NL7905701A - Capaciteitsdiode. - Google Patents

Description

♦ N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

PHD 78103 1 "Capaciteitsdiode".

De uitvinding heeft betrekking op een capaciteitsdiode met een halfgeleiderlichaam met een epitaxiale laag van een eerste geleidingstype, waarin door gestuurde do-tering gedurende het opgroeien een doteringsprofiel is ge-5 vormd, en een oppervlaktezone van het tweede geleidingstype in de epitaxiale laag, die met de eerstgenoemde zone een pn-overgang vormt.

Wanneer dergelijke capaciteitsdioden, zoals gebruikelijk, als afstemcapaciteiten in parallelle trillings-10 kringen worden toegepast, wordt vanwege de niet-lineaire karakteristiek van de diode de resonantiekromme van de tril-lingskring vervormd.

Dit effect is in "Valvo Berichte", deel XVXX, band 2, pag. 97 - 107 (in het bijzonder pag. 99 - 101) be~

15 schreven. Daaruit blijkt, dat bij de uitsturing van de capaciteitsdiode in de trillingskring met de spanning Δ TJ

Δ f een afwijking van de resonantiefrequentie f van —— optreedt .

Deze storende frequentie-afwijking neemt bij een 20 capaciteitsdiode volgens de stand van de techniek betrekkelijk grote en - wat bijzonder storend is - positieve zo-/j wel als negatieve waarden aan.

De uitvinding heeft onder meer tot doel, een ca-\ paciteitsdiode van de in de aanhef genoemde soort zo uit te ^ voeren, dat de frequentie-afwijking in het uitstuurbereik 7905701 '* PHD 78103 2 f van de diode zo klein mogelijk wordt en daarbij niet van teken verandert.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat het doteringsprofiel van de epitaxiale laag vanaf de pn-5 overgang volgens de betrekking

„ E-iT

N(x) = k. ^_o x<* tussen de grenzen N en N_ verloopt waarbij de verhouding O Ü/ 10 van ΐί tot Ni. is aangepast aan de gewenste capaciteits- zwaai, waarbij x de afstand in ^um vanaf de pn-overgang is, xq de breedte van de keerlaag in yum aan de pn-overgang bij de spanning -U^ is, waarbij de diffusiespanning van de pn-overgang is, _3 15 Nq de doteringsconcentratie aan de pn-overgang in at.cm is, N™ de uitgangsdoteringsconcentratie van de epitaxiale laag . -3 m at.cm is, 14 17 k een constante'waarde tussen 5·10 en 1.10 is, n een constant geheel getal tussen 0 en 6 is en 20 een constante waarde tussen 1 en 2 heeft.

Daardoor wordt op eenvoudige wijze bereikt, dat in het uitstuurbereik van de diode de frequentie-afwijking slechts één teken aanneemt en slechts klein is.

Opgemerkt wordt, dat het doteringsprofiel geacht 25 wordt aan de gegeven vergelijking te voldoen, wanneer voor gegeven waarden van Nq , NE, k, n enfa lln x_ 1n jln x_ j11 k --j- 4 k -β- x “ x 1 30 waarin x ' de waarde van x is die verkregen wordt door in o o plaats van Nq de waarde 0,90 Nq en in plaats van'N-g de waarde 0,98 ÏL. te kiezen, terwijl x ” gevonden wordt door in Ü/ o plaats van Nq de waarde 1,10 Nq, en in plaats van de waarde 1,02 N_ te kiezen, in de uitdrukking die x als Ü/ o 0 35 functie van N en N_, geeft.

o h,

De uitvinding wordt hierna bij wijze van voorbeeld 1 aan de hand van bijgaande tekeningen nader toegelicht, i, waarin: 7905701 t PHD 78103 3 fig. 1 het verloop van de frequentie-afwijking als functie van de aangelegde spanning bij een capaciteits- diode volgens de stand van de techniek toont, fig. 2 in doorsnede een capaciteitsdiode volgens de uitvinding toont, 5 fig. 3 het verloop van het doteringsprofiel van de capaciteitsdiode volgens fig. 2 weergeeft, fig. 4 het verloop toont van de frequentie-afwij-king bij een capaciteitsdiode volgens figuren 2 en 3» en jg fig. 5 de capaciteit-spanningskarakteristiek van de capaciteitsdiode volgens fig. 2 en 3 toont.

