RU2474903C1 - Method to control capacitance of electric capacitor and semiconductor capacitor on its basis - Google Patents

Method to control capacitance of electric capacitor and semiconductor capacitor on its basis Download PDF

Info

Publication number
RU2474903C1
RU2474903C1 RU2011122084/07A RU2011122084A RU2474903C1 RU 2474903 C1 RU2474903 C1 RU 2474903C1 RU 2011122084/07 A RU2011122084/07 A RU 2011122084/07A RU 2011122084 A RU2011122084 A RU 2011122084A RU 2474903 C1 RU2474903 C1 RU 2474903C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
capacitance
control
field
semiconductor layer
Prior art date
Application number
RU2011122084/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011122084A (en
Inventor
Владимир Андреевич Степанец
Original Assignee
Владимир Андреевич Степанец
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 Владимир Андреевич Степанец filed Critical Владимир Андреевич Степанец
Priority to RU2011122084/07A priority Critical patent/RU2474903C1/en
Publication of RU2011122084A publication Critical patent/RU2011122084A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2474903C1 publication Critical patent/RU2474903C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: to control capacitance of an electric capacitor, capacitance of its extrinsic semiconductor layer arranged between layers of dielectric is shunted, for this purpose this layer is exposed to a control electric field, directed across the main layer of the capacitor, at the same time the variation of the control field intensity adjusts the capacitor capacitance.
EFFECT: higher efficiency of a control field due to variation of absolute capacitance of a capacitor in case of galvanic isolation of circuits controlling capacitance and its working circuits.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронной промышленности и может быть использовано в конденсаторостроении.The invention relates to the electronics industry and can be used in capacitor manufacturing.

Конденсаторы переменной емкости находят широкое применение в системах автоматики, контроля и управления, генераторах электрической энергии. Принципиально, способы управления емкостью конденсатора основываются на изменении площади его обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости применяемого диэлектрического материала или их комбинации и осуществляются механически (конденсаторы переменные и подстроечные) и электрически для нелинейных емкостей (вариконды, варикапы).Variable capacitors are widely used in automation, control and management systems, electric energy generators. Fundamentally, methods for controlling the capacitance of a capacitor are based on changing the area of its plates, the distance between them and the dielectric constant of the used dielectric material, or a combination thereof, and are carried out mechanically (variable and tuning capacitors) and electrically for non-linear capacitors (variconds, varicaps).

При этом вариконды увеличивают емкость с увеличением напряжения на обкладках. В варикапах и их аналогах на МДП-структурах (металл-диэлектрик-полупроводник) для изменения емкости используется зависимость ширины р-n-зонного перехода от приложенного напряжения: с увеличением напряжения емкость снижается вследствие увеличения ширины гомогенного или гетерогенного перехода. Использование в схемах управления емкостью и варикапов и варикондов требует приложения специального дополнительного напряжения смещения. Варикапы имеют меньшую по сравнению с варикондами добротность, но большую стабильность емкости и меньшие потери при высоких частотах (см. Горшков А.П. «Переменные конденсаторы» // «Радио» №1, 1947; Кочеров А.В. «Конденсатор электрический» // «Большая Советская энциклопедия», М.: Советская энциклопедия, 1969-1978; Жеребцов И.П. «Основы электроники», Л.: Энергоатомиздат, 1985, с.137-138, 150-151).At the same time, variconds increase capacity with increasing voltage on the plates. In varicaps and their analogues on MIS structures (metal-dielectric-semiconductor), the dependence of the width of the pn-band transition on the applied voltage is used to change the capacitance: with increasing voltage, the capacitance decreases due to an increase in the width of a homogeneous or heterogeneous transition. The use of varicaps and variconds in capacity control circuits requires the application of a special additional bias voltage. Varicaps have a lower quality factor compared to variconds, but greater capacity stability and lower losses at high frequencies (see A. Gorshkov, “Variable Capacitors” // Radio, No. 1, 1947; A. Kocherov, “Electric Capacitor” // "Big Soviet Encyclopedia", Moscow: Soviet Encyclopedia, 1969-1978; Zherebtsov IP "Fundamentals of Electronics", L .: Energoatomizdat, 1985, p.137-138, 150-151).

