717A1 DE 19702034717 DE19702034717 DE 19702034717 DE 2034717 A DE2034717 A DE 2034717A DE 2034717 A1 DE2034717 A1 DE 2034717A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine hypersensitive Abstimmdiode, bei der der Kapazitätsverlauf in Abhängigkeit von der an die Diode angelegten Sperrspannung unter vorgegebenen Anforderungen optimiert ist. The invention relates to a hypersensitive tuning diode that of the capacitance curve as a function of that of the diode applied reverse voltage is optimized under specified requirements.

Hypersensitive Abstimmdioden mit einer großen Variation der Kapazität weisen unerwünschte Wendepunkte im Verlauf der Kapazität,, abhängig von der angelegten Sperrspannung, auf. Weiterhin zeigen derartige Dioden, die unter gleichen Bedingungen hergestellt wurden, große Streuungen in ihren Kapazitätswerten.Hypersensitive tuning diodes with a large variation in the Capacity have undesirable turning points in the course of the capacity, depending on the applied reverse voltage. Farther show such diodes operating under the same conditions were produced, large variations in their capacitance values.

Ein hypersensitiver Kapazitäts-Spannungsverlauf kann durch die Bildung eines pn-tJbergangs in einem Gebiet fallender Dotierung erreicht werden. Hierzu kann von einem Grundmaterial mit einer Dotierung des einen Leitungstyps ausgegangen werden. Beispielsweise ist die Verwendung von phosphordotiertem Silicium möglich. Es soll angenommen werden, daß die Dotierung dieses Grundmaterials NB sei. In dieses Grundmaterial werden in einer ersten Diffusion Dotierungssubstanzen eindiffundiert, die denselben Leitungstyp erzeugen, den das Grundmaterial schon zuvor besaß. Es ist also möglich, für diese erste Diffusion beispielsweise Phosphor zu verwenden. Durch eine zweite Diffusion mit einem Dotierstoff des anderen Leitungetyps wird in dem Gebiet fallender Dotierung der ersten Diffusion ein pn-übergang erzeugt. Beispielsweise ist es möglich, als Dotierstoff des anderen Leitungstyps Bor zu verwenden.A hypersensitive capacitance-voltage curve can be achieved by forming a pn-j junction in a region of falling doping. For this purpose, a base material with doping of one conduction type can be assumed. For example, the use of phosphorus-doped silicon is possible. Let it be assumed that the doping of this base material is N B. Doping substances are diffused into this base material in a first diffusion, which produce the same conductivity type that the base material already had before. It is therefore possible to use phosphorus, for example, for this first diffusion. A second diffusion with a dopant of the other line type produces a pn junction in the area of falling doping of the first diffusion. For example, it is possible to use boron as the dopant of the other conductivity type.

Die nach diesem Verfahren hergestellten bekannten Abstimmdioden haben die eingangs erwähnten ungünstigen Eigenechaften.The known tuning diodes produced by this method have the unfavorable properties mentioned at the beginning.

VPA 9/493/947 Kot/DxVPA 9/493/947 feces / Dx

10,9885/089410.9885 / 0894

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung hypersensitive Abstimmdioden anzugeben, bei denen diese negativen Eigenschaften durch Optimierung der Konstruktions- oder Designparameter im Rahmen des Möglichen vermieden werden. It is therefore an object of the present invention to be hypersensitive Specify tuning diodes in which these negative properties are avoided as far as possible by optimizing the construction or design parameters.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Halbleiterkörper mit einer Grunddotierungskonzentration N^ des einen Leitungstyps im Halbleiterkörper ein durch eine erste Diffusion mit einem Dotierstoff des einen Leitungstyps erzeugtes fallendes Dotierungsprofil aufweist, daß weiterhin im Halbleiterkörper eine durch eine zweite Diffusion erzeugte s'tark dotierte Zone des anderen Leitungstyps vorgesehen ist, derart, daß zwischen dem Bereich des einen Leitungstyps und der Zone des anderen Leitungstyps ein pn-übergang angeordnet; ist, daß bei gewünsch» ten WertenThis object is achieved in that a semiconductor body with a basic doping concentration N ^ of the one conductivity type in the semiconductor body by means of a first diffusion having a dopant of one conductivity type generated falling doping profile that continues in the semiconductor body a strongly doped zone of the other conductivity type generated by a second diffusion is provided, such that between A pn junction is arranged in the region of the one conduction type and the zone of the other conduction type; is that if you want » ten values

