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Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden, bei dem zur Erzielung eines
p-n Überganges eine stark dotiert te Akzeptorschicht mit einer der Elektroden der
Diode und eine schwach dotierte Donatorschicht über eine stark dotierte Donatorschicht
mit der anderen Elektrode verbunden werden.
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Bei einer Kapazitatsdiode, welche auch als Varaktor bezeichnet wird,
wird die spantlungsabhängige Kapazität am p-n-Übergang einer Ealbleiterdiode wie
ein veränderlicher Kondensator verwendet. Sie kann beispielsweise
zur
Abstimmung von Hochfrequenzresonanzschaltkreisen dienen Die sich ändernde Kapazität
wird erhalten, indem man an die Diode in Sperrichtung eine Vorspannung anlegt, welche
bewirkt, daß die Flächenkapazität anwächst, wenn die Vorspannung anwächst aufgrund
der Tatsache, daß die geladenen Träger vom p-n-Ubergang weggezogen werden. Dies
bedeutet, daß die Breite der nichtleitenden Schicht anwächst.
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Das Ersatzschaltbild für die Impedanz einer derartigen Diode enthält
einen Kondensator, der mit einem Parallel- und einem Reihenwiderstand versehen ist.
Der Parallelwiderstand ist normalerweise vernachlässigbar bei hohen Frequenzen,
für die diese Dioden in der Regel verwendet werden. Die Größe des Serienwiderstandes
und damit die Schärfe der Resonanz des Elementes jedoch hängt von der Breite der
dotierten aktiven Schicht und der Amplitude der Vorspannung ab. Wenn demgemäß die
Schicht zu dick ist, erhält man einen hohen Reihemviderstand. Andererseits ermöglicht
eine dicke Schicht Kapazitätsänderungen innerhalb eines breiten Bereiches. Um nun
die Verwendung von niedrigen Kapazitäten, welche man durch eine dicke Schicht erhalten
kann, zu ermoglichen, ist es jedoch notwendig, daß die Dotierung der Schicht so
gewählt wird, daß ein Lawinendurchschlag vermieden wird. Das bedeutet, daß der Dotierungsgrad
niedrig sein sollte. Andererseits bewirkt ein niedriger Dotierungsgrad einen hohen
Reihenwiderstand bei hohen Kapazitäten. Demgemäß ist es äußerst wichtig, daß die
Dicke und der Dotierungsgrad der.
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aktiven schwach dotierten Schicht sehr genau gewählt ist, so daß
der Kapazitätsbereich gewonnen wird, in welchem die Diode verwendet werden soll.
Der optimale Dotierungsgrad bei vorgegebener Schichtdicke bewirkt, daß ein Lawinendurchschlag
dann stattfindet, wenn die angelegte Vorspannting den Wert überschreitet, welcher
zur Erzielung des niedrigsten Kapazitätswertes notwendig ist.
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Es ist daher wesentlich, daß die Diode die hohen Vorspannungen, welche
zur Erzielung der geringsten Kapazitätswerte notwendig sind) aushält,
ohne
daß irgendwo an einer Stelle. inerhalb der Diode die Feldstärke hierbei so hoch
wird, daß ein Lawinendurchschlag ausgelöst wird. Es ist daher wichtig, daß die Diode
insbesondere im Bereich des p-ndlberganges, wo die Feldstärke ihren höchsten Wert
erreicht, eine solche geometrische Form aufweist, daß hohe elektrische Feldstärken
vermieden werden.
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Jedoch weder die Bestimmung der Dicke der Schicht, noch die gewünschte
geometrische Gestalt der Schicht sind bezüglich der Feldstärke bei den bekannten
Verfahren zur Herstellung von Kapazitätsdioden in ausreichendem Maße erzielt worden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung
von Kapazitätsdioden zu zeigen, bei dem die Dicke und die Dotierung der aktiven
Schicht leicht bestimmt werden kann und bei dem die Diode eine geometrische Gestalt
aufweist, welche im Hinblick auf die Feldstärke vortellhaft ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schicht aus einem schwach dotierten Donatormaterial
auf einem Träger aus einem stark dotierten Akzeptormaterial-aufgebracht wird, daß
dann ein stark dotlertes Donatormaterial auf das schwach dotierte Donatormaterial
aufgebracht wird, und daß schließlich die Donator-dotierte Schicht in den Bereichen
zwischen den Dioden mittels Atzen beseitigt wird.
