RU167582U1 - Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER - Google Patents

Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER Download PDF

Info

Publication number
RU167582U1
RU167582U1 RU2016122603U RU2016122603U RU167582U1 RU 167582 U1 RU167582 U1 RU 167582U1 RU 2016122603 U RU2016122603 U RU 2016122603U RU 2016122603 U RU2016122603 U RU 2016122603U RU 167582 U1 RU167582 U1 RU 167582U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
region
doped
control electrode
semiconductor
charge transfer
Prior art date
Application number
RU2016122603U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Иванович Петручук
Юрий Васильевич Сурин
Александр Борисович Спиридонов
Анастасия Александровна Карповская
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-К"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-К"
Priority to RU2016122603U priority Critical patent/RU167582U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU167582U1 publication Critical patent/RU167582U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Использование: для разработки МДП-варикапов. Сущность полезной модели заключается в том, что в СВЧ МДП-варикапе с переносом заряда узел стока неосновных носителей выполнен в слое поликристаллического кремния и содержит две легированные области, разделенные резистивной областью нелегированного поликристаллического кремния, причем первая область, легированная акцепторной примесью, имеет общую границу раздела с поверхностью полупроводника, а вторая легированная область соединена с управляющим электродом. Технический результат: обеспечение возможности повышения значения предельной частоты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.Usage: for the development of MDP varicaps. The essence of the utility model lies in the fact that in the microwave MIS varicap with charge transfer, the minority carrier drain node is made in a layer of polycrystalline silicon and contains two doped regions separated by the resistive region of undoped polycrystalline silicon, and the first region doped with an acceptor impurity has a common interface with the surface of the semiconductor, and the second doped region is connected to the control electrode. Effect: providing the possibility of increasing the value of the limiting frequency. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники и может быть использована при разработке МДП-варикапов, предназначенных для применения в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона.The utility model relates to the field of semiconductor electronics and can be used in the development of MIS-varicaps intended for use in RF and microwave devices.

Известен МДП-варикап, содержащий полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод, узел стока неосновных носителей с p-n-переходом [Lloyd W Hackley, Seminole, Fla, "Varactor tuning diode with inversion layer, Put. 4.903.086, Feb. 20, 1990, US]. Недостаток данной конструкции прибора состоит в наличии тока проводимости p-n-перехода, включенного в прямом направлении, при состоянии емкости прибора, соответствующей номинальному значению, что ограничивает возможность его использования в качестве емкостного ключа.Known MIS-varicap containing electronic conductivity semiconductor, dielectric, control electrode, drain node of minority carriers with a pn junction [Lloyd W Hackley, Seminole, Fla, "Varactor tuning diode with inversion layer, Put. 4.903.086, Feb. 20, 1990, US]. The disadvantage of this device design is the presence of the conductivity current of the pn junction, switched on in the forward direction, with the device capacitance state corresponding to the nominal value, which limits the possibility of its use as a capacitive switch.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является МДП-варикап с переносом заряда [Патент на полезную модель РФ №100333, МПК H01L 29/00, опубл. 10.12.2010 г.]. Данный прибор содержит полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей, содержащий p-n-переход. Диффузионная p+-область сформирована в полупроводнике электронной проводимости, расположена вне области локализации управляющего электрода и соединена с управляющим электродом через резистор, расположенный на диэлектрике.Closest to the proposed design is a MIS-varicap with charge transfer [Patent for utility model of the Russian Federation No. 100333, IPC H01L 29/00, publ. December 10, 2010]. This device contains a semiconductor of electronic conductivity, a dielectric, a control electrode, and a minority carrier drain assembly containing a pn junction. The diffusion p + region is formed in a semiconductor of electronic conductivity, located outside the localization region of the control electrode and connected to the control electrode through a resistor located on the dielectric.