V2 + Vo V 2 + V o

A = ________ und r = C1ZC2 A = ________ and r = C 1 ZC 2

yi + Vo y i + V o

das Verhältnis W1Zz so gewählt ist, daß der Parameter a = I-g/l seinen maximal möglichen Wert aufweist, daß ΝΛζ höchstensthe ratio W 1 Zz is chosen so that the parameter a = Ig / l has its maximum possible value that Ν Λ ζ at most

12 " 2
2,84 . 10 cm beträgt, und daß die Fläche des pn-Übergangs möglichst klein ausgebildet ist, wobei ζ eine den Abfall des Dotierungsprofils kennzeichnende Größe mit der Dimension einer Länge, V die "offset"-Spannung, A den Spannungshub zwischen den beiden Spannungen V2 und Y1, r den Kapazitätshub zwischen ψ den beiden Kapazitäten C2 und C1, wobei C1 und C2 jeweils die Kapazitäten der Diode bei den Spannungen V1 und V2 sind, W1 die bei der Spannung V1 herrschende Raumladungsweite und N0 die nach Durchführung der ersten Diffusion an der Stelle des späteren pn-Übergangs herrschende Dotierungskonzentration bedeuten.
12 "2
2.84. 10 cm, and that the area of the pn junction is made as small as possible, where ζ is a parameter characterizing the drop in the doping profile with the dimension of a length, V the "offset" voltage, A the voltage swing between the two voltages V 2 and Y 1 , r is the capacitance swing between ψ the two capacitances C 2 and C 1 , where C 1 and C 2 are the capacities of the diode at voltages V 1 and V 2 , W 1 is the space charge width prevailing at voltage V 1, and N 0 denotes the doping concentration prevailing at the point of the later pn junction after the first diffusion has been carried out.

Durch die Erfindung werden unerwünschte Effekte im Kapazität©= Spannungsverlauf weitgehend vermieden. Die Kapassi tat Betreuungen von Diode zu Diode werden verringert» Weiterhin wird eine Vorhersage der technischen Realisierbarkeit bestimmter Anforde- The invention eliminates undesirable effects in the capacitance = Stress curve largely avoided. The Kapassi did care from diode to diode are reduced »Furthermore, a prediction of the technical feasibility of certain requirements is

"VPA 9/493/947 - - 3 -"VPA 9/493/947 - - 3 -

1QS886/Ö8S41QS886 / Ö8S4

rungen an das Bauelement ermöglicht. Schließlich können auf einfache Art und Weise Angaben über den Wert dieser sogenannten Design-Parameter gemacht werden.allows for stanchions to the component. Finally lets on a simple way of providing information about the value of these so-called design parameters.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Parar meter a ^ 6,1 . 10 ist.A further development of the invention is that the Parar meter a ^ 6.1. 10 is.

Durch diese Wahl des Parameters a läßt sich erreichen, daß im Kapazitäts-Spannungsverlauf keine Wendepunkte auftreten.By this choice of the parameter a can be achieved that in Capacity-voltage curve no turning points occur.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispiels anhand der Figuren.Further features and details of the present invention emerge from the following description of an exemplary embodiment based on the figures.

EsIt zeigen:demonstrate: PigPig . 1:. 1: PigPig . 2:. 2: PigPig . 3:. 3: PigPig . 4:. 4:

Den Dotierungsverlauf einer Diode,The doping curve of a diode,

Eine Kapazitäts-Spannungskurve,A capacitance-voltage curve,

Schwankungen der Kapazitätswerte,Fluctuations in capacity values,

Die Abhängigkeit des Parameters a von f«/z,The dependence of the parameter a on f «/ z,

Fig. 5 u. 6; Diagramme zur Ermittlung der bestmöglichen Design-Parameter bei vorgegebenen Werten von A und r.Figures 5 and 6; Diagrams to determine the best possible design parameters with given values of A and r.

