JPS6328498B2 - - Google Patents
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- JPS6328498B2 JPS6328498B2 JP11168681A JP11168681A JPS6328498B2 JP S6328498 B2 JPS6328498 B2 JP S6328498B2 JP 11168681 A JP11168681 A JP 11168681A JP 11168681 A JP11168681 A JP 11168681A JP S6328498 B2 JPS6328498 B2 JP S6328498B2
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- H01L29/93—
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、逆バイアス電圧の変化に対して容量
が急激に変化するように構成した可変容量装置に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a variable capacitance device configured such that its capacitance changes rapidly in response to changes in reverse bias voltage.
可変容量装置として従来第1図のようなPN接
合素子を利用することが行われている。同図にお
いて、1はN型半導体層、2はP型半導体領域、
3はPN接合部、4および5は上記N型層1およ
びP型領域2に各々設けられた電極、6および7
は上記電極4および5に各々設けられた引出し端
子、8はPN接合部3から主として不純物濃度の
低いN型層1側に拡がる空乏層である。以上にお
いて、引出し端子6および7間に加えられる逆バ
イアス電圧に応じて空乏層8が伸縮し、これに基
く容量変化が引出し端子6および7間で読み出さ
れるようになつている。 Conventionally, a PN junction element as shown in FIG. 1 has been used as a variable capacitance device. In the figure, 1 is an N-type semiconductor layer, 2 is a P-type semiconductor region,
3 is a PN junction; 4 and 5 are electrodes provided in the N-type layer 1 and P-type region 2, respectively; 6 and 7
are lead terminals provided on the electrodes 4 and 5, respectively, and 8 is a depletion layer extending from the PN junction 3 toward the N-type layer 1, which has a low impurity concentration. In the above, the depletion layer 8 expands and contracts in response to the reverse bias voltage applied between the lead terminals 6 and 7, and the capacitance change based on this is read out between the lead terminals 6 and 7.
しかしながら以上のようなPN接合素子を利用
した従来の可変容量装置は以下のような欠点を有
している。 However, the conventional variable capacitance device using the above-mentioned PN junction element has the following drawbacks.
(1) PN接合における空乏層容量のバイアス電圧
依存性を利用するため、最小容量値は半導体領
域の不純物濃度により決定され、一方最大容量
値はコンダクタンス成分の増大により決定され
る。このためQが大きい状態で容量変化巾を大
きくとることは実用上不可能となり、また容量
変化に伴うQの変化が大きくなるので回路設計
上困難を伴う。(1) In order to utilize the bias voltage dependence of the depletion layer capacitance in the PN junction, the minimum capacitance value is determined by the impurity concentration of the semiconductor region, while the maximum capacitance value is determined by the increase in the conductance component. For this reason, it is practically impossible to increase the range of capacitance change in a state where Q is large, and since the change in Q becomes large as the capacitance changes, it is difficult to design the circuit.
(2) 容量を変化させるためのバイアス電圧印加お
よび容量変化の読み出しを共通の引出し端子で
行つているため、共振回路等に応用した時に入
力信号電圧自体によつて不必要な容量変化を起
こし易くなり信号劣化をもたらす。また入力信
号電圧とバイアス電圧との相互作用が少なくな
るような特別な回路構成が必要とされるので、
用途が限定されてしまう。(2) Since the bias voltage applied to change the capacitance and the readout of the capacitance change are performed through a common lead-out terminal, unnecessary capacitance changes are likely to occur due to the input signal voltage itself when applied to a resonant circuit, etc. resulting in signal deterioration. Also, a special circuit configuration is required to reduce the interaction between the input signal voltage and bias voltage.
Its uses are limited.
(3) 空乏層容量を決定するための半導体領域の不
純物濃度が拡散法あるいはイオンインプランテ
ーシヨン法等の制御手段により行われるが、一
般に歩留りが悪いのでIC回路へ集積化するこ
とは実用上不可能である。(3) The impurity concentration in the semiconductor region, which determines the depletion layer capacitance, is controlled by a diffusion method or ion implantation method, but since the yield is generally low, it is not practical to integrate it into an IC circuit. It's impossible.