Недостаток данной конструкции прибора состоит в ограничении максимального значения предельной частоты, обусловленном минимальной толщиной полупроводника, которая не может быть меньше, чем глубина p-n-перехода с учетом ширины области пространственного заряда (ОПЗ).The disadvantage of this device design is the limitation of the maximum value of the limiting frequency due to the minimum thickness of the semiconductor, which cannot be less than the depth of the pn junction taking into account the width of the space charge region (SCR).

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка конструкции, обеспечивающей возможность повышения значения предельной частоты.The objective of the proposed utility model is to develop a design that provides the ability to increase the value of the limiting frequency.

В предлагаемом техническом решении эта задача достигается тем, что в СВЧ МДП-варикапе с переносом заряда, содержащем полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод и расположенный вне области локализации управляющего электрода узел стока неосновных носителей на основе резистора и p-n-перехода, узел стока неосновных носителей выполнен в слое поликристаллического кремния, расположенном на диэлектрике, и содержит две легированные области, разделенные резистивной областью нелегированного поликристаллического кремния, причем первая область, легированная акцепторной примесью, имеет общую границу раздела с поверхностью полупроводника, а вторая легированная область соединена с управляющим электродом.In the proposed technical solution, this task is achieved by the fact that in a microwave MIS varicap with a charge transfer containing an electronic conductivity semiconductor, a dielectric, a control electrode, and a minority carrier drain node based on a resistor and pn junction located outside the control electrode localization region, a minority drain node of carriers is made in a layer of polycrystalline silicon located on a dielectric and contains two doped regions separated by a resistive region of undoped polycrystalline straps, wherein a first region doped with an acceptor impurity, has a common interface with the semiconductor surface, and the second doped region is connected to the control electrode.

С целью повышения верхнего температурного диапазона работы прибора в конструкцию может быть введен дополнительный электрод, соединенный с областью дырочной проводимости.In order to increase the upper temperature range of the device, an additional electrode connected to the hole conduction region can be introduced into the structure.

На фиг. 1 и 2 приведены варианты конструкции предлагаемого прибора, на фиг. 3 эквивалентные схемы.In FIG. 1 and 2 show the design options of the proposed device, in FIG. 3 equivalent circuits.

Прибор содержит полупроводник n-типа 1, диэлектрик 2, управляющий электрод 3, проводящий контакт 4 к полупроводнику, узел стока из поликристаллического кремния, в конструкцию которого входит p+-область 5, имеющая общую границу раздела с поверхностью полупроводника, резистивная область 6 и часть легированной области 7 вне управляющего электрода. Другая часть легированной области 7, контактирующая с управляющим электродом, является элементом конструкции этого электрода. Управляющий электрод контактирует с поверхностью поликристаллического кремния через вскрытое в защитном диэлектрике 8 контактное окно. Область 7 может быть легирована как акцепторной, так и донорной примесью. Кроме того, в конструкцию прибора может быть введен дополнительный электрод 9, соединенный с областью дырочной проводимости (фиг. 2).The device contains an n-type semiconductor 1, a dielectric 2, a control electrode 3, a conductive contact 4 to the semiconductor, a drainage unit made of polycrystalline silicon, the structure of which includes a p + region 5 having a common interface with the surface of the semiconductor, the resistive region 6 and part doped region 7 outside the control electrode. Another part of the doped region 7 in contact with the control electrode is a structural element of this electrode. The control electrode is in contact with the surface of polycrystalline silicon through the contact window opened in the protective dielectric 8. Region 7 can be doped with both acceptor and donor impurities. In addition, an additional electrode 9 connected to the hole conduction region can be introduced into the device design (Fig. 2).

Принцип действия предлагаемого прибора состоит в следующем. При подаче на управляющий электрод 3 положительного напряжения смещения реализуется состояние емкости прибора, соответствующее его номинальному значению Cн=C0⋅S,The principle of operation of the proposed device is as follows. When a positive bias voltage is applied to the control electrode 3, the state of the device capacitance corresponding to its nominal value C n = C 0 ⋅ S,

где С0 - удельная емкость диэлектрика 2;where C 0 is the specific capacitance of dielectric 2;

S - площадь управляющего электрода 3.S is the area of the control electrode 3.