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Die Erfindung soll nun im einzelnen anhand der beiliegenden Figuren
noch näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine
mit einer Vorspannung versehene Kapazitätsdiode, das Ersatzschaltbild der Diode
und die Feldstärke, welche bei verschiedenen angelegten Spannungen auftritt und
Fig. 2 schematisch die Herstellung einer Diode nach Fig. 1 nach und 3 einem bekannten
Verfahren und nach einem Verfahren gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist in der Mitte ein Varaktor gezeigt, der bevorzugt aus
Silizium hergestellt ist und Schichten mit verschiedener Dotierung aufweist. p+
bezeichnet eine Schicht, welche mit Akzeptoren stark dotiert ist, beispielsweise
mit Bor. n bedeutet eine schwach dotierte Zone, welche mit Donatoren, beispielsweise
Antimon, dotiert ist. n+ bezeichnet eine mit Donatoren stark dotierte Schicht. Über
zwei metallische Kontaktschichten ist die Diode an eine einstellbare Gleichspannungsquelle
V angeschlossen. Mit dieser kann einne gewünschte Vorspannung in Sperrichtung angelegt
werden, d. h. man kann ein positives Potential an der Donatorseite bezüglich der
Akzeptorseite erhalten. Darüber ist das Ersatzschaltbild der Diode dargestellt.
Dieses enthält einenKondensator C, der mit der Vorspannung veränderlich ist und
einen Reihenwiderstand R. Der Reihenwiderstand R ergibt sich hauptsächlich aus dem
nichtleitenden Teil der schwach dotierten Schicht, deren Dicke bei anwachsender
Vorspannung abnimmt. In entsprechender Weise wächst die Kapazität C, wenn die Vorspannung
sich erhöht. Im unteren Teil der Figur ist die räumliche Änderung der elektrischen
Feldstärke in der Diode bei verschiedenen Vorspannungen gezeigt. In den stark dotierten
Schichten ist die Feldstärke immer vernachlässigbar, während in der schwach dotierten
Schicht di e Feldstärke ihren höchsten Wert nahe des p-n-Uberganges hat. Sie nimmt
dann nach und nach ab. Diese Feldstärke steigt natürlich an, wenn die Vorspannung
anwächst, was durch die
Kurven V1Vn angedeutet ist. Wenn demgemäß
die Vorspannung anwächst, wächst auch die Kapazität der Diode an. Dies beruht darauf,
daß die Ladungsträger von vom p-n-Übergang wegbewegt werden. Der Reihenwiderstand
der Diode verringert sich dabei in entsprechender Weise.
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Wie im vorstehenden schon erwähnt, ist es dann äußerst wichtig, daß
-die Dicke der n-Schicht so gewählt ist, daß der Reihenwiderstand auch bei hohen
Kapazitätswerten einen nicht zu hohen Wert erreicht. Andererseits muß die Schicht
breit genug bemessen sein, damit die erwünschte Veränderung der Kapazität möglich
ist. Beziglich der geometrischen Gestaltung der Diode ist es weiterhin wichtig,
daß die Gestalt der Diode so gewählt ist, daß die Feldstärke am p-n-Übergang, wo
die Feldstärke ihre höchste Amplitude erreicht, nicht so hoch wird, daß ein Durchschlag
an der Kante der Diode auft-ritt, bevor ein Durchschlag in ihren inneren Teilen
auftritt.
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In Fig. 2 ist eine Diode gemäß Fig. 1- dargestellt, welche nach einem
bekannten Verfahren hergestellt wird. Die Herstellung geht von einer stark dotierten
n+-Schicht aus, auf die eine andere n-Schicht mit geeigneter Dicke aufgebracht wird.