In der Figur 1 ist die Abhängigkeit der Dotierungskonzentration N in einem Halbleiterkörper von der Ortskoordinate χ dargestellt. Das Halbleitergrundmaterial weist die Dotierung Hfi auf. Durch die erste Diffusion wurde ein Gebiet fallender Do- " tierung erzeugt, dessen Verlauf mit N (1-a) e 'B angenommen wird. W bedeutet dabei die Raumladungskoordinate. Durch die zweite Diffusion wurde ein abrupter pn-Übergang mit einer Dotierung N.—^-o^ gebildet. Es wird angenommen, daß das in der Figur links von x. liegende Gebiet stark p-dotiert und das rechts davon liegende Gebiet η-dotiert ist. Dies hat zur Folge, daß bei Anlegung einer Sperrspannung die Raumladungszone sich nur in das η-leitende Gebiet mit der von der ersten Diffusion herrührenden fallenden Dotierung ausbreitet. Für dieses Dotie-FIG. 1 shows the dependence of the doping concentration N in a semiconductor body on the spatial coordinate χ. The semiconductor base material has the doping H fi . Through the first diffusion an area falling Do- generated "orientation, the course of which is assumed to be N (1-a) e 'B. W here means the Raumladungskoordinate. By the second diffusion was an abrupt pn junction with a doping N. - ^ o ^ formed It is believed that the p-doped left of x lying area strongly in the figure and the area to the right of lying η-doped As a result, upon application of a reverse voltage, the space charge zone... propagates only into the η-conductive area with the falling doping originating from the first diffusion.

VPA 9/493/947 - 4 -VPA 9/493/947 - 4 -

109885/06.94109885 / 06.94

rungsprofil kann in ausreichender Näherung ein exponentieller Verlauf angenommen werden:With a sufficient approximation, an exponential course can be assumed:

(1) N(W) = ΝΏ + N (1-a) e"W/e (1) N (W) = Ν Ώ + N (1-a) e " W / e

Die Raumladungskoordinate W zählt dabei vom pn-übergang x. aus. Der Wert vonThe space charge coordinate W counts from the pn junction x. the end. The value of

(2) a=NB/N0 (2) a = N B / N 0

ist ein für die Herstellung der Abstimmdiode wesentlicher Parameter. N ist die Dotierungskonzentration, die von der ersten »Diffusion an der Stelle x. erzeugt wird, bevor die zweite Diffusion durchgeführt wird. Die Steilheit des durch die zweite Diffusion erzeugten Dotierungsprofils wird durch die Größe ζ gekennzeichnet. Beispielsweise ändert sich für N ^> N-g bei einem Dotierungsprofil nach Gleichung (1) über der Strecke 2,3 ζ die Dotierung um eine Zehnerpotenz.is an essential parameter for the manufacture of the tuning diode. N is the doping concentration from the first »diffusion at point x. is generated before the second diffusion is performed. The steepness of the doping profile generated by the second diffusion is characterized by the quantity ζ . For example, for N ^> Ng, with a doping profile according to equation (1), the doping changes by a power of ten over the distance 2.3 ζ.

Bei einer Störstellenverteilung nach Gleichung (1) ergibt eine theoretische Ableitung folgenden Zusammenhang zwischen der anliegenden Sperrspannung V (positiv in Sperrichtung gerechnet) und der Raumladungsweite W:In the case of an impurity distribution according to equation (1), a theoretical derivation results in the following relationship between the applied Reverse voltage V (calculated as positive in reverse direction) and the space charge width W:

. (3) US. (V + V0) = 1/2 NBW2 + N0 (1-a) z2 (1 - (1+W/z) e"W/z). (3) US. (V + V 0 ) = 1/2 N B W 2 + N 0 (1-a) z 2 (1 - (1 + W / z) e " W / z )

Dabei bedeuten:Mean:

i-o = 8,86 . 10"* Asec/Vcm (absolute Dielektrizitätskonstante), t ist die relative Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials, welche für Silicium 12 beträgt,i- o = 8.86. 10 "* Asec / Vcm (absolute dielectric constant), t is the relative dielectric constant of the semiconductor material, which is 12 for silicon,

1Q
q = 1,6 . 10 Asec (elektrische Elementarladung), V0 ist die "offset"-Spannung und kann der Zeitschrift "JOURNAL OP APPLIED PHYSICS", Band 38, Nr. 5, Seiten 2148 - 2153 entnommen werden. In erster Näherung gilt Jn ~ 0,9 Volt + 0,12 Volt log10No/i0'
1Q
q = 1.6. 10 Asec (electrical elementary charge), V 0 is the "offset" voltage and can be found in the journal "JOURNAL OP APPLIED PHYSICS", Volume 38, No. 5, pages 2148-2153. As a first approximation, J n ~ 0.9 volts + 0.12 volts log 10 N o / i0 '

,17, 17th

VPA 9/493/947 - 5 -VPA 9/493/947 - 5 -

109886/0Θ94109886 / 0Θ94

Da die Raumladungaweite W mit der Kapazität C durch die Beziehung Since the space charge width W with the capacity C by the relationship

(4) G =(4) G =

verbunden ist, wobei F die Fläche des pn-Übergangs bedeutet, ist bei bekannter Fläche F durch die Gleichung (3) auch der Zusammenhang zwischen der Kapazität C und der Spannung V gegeben. Eine Kapazitätsmessung in Abhängigkeit von der Spannung ist experimentell möglich, so daß die Gleichung (3) geprüft werden kann.is connected, where F is the area of the pn junction, If the area F is known, the relationship between the capacitance C and the voltage V is also given by equation (3). A capacitance measurement as a function of the voltage is experimental so that equation (3) can be checked.

