RU2569906C1 - Multi-element mis varicap - Google Patents

Multi-element mis varicap Download PDF

Info

Publication number
RU2569906C1
RU2569906C1 RU2014134602/28A RU2014134602A RU2569906C1 RU 2569906 C1 RU2569906 C1 RU 2569906C1 RU 2014134602/28 A RU2014134602/28 A RU 2014134602/28A RU 2014134602 A RU2014134602 A RU 2014134602A RU 2569906 C1 RU2569906 C1 RU 2569906C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
semiconductor
control electrode
drain unit
drain
varicap
Prior art date
Application number
RU2014134602/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Иванович Петручук
Сергей Владимирович Лицоев
Александр Борисович Спиридонов
Юрий Васильевич Сурин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (АО "НИИМП-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" (АО "НИИМП-К") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (АО "НИИМП-К")
Priority to RU2014134602/28A priority Critical patent/RU2569906C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2569906C1 publication Critical patent/RU2569906C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention can be used for development of varicaps intended for frequency and phase control of variable signal in wireless devices of HF and SHF ranges. MIS varicap comprises semiconductor of electron conduction type, dielectric, control electrode and drain unit of minority carriers with p-n area having depth equal to thickness of semiconductor. The drain source is made multi-element as a set of alternating areas of electron and hole conduction, at that one of the drain unit areas is coupled to the control electrode and linear size of the drain unit elements is equal to linear size of semiconductor.
EFFECT: decreased self-capacitance of the drain unit in inverse proportion to number of areas with hole conduction in elements of the drain unit thus leading to increased capacitance overlap.
3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано при разработке варикапов на основе системы металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), предназначенных для управления частотой и фазой переменного сигнала в радиотехнических устройствах ВЧ и СВЧ диапазона.The present invention relates to the field of semiconductor electronics and can be used to develop varicaps based on a metal-dielectric-semiconductor (MIS) system designed to control the frequency and phase of an alternating signal in RF and microwave radio 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 р-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, turned on in the forward direction, with the state of the device capacitance corresponding to the nominal value, which limits the possibility of its use as a capacitive key.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является МДП-варикап на основе системы металл-диэлектрик-полупроводник [Патент РФ №2486633, МПК H01L 29/92, опубл. 27.06.2013 г.]. Данный прибор содержит полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей с р-n-переходом. Область дырочной проводимости р-n-перехода узла стока неосновных носителей имеет глубину, равную толщине полупроводника, и выполнена в виде цилиндрического слоя, внутри которого расположена часть исходного полупроводника электронной проводимости, соединенная с управляющим электродом.Closest to the proposed design is a MIS-varicap based on a metal-dielectric-semiconductor system [RF Patent No. 2486633, IPC H01L 29/92, publ. June 27, 2013]. This device contains a semiconductor of electronic conductivity, a dielectric, a control electrode and a drain assembly of minority carriers with a pn junction. The hole conduction region of the pn junction of the minority carrier sink node has a depth equal to the thickness of the semiconductor and is made in the form of a cylindrical layer, inside of which there is a part of the initial electron conductivity semiconductor connected to the control electrode.

Недостаток известной конструкции прибора состоит в высоком значении собственной емкости элементов узла стока неосновных носителей, ограничивающей величину перекрытия по емкости.A disadvantage of the known design of the device is the high value of the intrinsic capacitance of the elements of the drain node of minority carriers, limiting the amount of overlap in capacitance.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение собственной емкости элементов узла стока неосновных носителей заряда, что позволит увеличить отношение максимального значения емкости МДП-варикапа к его минимальному значению.The objective of the proposed technical solution is to reduce the intrinsic capacity of the elements of the drain node of minority charge carriers, which will increase the ratio of the maximum capacity of the MIS-varicap to its minimum value.