В том числе известен способ, при котором регулирование емкости в заданном диапазоне производят за счет механического воздействия на подвижную пластину или группу подвижных пластин, путем их перемещения относительно неподвижной или группы неподвижных пластин, при этом достигают одновременного изменения расстояния между пластинами и толщины диэлектрика между пластинами. По достижении требуемого значения емкости положение пластин фиксируют. Этот способ промышленно реализован в подстроечных конденсаторах и конденсаторах переменной емкости (А.П.Горшков «Переменные конденсаторы» // «Радио» №1, 1947).Including a known method in which the regulation of capacitance in a given range is carried out due to mechanical action on a movable plate or a group of movable plates, by moving them relative to a fixed or a group of fixed plates, while achieving a simultaneous change in the distance between the plates and the thickness of the dielectric between the plates. Upon reaching the desired capacity value, the position of the plates is fixed. This method is industrially implemented in tuning capacitors and variable capacitors (A.P. Gorshkov "Variable Capacitors" // "Radio" No. 1, 1947).

Основным недостатком способа является необходимость передачи механического воздействия на подвижные пластины, сложность конструкции, использование дорогостоящих материалов и драгоценных металлов при изготовлении. Поэтому устройства, его реализующие, отличаются высокой металлоемкостью, сложностью конструкции и трудно миниатюризуемы.The main disadvantage of this method is the need to transfer mechanical effects on moving plates, the complexity of the design, the use of expensive materials and precious metals in the manufacture. Therefore, the devices implementing it are characterized by high metal consumption, complexity of construction and are difficult to miniaturize.

Известен способ управления емкостью конденсатора, реализованный в конденсаторе переменной емкости, имеющем дополнительные внутренние обкладки, разделенные между собой и с внешними обкладками слоями диэлектрика, с возможностью их соединения через переменные сопротивления и коммутационные элементы. Способ заключается в шунтировании части емкости диэлектрика конденсатора, заключенного между внутренними обкладками, путем их закорачивания между собой (см. «Конденсатор переменной емкости», авт.св. СССР №769650, МПК4 H01G 7/00, 1984 г.).A known method of controlling the capacitance of a capacitor, implemented in a capacitor of variable capacitance, having additional inner plates separated from each other and with the outer layers by dielectric layers, with the possibility of their connection through variable resistance and switching elements. The method consists in shunting a part of the capacitance of the capacitor dielectric enclosed between the inner plates by shorting them together (see "Variable Capacitor", ed. St. USSR No. 769650, IPC 4 H01G 7/00, 1984).

Недостатком этого способа является выбор разработчиками конструкции технического решения, не позволяющего вернуть емкость конденсатора в исходное состояние после разблокировки закоротки внутренних обкладок, поскольку они при этом останутся заряженными. Кроме того, способ требует использования коммутационной аппаратуры и регулирования переменного сопротивления.The disadvantage of this method is the choice by the developers of the design of a technical solution that does not allow returning the capacitance of the capacitor to its original state after unlocking the short circuit of the inner plates, since they will remain charged. In addition, the method requires the use of switching equipment and regulation of variable resistance.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является способ и устройство, реализованное в виде четырехэлектродного полупроводникового конденсатора, в котором полупроводниковый слой расположен между металлическими слоями, разделенными диэлектриком, а выводы подсоединены к полупроводниковому слою. На полупроводниковый слой, выполненный из собственного полупроводника, подается постоянный ток. Насыщение полупроводникового слоя электронами тока позволяет частично шунтировать емкость полупроводникового слоя, а следовательно, и емкость конденсатора в целом. Степень изменения емкости конденсатора регулируют силой тока, подаваемого в полупроводниковый слой через омические выводы, осуществляя таким образом развязку цепи управления и функциональной цепи емкости, что важно для ряда приложений (см. «Полупроводниковый конденсатор», авт.св. СССР №535608, МПК5 H01G 7/00, 1971 г.).The closest in technical essence to the present invention is a method and device implemented in the form of a four-electrode semiconductor capacitor, in which the semiconductor layer is located between the metal layers separated by a dielectric, and the terminals are connected to the semiconductor layer. A direct current is supplied to the semiconductor layer made of its own semiconductor. Saturation of the semiconductor layer with current electrons allows partial shunting of the capacitance of the semiconductor layer, and therefore the capacitance of the capacitor as a whole. The degree of change in the capacitance of the capacitor is controlled by the current supplied to the semiconductor layer through the ohmic terminals, thus decoupling the control circuit and the functional circuit of the capacitance, which is important for a number of applications (see "Semiconductor capacitor", ed. St. USSR No. 535608, IPC 5 H01G 7/00, 1971).