In der Figur 2 ist an einem Beispiel das Prüfergebnis dargestellt. Die ausgezogene Kurve stellt dabei die experimentell aufgenommene Kapazitäts-Spannungskurve dar, während die Kreuze die Rechenwerte nach Gleichung (3) wiedergeben. Die Abweichungen sind kleiner als 10 ^S, so daß das theoretische Bild mit der angenommenen Dotierungsverteilung die tatsächlichen Gegebenheiten im fertigen Bauelement gut wiedergibt. Hieraus kann geschlossen werden, daß die Gleichung (3) als Grundlage für weitere Überlegungen zur optimalen Bestimmung der Design-Parameter der Abstimmdiode herangezogen werden kann.The test result is shown in an example in FIG. The solid curve represents the experimentally recorded capacitance-voltage curve, while the crosses reproduce the calculated values according to equation (3). The deviations are smaller than 10 ^ S, so that the theoretical picture with the assumed doping distribution is a good representation of the actual conditions in the finished component. From this can it can be concluded that equation (3) serves as the basis for further considerations for the optimal determination of the design parameters the tuning diode can be used.

Es kann gezeigt werden, daß immer dann keine monoton fallende Kapazitäts-Spannungsabhängigkeit erhalten wird, sondern in dieser Kurve vielmehr zwei Wendepunkte auftreten, wenn der Parameter a < 6,1 . 10 J gewählt wird. Wie bereits erwähnt wurde, stören diese Wendepunkte beim fertigen Bauelement*. Es ist daher ein Wert a = 6,1 . 10 anzustreben.It can be shown that no monotonically falling capacitance-voltage dependency is obtained, but rather two turning points occur in this curve when the parameter a <6.1. 10 J is chosen. As already mentioned, these turning points interfere with the finished component *. It is therefore a value of a = 6.1. 10 to strive for.

Es kann weiterhin gezeigt werden, daß in der Fertigung unvermeidliche Streuungen des Konzentrationswertes N um Δ. N zu um so größeren Streuungen der Kapazität führen, je kleiner der Wert von a ist. Hierzu ist in der Fig. 3 der Faktor F1 der BeziehungIt can also be shown that in the manufacture inevitable scatter of the concentration value N by Δ. N lead to the larger the spread of the capacitance, the smaller the value of a. For this purpose, the factor F 1 of the relationship in FIG. 3

VPA 9/493/947 - 6 .-VPA 9/493/947 - 6 .-

109.885/0-6.9.4109.885 / 0-6.9.4

Δ C Λ W 4 N
·ν{ - — = F1 __£ mit F1 (W/z) =
Δ C Λ W 4 N
· Ν {- - = F 1 __ £ with F 1 (W / z) =

C W ■ N 'C W ■ N '

mit a als Parameter über der normierten Raumladungskoordinate W/z dargestellt. Für a wurden dabei die Werte 10 , 10" , 5 . 10"5 gewählt.with a as a parameter above the normalized space charge coordinate W / z. The values 10, 10 ", 5. 10" 5 were selected for a.

Um Wendepunkte zu vermeiden und um Kapazitätsstreuungen möglichst einzuengen, ist es, wie auch aus der Fig. 3 folgt, zweckmäßig, für a einen möglichst großen Wert zu wählen.In order to avoid turning points and to avoid capacity spreads as much as possible As can also be seen from FIG. 3, it is expedient to choose a value as large as possible for a.

Es ist nun zu prüfen, welcher maximale Wart von a überhaupt möglich ist, wenn folgende, üblicherweise an das Bauelement lh gestellte Forderungen zu erfüllen sind!It is now to be checked what maximum response of a is possible at all, if the following, usually on the component The demands made are to be met!

Zwischen den Spannungswerten V1 und V« soll der KapazitätshubThe capacity swing should be between the voltage values V 1 and V «

r = r =

C (V2)C (V 2 )

■ °1/02■ ° 1/2 0

betragen.be.

