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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterdiode mit
veränderlicher Kapazität, welche einen Halbleiterkörper mit einer, an eine erste Elektrode
gekoppelten, ersten Zone des ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Zone des
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, welche an eine zweite Elektrode gekoppelt und in der ersten
Zone vorgesehen ist, um einen ersten pn-Übergang mit der ersten Zone zu bilden, und
zumindest einer weiteren Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche, von
der zweiten Zone beabstandet, in der ersten Zone ausgebildet ist, um einen weiteren pn-
Übergang mit der ersten Zone zu bilden, wobei der erste und der weitere pn-Übergang
jeweils einen Beitrag zur Kapazität der Diode leisten, welche sich bei Betrieb der Diode mit
einer zwischen der ersten und zweiten Elektrode angelegten Sperr-Vorspannung verändert.
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US-Patent Nr. 3 506 888 beschreibt eine solche Halbleiterdiode mit
veränderlicher Kapazität. Wie in diesem US-Patent angegeben, nimmt die Kapazität eines in
Sperrichtung vorgespannten pn-Überganges mit Erhöhung der Sperr-Vorspannung
aufgrund der Zunahme der Breite der Verarmungs- bzw. Raumladungszone ab. In US-Patent
Nr. 3 506 888 sind mehrere Zonen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in einer
gitterartigen Anordnung in der ersten Zone ausgebildet. Die verschiedenen Zonen vom
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind elektrisch parallelgeschaltet. Bei Betrieb der in dem
US-Patent Nr. 3 506 888 beschriebenen Halbleiterdiode mit veränderlicher Kapazität
nehmen die Verarmungszonen der jeweiligen, in Sperrichtung vorgespannten pn-Übergänge
bei Anlegen einer steigenden Sperr-Vorspannung zwischen der ersten und zweiten
Elektrode zu, bis diese zwecks Ausbildung einer einzelnen Verarmungszone verschmelzen, wobei
selbstverständlich die gesamte Grenzfläche bzw. Peripherie der Verarmungszone reduziert
wird, was in einer Reduzierung der Gesamtkapazität resultiert. Da sich die Verarmungszone
mit steigender Sperr-Vorspannung noch weiter ausbreitet, flachen die verschmolzenen
Bereiche der Verarmungszone gewissermaßen ab, wodurch die Kapazität weiter reduziert
wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterdiode mit
veränderlicher Kapazität vorzusehen, welche einen anderen Lösungsweg vorsieht, um eine
Ver
änderung der Kapazität mit der Spannung zu realisieren, und welche eine größere,
deutlichere Veränderung der Kapazität mit ansteigender Spannung ermöglichen soll.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiterdiode mit
veränderlicher Kapazität vorgesehen, welche einen Halbleiterkörper mit einer, an eine erste Elektrode
gekoppelten, ersten Zone des ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Zone des
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, welche an eine zweite Elektrode gekoppelt und in der ersten
Zone vorgesehen ist, um einen ersten pn-Übergang mit der ersten Zone zu bilden, und
zumindest einer weiteren Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche, von
der zweiten Zone beabstandet, in der ersten Zone ausgebildet ist, um einen weiteren pn-
Übergang mit der ersten Zone zu bilden, wobei der erste und der weitere pn-Übergang
jeweils einen Beitrag zur Kapazität der Diode leisten, welche sich bei Betrieb der Diode mit
einer zwischen der ersten und zweiten Elektrode angelegten Sperr-Vorspannung verändert,
dadurch gekennzeichnet, daß eine, schwächer als die zweite und weitere Zone dotierte
Kopplungszone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp eine Widerstandsbahn für freie
Ladungsträger vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen der zweiten und weiteren
Zone vorsieht und die Kopplungszone schwach genug dotiert ist, daß, sobald eine zwischen
der ersten und zweiten Elektrode angelegte Sperr-Vorspannung bei Betrieb der Anordnung
einen vorgegebenen Wert erreicht, zumindest ein Teil der Kopplungszone an freien
Ladungsträgern verarmt, wodurch die Widerstandsbahn für freie Ladungsträger vom
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen der zweiten und weiteren Zone unterbrochen wird
und damit die zweite und weitere Zone widerstandsentkoppelt werden, so daß die
kapazitiven Kontributionen des ersten und weiteren pn-Überganges durch die Widerstandsbahn
nicht mehr parallelgeschaltet sind und die Gesamtkapazität der Diode reduziert wird.