Поставленная задача достигается тем, что МДП-варикап содержит полупроводник электронного типа проводимости, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей с p-n-переходом, глубина залегания которого равна толщине полупроводника, линейные размеры р-n-перехода вдоль поверхности равны линейному размеру полупроводника. Узел стока неосновных носителей выполнен многоэлементным в виде набора чередующихся изолированных областей дырочных и электронных типов проводимости с глубиной залегания, равной толщине полупроводника, при этом одна из областей электронного типа проводимости соединена с управляющим электродом.The problem is achieved in that the MIS varicap contains an electronic type of conductivity semiconductor, a dielectric, a control electrode and a minority carrier drain node with a pn junction, the depth of which is equal to the thickness of the semiconductor, the linear dimensions of the pn junction along the surface are equal to the linear size of the semiconductor. The minority carrier drain node is made multi-element in the form of a set of alternating isolated regions of hole and electronic conductivity types with a depth equal to the thickness of the semiconductor, while one of the regions of the electronic conductivity type is connected to the control electrode.

На Фиг. 1 и 2 представлена конструкция предлагаемого многоэлементного варикапа (в разрезе и вид сверху), на Фиг. 3 - его эквивалентная схема.In FIG. 1 and 2 show the design of the proposed multi-element varicap (in section and top view), FIG. 3 is its equivalent circuit.

Прибор содержит полупроводник электронной проводимости 1, диэлектрик 2, управляющий электрод 3, контакт к полупроводнику 4. Узел стока неосновных носителей содержит области электронной проводимости 5 (5а, 5в, 5с) и области дырочной проводимости 6 (6а, 6в, 6с), глубина залегания которых равна толщине полупроводника, а также вспомогательный диэлектрик 7. Один из элементов узла стока - 5в соединен с управляющим электродом 3 (Фиг. 1). Линейные размеры элементов узла стока вдоль поверхности равны линейному размеру полупроводника (Фиг. 2).The device contains an electronic conductivity semiconductor 1, a dielectric 2, a control electrode 3, a contact to a semiconductor 4. The minority carrier drainage unit contains electronic conductivity regions 5 (5a, 5c, 5c) and hole conduction regions 6 (6a, 6c, 6c), the depth which is equal to the thickness of the semiconductor, as well as the auxiliary dielectric 7. One of the elements of the drain assembly - 5v is connected to the control electrode 3 (Fig. 1). The linear dimensions of the elements of the drain node along the surface are equal to the linear size of the semiconductor (Fig. 2).

На эквивалентной схеме: С0 - удельная емкость диэлектрика, Csc- емкость области пространственного заряда полупроводника, Rs-эквивалентное последовательное сопротивление прибора. Символом D1 обозначен эквивалентный n-р-переход в цепи между электродами 3 и 4, представляющий собой систему из последовательно соединенных n-р-переходов. При этом одна из n областей этой цепочки контактирует с управляющим электродом 3. Соответственно D2 - р-n-переход, эквивалентный системе последовательно соединенных р-n областей между электродами 3 и 4, n областью крайнего в этой цепочке диода является объем полупроводника 1. Элемент С1 на схеме - это эквивалентная параллельная емкость диода D1, символом С2 обозначена эквивалентная параллельная емкость диода D2.On the equivalent circuit: C 0 is the specific capacitance of the dielectric, C sc is the capacitance of the space charge region of the semiconductor, Rs is the equivalent series resistance of the device. The symbol D 1 denotes the equivalent n-p-junction in the circuit between the electrodes 3 and 4, which is a system of series-connected n-p-junctions. In this case, one of the n regions of this chain is in contact with the control electrode 3. Correspondingly, the D 2 is a pn junction equivalent to a system of pn regions connected in series between electrodes 3 and 4, and the region of the semiconductor 1 that is extreme in this diode chain is. The element C 1 in the diagram is the equivalent parallel capacitance of the diode D 1 , the symbol C 2 denotes the equivalent parallel capacitance of the diode D 2 .

Принцип действия предлагаемого прибора состоит в следующем.The principle of operation of the proposed device is as follows.

