DE2337590A1 - Varactor diode with two material layers forming barrier layer - has one layer of magnetic semiconductor and second one of metal or semiconductor - Google Patents
Varactor diode with two material layers forming barrier layer - has one layer of magnetic semiconductor and second one of metal or semiconductorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung "betrifft eine Varaktordiode mit zwei schichtförmig oder schichtähnlich auf einander lic genden Materialien, die an einer gemeinsamen Grenzfläche eine Sperrschicht bilden.The invention "relates to a varactor diode with two layers or materials that are layered on top of each other, which form a barrier layer at a common interface.
Varaktordioden sind kapazitative Bauelemente. Beschrieben werden sie beispielsweise in dem Buch von S.M-Sze: Physica of Semiconductor Devices, John V/iley & Sons, Inc., Hew York 19ύ9· Diese Dioden werden in Sperrichtung gepolt, durch Variation der anliegenden Spannung kann die Kapazität in weiten Grenzen variiert werden. Das vereinfachte Ersatzschaltbild einer Varaktordiode besteht aus einer Kapazität der gesamten Sperrschicht , aus einem mit dieser Kapazität in Reihe liegenden Serienwiderstand und aus einem zu dieser Kapazität parallel liegenden Parallelwiderstand. Dieser repräsentiert die Summe aus Erzeugungs-, Rekombinations- und Diffusionsvorgängen sowie Oberfjächenleckströirien der Diode. Sowohl die Gesamtsperrschichtkapazität als auch der Parallelwiderstand sind von der angelegten Spannung abhängig.Varactor diodes are capacitive components. They are described, for example, in the book by SM-Sze: Physica of Semiconductor Devices, John V / iley & Sons, Inc., Hew York 19ύ9.These diodes are reverse biased, and the capacitance can be varied within wide limits by varying the applied voltage will. The simplified equivalent circuit diagram of a varactor diode consists of a capacitance of the entire barrier layer, of a series resistor in series with this capacitance, and of a parallel resistor in parallel with this capacitance. This represents the sum of generation, recombination and diffusion processes as well as surface leakage currents of the diode. Both the total junction capacitance and the parallel resistance depend on the applied voltage.
Zur Beschreibung der Effizienz der Varaktordiode kann der Gütefaktor Q verwandt v/erden, der das Verhältnis zwischen gespeicherter Energie und Verlustenergie angibt. Für Q gilt:The quality factor Q can be used to describe the efficiency of the varactor diode, which is the ratio between indicates stored energy and lost energy. The following applies to Q:
w G R^ Q =w G R ^ Q =
1 + w2 C2 R.1 + w 2 C 2 R.
(D(D
Dabei stehen w für die Kreisfrequenz, C für die Kapazität der gesamten Sperrschicht, R für den Parallelwiderstand und R für den Serienwiderstand. Der maximale Wert des GütefaktorsHere, w stands for the angular frequency, C for the capacity of the entire junction, R for the parallel resistor and R for the series resistance. The maximum value of the figure of merit
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tritt bei der Kreisfrequenz wQ auf:occurs at the angular frequency w Q :
wo = w o =
G (R8 Rp)G (R 8 R p )
Damit ergibt sich für den maximalen Gütefaktor:This results in the maximum quality factor:
Qmax. = f ^ 1 (3) Q max. = F ^ 1 (3)
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Varaktordiode anzugeben, deren Kapazität einerseits, wie bisher bekannt, mit einer Variation der angelegten Spannung gesteuert werden kann, andererseits aber auch durch ein von der Spannung unabhängiges, steuerbares Magnetfeld, wobei sich die spannungsgesteuerten und magnetfeldgesteuerten Kapazitätänderungen beliebig überlagern lassen sollen.One object of the invention is to provide a varactor diode whose capacitance on the one hand, as previously known, controlled with a variation of the applied voltage can be, on the other hand, by a voltage-independent, controllable magnetic field, whereby the voltage-controlled and magnetic-field-controlled capacitance changes should be superimposed as desired.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Varaktordiode, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das eine Material ein magnetischer Halbleiter und das zweite Material ein Metall oder Halbleiter ist.This object is achieved by a varactor diode according to the invention characterized in that one material is a magnetic semiconductor and the second material is a metal or semiconductor.
Zu der Erfindung führten folgende Überlegungen: Magnetische Halbleitermaterialien kennt man seit ungefähr 1960. Ihre Eigenschaften sind beispielsweise beschrieben in Solid State Communications, 5 (1967) 657 Journal of Applied Physics 40, Nr. 3 (1969) 958 JEEE Transactions on Magnetics 5 (1969) 487.The following considerations led to the invention: Magnetic semiconductor materials have been known since around 1960. Your Properties are described, for example, in Solid State Communications, 5 (1967) 657 Journal of Applied Physics 40, No. 3 (1969) 958 JEEE Transactions on Magnetics 5 (1969) 487.