Das Aufbringen kann beispielsweise durch Aufdampfen erfolgen. Die äußerst dünne
p+-Schicht wird dann durch Diffusion eines Akzeptors in die schwach dotierte n-Schicht
erhalten. Die Diode erhält dann die gewünschte Gestalt durch Aufbringen einer widerstandsfähigen
Schicht auf die obere Fläche der p-Schicht und durch Wegätzen der Fläche um die
Diode herum. Durch Anwendung dieser Verfahrensschritte erhält man eine Diode, welche
die in Fig. 2 dargestellte Form aufweist. Diese Diode hat ihren kleinsten Bereich
bzw. ihre kleinste Ausdehnung am oberen Teil und'die Abmessungen der Diode wachsen
in Richtung zur n+-Schicht. Die n-Schicht hat demgemäß ihre kleinste Ausdehnung
an der Fläche, welche dicht an der p+-Schicht liegt. d. h an dem Teil, wo die elektrische
Feldstärke ihren
höchsten Wert erreicht. Aus den vorstehend genannten
Gründen ergibt sich hieraus ein bestimmter Nachteil. Durch Anwendung der, vorstehend
beschriebenen Verfahrensschritte ist es weiterhin schwierig, exakt die Dicke der
n-Schicht zu bestimmen. Ein fehlerhafter Wert dieser Dicke wird gewöhnlich nicht
vor Fertigstellung der Diode aufgedeckt.
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In Fig. 3 ist die Herstellung einer Diode gemäß Fig. 1 dargestellt,
wobei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Anwendung kommt. Die Herstellung
beginnt hierbei mit einem Träger, der aus einem dünnen Material, das mit einem Akzeptor
stark dotiert ist (p+-Schicht) besteht. Auf den oberen Teil dieser Schicht wird
die n-Schicht aufgebracht. Aus der hierbei gewonnenen Anordnung, d. h. aus der n-Schicht
auf der oberen Oberfläche der p+-Schicht kann man leicht die Dicke und die Dotierung
der n-Schicht bestimme3a, indem man vier Spitzenelektroden auf die Oberfläche der
n-Schicht aufsetzt und die Spannung zwischen zwei dieser Elektroden mißt, wenn ein
Strom zwischen die beiden restlichen' Elektroden geschickt wird. Wenn sich hierbei
herausstellt, daß die Diode oder sogar die Schicht, welche ein Teil der Diode geworden
ist, schadhaft ist, kann dies immer bei dieser Stufe des Herstellungsverfahrens
festgestellt werden und die notwendigen Maßnahmen getroffen werden.
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Es kann beispielsweise die Dicke korrigiert werden, indem man die
Atztechnik anwendet. Ein großer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß unabhängig
von dem gewünschten Wert der Kapazität und den Kapazitätsänderungen, welche erreicht
werden sollen, eine optimale Diode erhalten wird, wobei sowohl für die Dotierung
als auch für die, Dicke der Schicht ein vorbestimmter Wert eingehalten werden kann,
d. h.
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der entsprechende Parameter kann gemessen werden. Wenn die n-Schicht
richtige Werte aufweist, wird die n+-Schicht beispielsweise mittels Diffusion eines
geeigneten Donators in die n-Schicht aufgebracht. Die Teile der Schicht, welche
in der Diode nicht verwendet werden sollen,
werden dann beispielsweise
in an sich bekannter Weise weggeätzt.
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Die endgültige Gestalt der Diode ergibt sich aus Fig. 3. Im Gegensatz
zu den Dioden, welche nach den bekannten Verfahren hergestellt worden sind, hat
die n-Schicht bei der Diode gemäß der Erfindung ihre größte Ausdehnung an der Oberfläche,
welche sich an die p+-Schicht, d. h. dort, wo die höchsten Feldstärken auftreten.
Die Feldstärke und damit die auch die Gefahr eines Durchschlages kann hierdurch
in die sem Bereich reduziert werden.