При этом должны выполняться условия:In this case, the conditions must be met:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где RC - сопротивление резистивной области узла стока, задаваемое конструктивно проводимостью материала резистивной области, ее поперечным сечением, длиной и удельной проводимостью σ;where R C is the resistance of the resistive region of the drain node, specified structurally by the conductivity of the material of the resistive region, its cross section, length and conductivity σ;

Figure 00000003
- рабочая частота;
Figure 00000003
- operating frequency;

ε - абсолютная диэлектрическая постоянная материала резистивной области.ε is the absolute dielectric constant of the material of the resistive region.

При выполнении условий (1) и (2) вклад элементов узла стока неосновных носителей в эквивалентную схему прибора можно не учитывать, и схема принимает вид, представленный на фиг. 3а. Символом RS на схеме обозначено последовательное эквивалентное сопротивление потерь.Under conditions (1) and (2), the contribution of the elements of the minority carrier drain node to the equivalent circuit of the device can be ignored, and the circuit takes the form shown in FIG. 3a. The symbol R S in the diagram indicates the series equivalent loss resistance.

При подаче на управляющий электрод прибора отрицательного смещения реализуется режим обеднения ОПЗ основными носителями и емкость прибора изменяется от Сн до Смин, где Смин - минимальное значение емкости.When negative bias is applied to the control electrode of the device, the SCR depletion mode is realized by the main carriers and the device capacity varies from C n to C min , where C min is the minimum value of the capacitance.

Эквивалентная схема прибора в этом режиме представлена в общем виде на фиг. 3б, где CSC - емкость ОПЗ, RP - параллельное сопротивление и CP - параллельная эквивалентная емкость перехода p+-область поликристаллического кремния - n-полупроводник при отрицательном напряжении смещения.An equivalent circuit of the device in this mode is presented in general form in FIG. 3b, where C SC is the capacitance of the SCR, R P is the parallel resistance, and C P is the parallel equivalent capacitance of the transition p + region of polycrystalline silicon is an n-semiconductor at a negative bias voltage.

В данном режиме работы необходимо обеспечить условие для формирования канала стока неосновных носителей под резистивной областью узла стока. Это условие выполняется, если обратное сопротивление RP перехода p+-область поликристаллического кремния - n-область полупроводника на несколько порядков выше сопротивления резистивной области RC. При выполнении соотношений (1) и (2) для минимального значения емкости узел стока неосновных носителей не вносит вклада в эквивалентную схему прибора и при отрицательном смещении и схема сводится к виду, представленному на фиг. 3в.In this mode of operation, it is necessary to provide a condition for the formation of a drain channel of minority carriers under the resistive region of the drain node. This condition is satisfied if the inverse resistance R P of the junction p + region of polycrystalline silicon is the n-region of the semiconductor several orders of magnitude higher than the resistance of the resistive region R C. When relations (1) and (2) are fulfilled for the minimum value of the capacitance, the minority carrier drain node does not contribute to the equivalent circuit of the device, and with a negative bias, the circuit is reduced to the form shown in FIG. 3c.

P+-область поликристаллического кремния 5 сформирована вне области полупроводника электронной проводимости 1, благодаря чему минимальное значение толщины полупроводника ограничено только шириной ОПЗ. В связи с этим прибор имеет меньшее значение последовательного сопротивления потерь RS, которое связано со значением предельной частоты

Figure 00000004
соотношением:The P + region of polycrystalline silicon 5 is formed outside the region of the semiconductor of electronic conduction 1, so that the minimum value of the semiconductor thickness is limited only by the SCR width. In this regard, the device has a lower value of the series loss resistance R S , which is associated with the value of the limiting frequency
Figure 00000004
ratio:

Figure 00000005
Figure 00000005

Следовательно, значение предельной частоты

Figure 00000004
принимает более высокое значение по сравнению с известными решениями.Therefore, the value of the limiting frequency
Figure 00000004
takes a higher value compared to known solutions.