In Gleichung (3) wird einmal das Wertepaar T1, W1 und einmal das Wertepaar V2, W2 = r . W1 eingeführt und die beiden so er haltenen Gleichungen durcheinander dividiert. Es ergibt sich*In equation (3), the pair of values T 1 , W 1 and the pair of values V 2 , W 2 = r. W 1 introduced and the two equations thus obtained divided by one another. It results *

1/2 -L. (r X1)2 + f.(p X1) V9 +■ V 1-a 1 1 1/2 -L. (r X 1 ) 2 + f. (p X 1 ) V 9 + ■ V 1-a 1 1

(5) _£_JL = A =( 5 ) _ £ _JL = A =

_a_ 2 + f (x 1-a ' '_a_ 2 + f (x 1-a ''

wobei zur Abkürzung verwendet wurde:where the abbreviation was used:

(5a) X1 = W1A l (5a) X 1 = W 1 A l

(5b) f (X1) = 1- (1 + X1) . e"x1.(5b) f (X 1 ) = 1- (1 + X 1 ). e " x 1.

Mit A ist wieder der Spannungshub bezeichnet. Die Gleichung (5) läßt sich nach a/(1-a) auflösen-und liefertThe voltage swing is again designated by A. Equation (5) can be solved for a / (1-a) and yields

VPA 9/493/947 109885/0694 ' 7 ' VPA 9/493/947 109885/0694 ' 7 '

(6) a/(1-a) = (2/(r2-A))(6) a / (1-a) = (2 / (r 2 -A))

A fix.) - f(r X1)A fix. ) - f (r X 1 )

Bei vorgegebenen Werten von r und A gibt Gleichung (6) einen Zusammenhang zwischen a und X1. Dieser Zusammenhang ist in der Pig. 4 für zwei Wertepaare r, A dargestellt. Diese Wertepaare sind:
A = 6,8; r = 15 und A = 4,7; r = 15.
For given values of r and A, equation (6) gives a relationship between a and X 1 . This connection is in the Pig. 4 for two pairs of values r, A. These value pairs are:
A = 6.8; r = 15 and A = 4.7; r = 15.

Diese Kurven und selbstverständlich auch solche für andere Wertepaare r, A besitzen ein Maximum. Der Parameter X1 ist nun bei der Diodenkonstruktion so zu wählen, daß er dem Maximalwert a von a bei der betreffenden Kurve entspricht. Wird das mThese curves and of course also those for other value pairs r, A have a maximum. The parameter X 1 is now to be selected in the diode construction so that it corresponds to the maximum value a of a for the curve in question. Will the m

dem Maximum zugeordnete Wertepaar mit a_ und x| bezeichnet, so ergibt sich aus Gleichung (3), da zu X1 die Spannung V1 gehört:value pair with a_ and x | assigned to the maximum equation (3), since the voltage V 1 belongs to X 1:

(1 0)
(7) Noz2 = ; q — = K
( 1 0 )
(7) N o z 2 =; q - = K

ein fester Zahlenwert K für das Produkt N ζ . Bei der gewünschten Diode hat also dieses Produkt den festen Wert K. Trotzdem sind N0 und ζ selbst nicht frei wählbar, weil die Absolutwerte von NQ und ζ die Sperrspannung der Diode bestimmen. Nach IEE]B ••Transactions on Electron Devices", Band 10, Nr. 1, Januar 1963» | Seiten 44 - 51 muß das Produkta fixed numerical value K for the product N ζ. In the case of the desired diode, this product has the fixed value K. Nevertheless, N 0 and ζ themselves cannot be freely selected because the absolute values of N Q and ζ determine the reverse voltage of the diode. According to IEE] B •• Transactions on Electron Devices ", Volume 10, No. 1, January 1963" | Pages 44 - 51, the product must

(8) Noz g 2,84 . 1012 für 0,1 /um £■ ζ «= 1 /um(8) N o zg 2.84. 10 12 for 0.1 / um £ ■ ζ «= 1 / um

sein, wenn sichergestellt werden soll, daß die Sperrspannung so groß ist, daß das hyperabrupte Dotierungsprofil voll von der Raumladungszone erfaßt werden kann. Kombiniert man die Gleichungen (8) und (7), so folgt als Minimalforderungif it is to be ensured that the reverse voltage is so great that the hyperabrupt doping profile is full of the space charge zone can be detected. If you combine the Equations (8) and (7), then follows as a minimum requirement