本発明は以上の問題に対処してなされたもの
で、第1導電型半導体層の一表面に選択的に形成
された第2導電型半導体領域および上記第1導電
型半導体層の他表面に形成された空乏層を発生さ
せるための障壁を各々有する半導体基板を用い、
上記第2導電型半導体領域を空乏層制限領域とし
てかつ容量読出部として動作させることにより従
来欠点を除去し得るように構成した可変容量装置
を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in response to the above problems, and includes a second conductive type semiconductor region selectively formed on one surface of the first conductive type semiconductor layer and a second conductive type semiconductor region formed on the other surface of the first conductive type semiconductor layer. Using semiconductor substrates each having a barrier for generating a depletion layer,
It is an object of the present invention to provide a variable capacitance device configured to eliminate the conventional drawbacks by operating the second conductivity type semiconductor region as a depletion layer limiting region and as a capacitance readout section.
以下図面を参照して本発明実施例を説明する。
第2図は本発明実施例による可変容量装置を示す
断面図で、9は第2導電型半導体層、例えばN型
層、10はこのN型層9上に形成された第1導電
型半導体層、例えばP型層、11はP型層10内
に選択的に形成された第2導電型半導体領域、例
えばN型領域、12は絶縁膜、13は上記N型層
9に設けられた空乏層制御電極、14は上記N型
領域11に設けられた容量読出電極、15は上記
電極13,14に対する共通電極である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a variable capacitance device according to an embodiment of the present invention, in which 9 is a second conductive type semiconductor layer, for example, an N-type layer, and 10 is a first conductive type semiconductor layer formed on this N-type layer 9. , for example, a P-type layer; 11 is a second conductivity type semiconductor region selectively formed in the P-type layer 10, for example, an N-type region; 12 is an insulating film; 13 is a depletion layer provided in the N-type layer 9; A control electrode 14 is a capacitive readout electrode provided in the N-type region 11, and 15 is a common electrode for the electrodes 13 and 14.
以上の構成において、空乏層制御電極13と共
通電極15との間に逆バイアス電圧VR、即ち空
乏層8をPN接合部よりP型層側へ広げるように
N型層に対しP型層を負側にバイアスするための
バイアス電圧をを加えると、PN接合部3から主
として不純物濃度の低いP型層10側に空乏層8
が拡がり始め、この空乏層8の巾dは逆バイアス
電圧VRによつて変化し第3図Aの実線のように
VRの増加に比例して拡がる。また第2図のよう
にP型層10表面に導電型の異なるN型領域11
が存在する時は、逆バイアス電圧VRの増加によ
つて拡がつて空乏層8がこのN型領域11に到達
すると、この領域11に対する拡がりは阻止され
る。すなわちこの場合N型領域11は空乏層制限
領域として動作することになる。したがつてこの
後の空乏層8の拡がりはN型領域11に隣接して
いるP型層10の上方に向かつて集中的に進むこ
とになる。このように空乏層制限領域が存在して
いる場合は、逆バイアス電圧VRに対する空乏層
8の巾dは第3図Aの点線のように変化し、N型
領域11に到達した以降は逆バイアス電圧VRの
増加につれて急激に増加する。このことは同一の
逆バイアス電圧VRの変化に対し、容量を巾広く
変化させ得ることを意味している。第3図Bは逆
バイアス電圧VRに対する容量Cの変化特性を示
し、2つの特性は各々第3図Aに対応している。 In the above configuration, a reverse bias voltage V R is applied between the depletion layer control electrode 13 and the common electrode 15, that is, the P-type layer is connected to the N-type layer so that the depletion layer 8 is expanded from the PN junction toward the P-type layer. When a bias voltage for biasing to the negative side is applied, a depletion layer 8 is formed from the PN junction 3 mainly to the P-type layer 10 side with a low impurity concentration.
begins to expand, and the width d of this depletion layer 8 changes depending on the reverse bias voltage VR , as shown by the solid line in Figure 3A.