При подаче на управляющий электрод 3 положительного напряжения в приповерхностной области полупроводника 1 реализуется режим обогащения основными носителями заряда и емкость прибораWhen a positive voltage is applied to the control electrode 3 in the near-surface region of semiconductor 1, the enrichment regime with the main charge carriers and the device capacity are realized

CH=C0S,C H = C 0 S,

где CH - номинальное значение емкости прибора;where C H is the nominal value of the capacity of the device;

С0 - удельная емкость диэлектрика 2;With 0 - the specific capacity of the dielectric 2;

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

В этом случае p-n-переход D1 включен в обратном направлении, а р-n-переход D2 - в прямом, и ток проводимости через прибор определяется обратным током диода D1, что обеспечивает возможность использования прибора в качестве одного из состояний емкостного ключа за счет увеличения перекрытия по емкости.In this case, the pn junction D 1 is switched in the opposite direction, and the pn junction D 2 is in the forward direction, and the conduction current through the device is determined by the reverse current of the diode D 1 , which makes it possible to use the device as one of the states of the capacitive switch for by increasing the overlap in capacity.

При подаче на управляющий электрод отрицательного напряжения смещения диод D1 включен в прямом направлении, а диод D2 - в обратном. В этом случае неосновные носители заряда через узел стока удаляются из области пространственного заряда полупроводника. При полном обеднении полупроводника неосновными носителями реализуется второе стабильное состояние прибора, позволяющее использовать его в качестве емкостного ключа. Наличие в конструкции двух встречных p-n-переходов обеспечивает отсутствие шунтирующих токов проводимости во всех режимах работы варикапа.When a negative bias voltage is applied to the control electrode, the diode D 1 is turned on in the forward direction, and the diode D 2 is turned on in the opposite direction. In this case, minority carriers through the drain node are removed from the space charge region of the semiconductor. With a complete depletion of the semiconductor by minority carriers, the second stable state of the device is realized, which allows it to be used as a capacitive key. The presence of two opposing pn junctions in the design ensures the absence of shunt conduction currents in all varicap operation modes.

Каждая из эквивалентных емкостей С1 и С2, параллельных диодам D1 и D2, представляет собой последовательную цепочку из емкостей отдельных диодов. Такая конструкция обеспечивает снижение собственной емкости узла стока обратно пропорционально числу областей дырочной проводимости элементов узла стока. В результате увеличивается перекрытие по емкости.Each of the equivalent capacitances C 1 and C 2 parallel to the diodes D 1 and D 2, represents a sequential chain of capacities of individual diodes. This design provides a decrease in the own capacitance of the drainage node inversely to the number of regions of hole conductivity of the drainage node elements. As a result, the overlap in capacity increases.

Вспомогательный диэлектрик 7 конструктивно расположен в области локализации узла стока неосновных носителей, обеспечивает изоляцию и устраняет влияния поверхностных токов утечки вдоль обратной поверхности полупроводника на параметры прибора.The auxiliary dielectric 7 is structurally located in the localization region of the minority carrier drain node, provides isolation and eliminates the influence of surface leakage currents along the reverse surface of the semiconductor on the parameters of the device.

Конструкция предлагаемого МДП-варикапа обеспечивает достижение более высоких значений основных технических характеристик прибора: предельной частоты и перекрытия по емкости, позволит снизить собственную емкость элементов узла стока неосновных носителей заряда и использовать его для управления частотой и фазой переменного сигнала в радиотехнических устройствах ВЧ и СВЧ диапазона.The design of the proposed MIS-varicap ensures the achievement of higher values of the main technical characteristics of the device: the limiting frequency and overlap in capacitance, will reduce the intrinsic capacitance of the drain node components of minority charge carriers and use it to control the frequency and phase of the alternating signal in the RF and microwave radio devices.

Claims (1)

Многоэлементный МДП-варикап, содержащий полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей с р-n областью, имеющей глубину, равную толщине полупроводника, отличающийся тем, что узел стока выполнен в виде набора чередующихся областей электронной и дырочной проводимости, причем одна из областей электронного типа проводимости узла стока соединена с управляющим электродом, а линейный размер элементов узла стока вдоль поверхности равен линейному размеру полупроводника. A multi-element MIS varicap containing a semiconductor, a dielectric, a control electrode and a drain assembly of minority carriers with a pn region having a depth equal to the thickness of the semiconductor, characterized in that the drain assembly is made in the form of a set of alternating regions of electronic and hole conductivity, one of areas of the electronic type of conductivity of the drain node is connected to the control electrode, and the linear size of the elements of the drain node along the surface is equal to the linear size of the semiconductor.
RU2014134602/28A 2014-08-26 2014-08-26 Multi-element mis varicap RU2569906C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014134602/28A RU2569906C1 (en) 2014-08-26 2014-08-26 Multi-element mis varicap