3W für Ζϊ 3 W for Ζϊ

VPA 9/493/947 - 8 -VPA 9/493/947 - 8 -

109885/0694109885/0694

(9) ζ £(9) ζ £

2,84 . 1012 2.84. 10 12

Ba nur noch X1 = W1Zz frei wählbar ist, kann ζ oberhalb des Wertes ζ . beliebig gewählt werden. Mit wachsendem ζ steigt aber der Wert τοη W1. Mit steigendem W1 wächst nach Gleichung (4) die notwendige Fläche des pn-Übergangs der Diode» Es ist anzustreben, diese Fläche nicht unnötig groß ssu machen« Zweckmäßigerweise wird 'daher ζ mit einem gewissen Sicherheitsfaktor oberhalb τοη ζ . gewählt,, also beispielsweise ζ = 1,5If only X 1 = W 1 Zz can be freely selected, ζ can be above the value ζ. can be chosen at will. With increasing ζ , however, the value τοη W 1 increases . With increasing W 1, the necessary area grows according to equation (4) of the pn junction of the diode "It is desirable to make this surface is not unnecessarily large ssu" Conveniently, 'therefore ζ with a certain safety factor above τοη ζ. chosen, for example ζ = 1.5

Die Wahl eines möglichst kleinen Wertes von ζ und folglich nach Gleichung (8) eines möglichst großen Wertes τοη 1 sowie nach Gleichung (2) einer möglichst hohen G-runddotierung Ng = aN kommt der Forderung nach Erzielung einer großen Güte (öder eines kleinen Serienwiderst&ndes) der Kapazitätsdiode ebenfalls sehr entgegen» The choice of the smallest possible value of ζ and consequently, according to equation (8), the largest possible value τοη 1 and, according to equation (2), the highest possible G-round doping Ng = aN, meets the requirement to achieve a high quality (or a small series resistance) the varactor also very much against »

Nach der Festlegung toh ζ folgt aus Gleieirasg (7) der Wert I und damit nach Gleichung (2) IB = a™JL äie Grundkongentration des Ausgangsmaterials» Aus dem ebenfalls bekanntes Wert sergibt sich nach Gleichung (5a) die Eaumlaflwmgsweite zu W1 = x<|mia · 2β Daraus folgt dann "bei einer gewünschten Kapazität C1 aus Gleichung (4) die notwendige Fläche &<&τ DiodesAfter determining toh ζ follows Gleieirasg (7), the value I, and thus according to equation (2) I B = a ™ JL AEIE Grundkongentration of the starting material "From the likewise known value sergibt according to equation (5a) of the Eaumlaflwmgsweite to W 1 = x <| mia · 2β From this it follows "with a desired capacitance C 1 from equation (4) the necessary area &<& τ diodes

(10) F = ' 1 a _} 'm (10) F = ' 1 a _} ' m

Damit sind die Besign-Paramfeter für die Ab^tiEJmsioäe festge legt.The Besign parameters for the Ab ^ tiEJmsioäe are thus fixed lays.

Eine hohe Güte der Diode lcatm ©rreieht TOräsHj, wesm diese aus epitaktischen Scheiben besteht. Mr die Diek© dÄ«4 äer efitak»A high quality of the diode Icatm © rreicht TOrasHj, which is why it consists of epitaxial disks. Mr die Diek © d Ä « 4 äer efitak»

?PA 9Z493Z947? PA 9Z493Z947

tischen Schicht und Dotierung Ng.gilt..die Forderung:table layer and doping Ng.the requirement applies:

depi -xd +W2 =Xd + Γ * W1> d epi - x d + W 2 = X d + Γ * W 1>

Im folgenden wird die Erfindung noch an ,einem Zahlenbeispiel näher erläutert.In the following the invention is still to, a numerical example explained in more detail.

Es sei eine Abstimmdiode mit einem Kapazitätshub r = 15 zwischen V1 = 1 Volt und V2 = 12 Volt gefordert.A tuning diode with a capacity swing r = 15 between V 1 = 1 volt and V 2 = 12 volts is required.

Dann ist in erster Näherung νΛ = 0,9 Volt und A = 6,8. MitThen, as a first approximation, ν Λ = 0.9 volts and A = 6.8. With

-3 diesen Werten ergibt sich aus Pig. 4: am = 8,3 . 10 / bei x = 1,31. Pur V1 = 1 Volt folgt dann aus den Gleichungen (5a, 5b, 7) für K der Wert:-3 of these values results from Pig. 4: a m = 8.3. 10 / at x = 1.31. Pur V 1 = 1 volt then follows from equations (5a, 5b, 7) for K the value:

K= N0Z2 = 3,31 . 107 cm"1.K = N 0 Z 2 = 3.31. 10 7 cm " 1 .