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Somit sieht eine erfindungsgemäße Halbleiterdiode mit veränderlicher
Kapazität eine relativ hohe Gesamtsperrschichtkapazität bei niedrigen Sperr-Vorspannungen
vor, wenn die zweite und weitere Zone durch die Kopplungszone widerstandsgekoppelt
sind, wohingegen sie eine wesentlich geringere Kapazität bei höheren Spannungen vorsieht,
sobald die Widerstandsbahn zwischen der zweiten und weiteren Zone unterbrochen ist.
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Die Dimensionen der zweiten und weiteren Zone können wie gewünscht
gewählt werden, um die jeweiligen Kapazitäten bei niedrigen Sperr-Vorspannungen, wenn
die zweite und weitere Zone widerstandsgekoppelt sind, sowie bei hohen
Sperr-Vorspannungen zu bestimmen, wenn die zweite und weitere Zone widerstandsentkoppelt sind.
Die
ses kann durch einfache Modifikation der zur Ausbildung der zweiten und weiteren Zone
verwendeten Maske erreicht werden.
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Als weitere Möglichkeit können zwei oder mehrere, durch jeweilige
Kopplungszonen gekoppelte, weitere Zonen vorgesehen werden, wodurch eine höhere
Flexibilität des Aufbaus der Halbleiterdiode mit veränderlicher Kapazität im Hinblick auf die Art
und Weise, in welcher sich die Kapazität bei Änderung der Sperr-Vorspannung verändert,
ermöglicht wird. Jede weitere Zone kann den ersten pn-Übergang umschließen und durch
eine jeweilige Kopplungszone an die angrenzende, weitere bzw. zweite Zone gekoppelt
sein.
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Die weiteren Zonen und Kopplungszonen können so angeordnet sein, daß
die von der zweiten Zone entfernte Kopplungszone an freien Ladungsträgern verarmt,
wodurch die Widerstandsbahn für freie Ladungsträger zwischen den durch die
Kopplungszone gekoppelten, weiteren Zonen bei einer niedrigeren Sperr-Vorspannung als die an die
zweite Zone angrenzende Kopplungszone unterbrochen wird. Dieses soll abrupte
Kapazitätsänderungen bei zwei voneinander verschiedenen Sperr-Vorspannungen ermöglichen,
wobei die erste, abrupte Kapazitätsänderung bei der Spannung erfolgt, bei welcher die
durch die von der zweiten Zone entfernte Kopplungszone vorgesehene Widerstandsbahn
unterbrochen wird, wodurch die äußere bzw. äußerste, weitere Zone von der verbleibenden
zweiten und weiteren Zone entkoppelt wird und die nächste, abrupte Kapazitätsänderung
bei der Sperr-Vorspannung erfolgt, bei welcher die durch die verbleibende Kopplungszone
bzw. -zonen vorgesehene Widerstandsbahn unterbrochen wird. Selbstverständlich können
bei Anordnung von drei weiteren Zonen oder mehr die weiteren Zonen und
Kopplungszonen so vorgesehen werden, daß die durch die äußerste Kopplungszone vorgesehene
Widerstandsbahn bei einer ersten Sperr-Vorspannung unterbrochen wird, die durch die direkt
neben der äußersten Kopplungszone vorgesehene Widerstandsbahn bei einer zweiten,
höheren Sperr-Vorspannung unterbrochen wird und so weiter, so daß die durch die
Kopplungszonen vorgesehenen Widerstandsbahnen mit Ansteigen der Sperr-Vorspannung sukzessiv
unterbrochen werden, wodurch ein größerer Kapazitätsbereich über einen vorgegebenen
Sperr-Vorspannungsbereich erreicht werden kann.
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Um eine Verarmung der von der zweiten Zone entfernten Kopplungszone
bei einer niedrigeren Sperr-Vorspannung als die an die zweite Zone angrenzende
Kopplungszone an freien Ladungsträgern vorzunehmen, kann die von der zweiten Zone entfernte
Kopplungszone schwächer als die Kopplungszone in Angrenzung an die zweite Zone
do
tiert sein. Dieses kann zum Beispiel durch Implantieren der Fremdatome zur Ausbildung
der Kopplungszonen durch eine abgestufte Isolationsschicht, wobei selbstverständlich die
schwächer dotierte Kopplungszone unterhalb des dicksten Teiles der Isolations- bzw.