It spreads in proportion to the increase in VR . In addition, as shown in FIG.
When depletion layer 8 expands as a result of an increase in reverse bias voltage V R and reaches this N-type region 11, the expansion toward this region 11 is prevented. That is, in this case, the N type region 11 operates as a depletion layer limiting region. Therefore, the subsequent expansion of the depletion layer 8 will proceed intensively toward the upper part of the P-type layer 10 adjacent to the N-type region 11. When a depletion layer limiting region exists in this way, the width d of the depletion layer 8 with respect to the reverse bias voltage V R changes as shown by the dotted line in FIG. It increases rapidly as the bias voltage V R increases. This means that the capacitance can be varied over a wide range for the same change in reverse bias voltage VR . FIG. 3B shows the change characteristics of the capacitance C with respect to the reverse bias voltage V R , and the two characteristics correspond to FIG. 3A, respectively.
これにより容量読出電極14と共通電極15と
の間における容量は、空乏層8が拡がつていない
P型領域10の部分とN型領域11との境界にお
ける接合容量となり、この接合容量は空乏層8の
変化に対応して変化するので、逆バイアス電圧
VRが増加する程空乏層8は拡がるので小さくな
る方向に変化する。 As a result, the capacitance between the capacitance readout electrode 14 and the common electrode 15 becomes the junction capacitance at the boundary between the portion of the P-type region 10 where the depletion layer 8 has not expanded and the N-type region 11, and this junction capacitance is the depletion capacitance. The reverse bias voltage changes in response to changes in layer 8.
As V R increases, the depletion layer 8 expands, so it changes in the direction of becoming smaller.
すなわち容量読出電極14と共通電極15間か
らは、空乏層制御電極13と共通電極15間に加
えられた逆バイアス電圧VRにより制御された容
量変化が読み出される。 That is, from between the capacitance reading electrode 14 and the common electrode 15, a capacitance change controlled by the reverse bias voltage VR applied between the depletion layer control electrode 13 and the common electrode 15 is read out.
第4図は本発明の他の実施例を示すもので、特
にN型領域11の断面形状を変形した例を示すも
のである。すなわちN型領域11を、曲率半径の
小さな第1のN型領域11Aおよび曲率半径の大
きな第2のN型領域11Bとの二重構造により形
成した場合を示す。このようにN型領域11の断
面形状の周囲の曲率半径を異ならせることによ
り、逆バイアス電圧の変化に対する空乏層の拡が
り状態を変化させることができ、特に逆バイアス
電圧が小さい時の容量変化をなだらかにすること
ができる。これにより容量読出しの増加に寄与す
る面積を大きくすることができ、同一容量変化を
読み出す場合は半導体チツプの面積を減少させる
ことができる。 FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, and particularly shows an example in which the cross-sectional shape of the N-type region 11 is modified. That is, a case is shown in which the N-type region 11 is formed with a double structure of a first N-type region 11A with a small radius of curvature and a second N-type region 11B with a large radius of curvature. By varying the radius of curvature around the cross-sectional shape of the N-type region 11 in this way, it is possible to change the state of expansion of the depletion layer in response to changes in reverse bias voltage, and in particular to reduce capacitance changes when the reverse bias voltage is small. It can be made gentle. As a result, the area contributing to an increase in capacitance readout can be increased, and the area of the semiconductor chip can be reduced when reading out the same capacitance change.
以上のような二重構造は周知の選択拡散法を利
用することにより容易に形成することができる。
また二重構造に限らずそれ以上の多重構造にする
こともできる。 The double structure described above can be easily formed by using the well-known selective diffusion method.