Наличие слоя из легированного поликристаллического кремния 7 под управляющим электродом 3 обеспечивает низкую плотность поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик и высокую стабильность электрофизических характеристик по отношению к термополевым воздействиям.The presence of a layer of doped polycrystalline silicon 7 under the control electrode 3 provides a low density of surface states at the semiconductor-insulator interface and high stability of the electrophysical characteristics with respect to thermal field effects.

Принцип действия прибора при наличии дополнительного электрода, соединенного с областью дырочной проводимости состоит в следующем. К контакту 9 узла стока прикладывается постоянное отрицательное напряжение, создающее потенциальную яму в ОПЗ полупроводника под областью дырочной проводимости 5 узла стока. При этом формируется постоянный канал переноса неосновных носителей из ОПЗ полупроводника под управляющим электродом в область дырочной проводимости 5 узла стока, не зависящий от величины обратного тока перехода p+-область поликристаллического кремния - n-область полупроводника, в широком диапазоне температур. Эквивалентные схемы соответствует эквивалентным схемам, представленным на фиг. 3а, 3б, 3в.The principle of operation of the device in the presence of an additional electrode connected to the region of hole conductivity is as follows. A constant negative voltage is applied to the contact 9 of the drain node, which creates a potential well in the SCR of the semiconductor under the hole conduction region 5 of the drain node. In this case, a constant channel for the transfer of minority carriers from the semiconductor SCR is formed under the control electrode to the hole conductivity region 5 of the drain node, which does not depend on the reverse current of the transition, the p + region of polycrystalline silicon - the n-region of the semiconductor, over a wide temperature range. Equivalent circuits correspond to equivalent circuits shown in FIG. 3a, 3b, 3c.

В качестве материала для области 5 использован поликристаллический кремний, локально легированный бором. Для области 7 использован поликристаллический кремний, легированный бором или фосфором. В качестве разделяющего их резистивной области использована нелегированная область поликристаллического кремния.Polycrystalline silicon locally doped with boron was used as material for region 5. For region 7, polycrystalline silicon doped with boron or phosphorus was used. An undoped region of polycrystalline silicon was used as the resistive region separating them.

Так как узел стока в предлагаемой конструкции сформирован вне области полупроводника, то отсутствует ограничение на толщину полупроводника, связанное с глубиной p-n-перехода. Таким образом, обеспечивается уменьшение величины последовательного сопротивления потерь и увеличение предельной частоты.Since the drain node in the proposed design is formed outside the semiconductor region, there is no restriction on the thickness of the semiconductor associated with the depth of the pn junction. Thus, a decrease in the value of the series loss resistance and an increase in the limiting frequency are provided.

Эффективность предложения обеспечивается тем, что СВЧ МДП-варикапы с переносом заряда предлагаемых конструкций могут быть использованы при разработке МДП-варикапов, предназначенных для применения в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона благодаря повышению значения предельной частоты прибора, а также увеличению верхнего предела рабочей температуры.The effectiveness of the proposal is ensured by the fact that the microwave MIS-varicaps with charge transfer of the proposed designs can be used in the development of MIS-varicaps intended for use in high-frequency and microwave-frequency devices due to an increase in the limit frequency of the device, as well as an increase in the upper limit of the operating temperature.

Claims (2)