Maskierungsschicht ausgebildet ist, bzw. durch Einbringen der Dotierungssubstanzen in zwei
Verfahrensstufen oder mehr und Maskieren der schwächer zu dotierenden Kopplungszone
aus der zweiten oder weiteren Einlagerungsstufe von Fremdatomen erreicht werden.
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Als weitere Möglichkeit, die von der zweiten Zone entfernte Kopplungszone
bei einer niedrigeren Sperr-Vorspannung als die an die zweite Zone angrenzende
Kopplungszone an freien Ladungsträgern zu verarmen, können die an die Kopplungszone
angrenzenden, von der zweiten Zone entfernten, weiteren Zonen näher als die zweite Zone
und die an diese angrenzende, weitere Zone zusammen sein, so daß die von der zweiten
Zone entfernte, weitere Kopplungszone eine kürzere Widerstandsbahn als die an die zweite
Zone angrenzende Kopplungszone vorsieht. Dieses kann durch eine entsprechende
Ausführung der Maske, durch welche die Fremdatome zur Ausbildung der zweiten und weiteren
Zonen eingebaut werden, auf relativ einfache Weise erreicht werden.
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Die bzw. jede Kopplungszone kann eine relativ schwach dotierte
Oberflächenzone aufweisen, welche gegen die erste Oberfläche stößt, und die zweite und weiteren
Zonen erstrecken sich von der ersten Hauptoberfläche weiter in den Halbleiterkörper als die
Oberflächenzone. Sofern gewünscht, kann die bzw. jede Kopplungszone jedoch eine Tiefe
aufweisen, welche dieser der zweiten Zone und weiteren Zonen entspricht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 - einen schematischen Querriß durch einen Teil eines
Ausführungsbeispieles einer Halbleiterdiode gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 - eine Skizze zur Erläuterung des Betriebes der in Fig. 1
dargestellten Diode;
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Fig. 3 - eine grobe, graphische Darstellung, welche das Verhältnis
zwischen der Sperr-Vorspannung V an der in Fig. 1 dargestellten Halbleiterdiode und der
Kapazität C derselben zeigt;
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Fig. 4 - ein äquivalentes, elektrisches Schaltbild der in Fig. 1
dargestellten Halbleiterdiode;
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Fig. 5 - einen schematischen Querriß durch einen Teil eines weiteren
Ausführungsbeispieles einer Halbleiterdiode gemäß der Erfindung;
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Fig. 6 - eine Skizze zur Erläuterung des Betriebes der in Fig. 5
dargestellten Halbleiterdiode; sowie
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Fig. 7 - eine grobe, graphische Darstellung, welche das Verhältnis
zwischen der Sperr-Vorspannung V an der in Fig. 4 dargestellten Halbleiterdiode und der
Kapazität C derselben zeigt.
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Es versteht sich von selbst, daß die Zeichnung nicht maßstabsgetreu ist und
zur Bezeichnung gleicher Teile im gesamten Text gleiche Bezugsziffern verwendet worden
sind.
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Wenden wir uns nun der Zeichnung zu, in welcher in den Fig. 1 und 5
Halbleiterdioden 1a und 1b mit veränderlicher Kapazität dargestellt sind. In beiden Fällen
weist die Diode einen Halbleiterkörper 2 mit einer, an eine erste Elektrode 30 gekoppelten,
ersten Zone 5 des ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Zone 6 des entgegengesetzten
Leitfähigkeitstyps, welche an eine zweite Elektrode 32 gekoppelt und in der ersten Zone 5
vorgesehen ist, um einen ersten pn-Übergang 7 mit der ersten Zone 5 zu bilden, und
zumindest einer weiteren Zone 8 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps auf, welche, von der
zweiten Zone 6 beabstandet, in der ersten Zone 5 ausgebildet ist, um einen weiteren pn-
Übergang 10 mit der ersten Zone 5 zu bilden, wobei der erste 7 und der weitere 10 pn-
Übergang jeweils einen Beitrag zur Kapazität der Diode leisten, welche sich bei Betrieb der
Diode mit einer zwischen der ersten und zweiten Elektrode 30 und 32 angelegten Sperr-
Vorspannung verändert. Gemäß der Erfindung sieht eine, schwächer als die zweite und
weitere Zone 6 und 8 dotierte Kopplungszone 9 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
eine Widerstandsbahn für freie Ladungsträger vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
zwischen der zweiten und weiteren Zone 6 und 8 vor und ist schwach genug dotiert, daß,
sobald eine zwischen der ersten und zweiten Elektrode 30 und 32 angelegte Sperr-
Vorspannung bei Betrieb der Anordnung einen vorgegebenen Wert erreicht, zumindest ein
Teil der Kopplungszone 9 an freien Ladungsträgern verarmt, wodurch die Widerstandsbahn
für freie Ladungsträger vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen der zweiten und
weiteren Zone 6 und 8 unterbrochen wird und damit die zweite und weitere Zone 6 und 8
widerstandsentkoppelt werden, so daß die kapazitiven Kontributionen des ersten 7 und
weiteren 10 pn-Überganges durch die Widerstandsbahn nicht mehr parallelgeschaltet sind
und die Gesamtkapazität der Diode reduziert wird.