Xn fig. 2 is een capaciteitsdiode van de beschreven soort in doorsnede weergegeven. Het halfgeleiderlichaam 1 bestaat uit een n-type siliciumstubstraat met een soorte-.jg lijke weerstand van ca. 2.10 ^ Jl •cm. Op dit substraat wordt een epitaxiale laag gegroeid, waarbij de dotering bij het opgroeien zo wordt gestuurd, dat, uitgaande van een do- 15 -3 teringsconcentratie Ng = 2,2. 10 at.cm , het doterings profiel althans vanaf ongeveer x = 0,3 ^um tot ongeveer 2Q x = 2 yum volgens de bovenaangegeven betrekking n = *. En 7^ verloopt, waarbij xq 0,1 ƒurn bij -U^ = 860 mV 25 n =1 /3 = 2 en k = 2,03. 1015.

In de op deze wijze gedoteerde aangegroeide epitaxial e laag met een dikte van 4,8jum wordt daarna na het 30 etsen van de mesa 3 met een hoogte van 0,7 /-um vanaf het -4 2 ' oppervlak via een vlak van 8,2. 10 cm de p-type zone 3 door diffusie van borium met een oppervlakteconcentratie 20 —3 van 4. 10 cm J tot op een diepte van 0,6yum aangebracht.

De doteringsconcentratie No aan de pn-overgang 5 bedraagt 35 dan 1,97 · 101^ at.cm""^.

De zo vervaardigde capaciteitsdiode wordt daarna door het opbrengen van metaallagen 6 en 7 gecontacteerd en // in een geschikte omhulling ondergebracht.

I 79 0 570 f PHD 78103 4

Fig. 3 toont het gemeten verloop van het doterings- ^ profiel tussen de pn-overgang 5 en het substraat van de ca-paciteitsdiode volgens fig. 2.

Bij dit verloop van het doteringsprofiel wordt 5 het in fig. 4 getoonde verloop van de frequentie-afwijking verkregen, waaruit blijkt, dat bij een zo gedimensioneerde diode de frequentie-afwijking slechts één teken heeft (de afwijking blijft negatief) en de grootte van de afwijking binnen de praktische uitstuurgrenzen van de diode een waarde 10 van 0,5 fo niet teboven gaat.

De uit de kromme volgens fig. 4 blijkende toename van de grootte van de frequentie-afwijking bijhhogere spanningen zou in principe kunnen worden vermeden, maar is toe te schrijven aan de toename van het doteringsprofiel, zoals 15 uit fig. 3 blijkt, ten gevolge van de dotering van het substraat, die vrij hoog moet worden gekozen, om aan de capaci-teitsdiode een zo laag mogelijke serieweerstand te geven.

Fig. 5 toont de capaciteits-spanningskarakteristiek van een capaciteitsdiode volgens Fig. 2 en 3. Uit het ver-20 loop van een dergelijke karakteristiek kan het doterings-profiel worden afgeleid daar tussen beide krommen een eenduidig verband bestaat. Uitgegaan wordt van de grondverge-lijkingen (zie b.v. "Solid State Electronics", 20 (1977)» pag. 485 - 490, in het bijzonder pag. 485)» 25 (1) N<x) = - -——5- . en <y «. % a* dc 4

£. A

(2) C = -

* X

30 waarbij N(x) = doteringsconcentratie op de afstand x van de pn-overgang C = capaciteit van de pn-overgang U = spanning aan de pn-overgang q = electronenlading Θ35 £ £0 = diëlectrische constante van het halfgeleider- materiaal.

1 A = oppervlak van de pn-overgang.

* Uit vergelijking (1) en (2) volgt door integratie: 7905701

Claims (1)

1. 35 No de doteringsconcentratie aan de pn-overgang in at. cm~^ \ is, de uitgangsdoteringsconcentratie van de epitaxiale laag -3 in at.cm ^ is, 7905701 PHD 78103 6' ^ r 11\. 17 f k een constante waarde tussen 5 · 10 en 1 . 10 is, 5 n een constant geheel getal tussen 0 en 6 is en |3 een constante waarde tussen 1 en 2 heeft. 5 10 15 i i 20 25 : i i 30 C ; j 35 7 9 0 5 7 0 1----