RU2550310C2 - Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением - Google Patents
Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550310C2 RU2550310C2 RU2012147078/28A RU2012147078A RU2550310C2 RU 2550310 C2 RU2550310 C2 RU 2550310C2 RU 2012147078/28 A RU2012147078/28 A RU 2012147078/28A RU 2012147078 A RU2012147078 A RU 2012147078A RU 2550310 C2 RU2550310 C2 RU 2550310C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- channels
- source
- drain
- diode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области полупроводниковой электроники. В диоде с отрицательным дифференциальным сопротивлением согласно изобретению объединены два комплементарных полевых транзистора в единую вертикальную структуру с параллельно расположенными каналами, между которыми образуется электрический переход, при этом исток р-канала расположен напротив стока n-канала, а сток р-канала - напротив истока n-канала. Истоки каналов соединены между собой с помощью проводника и дополнительной области с n+-типом проводимости, на которой расположен исток n-канала, а стоки каналов имеют отдельные выводы. Изобретение позволяет уменьшить размеры, повысить быстродействие и увеличить ток и выходную мощность диода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, а именно к приборам с отрицательным дифференциальным сопротивлением, и может быть использовано в различных электронных устройствах и интегральных схемах, предназначенных для генерации и преобразования электрических сигналов.
Известен вертикальный полевой транзистор (ПТ), содержащий полупроводниковую подложку, сток (исток) с n+-типом проводимости, вертикальные проводящие каналы с n-типом проводимости, затвор, выполненный в виде металлической ленты, перфорированной в пределах полупроводниковой структуры, слои диэлектрика на нижней и верхней поверхностях ленты, которые прилегают к боковым поверхностям вертикальных каналов, и исток (сток) с n+-типом проводимости [1]. Между затвором и каналами образуются барьеры Шотки. Транзистор выполнен из арсенида галлия (GaAs).
Однако в этом приборе используются вертикальные каналы только с n-типом проводимости.
Известен вертикальный ПТ [2], содержащий подложку с n+-типом проводимости, которая является истоком (стоком) каналов с n-типом проводимости, металлические затворы, размещенные на непроводящих областях структуры прибора и образующие барьеры Шотки с каналами, а также стоки с n+-типом проводимости. Между подложкой и каналами расположены два дополнительных слоя. Первый эпитаксиальный слой с n+-типом проводимости является буферным между подложкой и каналами, второй слой изготовлен из AlGaAs. Все остальные области прибора изготовлены из GaAs. Кроме того, на том же кристалле дополнительно сформирован диод Шотки (ДТП), причем один контакт диода совмещен с контактом истока (стока) вертикального ПТ, а другой контакт ДТП соединяется с контактом стока (истока) ПТ. Вертикальный ПТ с ДТП образуют составное устройство.
Однако в этом приборе также используются вертикальные каналы только с n-типом проводимости.
Известен вертикальный ПТ [3], содержащий металлический вывод истока, омический контакт к истоку, исток, выполненный из полупроводника n+-типа проводимости, вертикальные проводящие каналы с n-типом проводимости, затвор, выполненный в виде металлической ленты, перфорированной в пределах полупроводниковой структуры, слои диэлектрика на нижней и верхней поверхностях ленты, которые прилегают к боковым поверхностям вертикальных каналов, и сток с n+-типом проводимости. Между затвором и каналами образуются барьеры Шотки. Для повышения выходной мощности прибора подложка из арсенида галлия заменена на диэлектрическую подложку с более высокой теплопроводностью. Также введен демпфирующий слой из пластичного металла между полупроводниковой структурой и диэлектрической подложкой с целью увеличения надежности и долговечности работы прибора за счет уменьшения в нем механических напряжений.
В этом приборе также используются вертикальные каналы только с n-типом проводимости.
Наиболее близким к заявленному устройству является полупроводниковый прибор - лямбда-диод, состоящий из двух комплементарных полевых транзисторов обедненного типа с управляющими p-n-переходами [4, 5], который выбран в качестве прототипа. Каждый полевой транзистор содержит подложку, на которой размещены исток, канал с затвором и сток. При этом комплементарные полевые транзисторы соединяются между собой следующим образом: вывод стока ПТ с n-каналом соединяется с выводом затвора другого ПТ с р-каналом, вывод стока которого соединяется с затвором ПТ с n-каналом, а выводы истоков соединяются между собой непосредственно. На сток ПТ с n-каналом подается положительное напряжение относительно стока ПТ с р-каналом.
Основные недостатки этого прибора:
- прибор состоит из двух отдельных полевых транзисторов, поэтому размеры прибора увеличиваются;
- наличие перекрестных металлических соединений между электродами усложняет конструкцию прибора, особенно при использовании достаточно большого числа единичных структур.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение размеров, повышение быстродействия и увеличение тока и выходной мощности диода с отрицательным сопротивлением.
