RU2569906C1 - Multi-element mis varicap - Google Patents
Multi-element mis varicap Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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)
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)
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 |
-
2014
- 2014-08-26 RU RU2014134602/28A patent/RU2569906C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
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 |