Moreover, it is not limited to a double structure, but can also be a multiplex structure.
第5図は本発明のその他の実施例を示すもの
で、N型層9とP型層10との間にP型層10よ
り不純物濃度の低い第2のP型層16(いわゆる
P-型高比抵抗層)を設けた例を示すものである。
このようにP型層10に隣接して同導電型の高比
抵抗層16を設けることにより、容量変化に寄与
しない逆バイアス電圧の小さい時の空乏層の拡が
りを大きくできるので、逆バイアス電圧のロスを
少なくすることができる。またこれと共にその時
の寄生容量を少なく抑えることもできる。 FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, in which a second P-type layer 16 (so-called
This shows an example in which a P - type high resistivity layer is provided.
By providing the high specific resistance layer 16 of the same conductivity type adjacent to the P-type layer 10 in this way, the spread of the depletion layer when the reverse bias voltage that does not contribute to capacitance changes is small can be increased, so that the reverse bias voltage can be increased. Loss can be reduced. In addition to this, the parasitic capacitance at that time can also be suppressed to a small level.
第6図は本発明のその他の実施例を示し、N型
領域11の断面形状の他の変形例を示すものであ
る。 FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, and shows another modification of the cross-sectional shape of the N-type region 11.
以上の各実施例においては空乏層制御電極を設
けて空乏層を発生させるための障壁としては、
PN接合構造を用いた場合に例を示したが、これ
に限らず他にMIS構造あるいはシヨトキー接合構
造等により構成するようにしても良い。 In each of the above embodiments, the barrier for generating a depletion layer by providing a depletion layer control electrode is as follows:
Although an example is shown in which a PN junction structure is used, the present invention is not limited to this, and other structures such as an MIS structure or a Schottky junction structure may be used.
以上説明して明らかなように本発明によれば、
第1導電型半導体層の一表面に選択的に形成され
た第2導電型半導体領域および上記第1導電型半
導体層の他表面に形成された空乏層を発生させる
ための障壁を各々有する半導体基板を用い、上記
第2導電型半導体領域を空乏層制限領域としてか
つ容量読出部として動作させるように構成するも
のであるから、単に逆バイアス電圧による空乏層
容量を利用する場合に比べ巾広い容量変化を行わ
せることができる。また空乏層制御部と容量読出
部とが独立した構造になつているために、入力信
号による悪影響を避けることができる。さらに半
導体領域の不純物濃度だけで空乏層容量を決定す
る必要はないので不純物濃度を正確に制御するた
めの複雑な手段は不要となるため、歩留りの低下
なしに集積化が可能となる。 As is clear from the above explanation, according to the present invention,
A semiconductor substrate each having a second conductivity type semiconductor region selectively formed on one surface of the first conductivity type semiconductor layer and a barrier for generating a depletion layer formed on the other surface of the first conductivity type semiconductor layer. Since the second conductivity type semiconductor region is configured to operate as a depletion layer limiting region and as a capacitance readout section, a wider capacitance change can be achieved than in the case of simply using the depletion layer capacitance due to a reverse bias voltage. can be made to do so. Furthermore, since the depletion layer control section and the capacitance readout section have independent structures, it is possible to avoid adverse effects caused by input signals. Furthermore, since it is not necessary to determine the depletion layer capacitance only based on the impurity concentration of the semiconductor region, there is no need for complicated means to accurately control the impurity concentration, so integration can be achieved without reducing yield.
なお導電型はP型、N型を任意に入れ換えるこ
とができる。 Note that the conductivity type can be arbitrarily switched between P type and N type.
第1図は従来例を示す断面図、第2図、第4
図、第5図および第6図はいずれも本発明実施例
を示す断面図、第3図は本発明を説明するための
グラフである。
3……PN接合部、8……空乏層、11,11
A,11B……空乏層制限領域、12……絶縁
膜、13……空乏層制御電極、14……容量読出
電極、15……共通電極。
Figure 1 is a sectional view showing a conventional example, Figures 2 and 4.