1. СВЧ МДП-варикап с переносом заряда, содержащий полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод и расположенный вне области локализации управляющего электрода узел стока неосновных носителей на основе резистора и p-n-перехода, отличающийся тем, что узел стока неосновных носителей выполнен в слое поликристаллического кремния, расположенном на диэлектрике, и содержит две легированные области, разделенные резистивной областью нелегированного поликристаллического кремния, причем первая область, легированная акцепторной примесью, имеет общую границу раздела с поверхностью полупроводника, а вторая легированная область соединена с управляющим электродом.1. Microwave MIS-varicap with charge transfer, containing an electronic conductivity semiconductor, a dielectric, a control electrode and a minority carrier drain node based on a resistor and a pn junction located outside the control electrode localization region, characterized in that the minority carrier drain node is made in a polycrystalline layer silicon, located on the dielectric, and contains two doped regions separated by a resistive region of undoped polycrystalline silicon, the first region being doped with a chain impurity, has a common interface with the surface of the semiconductor, and the second doped region is connected to the control electrode. 2. СВЧ МДП-варикап с переносом заряда по п. 1, отличающийся тем, что содержит дополнительный электрод, соединенный с областью, легированной акцепторной примесью.2. Microwave MIS-varicap with charge transfer according to claim 1, characterized in that it contains an additional electrode connected to the region doped with an acceptor impurity.
RU2016122603U 2016-06-08 2016-06-08 Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER RU167582U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122603U RU167582U1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122603U RU167582U1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU167582U1 true RU167582U1 (en) 2017-01-10

Family

ID=58451679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016122603U RU167582U1 (en) 2016-06-08 2016-06-08 Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU167582U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192894U1 (en) * 2019-07-09 2019-10-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Microwave mdp varicap

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5854117A (en) * 1995-09-18 1998-12-29 U.S. Philips Corporation Method of manufacturing a varicap diode, a varicap diode, a receiver device, and a TV receiver set
US20050148149A1 (en) * 2003-12-15 2005-07-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing variable capacitance diode and variable capacitance diode
RU2006116732A (en) * 2006-05-15 2007-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") (RU) VARICAP
RU100333U1 (en) * 2010-06-10 2010-12-10 ФГУП "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (ФГУП "НИИМП-К") TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
RU2447541C1 (en) * 2010-12-03 2012-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" Mds-varicap

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5854117A (en) * 1995-09-18 1998-12-29 U.S. Philips Corporation Method of manufacturing a varicap diode, a varicap diode, a receiver device, and a TV receiver set
US20050148149A1 (en) * 2003-12-15 2005-07-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing variable capacitance diode and variable capacitance diode
RU2006116732A (en) * 2006-05-15 2007-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") (RU) VARICAP
RU100333U1 (en) * 2010-06-10 2010-12-10 ФГУП "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (ФГУП "НИИМП-К") TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
RU2447541C1 (en) * 2010-12-03 2012-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" Mds-varicap

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192894U1 (en) * 2019-07-09 2019-10-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Microwave mdp varicap

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110459599B (en) Longitudinal floating field plate device with deep buried layer and manufacturing method
JP6312884B2 (en) Wide bandgap semiconductor device including transistor cell and compensation structure
JP5199544B2 (en) Termination structure of silicon carbide trench device
CN101794816B (en) Semiconductor device
CN107026165B (en) Circuit including semiconductor device including first and second transistors and control circuit
US11444155B2 (en) Silicon carbide semiconductor device
US9825129B2 (en) Transistor device
CN106688103A (en) Semiconductor device
KR20030011089A (en) Lateral semiconductor device with low on-resistance and method of making the same
JP2014131008A (en) Wide band gap semiconductor device
WO2015141212A1 (en) Semiconductor device
JP2018156996A (en) Semiconductor device
CN107437566B (en) Semiconductor longitudinal double-diffusion metal oxide semiconductor field effect transistor with composite dielectric layer wide band gap and manufacturing method thereof
CN109166923B (en) Shielding gate MOSFET
US8288827B2 (en) Field effect transistor with metal-semiconductor junction
RU167582U1 (en) Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
CN103441151B (en) Low forward voltage drop diode
RU100333U1 (en) TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
RU2447541C1 (en) Mds-varicap
CN109309087A (en) Transistor device with the rectifier element between field plate and source electrode
JP2018148000A (en) Semiconductor device
RU192894U1 (en) Microwave mdp varicap
WO2012121650A1 (en) Semiconductor element
CN216213470U (en) Semiconductor device with a plurality of transistors
JP6718612B2 (en) SiC junction field effect transistor and SiC complementary junction field effect transistor

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20170130