Недостатком данного, выбранного в качестве прототипа, способа и реализующего его устройства является незначительный диапазон изменения емкости, вследствие низкой проводящей способности собственного полупроводника, и недостаточно высокий КПД, обусловленный необходимостью поддержания тока управления при зафиксированной величине емкости конденсатора.The disadvantage of this method, which was chosen as a prototype, is that it has a small range of capacitance changes due to the low conductivity of its own semiconductor, and the efficiency is not high enough due to the need to maintain a control current with a fixed capacitance value.

Задачей изобретения является расширение диапазона изменения абсолютной, а не только дифференциальной емкости конденсатора, повышение экономичности управления емкостью и эффективности действия управляющего поля при гальванической развязке цепей управляющего и управляемого сигнала.The objective of the invention is to expand the range of changes in the absolute, and not only the differential capacitance of the capacitor, increasing the efficiency of capacity management and the effectiveness of the control field during galvanic isolation of the control and control signal circuits.

Решение поставленной задачи достигается тем, что емкостью электрического конденсатора управляют путем шунтирования емкости его примесного полупроводникового слоя, расположенного между слоями диэлектрика или сегнетоэлектрика. При этом изменяют концентрацию находящихся в зоне действия основного поля конденсатора подвижных носителей заряда примесного полупроводникового слоя, для чего к этому слою, через слой диэлектрика или сегнетоэлектрика, прикладывают управляющее электрическое поле, ориентированное поперек основного поля конденсатора, а изменение емкости конденсатора осуществляют увеличением или уменьшением напряженности управляющего электрического поля. Эффективность действия управляющего поля повышают, облегчая перемещение подвижных носителей заряда слоя примесного полупроводника под действием управляющего поля, для чего в указанном слое формируют токопроводящий канал, ориентированный по направлению действия управляющего поля.The solution of this problem is achieved by the fact that the capacitance of an electric capacitor is controlled by shunting the capacitance of its impurity semiconductor layer located between the layers of the dielectric or ferroelectric. In this case, the concentration of the moving charge carriers of the impurity semiconductor layer located in the main field of the capacitor is changed, for which a control electric field oriented across the main field of the capacitor is applied to this layer through a dielectric or ferroelectric layer, and the capacitance is changed by increasing or decreasing the voltage control electric field. The effectiveness of the control field is increased by facilitating the movement of mobile charge carriers of the impurity semiconductor layer under the influence of the control field, for which purpose a conductive channel oriented in the direction of action of the control field is formed in the said layer.