Сущность изобретения: в диоде, содержащем каналы с n- и р-типами проводимости, истоки и стоки каналов, использованы вертикальные каналы, которые расположены параллельно друг другу. Причем каналы соприкасаются между собой боковыми сторонами, при этом образуется электрический переход. Отличительной особенностью предлагаемого диода является расположение истока р-канала напротив стока n-канала, а стока р-канала - напротив истока n-канала. Для соединения истоков каналов между собой сформирована дополнительная область с n+-типом проводимости. Исток р-канала соединен с дополнительной областью с помощью проводника, а исток n-канала размещен непосредственно на дополнительной области. Стоки каналов имеют отдельные выводы. Ток в каналах проходит в одном направлении. В отличие от лямбда-диода, в предлагаемом диоде отсутствуют металлические соединения между стоками каналов и соответствующими затворами. В диоде электрический переход, запирающий каналы, образован непосредственно между каналами, что упрощает конструкцию прибора и уменьшает его размеры.
Вертикальная структура обеспечивает возможность уменьшения длин каналов, что позволит повысить быстродействие диода. Прибор может иметь только одну единичную структуру или содержать достаточно большое число единичных структур, в этом случае можно увеличить ток и выходную мощность диода. В предлагаемом диоде объединены два комплементарных полевых транзистора в единую вертикальную структуру, благодаря чему достигается заявленный технический результат.
На фигуре 1 изображены возможный вариант единичной структуры диода в плане и его продольное сечение, на фигуре 2 - поперечные сечения диода, а на фигуре 3 изображены возможный вариант диода с двумя единичными структурами в плане и продольное сечение. На подложке 1 сформированы единичные структуры, в каждой структуре канал 2 с р-типом проводимости соприкасается с каналом 3 с n-типом проводимости. Исток 4 р-канала находится напротив стока 5 n-канала, а сток 6 р-канала - напротив истока 7 n-канала. Исток 4 и сток 6 р-канала имеют p+-тип проводимости, а сток 5 и исток 7 n-канала имеют n+-тип проводимости. Сток 6 р-канала соединен с выводом 8, а сток 5 n-канала имеет вывод 9. Исток 7 n-канала расположен на дополнительной области 10 с n+-типом проводимости. Исток 4 р-канала соединен с истоком 7 n-канала с помощью области 10 и проводника 11, который образует омические контакты с областью 10 и истоком 4 р-канала. Диэлектрическая пленка 12 изолирует вывод стока 8 р-канала от области 10. Вывод стока 9 n-канала соединен с шиной 13, а вывод стока 8 р-канала - с шиной 14. Шина 13 расположена на диэлектрической пленке 15, а шина 14 - на подложке 1.
Прибор работает следующим образом. На шину 13 подают положительное напряжение UO относительно шины 14. По n-каналу 3 и р-каналу 2 будет протекать ток в одном направлении. Ток создает падение напряжения на n-канале Un, а на р-канале Up. Если не учитывать падения напряжений на стоке, истоке каналов и области 10, то Un+Up=UO. На электрическом переходе между каналами с n- и р-типами проводимости оказывается обратное напряжение. Разность потенциалов на переходе изменяется от Up в нижней части электрического перехода между истоком 7 n-канала и стоком 6 р-канала до Un в верхней части перехода между стоком 5 n-канала и истоком 4 р-канала. Обратное напряжение запирает каждый канал от истока до стока. В общем случае Un не равно Up, но возможен вариант, когда Un=Up. Однако в любом варианте при увеличении обратного напряжения на переходе толщина обедненного слоя в каждом канале возрастает, что приводит к уменьшению толщины проводящей части канала, поэтому с увеличением UO ток сначала растет, достигает наибольшего значения, затем вследствие перекрытия каналов и увеличения их сопротивлений ток будет уменьшаться. Когда каналы полностью перекроются обедненными слоями, ток будет определяться токами утечек обратно смещенных переходов. Таким образом, в приборе формируется вольт-амперная характеристика с отрицательным дифференциальным сопротивлением.
При использовании более одной единичной структуры в диоде (фигура 3) внутренние вертикальные каналы с n- и р-типами проводимости контактируют между собой с двух сторон, при этом образуются электрические переходы, поэтому толщина проводящей части внутренних каналов уменьшается. Для выравнивания сопротивлений внутренних и внешних каналов можно, например, уменьшить толщину внешних каналов или уменьшить концентрацию примесей во внешних каналах. Область 10 с n+-типом проводимости соединяет истоки всех n-каналов, поэтому напряжения на всех n- и р-каналах будут равны Un и Up соответственно, но токи в отдельных каналах в общем случае могут быть не равны между собой.
Диод может быть изготовлен из кремния или из полупроводниковых материалов группы AIIIBV, обладающих более высокой подвижностью электронов.
По сравнению с прототипом предлагаемый диод с вертикальной структурой и параллельно расположенными каналами позволит:
- уменьшить размеры и упростить конструкцию диода;
- повысить быстродействие диода за счет уменьшения длин каналов;
- увеличить ток и выходную мощность диода.
Источники информации
1. Hollis M.A., Bozler C.O., Nichols K.B., Bergeron N.J. Vertical transistor device fabricated with semiconductor regrowth. Патент № US 4903089 (A), МПК: H01L 29/80, заявл. 02.02.1988 г., опубл. 20.02.1990 г.