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Somit sieht eine erfindungsgemäße Halbleiterdiode mit veränderlicher
Kapazität eine relativ hohe Gesamtsperrschichtkapazität bei niedrigen Sperr-Vorspannungen
vor, wenn die zweite und weitere Zone durch die Kopplungszone widerstandsgekoppelt
sind, wohingegen sie eine wesentlich geringere Kapazität bei höheren Spannungen vorsieht,
sobald die Widerstandsbahn zwischen der zweiten und weiteren Zone unterbrochen ist.
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Fig. 1 zeigt einen Querriß durch einen Teil eines Ausführungsbeispieles
einer erfindungsgemäßen Halbleiterdiode 1a mit veränderlicher Kapazität. In dem in Fig.
1 dargestellten Beispiel weist die Halbleiteranordnung 1a eine vertikale, zweipolige
Diodenstruktur auf, welche bei Einwirkung einen Kondensator bildet.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten, zweipoligen Diodenstruktur handelt es sich
bei der ersten Zone 5 um eine relativ schwach dotierte Zone, und es wird mittels einer
relativ stark dotierten Zone 5a des ersten Leitfähigkeitstyps ein ohmscher Kontakt zu einer, auf
der zweiten Hauptoberfläche 4 des Halbleiterkörpers 2 vorgesehenen Elektrode 30
hergestellt. Im allgemeinen ist die erste Zone 5 n-leitend, während die zweite Zone 6 p-leitend
ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die zweite Zone 6 zusammen mit einer weiteren
Zone 8 durch Diffusion geeigneter Fremdatome, im allgemeinen Bor, durch eine
entsprechende, auf der ersten Hauptoberfläche 3 vorgesehene Maske gebildet. Auf der ersten
Hauptoberfläche 3 wird eine Isolationsschicht 31 vorgesehen und in dieser Isolations- bzw.
Passivierungsschicht 31 ein Fenster ausgebildet, um die Herstellung eines ohmschen
Kontaktes zu der zweiten Zone 6 durch eine nachträglich aufgebrachte Metallisierung, welche
zur Ausbildung einer Elektrode 32 strukturiert wird, zu ermöglichen. Die Elektroden 30
und 32 bilden somit jeweils die Kathode und Anode der Diodenstruktur.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die zweite und weitere Zone 6 und 8 in dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine relativ schwach dotierte Kopplungszone 9
vom gleichen Leitfähigkeitstyp, das heißt, vom p-Leitfähigkeitstyp, verbunden. Die Zone 9
kann entweder vor oder nach Ausbildung der zweiten und weiteren Zone 6 und 8 durch
Einbau geeigneter Fremdatome in die erste Hauptoberfläche 3 gebildet werden. Als
mögliche Alternative kann die Kopplungszone 9 als epitaxial aufgebrachte Schicht vorgesehen
werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erstrecken sich die zweite und weitere Zone 6 und 8
weiter in die erste Zone 5 als die Kopplungszone 9, das heißt, die Kopplungszone 9 ist
flacher als die zweite und weitere Zone 6 und 8. Falls gewünscht, könnte die Kopplungszone 9
jedoch eine ähnliche Tiefe wie diese der zweiten und weiteren Zone 6 und 8 aufweisen. Die
in Fig. 1 dargestellte Halbleiterdiode 1a kann um die Achse A rotationssymmetrisch sein.
