RU1581149C

RU1581149C - High-voltage diode with abrupt restoration of back resistance

Info

Publication number: RU1581149C
Authority: RU
Inventors: В.И. Брылевский; И.В. Грехов; В.М. Ефанов; А.Ф. Кардо-Сысоев; И.А. Смирнова; И.Г. Чашников; Д.И. Шеметило
Original assignee: Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1987-07-06
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: semiconductor pulse equipment. SUBSTANCE: physical process of storing of carriers in low-dopes layers at the stage of pumping with later their clean-out at the stage of flow of back current lies in the basis of operation of diode. Diode is semiconductor structure with contacts which has low-doped layer placed between high-doped layers. Additional low-doped layer is placed between low-doped layer and one of high-doped layers. Conductance type of additional layer coincides with conductance type of high-doped layer fitting it and is opposite to conductance type of low-doped layer. Concentration of dopant in additional layer and its thickness meet certain ratio. Diode is output element of generator of abrupt changes of voltage, it can be used in combination with various generators of pumping pulses without rigid regulation of their parameters. EFFECT: enhanced range of durations and amplitudes of pulses of forward current. 1 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к полупроводниковым приборам, используемым для формирования высоковольтных перепадов напряжения наносекундного диапазона. The invention relates to semiconductor technology, namely to semiconductor devices used to form high voltage voltage drops in the nanosecond range.

Целью изобретения является увеличение диапазона длительностей и амплитуд импульсов прямого тока. The aim of the invention is to increase the range of durations and amplitudes of pulses of direct current.

На чертеже показана структура предлагаемого диода. The drawing shows the structure of the proposed diode.

Диод состоит из омических контактов 1 и 2, к которым примыкают сильнолегированные слои 3 , 4 полупроводника с разным типом проводимости. Между слоями 3, 4 располагаются сильнолегированный слой 5 n-типа проводимости и дополнительный слой 6 р-типа проводимости. The diode consists of ohmic contacts 1 and 2, to which are strongly doped layers 3, 4 of a semiconductor with different types of conductivity. Between layers 3, 4, there is a heavily doped n-type conductivity layer 5 and an additional p-type conductivity layer 6.

В диоде обеспечивается большая скорость восстановления обратного сопротивления при увеличении длительности импульса накачки и уменьшении его амплитуды за счет создания дополнительного слоя. В диоде c таким слоем при накачке неравновесные носители накапливаются одновременно в дополнительном и слаболегированном слоях. При протекании обратного тока образование области объемного заряда у p-n-перехода и связанное с ним медленное повышение напряжения на диоде исключается за счет взаимной компенсации объемных зарядов, идущих через переход встречных потоков электронов и дырок. В диоде с дополнительным слоем р-типа проводимости этот слой играет роль резервуара электронов, которые при протекании обратного тока компенсируют объемный заряд идущих навстречу дырок. The diode provides a high rate of restoration of the reverse resistance with an increase in the duration of the pump pulse and a decrease in its amplitude due to the creation of an additional layer. In a diode with such a layer, when pumped, nonequilibrium carriers accumulate simultaneously in the additional and lightly doped layers. When the reverse current flows, the formation of the space-charge region at the p-n junction and the associated slow increase in the voltage on the diode are eliminated due to the mutual compensation of the space charges passing through the transition of the countercurrent flows of electrons and holes. In a diode with an additional p-type layer, this layer plays the role of a reservoir of electrons, which, when the reverse current flows, compensate for the space charge of the holes going towards them.

Высоковольтный диод может быть изготовлен с помощью эпитаксиальной и диффузионной технологии. A high voltage diode can be manufactured using epitaxial and diffusion technology.

П р и м е р. Структура p⁺-p-n-n⁺ изготовлена на основе слаболегированного кремния n-типа проводимости с концентрацией примеси (фосфор) 10¹⁴ см^-3. Дополнительный слаболегированный слой создан путем диффузии быстродиффундирующей примеси (алюминий) с глубокой длительной разгонкой. Поверхностная концентрация алюминия после разгонки ≈10¹⁷ см^-3, а толщина дополнительного слоя d₁ = 10^-2 см. Оценка для W₀₀₃₁ в предположении линейного распределения примеси дает величину не мене 25 мкм. Сильнолегированный слой р-типа проводимости, полученный путем неглубокой диффузии бора, характеризуется поверхностной концентрацией ≈10¹⁹ см^-3 и толщиной d₃ = 10^-3 см. Сильнолегированный слой n-типа проводимости создан посредство диффузии фосфора на глубину 8× 10⁴ см и имеет поверхностную концентрацию на менее 10²⁰ см^-3. Толщина слаболегированного слоя n-типа d₂ = 10^-2 см.PRI me R. The structure of p ^⁺ -pnn ⁺ is made of silica lightly doped n-type conductivity with the concentration of impurity (phosphorus) 10 ¹⁴ cm ^-3. An additional lightly doped layer was created by diffusion of a rapidly diffusing impurity (aluminum) with deep long-term acceleration. The surface concentration of aluminum after acceleration is ≈10 ¹⁷ cm ^-3 , and the thickness of the additional layer is d ₁ = 10 ^-2 cm. The estimate for W ₀₀₃₁ assuming a linear distribution of the impurity gives a value of at least 25 μm. The heavily doped p-type conductivity layer obtained by shallow boron diffusion is characterized by a surface concentration of ≈10 ¹⁹ cm ^-3 and a thickness of d ₃ = 10 ^-3 cm. The heavily doped n-type conductivity layer is created by diffusing phosphorus to a depth of 8 × 10 ⁴ cm and has a surface concentration of less than 10 ²⁰ cm ^-3 . The thickness of the lightly doped n-type layer d ₂ = 10 ^-2 cm

Диапазон длительностей и амплитуд импульсов накачки при использовании высоковольтного диода в принципе не ограничен. При импульсах накачки с длительностью больше времени жизни носителей заряда в дополнительном слое неизбежны потери энергии при накачке. Если исключить указанные потери и считать, что время жизни неосновных носителей заряда в дополнительном слое равно 50 мкс, то увеличение длительности импульса накачки и уменьшение его амплитуды может достигать двух порядков. The range of durations and amplitudes of the pump pulses when using a high-voltage diode is in principle not limited. For pump pulses with a duration longer than the carrier lifetime in an additional layer, energy losses during pumping are inevitable. If we exclude the indicated losses and assume that the lifetime of minority charge carriers in the additional layer is 50 μs, then the increase in the duration of the pump pulse and the decrease in its amplitude can reach two orders of magnitude.

Claims

HIGH VOLTAGE DIODE WITH A REASON REVERSION RECOVERY RESISTANCE, containing a lightly doped n-type layer located between two highly doped layers of different types of conductivity, and two ohmic contacts, characterized in that, in order to increase the range of durations and amplitudes of direct current pulses, an additional a p-type conductivity layer located between a heavily doped p ⁺ type conductivity layer and a lightly doped n-type conductivity layer, the dopant concentration being and in an additional layer N ₁ and its thickness d ₁ satisfy the relations
N ₃ > N ₁ ≥ N ₂ ;
W ₀₀₃₁ ≅ d ₁ ≅ d ₂ ,
where N ₂ and d ₂ are the concentration and thickness of the lightly doped layer, respectively;
W ₀₀₃₁ - the width of the space charge region in an additional layer at an avalanche breakdown voltage;
N ₃ is the impurity concentration in the heavily doped n-type conductivity layer.