2. Brar B.P.S., На W. Vertical field-effect transistor and method of forming the same. Патент № US 7663183, заявл. 19.06.2007 г., опубл. 16.02.2010 г.
3. Семенов А.В., Хан А.В., Хан В.А. Вертикальный полевой транзистор. Патент № RU 2402105, МПК: H01L 29/772, заявл. 03.08.2009 г., опубл. 20.10.2010 г.
4. Лямбда-диод - многофункциональный прибор с отрицательным сопротивлением. Г. Кано, X. Ивазо, X. Такаги, И. Терамото. Электроника. - 1975 г., Т.48, №13 - с.48-53.
5. Физика полупроводниковых приборов. И.М. Викулин, В.И. Стафеев - М.: Радио и связь, 1990 г. - с.138-140.
Claims (2)
1. Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением, содержащий каналы с n- и р-типами проводимости, истоки и стоки каналов, отличающийся тем, что в приборе использованы параллельно расположенные вертикальные каналы с n- и р-типами проводимости, контактирующие между собой боковыми сторонами, при этом исток р-канала расположен напротив стока n-канала, а сток р-канала - напротив истока n-канала, истоки каналов соединены между собой с помощью проводника и дополнительной области с n+-типом проводимости, на которой сформирован исток n-канала, а стоки каналов имеют отдельные выводы.
2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что при наличии более одной единичной структуры в диоде внутренние вертикальные каналы с n- и р-типами проводимости контактируют между собой с двух сторон.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012147078/28A RU2550310C2 (ru) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012147078/28A RU2550310C2 (ru) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012147078A RU2012147078A (ru) | 2014-05-20 |
RU2550310C2 true RU2550310C2 (ru) | 2015-05-10 |
Family
ID=50695318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012147078/28A RU2550310C2 (ru) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550310C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1647886A1 (ru) * | 1989-05-31 | 1991-05-07 | Предприятие П/Я В-2690 | Устройство с л мбда-характеристикой |
JPH0730130A (ja) * | 1993-07-14 | 1995-01-31 | Nec Corp | 微分負性抵抗ダイオードとスタティックメモリー |
JPH10135133A (ja) * | 1996-10-28 | 1998-05-22 | Nec Corp | 半導体装置 |
-
2012
- 2012-11-06 RU RU2012147078/28A patent/RU2550310C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1647886A1 (ru) * | 1989-05-31 | 1991-05-07 | Предприятие П/Я В-2690 | Устройство с л мбда-характеристикой |
JPH0730130A (ja) * | 1993-07-14 | 1995-01-31 | Nec Corp | 微分負性抵抗ダイオードとスタティックメモリー |
JPH10135133A (ja) * | 1996-10-28 | 1998-05-22 | Nec Corp | 半導体装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
И.М. Викулин, В.И. Стафеев, Физика полупроводниковых приборов. - М.: Радио и связь, 1990 г. - с.138-140. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012147078A (ru) | 2014-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9171937B2 (en) | Monolithically integrated vertical JFET and Schottky diode | |
CN104299997B (zh) | 电荷补偿半导体器件 | |
US8227831B2 (en) | Semiconductor device having a junction FET and a MISFET for control | |
US9184230B2 (en) | Silicon carbide vertical field effect transistor | |
KR20140114411A (ko) | 활성 드리프트 구역을 갖는 반도체 장치 | |
JPWO2016052261A1 (ja) | 半導体装置 | |
US9305917B1 (en) | High electron mobility transistor with RC network integrated into gate structure | |
US20090179273A1 (en) | Semiconductor device | |
US9735263B2 (en) | Transistor and switching system comprising silicon carbide and oxides of varying thicknesses, and method for providing the same | |
US20060097292A1 (en) | Semiconductor device | |
TW201342582A (zh) | 積體電路及製作積體電路的方法 | |
US9093523B2 (en) | Switching element and a diode being connected to a power source and an inductive load | |
CN107710401A (zh) | 半导体装置 | |
JP6295012B2 (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
RU2513644C1 (ru) | Полупроводниковый прибор с отрицательным сопротивлением (варианты) | |
CN105720095B (zh) | 半导体器件 | |
JP5637093B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
US10269945B2 (en) | Power transistor device | |
RU2550310C2 (ru) | Полупроводниковый диод с отрицательным сопротивлением | |
US20160189887A1 (en) | Bidirectionally blocking electronic switch arrangement | |
RU2466477C1 (ru) | Полупроводниковый прибор с характеристикой лямбда-диода | |
JP2005116876A (ja) | 半導体装置 | |
JP4855668B2 (ja) | 電界効果トランジスタの高電圧動作方法とそのバイアス回路およびその高電圧動作回路要素 | |
US4761679A (en) | Complementary silicon-on-insulator lateral insulated gate rectifiers | |
RU2504865C1 (ru) | Кмоп-транзистор с вертикальными каналами и общим затвором |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151107 |