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014134602/28A RU2569906C1 (en) 2014-08-26 2014-08-26 Multi-element mis varicap

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2569906C1 true RU2569906C1 (en) 2015-12-10

Family

ID=54846327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014134602/28A RU2569906C1 (en) 2014-08-26 2014-08-26 Multi-element mis varicap

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2569906C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU853708A1 (en) * 1979-09-19 1981-08-07 Институт электроники АН Белорусской ССР Vibromotor
US4903086A (en) * 1988-01-19 1990-02-20 E-Systems, Inc. Varactor tuning diode with inversion layer
RU2119698C1 (en) * 1995-11-15 1998-09-27 Валерий Моисеевич Иоффе Varicap
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
RU100333U1 (en) * 2010-06-10 2010-12-10 ФГУП "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (ФГУП "НИИМП-К") TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
RU102845U1 (en) * 2010-06-10 2011-03-10 ФГУП "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (ФГУП "НИИМП-К") TIR-VARIKAP
RU2447541C1 (en) * 2010-12-03 2012-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" Mds-varicap
RU2486633C1 (en) * 2012-02-01 2013-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" Varicap based on metal-dielectric-semiconductor system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU853708A1 (en) * 1979-09-19 1981-08-07 Институт электроники АН Белорусской ССР Vibromotor
US4903086A (en) * 1988-01-19 1990-02-20 E-Systems, Inc. Varactor tuning diode with inversion layer
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
RU2119698C1 (en) * 1995-11-15 1998-09-27 Валерий Моисеевич Иоффе Varicap
RU100333U1 (en) * 2010-06-10 2010-12-10 ФГУП "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (ФГУП "НИИМП-К") TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
RU102845U1 (en) * 2010-06-10 2011-03-10 ФГУП "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" (ФГУП "НИИМП-К") TIR-VARIKAP
RU2447541C1 (en) * 2010-12-03 2012-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" Mds-varicap
RU2486633C1 (en) * 2012-02-01 2013-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт микроприборов-К" Varicap based on metal-dielectric-semiconductor system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9087707B2 (en) Semiconductor arrangement with a power transistor and a high voltage device integrated in a common semiconductor body
CN101794816B (en) Semiconductor device
US8368084B2 (en) Semiconductor device with capacitor disposed on gate electrode
US20110149464A1 (en) Voltage controlled variable capacitor and voltage controlled oscillator
US20190131296A1 (en) Bootstrap metal-oxide-semiconductor (mos) device integrated with a high voltage mos (hvmos) device and a high voltage junction termination (hvjt) device
JP2014229737A (en) Semiconductor device
US9893175B2 (en) Integrated circuit with a power transistor and a driver circuit integrated in a common semiconductor body
US10205013B2 (en) Semiconductor switching element and method of manufacturing the same
RU2447541C1 (en) Mds-varicap
RU100333U1 (en) TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
RU2569906C1 (en) Multi-element mis varicap
US9064953B2 (en) Semiconductor device including a drift zone and a drift control zone
Andenna et al. The next generation high voltage IGBT modules utilizing enhanced-trench ET-IGBTs and field charge extraction FCE-diodes
US9318483B2 (en) Reverse blocking transistor device
US20110291171A1 (en) Varactor
RU2486633C1 (en) Varicap based on metal-dielectric-semiconductor system
RU102845U1 (en) TIR-VARIKAP
TW200608583A (en) Semiconductor device
RU114807U1 (en) VARICAP
RU167582U1 (en) Microwave TIR-VARIKAP WITH CHARGE TRANSFER
RU151768U1 (en) TIR VARICAP WITH A NEGATIVE CHARGE
CN105226056B (en) Cascode amplifier
RU100335U1 (en) MDP DIODE
US10693445B1 (en) Magnetic tunnel junction ring oscillator with tunable frequency and methods for operating the same
KR100902596B1 (en) Semiconductor device, method of fabricating the same, and transformation circuit using the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170827