Сущность изобретения состоит в том, что управляют емкостью составного электрического конденсатора, состоящего из последовательно включенных двух емкостей слоев диэлектрика или сегнетоэлектрика с общим значением Сд и емкости Спп слоя примесного полупроводника, шунтируемой переменным сопротивлением Rш (см. фиг.4). Минимальная общая емкость С конденсатора при этом (Rш=∞) составит (например, методику расчета см. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1967, с.621-623):The essence of the invention lies in the fact that they control the capacitance of a composite electric capacitor, consisting of two capacitances of dielectric or ferroelectric layers in series with a common value of C d and capacitance C pp of an impurity semiconductor layer shunted by a variable resistance R w (see Fig. 4). The minimum total capacitance C of the capacitor in this case (R W = ∞) will be (for example, the calculation method, see L. Bessonov. Theoretical Foundations of Electrical Engineering. M: Higher School, 1967, pp. 621-623):

Figure 00000001
Figure 00000001

Если теперь полностью зашунтировать (Rш=0) емкость Спп примесного полупроводникового слоя, то максимальная общая емкость Сш конденсатора составит:If we now completely shunt (R w = 0) the capacitance C pp of the impurity semiconductor layer, then the maximum total capacitance C w of the capacitor is:

Figure 00000002
Figure 00000002

Таким образом, меняя степень шунтирования емкости примесного полупроводникового слоя, получаем изменение общей емкости конденсатора в интервале от С до Сд, согласно выражениям (1, 2). Подбором диэлектрической проницаемости материала внутренних слоев конденсатора и их толщины, получаем любой нужный диапазон изменения значения (перекрытия) емкости конденсатора, т.е. соотношения С и Сд.Thus, changing the degree of shunting of the capacitance of the impurity semiconductor layer, we obtain a change in the total capacitance of the capacitor in the range from C to C d , according to the expressions (1, 2). By selecting the dielectric constant of the material of the inner layers of the capacitor and their thickness, we obtain any desired range of variation in the value (overlap) of the capacitance of the capacitor, i.e. the ratio of C and C d .

Степень шунтирования емкости примесного полупроводникового слоя определяется изменением концентрации находящихся в зоне действия основного поля конденсатора подвижных носителей заряда примесного полупроводникового слоя, которая изначально, в отсутствии управляющего напряжения, выбирается достаточной для полного шунтирования его емкости.The degree of shunting of the capacitance of an impurity semiconductor layer is determined by a change in the concentration of the moving charge carriers of the impurity semiconductor layer located in the main field of the capacitor, which initially, in the absence of a control voltage, is selected sufficient to completely bypass its capacitance.

Адсорбцией из зоны действия основного поля конденсатора подвижных носителей заряда примесного полупроводника достигается превращение примесного полупроводникового слоя в этой зоне в диэлектрик с собственным коэффициентом диэлектрической проницаемости основного материала. Для этого к примесному полупроводниковому слою прикладывается, вызывающее перемещение подвижных носителей заряда за пределы зоны действия основного поля конденсатора, поперечно к нему направленное управляющее поле. При этом, согласно принципу суперпозиции действия электрических полей (см. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1974. с.344), на элементарные подвижные носители заряда будут одновременно действовать силы, перемещающие их по направлению и основного и управляющего поля. Отсюда очевидно, что если напряженность Еу управляющего поля в примесном полупроводниковом слое будет превосходить напряженность Ер основного рабочего поля:By adsorption from the action area of the main field of the capacitor of mobile charge carriers of an impurity semiconductor, the conversion of an impurity semiconductor layer in this zone into a dielectric with an intrinsic coefficient of dielectric constant of the main material is achieved. For this, an impurity semiconductor layer is applied, causing the movement of mobile charge carriers outside the range of the main field of the capacitor, a directional control field transverse to it. Moreover, according to the principle of superposition of the action of electric fields (see. Yavorsky BM, Detlaf AA. Handbook of Physics. M .: Nauka, 1974. p. 344), forces moving them in the direction of both the main and control fields. Hence it is obvious that if the intensity E of the control field in the impurity semiconductor layer exceeds the intensity E p of the main working field:

Figure 00000003
Figure 00000003

то подвижные носители будут перемещаться по направлению управляющего поля и выйдут из зоны действия основного поля.then the mobile carriers will move in the direction of the control field and leave the range of the main field.