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Im folgenden wird nun der Betrieb der in Fig. 1 dargestellten
Halbleiteranordnung 1a unter Zuhilfenahme der Fig. 2 bis 4 beschrieben, wobei Fig. 2 einen
Teil der Halbleiterkörperstruktur der Anordnung 1a zeigt, wobei auf die Kreuzschraffierung
zum Zwecke einer deutlicheren Darstellung verzichtet wurde.
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Bei relativ niedriger Sperr-Vorspannung V an dem pn-Übergang 7 ist die
Ausbreitung der Verarmungszone D, wie durch die, die Begrenzungen der Verarmungszone
bei dieser Spannung zeigenden, gestrichelten Linien 33 und 33a in Fig. 1 angedeutet, recht
gering. Die Sperrschichtkapazität CT ist, wie in Fig. 3 angedeutet, relativ hoch, da die
Kapazität C&sub2; des pn-Überganges 10 in diesem Stadium mit der Kapazität C&sub1; des
pn-Überganges 7 parallelgeschaltet ist, so daß die gesamte Sperrschichtkapazität CT = C&sub1; + C&sub2;. Wie
oben in Bezug auf Fig. 1 angegeben, breitet sich die Verarmungszone D selbstverständlich
weiter in die schwächer dotierte, erste Zone 5 und die schwächer dotierte Kopplungszone 9
als in die relativ stark dotierte, zweite und weitere Zone 6 und 8 aus. Mit Ansteigen der
Sperr-Vorspannung V an dem pn-Übergang 7 dehnt sich die Verarmungszone D¹ aus und,
wie durch die Linie X in Fig. 3 schematisch dargestellt, die Kapazität CT nimmt ab. Mit
weiterem Ansteigen der Sperr-Vorspannung an dem pn-Übergang 7 dehnt sich die
Verarmungszone D noch weiter aus, bis sich die Verarmungszone D¹ bei einer vorgegebenen
Spannung Vd in Fig. 3, wie durch die punktierten Linien 34 und 34a in Fig. 2 dargestellt,
durch die gesamte Dicke der Kopplungszone 9 erstreckt, wodurch die zwischen der zweiten
Zone 6 und der weiteren Zone 8 durch die Kopplungszone 9 vorgesehene Widerstandsbahn
unterbrochen wird und die zweite und weitere Zone 6 und 8 damit widerstandsentkoppelt
werden. In diesem Stadium sind die Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; nicht mehr parallelgeschaltet,
sondern sind vielmehr kapazitiv in Reihe geschaltet, wobei die Gesamtkapazität CT durch
etwa
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C&sub1;C&sub2;/C&sub1; + C&sub2;
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dargestellt ist.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, erfolgt demnach eine deutliche bzw. abrupte
Änderung mit Abnahme der Gesamtkapazität CT bei vorgegebener Spannung Vg. Bei
weiterem Anstieg der Sperr-Vorspannung dehnt sich die Verarmungszone D weiter aus, und die
Gesamtkapazität CT nimmt weiter ab, jetzt jedoch der Kurve Y in Fig. 3 folgend. Das
Eintreten einer deutlichen Veränderung bei Spannung Vg mit Abnahme der
Gesamtkapazität CT soll bei einem vorgegebenen Spannungsbereich einen größeren Umfang an
Kapazitätswerten ermöglichen.
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Somit sieht die Kopplungszone 9 bei Betrieb der in Fig. 1 dargestellten
Halbleiterdiode 1a, sobald die Sperr-Vorspannung an dem pn-Übergang 7 relativ niedrig
ist, eine elektrische Widerstandsbahn zwischen der zweiten und weiteren Zone 6 und 8 vor,
was damit effektiv in einer Erweiterung des pn-Überganges 7 entlang den weiteren Zonen 8
resultiert und auf diese Weise eine großflächige Sperrschichtkapazität vorgesehen wird.
Effektiv in diesem Stadium ist die Diode 1a mit der in Fig. 4 gezeigten Schaltung
äquivalent, wobei R den Widerstand der Kopplungszone 9 und CR deren Kapazität darstellen. Mit
Ansteigen der Sperr-Vorspannung erfolgt eine Verarmung der relativ schwach dotierten
Kopplungszone 9, wodurch die zweite und die weitere Zone 6 und 8 voneinander getrennt
werden. Mit Verarmung der Kopplungszone 9 wird der Widerstand R entfernt, und die
Kopplungszone 9 bildet lediglich eine, eine geringe Kapazität CR aufweisende Schicht in
Reihe mit der durch die weitere Zone 8 vorgesehenen, effektiv veränderlichen Kapazität.