Wird dieses Ergebnis in Gleichung (9) eingesetzt, so ergibt sich:If this result is inserted into equation (9), the result is:

21 · — 0·117 /USl21 · - 0 · 117 / USl

min ♦ ' /min ♦ '/

Es wird für ζ unter Einbeziehung des SicherheitszuschlagsIt is for ζ including the safety surcharge

gewählt: ζ = 0,176 /umchosen: ζ = 0.176 / um

Dann folgt: N„ = K/z2 = 1,07 . 1-017 cm~5.Then it follows: N “= K / z 2 = 1.07. 1-0 ~ 17 cm. 5

O Λ λ % O Λ λ%

Damit kann ΝΏ ermittelt werden: ΝΌ = &JS. =8,9 . 10 * em . υ υ m οWith this Ν Ώ can be determined: Ν Ό = & JS. = 8.9. 10 * em. υ υ m ο

Pur die Raumladungsweite ergibt sich mit Hilfe der Gleichung /, (5a) W1 = x1mz = 0,231 /um.Pur the space charge width results from the equation /, (5a) W 1 = x 1m z = 0.231 / µm.

Pur ein gefordertes C1 = 160 pP folgt aus Gleichung (10):Pur a required C 1 = 160 pP follows from equation (10):

P = 34,8 . 1Ό"4" cm2.P = 34.8. 1Ό " 4 " cm 2 .

Nach Ermittlung dieser Ausgangsdaten ist die Herstellung der Abstimmdiode möglich:Once this initial data has been determined, it is possible to manufacture the tuning diode:

VPA 9/493/947 -10 -VPA 9/493/947 -10 -

109885/0694109885/0694

In einem Silieium-Grundmaterial mit der DotierungIn a silicon base material with the doping

ΛΑ *^ζ ΛΑ * ^ ζ

Ng = 8,9 . 10 Phosphoratome/cm wird durch eine erste Diffusion ein fallendes Dotierungsprofil nach Gleichung (1)Ng = 8.9. 10 phosphorus atoms / cm is due to a first Diffusion a falling doping profile according to equation (1)

N(W) = 8,9 . 10U + 1,07 . 1017 (1 - 8,3 . 10~3) e~W/O'176 N (W) = 8.9. 10 U + 1.07. 10 17 (1 -. 8.3 ~ 10 3) ~ e W / O '176

erzeugt. Durch eine zweite Diffusion mit Bor wird eine stark p-dotierte Zone gebildet, derart, daß das in der Figur 1 dargestellte Dotierungsprofil mit den angegebenen Werten für N , Ng und ζ entsteht.generated. A heavily p-doped zone is formed by a second diffusion with boron in such a way that the doping profile shown in FIG. 1 with the specified values for N, Ng and ζ arise.

Die erfindungsgemäße Abstimmdiode weist keine Wendepunkte auf, da der Wert von a = 8,3 . 10"' größer ist als 6,1 . 10 . Weiterhin sind die Streuungen der elektrischen Eigenschaften verschiedener nach demselben Verfahren hergestellter gleicher Dioden gering.The tuning diode according to the invention has no turning points, since the value of a = 8.3. 10 "'is greater than 6.1. 10. Furthermore, the scattering of the electrical properties of different ones manufactured by the same process are the same Diodes low.

In den Figuren 5 und 6 sind noch Diagramme dargestellt, die eine schnelle Ermittlung von a und x^ bei vorgegebenen Werten von A und r erlauben* wenn r größer als 10 ist« Beispielsweise ergibt sich aus Pig. 5 für A = 6„8 und r = 15 sofort a = 8,3 · 10"" . Durch die gestrichelte Linie ist der Wert von a = 6,1 . 10 angedeutet, oberhalb von dem Wendepunkte im Kapazitäts-Spannungsverlauf der Diode vermieden werden nen. Aus Pig. 6 folgt für den Beispielsfall X1 = 1,31»FIGS. 5 and 6 also show diagrams which allow a and x ^ to be quickly determined for given values of A and r * if r is greater than 10. For example, Pig. 5 for A = 6 "8 and r = 15 immediately a = 8.3 · 10"". The dashed line shows the value of a = 6.1. 10 indicated, to be avoided above the turning point in the capacitance-voltage curve of the diode. From Pig. 6 follows for the example case X 1 = 1.31 »

6 Patentansprüche
6 Figuren
6 claims
6 figures

VPA 9/493/947 -11-VPA 9/493/947 -11-

109885/0694109885/0694

Claims (6)