5 and 6 are all cross-sectional views showing embodiments of the present invention, and FIG. 3 is a graph for explaining the present invention. 3...PN junction, 8... Depletion layer, 11, 11
A, 11B...Depletion layer limiting region, 12...Insulating film, 13...Depletion layer control electrode, 14...Capacitance reading electrode, 15...Common electrode.
Claims (1)
れた第2導電型領域と、 空乏層を発生させるための接合部を画成するた
めに上記第1導電型半導体層の他方の面上に設け
られた第2導電型半導体層と、 上記第2導電型領域上に設けられた容量読出電
極と、 前記第1導電型半導体層の一方の面において前
記第2導電型領域近傍に配設された共通電極と、 前記第2導電型半導体層の、第1導電型半導体
層との接合部とは反対側の面上に設けられた空乏
層制御電極と、 上記共通電極と空乏層制御電極との間に接続さ
れ、空乏層を前記接合部より第1導電型半導体層
側へ広げるようにバイアスするためのバイアス電
圧源と、を備え、 前記共通電極と容量読出電極との間の容量を読
み出すように構成したことを特徴とする可変容量
装置。 2 前記第2導電型半導体領域がほぼ半球状とな
つていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の可変容量装置。 3 前記第2導電型半導体領域が曲率半径の異な
る半球状の断面形状をなしていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の可変容量装置。 4 前記第2導電型半導体層に近い第1導電型半
導体層の一部分の層の不純物濃度を他の部分より
低くしたことを特徴とする特許請求の範囲第3項
記載の可変容量装置。[Claims] 1. A first conductivity type semiconductor layer, a second conductivity type region provided on one side of the first conductivity type semiconductor layer, and a junction for generating a depletion layer. a second conductivity type semiconductor layer provided on the other surface of the first conductivity type semiconductor layer in order to perform the above operations; a capacitive readout electrode provided on the second conductivity type region; and the first conductivity type semiconductor layer. a common electrode disposed near the second conductivity type region on one surface of the second conductivity type semiconductor layer; a depletion layer control electrode, and a bias voltage source connected between the common electrode and the depletion layer control electrode for biasing the depletion layer so as to spread from the junction toward the first conductivity type semiconductor layer. A variable capacitance device comprising: a variable capacitance device configured to read a capacitance between the common electrode and a capacitance readout electrode. 2. The variable capacitance device according to claim 1, wherein the second conductive type semiconductor region has a substantially hemispherical shape. 3. The variable capacitance device according to claim 1, wherein the second conductive type semiconductor region has a hemispherical cross-sectional shape with different radii of curvature. 4. The variable capacitor device according to claim 3, wherein the impurity concentration of a portion of the first conductive type semiconductor layer near the second conductive type semiconductor layer is lower than that of the other portion.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11168681A JPS5825278A (en) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | Variable capacitance device |
GB08219890A GB2104725B (en) | 1981-07-17 | 1982-07-09 | Variable capacitance device |
US06/397,283 US4529995A (en) | 1981-07-17 | 1982-07-12 | Variable capacitance device |
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NL8202890A NL8202890A (en) | 1981-07-17 | 1982-07-16 | VARIABLE CAPACITIVE DEVICE. |
FR8212483A FR2509907B1 (en) | 1981-07-17 | 1982-07-16 | DEVICE WITH VARIABLE CAPACITY |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11168681A JPS5825278A (en) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | Variable capacitance device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5825278A JPS5825278A (en) | 1983-02-15 |
JPS6328498B2 true JPS6328498B2 (en) | 1988-06-08 |
Family
ID=14567598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11168681A Granted JPS5825278A (en) | 1981-07-17 | 1981-07-17 | Variable capacitance device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5825278A (en) |
-
1981
- 1981-07-17 JP JP11168681A patent/JPS5825278A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5825278A (en) | 1983-02-15 |
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