Силовые линии оставшихся неподвижных заряженных ионов кристаллической решетки примесного полупроводника при этом, в силу общей электрической нейтральности устройства, замкнутся на управляющие электроды и накопленные ими подвижные носители заряда и на величину основной рабочей емкости конденсатора не повлияют.The lines of force of the remaining stationary charged ions of the crystal lattice of the impurity semiconductor in this case, due to the general electrical neutrality of the device, will be closed on the control electrodes and the mobile charge carriers accumulated by them and will not affect the value of the main working capacitance of the capacitor.

Сопоставительный анализ с наиболее близкими аналогами и прототипом показывает, что предлагаемый способ управления емкостью конденсатора и устройство на его основе отличаются иной, более универсальной и более эффективной технологией изменения емкости конденсатора.A comparative analysis with the closest analogues and prototype shows that the proposed method for controlling the capacitance of a capacitor and a device based on it differ in a different, more universal and more effective technology for changing the capacitance of a capacitor.

В отличие от переменных конденсаторов на МДП-структурах и варикапов, предлагаемый способ не имеет ограничений по напряжению пробоя барьера Шотки или обратного р-n перехода, не имеет несимметрии для рабочих напряжений и не требует поддержания постоянного управляющего тока, управление в нем осуществляется абсолютной емкостью конденсатора, а не только дифференциальной емкостью по переменному напряжению. Также, принципиально важным отличием является гальваническая развязка цепей управления с основными рабочими цепями емкости.Unlike variable capacitors on MIS structures and varicaps, the proposed method has no restrictions on the voltage of breakdown of the Schottky barrier or reverse pn junction, does not have an asymmetry for operating voltages, and does not require maintaining a constant control current, it controls the absolute capacitance of the capacitor , and not just the differential voltage capacitance. Also, a fundamentally important difference is the galvanic isolation of control circuits with the main working circuits of the tank.

В отличие от способа, реализованного в устройстве «Полупроводниковый конденсатор» (прототипе), в котором эффект изменения емкости четырехэлектродного конденсатора достигается пропусканием тока через слой полупроводника в направлении, поперечном к основному полю конденсатора, и который имеет ограниченный коэффициент перекрытия и требует постоянного поддержания управляющего тока, в предлагаемом техническом решении управляющее воздействие прикладывается к слою примесного полупроводника через слой диэлектрика или сегнетоэлектрика, с осуществлением процесса насыщения - обеднения за счет примесной проводимости и примесных подвижных носителей заряда, что устраняет недостатки прототипа, расширяет диапазон изменения емкости, повышает экономичность устройства и эффективность применения управляющего поля конденсатора.In contrast to the method implemented in the device "Semiconductor capacitor" (prototype), in which the effect of changing the capacitance of the four-electrode capacitor is achieved by passing current through the semiconductor layer in the direction transverse to the main field of the capacitor, and which has a limited overlap coefficient and requires constant control current , in the proposed technical solution, the control action is applied to the impurity semiconductor layer through a dielectric or ferroelectric layer, with the implementation of the saturation process - depletion due to impurity conductivity and impurity mobile charge carriers, which eliminates the disadvantages of the prototype, extends the range of capacitance, increases the efficiency of the device and the efficiency of the control field of the capacitor.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна" и "изобретательский уровень".Thus, the present invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На рисунках фиг.1-4 показаны варианты конструкции полупроводникового конденсатора, реализующие предлагаемый способ управления емкостью конденсатора и его эквивалентную электрическую схему.The figures 1-4 show semiconductor capacitor design options that implement the proposed method for controlling the capacitance of a capacitor and its equivalent electrical circuit.