PatentansprücheClaims C 1./Hypersensitive Abstimmdiode, bei der der Kapazitätsverlauf in Abhängigkeit von der an die Abstimmdiode angelegten Sperrspannung unter vorgegebenen Anforderungen optimiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper mit einer Grunddotierungskonzentration N-g des einen leitungstyps im Halbleiterkörper ein durch eine erste Diffusion mit einem Dotierstoff des einen Leitungstyps erzeugtes fallendes Dotierungsprofil aufweist, daß weiterhin im Halbleiterkörper eine durch eine zweite Diffusion erzeugte stark dotierte Zone des anderen Leitungstyps vorgesehen ist, derart, daß zwischen dem Bereich des einen Leitungstyps und der Zone des anderen Leitungstype ein pn-übergang angeordnet ist, daß bei gewünschten WertenC 1./Hypersensitive tuning diode, in which the capacitance curve optimized depending on the reverse voltage applied to the tuning diode under specified requirements is characterized in that a semiconductor body with a basic doping concentration N-g of the one type of conduction in the semiconductor body has a falling doping profile generated by a first diffusion with a dopant of one conductivity type, that a heavily doped zone of the other conductivity type produced by a second diffusion is also provided in the semiconductor body, in such a way that between the area of the one line type and the zone of the other line type a pn junction is arranged that when desired Values Λ 2. und r = Λ 2. and r = das Verhältnis W«./z so gewählt ist, daß der Parameter a = Ν,,/ϊΓ seinen maximal möglichen Wert aufweist, daß N_zthe ratio W «./ z is chosen so that the parameter a = Ν ,, / ϊΓ has its maximum possible value that N_z J3 O 1? _? OJ3 O 1? _? O höchstens 2,84 . 10 cm beträgt, und daß die Fläche des pn-Übergangs möglichst klein ausgebildet ist, wobei ζ eine den Abfall des Dotierungsprofils kennzeichnende Größe mit der Dimension einer Länge, Vn die Boffset"-Spannung, A den (i Spannungshub zwischen den beiden Spannungen V« und V1, , r den Kapazitätshub zwischen den beiden Kapazitäten C„ und C1, wobei C1 und Cg jeweils die Kapazitäten der Diode bei den Spannungen V1 und V« sind, W1 die bei der Spannung V1 herrschende Raumladungsweite und K die nach Durchführung der ersten Diffusion an der Stelle des späteren pn-Übergangs herrschende Dotierungskonzentration bedeuten.at most 2.84. 10 cm, and that the area of the pn junction is made as small as possible, where ζ is a variable characterizing the drop in the doping profile with the dimension of a length, V n the B offset "voltage, A den (i voltage swing between the two voltages V ″ and V 1 ,, r the capacity swing between the two capacitances C ″ and C 1 , where C 1 and Cg are the capacities of the diode at voltages V 1 and V ″, W 1 is the space charge width prevailing at voltage V 1 and K denotes the doping concentration prevailing at the point of the later pn junction after the first diffusion has been carried out. VPA 9/493/947 - 12 -VPA 9/493/947 - 12 - 109885/0694109885/0694 2. Abstimmdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter 2. tuning diode according to claim 1, characterized in that the parameter a 2: 6,1 .. 10~3 ist.a 2: 6.1 .. 10-3. 3. Abstimmdiode nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennzeichnet , daß ale Botierstoff des einen Leitungstyps Phosphor vorgesehen ist.3. tuning diode according to claim 1 or 2 »characterized in that ale of the Botierstoff a conductivity type phosphorus is provided. 4. Abstimmdiode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 — 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierstoff des anderen Leitungstyps Bor vorgesehen ist.4. tuning diode according to one or more of claims 1 - 3, characterized in that boron is provided as the dopant of the other conductivity type. 5. Abstimmdiode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstimmdiode in eine epitaktieche Schicht eingebracht ist.5. tuning diode according to one or more of claims 1-4, characterized in that the tuning diode is incorporated in an epitaxial layer. 6. Abstimmdiode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet j daß die Dicke der epitaktischen Schicht mindestens gleich der Summe aus der Dicke der Zone des anderen Leitungstyps und der Raumladungsweite bei der gewünschten höchsten, an die Diode angelegten Sperrspannung, ist.6. tuning diode according to claim 5, characterized in that j that the thickness of the epitaxial layer is at least equal to the sum of the thickness of the zone of the other conductivity type and the space charge width at the desired highest reverse voltage applied to the diode. VPA 9/493/947VPA 9/493/947 1098 85/0691098 85/069
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