Die weitere Zone 8 leistet daher keinen signifikanten Beitrag zu der Sperrschichtkapazität
mehr, und es erfolgt infolgedessen eine abrupte Änderung der Art und Weise, auf welche
die Gesamtkapazität, wie in Fig. 3 dargestellt, abnimmt.
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Die tatsächliche Sperr-Vorspannung Vg an dem pn-Übergang 7, bei welcher
eine Verarmung der Kopplungszone 9 erfolgt, ist selbstverständlich von dem Abstand
zwischen der zweiten und weiteren Zone 6 und 8 sowie ebenfalls von der tatsächlichen
Dotierung der Kopplungszone 9 abhängig. Der Abstand zwischen der zweiten und weiteren Zone
6 und 8 und die Dotierungskonzentration der Kopplungszone 9 können an die Einstellung
der Sperr-Vorspannung, bei welcher eine Verarmung der Kopplungszone 9 erfolgt, und
damit an die Einstellung der Spannung, bei welcher die zweite und weitere Zone 6 und 8
isoliert werden, angepaßt werden. Ein Vorteil einer erfindungsgemäßen Halbleiterdiode mit
veränderlicher Kapazität ist, daß die relativen Größen der Bereiche des pn-Überganges 7
und 10 durch entsprechende Maskenänderung bei Herstellung der Halbleiterdiode auf
relativ einfache Weise angepaßt werden können, um die relativen Werte der Kapazitäten C&sub1;
und C&sub2; einzustellen und damit die Art und Weise zu erwirken, auf welche sich die
Gesamtkapazität CT bei Veränderung der Sperr-Vorspannung V verändert.
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Eine erfindungsgemäße Halbleiterdiode mit veränderlicher Kapazität kann
zum Beispiel zur Ausbildung einer sogenannten Kapazitätsvariationsdiode in einem Teil
eines Frequenzabstimmkreises, zum Beispiel für ein Rundfunkgerät, Fernsehgerät oder
einen ähnlichen Empfänger, verwendet werden. Bei einer solchen Halbleiterdiode mit
veränderlicher Kapazität können die zweite und weitere Zone 6 und 8 typischerweise eine
Über
gangstiefe von etwa 1 Mikrometer aufweisen, wobei sich der Abstand zwischen der zweiten
und der weiteren Zone 6 und 8 in der gleichen Größenordnung bewegen kann.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiterdiode
1b, bei welcher zwei weitere Zonen 8a und 8b vorgesehen sind, wobei die innere, weitere
Zone 8a durch eine erste Kopplungszone 9a an die zweite Zone 6 und die äußere Zone 8b
durch eine zweite Kopplungszone 9b an die innere, weitere Zone 8a gekoppelt ist. Wie in
Fig. 5 dargestellt, liegen die beiden weiteren Zonen 8a und 8b näher zusammen als die
zweite Zone 6 und die innere, weitere Zone 8a, so daß die äußere Kopplungszone 9b kürzer
als die innere Kopplungszone 9a ist. Das heißt, daß, vorausgesetzt, daß die beiden
Kopplungszonen 9a und 9b die gleiche Dotierungskonzentration aufweisen, die dichte
Anordnung der weiteren Zonen 8a und 8b in einer, mit Abschnüreffekten in JFETs und
Kurzkanaleffekten in MOSFETs analogen Weise bewirken, daß sich die Verarmungszone
schneller über die gesamte Tiefe der äußeren, kürzeren Kopplungszone 9b ausbreitet, so daß die
durch die äußere, kürzere Kopplungszone 9b vorgesehene Widerstandsbahn bei einer
niedrigeren Sperr-Vorspannung als die durch die innere Kopplungszone 9a vorgesehene
Widerstandsbahn unterbrochen wird. Dieses ist durch die Fig. 6 und 7, welche jeweils einen
Teil der Halbleiterkörperstruktur der Anordnung 1b bei weggelassener Kreuzschraffierung
und schematischer Darstellung der Gesamtsperrschichtkapazität CT der Halbleiterdiode 1b
gegenüber der Sperr-Vorspannung V zwischen der ersten und zweiten Elektrode 30 und 32
zeigen, schematisch dargestellt.