Magnetische Halbleiter haben ein Maximum in der Widerstandstemperaturkurve nahe bei der Curietemperatur. Insbesondere zeigen sie einen starken negativen Magnetowiderstandseffekt. Dabei ist der longitudinale nahezu gleich dem transversalen Magnetowiderstand. Diese Effekte sind also nahezu unabhängig von der Orientierung des Magnetfeldes, Dieser negative Magneto-Magnetic semiconductors have a maximum in the resistance temperature curve close to the Curie temperature. In particular, they show a strong negative magnetoresistance effect. The longitudinal magnetoresistance is almost the same as the transverse magnetoresistance. So these effects are almost independent from the orientation of the magnetic field, This negative magneto-
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Widerstandseffekt ist wesentlich größer als der positive in normalen Halbleitern. Mit "normalen" Halbleitern sind hier und im folgenden Text alle Materialien gemeint, die üblicher Weise Halbleiter genannt werden. Das sind Materialien, bei denen das Valenzband und das Leitungsband durch eine sog. verbotene Zone getrennt sind. Die Fermigrenze liegt in der verbotenen Zone. Ist der Energieunterschied zwischen den beiden Bändern groß, d.h. ist die verbotene Zone sehr breit, spricht man auch von isolierenden Halbleitern. Die normalen Halbleiter besitzen jedoch nicht die speziellen magnetischen Eigenschaften der magnetischen Halbleiter.Resistance effect is much larger than the positive one in normal semiconductors. With "normal" semiconductors are here and in the following text all materials are meant which are usually called semiconductors. These are materials in which the valence band and the conduction band are separated by a so-called forbidden zone. The Fermi limit lies in the forbidden zone. If the energy difference between the two bands is large, i.e. if the forbidden zone is very wide, speaks one also of insulating semiconductors. However, normal semiconductors do not have the special magnetic properties of magnetic semiconductors.
Zur Erklärung der genannten Effekte ^er magnetischen Halbleiter gibt es noch keine befriedigende Theorie. Qualitativ richtige Rechnungen basieren auf einem Modell mit einer starken Wechselwirkung zwischen den Spins der Leitungselektronen und dem magnetischen Moment der Halbleiterionen. Man erhält eine starke Zunahme der Beweglichkeit der Ladungsträger bei zunehmendem Magnetfeld. Die Zahl der Ladungsträger dagegen ist nach dem bisherigen Theorien und Untersuchungen vom angelegten Magnetfeld weitgehend unabhängig.To explain the mentioned effects ^ of magnetic semiconductors there is still no satisfactory theory. Qualitatively correct calculations are based on a model with a strong one Interaction between the spins of the conduction electrons and the magnetic moment of the semiconductor ions. You get one strong increase in the mobility of the charge carriers with increasing magnetic field. The number of charge carriers, on the other hand, is according to previous theories and studies largely independent of the applied magnetic field.
Außerordentlich überraschend ist, daß sich bei der erfiLndungsgemäßen Varaktordiode, trotz der nach den Theorien nur schwachen Abhängigkeit der Ladungsträgerkonzentration im magnetischen Halbleitermaterial von einem äußeren Magnetfeld, eine starke und deutliche Abhängigkeit der Kapazität der Sperrschicht vom äußeren Magnetfeld zeigt. Die Breite der Zone der LadungsträgerverariDung ist also stark abhängig von einem Magnetfeld. Diese Effekte sind von der Richtung des Magnetfeldes nahezu unabhängig.It is extremely surprising that in the case of the Varactor diode, despite the only weak dependence of the charge carrier concentration in the theories magnetic semiconductor material from an external magnetic field, a strong and significant dependence of the capacitance of the barrier layer from the external magnetic field. The width of the zone of the charge carrier modification is therefore strongly dependent on one Magnetic field. These effects are almost independent of the direction of the magnetic field.
Der Aufbau der- erfindungsgemäßen Varaktordiode wird anhand der "Figur noch genauer erläutert:The structure of the varactor diode according to the invention is based on the "figure explained in more detail:
Das magnetische Halbleitermaterial 1 und das Metall 2 liegenThe magnetic semiconductor material 1 and the metal 2 lie
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schichtförmig oder schichtähnlich aufeinander und "bilden eine Schottkybarriere. Die Schicht aus dem magnetischen Halbleitermaterial besitzt den ohm'sehen Kontakt 10, die Schicht aus dem Metall den ohm'sehen Kontakt 20.layered or similar to one another and "form one Schottky barrier. The layer made of the magnetic semiconductor material possesses the ohmic contact 10, the layer ohmic contact with the metal 20.
