RU192894U1

RU192894U1 - СВЧ МДП-варикап

Info

Publication number: RU192894U1
Application number: RU2019121393U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Спиридонов; Анастасия Александровна Фастовец
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2019-10-04

Abstract

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники. МДП-варикап предлагаемой конструкции может быть использован при разработке МДП-варикапов, предназначенных для применения в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона.В основу полезной модели поставлена задача увеличения предельной частоты прибора. Поставленная задача достигается тем, что в СВЧ МДП-варикапе область электронной проводимости, контактирующая с управляющим электродом, расположена на поверхности плавающей области дырочной проводимости и выполнена из поликристаллического материала. Область легированного донорной примесью поликристаллического кремния создают на этапе формирования затворов МДП структур, что обеспечивает высокое качество границы раздела кремний-диэлектрик. Соответственно, низкая плотность поверхностных состояний исключает потери мощности СВЧ сигнала на границе раздела.Отсутствие области электронной проводимости в пределах локализации области дырочной проводимости узла стока позволяет уменьшить толщину полупроводника электронной проводимости при том же уровне технологии. По сравнению с известными решениями прибор имеет меньшее значение последовательного сопротивления потерь и более высокое значение предельной частоты. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники и может быть использована при разработке варикапов на основе структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), предназначенных для применения в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона.

Известен СВЧ МДП-варикап с переносом заряда [1]. Данный прибор содержит 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.

Недостаток данной конструкции состоит в том, что максимальное значение рабочей температуры прибора ограничивается величиной тока обратно смещенного p-n-перехода узла стока.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции прибора является варикап [2]. Данный прибор содержит полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод, область дырочной проводимости и область электронной проводимости, образующие узел стока неосновных носителей с p-n-переходом, и контактирующий с полупроводником электрод. Область электронной проводимости узла стока расположена в пределах локализации области дырочной проводимости и соединена с управляющим электродом, область дырочной проводимости сформирована в полупроводниковой подложке n-типа и изолирована от электродов.

Недостаток данной конструкции прибора состоит в том, что максимальное значение предельной частоты, ограничено толщиной полупроводника, которая не может быть меньше, чем глубина области дырочной проводимости, с учетом ширины области пространственного заряда (ОПЗ) в полупроводнике электронной проводимости. При этом глубина области дырочной проводимости должна быть достаточной для формирования локальной области электронной проводимости, минимальная толщина которой ограничена шириной ОПЗ в данной области.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение предельной частоты СВЧ МДП-варикапа.

В предлагаемом техническом решении эта задача достигается тем, что в СВЧ МДП-варикапе, содержащем полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод, область дырочной проводимости и область электронной проводимости, образующие узел стока неосновных носителей с р-n-переходом, и контактирующий с полупроводником электрод, область электронной проводимости, контактирующая с управляющим электродом, расположена на поверхности области дырочной проводимости и выполнена из поликристаллического материала.

На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого СВЧ МДП-варикапа, где 1 - полупроводник электронной проводимости, 2 - диэлектрик, 3 - управляющий электрод, 4 - контактирующий с полупроводником электрод, 5 - область дырочной проводимости, 6 - область электронной проводимости. На фиг. 2 эквивалентная схема, где (а) - при подаче на управляющий электрод положительного напряжения смещения, (б) - при подаче на управляющий электрод отрицательного напряжения смещения.

Область электронной проводимости 6 (легированного донорной примесью поликристаллического кремния) создают на этапе формирования затворов МДП структур, что обеспечивает высокое качество границы раздела кремний-диэлектрик. Низкая плотность поверхностных состояний исключает потери мощности СВЧ сигнала на границе раздела.

СВЧ МДП-варикап содержит полупроводник электронной проводимости 1, диэлектрик 2, управляющий электрод 3, контактирующий с полупроводником электрод 4. Узел стока неосновных носителей содержит область дырочной проводимости 5, с которой контактирует область электронной проводимости 6 через вскрытое в диэлектрике контактное окно. Управляющий электрод 3 сформирован на поверхности области электронной проводимости 6 и диэлектрика 2.

Принцип действия предлагаемого прибора состоит в следующем. При подаче на управляющий электрод 3 положительного напряжения смещения (фиг. 2а) реализуется состояние емкости прибора, соответствующее его номинальному значению:

C_н=C₀⋅S,

где С₀ - удельная емкость диэлектрика 2;

S - площадь управляющего электрода 3.

Потери мощности переменного сигнала в цепи МДП 3-2-1-4 учитываются при помощи резистора R_S1. В этом режиме работы ток проводимости узла стока неосновных носителей определяется обратным током n-p-перехода, образованного областью электронной проводимости 6 и областью 5 дырочной проводимости. Вклад узла стока в эквивалентную схему определяется величинами R_P1 и С_Р1, где R_P1 - эквивалентное сопротивление, С_Р1 - эквивалентная емкость обратно-смещенного n⁺-р-перехода.

При положительном напряжении на управляющем электроде область дырочной проводимости соединена с электродом через большое сопротивление n-р-перехода 6-5, которое ограничивает ток р-n перехода 5-1, смещенного в прямом направлении.

При подаче на управляющий электрод прибора отрицательного смещения на управляющем электроде n-р-переход 6-5 смещен в прямом направлении и потенциал области дырочной проводимости 5 близок к потенциалу на полевом электроде 3. В этом режиме р-n-переход 5-1 смещен в обратном направлении и обеспечивает удаление неосновных носителей из приповерхностной области полупроводника под полевым электродом 3.

Эквивалентная схема прибора в этом режиме представлена в общем виде на фиг. 26, где C_SC - емкость ОПЗ, R_P2 - эквивалентное сопротивление и С_Р2 - емкость узла стока при отрицательном напряжении на полевом электроде.

В отличие от прототипа, отсутствие области электронной проводимости в пределах локализации области дырочной проводимости 5 позволяет уменьшить толщину полупроводника электронной проводимости 1 при том же уровне технологии (0,9 мкм по сравнению с 1,5 мкм). Соответственно, по сравнению с известными решениями, прибор имеет меньшее значение последовательного сопротивления потерь R_S, и более высокое значение предельной частоты ƒ_п:

Пример. При уменьшении толщины полупроводника электронной проводимости до 0,9 мкм величина последовательного сопротивления потерь, приведенная к единице площади, составляет 4,5⋅10^-5 Ом⋅см² при удельной емкости СВЧ МДП-варикапа С_ох=2,4⋅10^-8 Ф/см². При этом значение предельной частоты СВЧ МДП-варикапа вырастает в 1,7 раз по сравнению с варикапом, у которого толщина полупроводника электронной проводимости составляет 1,5 мкм, а последовательное сопротивление потерь, приведенное к единице площади, равно 7,5⋅10^-5 Ом⋅см².

Эффективность предложения обеспечивается тем, что нестационарный МДП-варикап СВЧ диапазона предлагаемой конструкции может быть использован при разработке МДП-варикапов, предназначенных для применения в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона, благодаря повышению значения предельной частоты прибора.

Источники информации:

1. Патент на полезную модель РФ №167582.

2. Патент на полезную модель РФ №114807 - прототип.

Claims

СВЧ МДП-варикап, содержащий полупроводник электронной проводимости, диэлектрик, управляющий электрод, область дырочной проводимости и область электронной проводимости, образующие узел стока неосновных носителей с p-n-переходом, и контактирующий с полупроводником электрод, отличающийся тем, что область электронной проводимости, контактирующая с управляющим электродом, расположена на поверхности области дырочной проводимости и выполнена из поликристаллического материала.