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Wie aus einem Vergleich der Fig. 1 bis 3 und 5 bis 7 ersichtlich, gleicht
die Halbleiterdiode 1b, mit Ausnahme der Anordnung der zweiten, weiteren Zone 8b und
der zugeordneten Kopplungszone 9b, größtenteils der Halbleiterdiode 1a.
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Wie durch die gestrichelten Linien 35 und 35a in Fig. 6, welche die
Grenzen der Verarmungszone darstellen, wenn die Sperr-Vorspannung V relativ niedrig ist,
angedeutet, ist die Breite der Verarmungszone relativ klein, und die beiden Kopplungszonen
9a und 9b sehen noch immer Widerstandsleiterbahnen vor, so daß die innere, weitere Zone
8a durch die Widerstandskopplungszone 9a an die zweite Zone 6 und die äußere, weitere
Zone 8b durch die Widerstandskopplungszone 9b an die innere, weitere Zone 8a
widerstandsgekoppelt ist. Mit Ansteigen der Sperr-Vorspannung V an den Elektroden 30 und 32
nimmt die Breite der Verarmungszone zu, und die Verarmungszone wird, wie oben
angegeben, aufgrund von kurzkanalähnlichen Effekten weiter in die relativ kurze
Kopplungszone 9b bewegt, so daß die Kopplungszone 9b bei einer niedrigeren Sperr-Vorspannung als
die längere Kopplungszone 9a an freien Ladungsträgern verarmt. Die Strichpunktlinie 36
und 36a in Fig. 6 zeigen die Grenzen bzw. das Ausmaß der Verarmungszone bei einer
ersten, vorgegebenen Sperr-Vorspannung, wenn die kürzere, äußere Kopplungszone 9b
gerade an freien Ladungsträgern verarmt ist und die äußere, weitere Zone 8b von der
inneren, weiteren Zone 8a damit widerstandsentkoppelt wird. Folglich ist die der äußeren,
weiteren Zone 8b zugeordnete Sperrschichtkapazität nicht mehr mit den, der zweiten Zone 6
und der inneren, weiteren Zone 8a zugeordneten Sperrschichtkapazitäten parallelgeschaltet,
sondern ist, wie in Bezug auf das Beispiel von Fig. 1 angegeben, vielmehr mit den, der
noch immer widerstandsgekoppelten, zweiten und inneren, weiteren Zone 6 und 8a
zugeordneten Sperrschichtkapazitäten lediglich kapazitiv in Reihe geschaltet. Infolgedessen
erfolgt bei dieser vorgegebenen Sperr-Vorspannung Vg1 eine deutliche bzw. abrupte
Veränderung der Gesamtsperrschichtkapazität, wie in Fig. 7 schematisch dargestellt. Somit folgt
die Veränderung der Gesamtkapazität CT nicht mehr der Kurve X1 in Fig. 7, sondern
beginnt, bei Spannung Vg1 der Kurve Y1 zu folgen.
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Bei weiterem Ansteigen der Sperr-Vorspannung V breitet sich die
Verarmungszone noch weiter aus, bis bei einer zweiten, höheren, vorgegebenen
Sperr-Vorspannung Vg2 die innere Kopplungszone 9a an freien Ladungsträgern verarmt, wodurch die
zweite Zone 6 von der inneren, weiteren Zone 8a widerstandsentkoppelt wird. Bei dieser
zweiten, vorgegebenen Spannung Vg2 erfolgt wiederum eine deutliche bzw. abrupte
Veränderung der Gesamtsperrschichtkapazität CT, da die, sowohl der inneren als auch der
äußeren, weiteren Zone 8a und 8b zugeordneten Sperrschichtkapazitäten in diesem Stadium mit
der, der zweiten Zone 6 zugeordneten Sperrschichtkapazität nicht mehr parallelgeschaltet
sind, sondern lediglich untereinander und mit der, der zweiten Zone 6 zugeordneten
Sperrschichtkapazität kapazitiv in Reihe geschaltet sind. Folglich ändert sich die Art und Weise,
auf welche die Gesamtsperrschichtkapazität CT mit steigender Sperr-Vorspannung V
abnimmt, aus den oben in Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 angegebenen Gründen abrupt, so
daß die Änderung der Gesamtkapazität CT bei Spannung Vg2 der Kurve Z in Fig. 7 zu
folgen beginnt.