Устройство содержит токопроводящие обкладки 1, предназначенные для создания основного поля конденсатора, разделенные слоями 2 диэлектрика или сегнетоэлектрика, между которыми размещен слой 3 примесного полупроводника, частично выступающий за габариты обкладок 1 конденсатора. Электроды 4 управляющего поля, предназначенные для создания управляющего поля, поперечного основному полю конденсатора, через слой 5 диэлектрика или сегнетоэлектрика подведены к противоположным выступающим за габариты обкладок 1 конденсатора частям слоя 3 примесного полупроводника. Создание выступающей за габариты обкладок 1 конденсатора части слоя 3 примесного полупроводника необходимо для исключения взаимовлияния обкладок 1 и электродов 4 управляющего поля, а также для накопления в этой области подвижных носителей заряда примесного полупроводника.The device contains conductive plates 1, designed to create the main field of the capacitor, separated by layers 2 of a dielectric or ferroelectric, between which is placed a layer 3 of an impurity semiconductor, partially protruding beyond the dimensions of the plates 1 of the capacitor. The electrodes 4 of the control field, designed to create a control field transverse to the main field of the capacitor, are connected through the layer 5 of the dielectric or ferroelectric to the opposite parts of the impurity semiconductor layer 3 protruding beyond the dimensions of the capacitor plates 1. The creation of a part of layer 3 of the impurity semiconductor that protrudes beyond the dimensions of the capacitor plates 1 is necessary to eliminate the mutual influence of the plates 1 and the electrodes 4 of the control field, as well as to accumulate in this region the mobile charge carriers of the impurity semiconductor.

Выбором толщины и диэлектрической проницаемости материала слоев 2 и 5 диэлектрика или сегнетоэлектрика обеспечивают требуемое соотношение величин управляющего и управляемого сигналов, определяющее эффективность управления емкостью конденсатора.The choice of the thickness and permittivity of the material of layers 2 and 5 of the dielectric or ferroelectric provide the required ratio of the values of the control and controlled signals, which determines the efficiency of controlling the capacitance of the capacitor.

Управление емкостью конденсатора осуществляется следующим образом.The capacitor capacitance is controlled as follows.

Прикладывая к обкладкам конденсатора, в общем случае, переменное рабочее напряжение Up(t), в примесном полупроводниковом слое конденсатора получают основное рабочее поле напряженностью, в общем случае, Ep(t). Управляющее поле напряженностью Еу в примесном полупроводниковом слое создают приложением к электродам управляющего напряжения Uy от источника регулируемого напряжения (на рисунке не показан). Направление перемещения каждого элементарного подвижного носителя заряда (электрона е-, дырки е+) примесного полупроводникового слоя при этом будет определяться векторной суммой сил (fp, fy) и, соответственно, напряженностей, приложенных к нему со стороны всех действующих полей, а в данном случае основного и управляющего поля.Applying to the plates of the capacitor, in the general case, an alternating operating voltage U p (t), in the impurity semiconductor layer of the capacitor, the main working field with a strength of, in general, E p (t) is obtained. A control field of intensity E y in the impurity semiconductor layer is created by applying to the electrodes a control voltage U y from a controlled voltage source (not shown in the figure). The direction of movement of each elementary mobile charge carrier (electron e - , hole e + ) of the impurity semiconductor layer in this case will be determined by the vector sum of forces (f p , f y ) and, accordingly, the stresses applied to it from all the acting fields, and in in this case, the main and control fields.

Образование управляющего поля вызывает перемещение подвижных носителей заряда примесного полупроводника к управляющим электродам, за пределы основного поля конденсатора, вызывая обеднение слоя примесного полупроводника в зоне основного поля конденсатора и, тем самым, расшунтирование емкости слоя примесного полупроводника с уменьшением общей емкости конденсатора. Снятие управляющего поля (напряжения с управляющих электродов) приводит к обратным последствиям.The formation of the control field causes the moving charge carriers of the impurity semiconductor to move to the control electrodes outside the main capacitor field, causing a depletion of the impurity semiconductor layer in the zone of the main field of the capacitor and, thereby, unscrewing the capacitance of the impurity semiconductor layer with a decrease in the total capacitor capacity. Removing the control field (voltage from the control electrodes) leads to the opposite consequences.