Statt des Metalls 2 kann auch ein magnetisches Halbleitermaterial, das den zum magnetischen Halbleitermaterial 1 entgegengesetzten Leitungstyp besitzt, verwandt werden. Statt der Kombination Metall und magnetischer Halbleiter bzw. der Kombination zweier verschieden dotierter magnetischer Halbleiter sind auch die Kombinationen von normalem Halbleiter mit magnetischem Halbleiter, von Metall mit magnetischem semiisolierenden Halbleiter, von normalem Halbleiter mit magnetischem semiisolierenden Halbleiter und von magnetischem Halbleiter mit normalem Semiisolator möglich.Instead of the metal 2, a magnetic semiconductor material, which has the conductivity type opposite to the magnetic semiconductor material 1, can be used. Instead of the combination of metal and magnetic semiconductors or the combination of two differently doped magnetic semiconductors are also the combinations of normal semiconductors with magnetic ones Semiconductors, from metal with magnetic semi-insulating semiconductor, from normal semiconductor with magnetic semi-insulating Semiconductors and magnetic semiconductors with normal semi-insulator possible.
Der Einfluß des. äußeren Magnetfeldes auf die erfindungsgemäße Varaktordiode ist auch temperaturabhängig. Vorzugsweise wird als Arbeitstemperatur für das erfindungsgemäße Bauelement eine Temperatur benutzt, bei der sich die Kapazität unter wechselnden äußeren Magnetfeldern besonders stark ändert. Dafür ist eine Temperatur dicht unterhalb der Curietemperatur der verwendeten Materialien vorteilhaft.The influence of the external magnetic field on the varactor diode according to the invention is also temperature-dependent. Preferably will used as the working temperature for the component according to the invention, a temperature at which the capacitance changes under external magnetic fields changes particularly strongly. For this, a temperature is just below the Curie temperature of the one used Materials advantageous.
Vorteilhafte Materialien sind z.B. die folgenden, dabei steht hinter dem Doppelpunkt das Dotierungsmaterial:Advantageous materials are e.g. the following, with the doping material behind the colon:
1) CdCr2Se^ : In, 3) CdCr2Se. : In,1) CdCr 2 Se ^: In, 3) CdCr 2 Se. : In,
2) CdCr2Se, : Ga, 4) CdCr2Se. : Ga,2) CdCr 2 Se,: Ga, 4) CdCr 2 Se. : Ga,
5) Pe x Cä-j_z Cr2S4 : 0B mit ° x 1»5) Pe x Cä -j_ z Cr 2 S 4 : 0 B with ° x 1 »
6) I1eOf5CuOf5Cr2S4_xSe:!C mit 0 χ 4.6) I 1 e Of5 Cu Of5 Cr 2 S 4 _ x Se :! C with 0 χ 4.
Die erfindungsgemäße Diode wird also als kapazitatives Bauelement verwendet, wobei auch mit einem auf die Diode ein-The diode according to the invention is therefore used as a capacitive component, with a
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wirkenden Magnetfeld die Breite und damit die Kapazität der Sperrschicht variiert werden kann. Die Diode ist also eine magnetisch steuerbare Varaktordiode.acting magnetic field the width and thus the capacitance of the barrier layer can be varied. So the diode is a magnetically controllable varactor diode.
6 Patentansprüche
1 Figur6 claims
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| DE19732337590 DE2337590A1 (en) | 1973-07-24 | 1973-07-24 | Varactor diode with two material layers forming barrier layer - has one layer of magnetic semiconductor and second one of metal or semiconductor |
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| DE19732337590 DE2337590A1 (en) | 1973-07-24 | 1973-07-24 | Varactor diode with two material layers forming barrier layer - has one layer of magnetic semiconductor and second one of metal or semiconductor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE2337590A1 true DE2337590A1 (en) | 1975-02-20 |
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ID=5887858
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| DE19732337590 Pending DE2337590A1 (en) | 1973-07-24 | 1973-07-24 | Varactor diode with two material layers forming barrier layer - has one layer of magnetic semiconductor and second one of metal or semiconductor |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE2337590A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007047340A1 (en) * | 2007-08-21 | 2009-02-26 | Northern Lights Semiconductor Corp., Saint Paul | Device for storing electrical energy |
-
1973
- 1973-07-24 DE DE19732337590 patent/DE2337590A1/en active Pending
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