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Durch die in Fig. 5 dargestellte Halbleiterdiode soll bei einer vorgegebenen
Sperr-Vorspannung ein noch größerer Kapazitätsbereich erreicht werden, wodurch ein noch
größerer Abstimmbereich bei Frequenzabstimmkreisen, welche eine Halbleiterdiode gemäß
der Erfindung aufweisen, ermöglicht wird.
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Obgleich die innere und äußere, weitere Zone 8a und 8b ähnlich
dimensioniert sein können, um ähnliche Kapazitäten der Sperrschichtfläche aufzuweisen, muß dieses
nicht unbedingt der Fall sein, und es könnte zum Beispiel die äußere, weitere Zone 8b eine
wesentlich größere Sperrschichtfläche als die innere, weitere Zone 8a (oder umgekehrt)
aufweisen, um die Art und Weise, auf welche sich die Gesamtsperrschichtkapazität CT mit
der sukzessiven Widerstandsentkopplung der weiteren Zonen von der zweiten Zone
verändert, gezielt anzupassen. Selbstverständlich können, in Abhängigkeit des gewünschten
Verhältnisses zwischen der Gesamtsperrschichtkapazität. CT und der Sperr-Vorspannung V,
mehr als zwei weitere Zonen mit zugeordneten Kopplungszonen vorgesehen werden, wobei
die Anordnung so vorgenommen werden kann, daß die weiteren Zonen mit Ansteigen der
Sperr-Vorspannung von der äußersten zur innersten, weiteren Zone sukzessiv
widerstandsentkoppelt werden.
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Obgleich in den oben unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7
beschriebenen Beispielen die weiteren Zonen so angeordnet sind, daß sie durch kürzere Ausbildung
der äußeren Kopplungszone 9b als der inneren Kopplungszone 9a sukzessiv entkoppelt
werden, könnten andere Verfahren angewandt werden, um sicherzustellen, daß eine
Verarmung der äußeren, weiteren Zone 8b vor dieser der inneren, weiteren Zone 8a stattfindet.
Somit kann die äußere Kopplungszone 9b schwächer dotiert als die innere Kopplungszone
9a ausgebildet werden, so daß eine schnellere Verarmung derselben an freien
Ladungsträgern erfolgt. Dieser Unterschied in der Dotierungskonzentration der Kopplungszonen 9a
und 9b kann zum Beispiel durch Dotierung der Kopplungszonen in zwei Stufen oder mehr
und Maskieren der äußeren Kopplungszone 9b aus der zweiten und weiteren
Dotierungsstufe oder durch Implantieren der Fremdatome zur Ausbildung der Kopplungszonen durch
eine abgestufte Maske bzw. Isolationsschicht erreicht werden, so daß die äußere
Kopplungszone 9b unterhalb eines dickeren Maskierungs- bzw. Isolationsabschnittes liegt und
daher während des Implantationsverfahrens nicht so stark dotiert wird. Sollte es
wünschenswert sein, daß zwei weitere Zonen oder mehr von der zweiten Zone 6 sukzessiv
widerstandsentkoppelt werden, können selbstverständlich eine oder mehrere der oben
beschriebenen oder andere geeigneten Techniken angewandt werden, um dieses zu
ermöglichen.
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Es versteht sich von selbst, daß die obenerwähnten Leitfähigkeitstypen
umgekehrt werden könnten, und daß die vorliegende Erfindung außerdem auf andere
Halbleitermaterialien als Silicium, zum Beispiel Germanium, oder Kombinationen aus
Halbleiter
materialien oder sogar Halbleitermaterialien aus III-V-Verbindungen, angewandt werden
kann. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls sowohl auf laterale als auch vertikale
Anordnungen anwendbar sein.
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Es wurde oben erwähnt, daß die Zeichnung Ausführungsbeispiele der
Erfindung darstellt. Um Mißverständnisse zu vermeiden, wird weiterhin erklärt, daß die in den
nachfolgenden Patentansprüchen technischen Merkmalen zugeordneten Bezugsziffern,
welche sich auf Merkmale in der Zeichnung beziehen und zwischen Klammern gesetzt
sind, gemäß Regel 29(7) EPÜ zum alleinigen Zwecke der Vereinfachung des
Patentanspruches unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel eingefügt worden sind.