Таким образом, управление емкостью конденсатора осуществляют увеличением или уменьшением напряженности управляющего поля, путем изменения значения управляющего напряжения Uy, подводимого от источника регулируемого напряжения. По достижении заданной величины емкости конденсатора, напряженность и напряжение управляющего поля сохраняют неизменной.Thus, the capacitor capacity is controlled by increasing or decreasing the control field strength by changing the value of the control voltage U y supplied from the source of the controlled voltage. Upon reaching a predetermined value of the capacitance of the capacitor, the voltage and voltage of the control field are kept constant.

С целью повышения эффективности действия управляющего поля, слой 5 диэлектрика (сегнетоэлектрика) конденсатора может изготавливаться из материала со значительно более высокой диэлектрической проницаемостью, чем у диэлектрика (сегнетоэлектрика) слоя 2. В этом случае управление будет осуществляться меньшими значениями управляющего напряжения.In order to increase the efficiency of the control field, the capacitor dielectric (ferroelectric) layer 5 can be made of a material with a much higher dielectric constant than the dielectric (ferroelectric) layer 2. In this case, the control will be carried out with lower values of the control voltage.

Для облегчения перемещения подвижных носителей заряда слоя примесного полупроводника под действием управляющего поля и уменьшения влияния поверхностных ловушек и дефектов, всегда имеющих место в реальном полупроводнике, возможно формирование в нем токопроводящего канала, ориентированного по направлению действия управляющего поля.To facilitate the movement of mobile charge carriers of the impurity semiconductor layer under the influence of the control field and reduce the influence of surface traps and defects that always occur in a real semiconductor, it is possible to form a conductive channel in it, oriented in the direction of the control field.

Технологически возможна реализация предлагаемого способа также и в планарном варианте, как это представлено на фиг.2, 3.It is technologically possible to implement the proposed method also in a planar version, as shown in figure 2, 3.

Нужное значение общей емкости конденсатора получают параллельным соединением необходимого количества элементарных емкостей.The desired value of the total capacitance of the capacitor is obtained by parallel connection of the required number of elementary capacities.

Использование предлагаемого способа управления емкостью конденсатора и устройства на его основе дает, по сравнению с существующими способами электрического управления емкостью, следующий технический результат:Using the proposed method for controlling the capacitance of a capacitor and a device based on it gives, in comparison with existing methods of electric control of capacitance, the following technical result:

значительно расширяет диапазон изменения абсолютной, а не только дифференциальной, емкости конденсатора,significantly expands the range of variation of the absolute, and not only differential, capacitance of the capacitor,

обеспечивает гальваническую развязку управляющих и управляемых цепей конденсатора переменной емкости,provides galvanic isolation of control and controlled circuits of a variable capacitor,

повышает экономичность управления емкостью конденсатора за счет исключения необходимости постоянного поддержания управляющего тока и большей эффективности действия управляющего поля.increases the efficiency of controlling the capacitance of the capacitor by eliminating the need for constant maintenance of the control current and greater efficiency of the control field.

Перспективы промышленного применения изобретения не вызывают трудностей, поскольку предполагается использование существующих, освоенных технологий конденсаторостроения и микроэлектроники, а также не требуется применение каких-либо неизвестных современной промышленности, средств, материалов или элементов. В том числе, формирование токопроводящих каналов, например, путем модулированного легирования или использования гетеропереходов на быстрых электронах широко применяется в производстве полевых транзисторов и приборов с зарядовой связью (см., например, Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн.1. - М.: Мир, 1984. с.437-445, 446-450; Гуртов В.А. Твердотельная электроника. Учебное пособие. - Петрозаводск: ПГУ, 2004. с.27-30; Бочаров Л.Н. Полевые транзисторы. - М.: Радио и связь, 1984. с.37).The prospects for the industrial application of the invention do not cause difficulties, since it is assumed that existing, developed technologies of capacitor engineering and microelectronics are used, and the use of any unknown modern industry, means, materials or elements is not required. Including, the formation of conductive channels, for example, by modulating doping or using heterojunctions on fast electrons is widely used in the manufacture of field effect transistors and charge-coupled devices (see, for example, Zi S. Physics of semiconductor devices. Book 1. - M. : Mir, 1984. p. 437-445, 446-450; Gurtov, A. A. Solid State Electronics. Study Guide. - Petrozavodsk: PSU, 2004. p. 27-30; Bocharov L. N. Field Transistors. - M. : Radio and communication, 1984. p. 37).

Claims (4)

1. Способ управления емкостью электрического конденсатора путем шунтирования емкости его полупроводникового слоя, расположенного между слоями диэлектрика, отличающийся тем, что указанное шунтирование проводят в слое из примесного полупроводника, в котором изменяют концентрацию его подвижных носителей заряда, находящихся в зоне действия основного поля конденсатора, для чего к указанному слою примесного полупроводника прикладывают управляющее электрическое поле, ориентированное поперек основного поля конденсатора, а изменение емкости конденсатора осуществляют увеличением или уменьшением напряженности управляющего электрического поля.1. A method of controlling the capacitance of an electric capacitor by shunting the capacitance of its semiconductor layer located between the dielectric layers, characterized in that said shunting is carried out in a layer of impurity semiconductor, in which the concentration of its moving charge carriers located in the area of the main field of the capacitor is changed, for whereupon, a control electric field oriented across the main field of the capacitor is applied to the indicated layer of the impurity semiconductor, and a change in the capacitance These capacitors carry out an increase or decrease in the intensity of the control electric field. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облегчают перемещение подвижных носителей заряда слоя примесного полупроводника под действием управляющего поля, для чего в указанном слое формируют токопроводящий канал, ориентированный по направлению действия управляющего поля.2. The method according to claim 1, characterized in that it facilitates the movement of mobile charge carriers of the impurity semiconductor layer under the influence of a control field, for which purpose a conductive channel oriented in the direction of action of the control field is formed in said layer. 3. Полупроводниковый конденсатор, содержащий слои диэлектрика и полупроводника, обкладки, предназначенные для создания основного поля конденсатора, и электроды, служащие для формирования в полупроводниковом слое управляющего поля, отличающийся тем, что обкладки конденсатора разделены слоями диэлектрика или сегнетоэлектрика с расположенным между ними, частично выступающим за габариты обкладок слоем примесного полупроводника, к противоположным выступающим частям которого через слои диэлектрика или сегнетоэлектрика подведены электроды управляющего поля.3. A semiconductor capacitor containing layers of a dielectric and a semiconductor, plates designed to create the main field of the capacitor, and electrodes used to form a control field in the semiconductor layer, characterized in that the capacitor plates are separated by layers of a dielectric or ferroelectric with partially protruding between them for the dimensions of the plates with an impurity semiconductor layer, to the opposite protruding parts of which an electron is connected through the layers of a dielectric or a ferroelectric rows of the control field. 4. Конденсатор по п.3, отличающийся тем, что в слое примесного полупроводника сформирован токопроводящий канал, ориентированный по направлению действия управляющего поля. 4. The capacitor according to claim 3, characterized in that a conductive channel is formed in the impurity semiconductor layer, oriented in the direction of action of the control field.
RU2011122084/07A 2011-06-01 2011-06-01 Method to control capacitance of electric capacitor and semiconductor capacitor on its basis RU2474903C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122084/07A RU2474903C1 (en) 2011-06-01 2011-06-01 Method to control capacitance of electric capacitor and semiconductor capacitor on its basis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122084/07A RU2474903C1 (en) 2011-06-01 2011-06-01 Method to control capacitance of electric capacitor and semiconductor capacitor on its basis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011122084A RU2011122084A (en) 2012-12-10
RU2474903C1 true RU2474903C1 (en) 2013-02-10

Family

ID=49120573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011122084/07A RU2474903C1 (en) 2011-06-01 2011-06-01 Method to control capacitance of electric capacitor and semiconductor capacitor on its basis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2474903C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU535608A1 (en) * 1971-10-12 1976-11-15 Semiconductor capacitor
SU1749928A1 (en) * 1990-11-26 1992-07-23 Воронежский научно-исследовательский институт связи Variable capacitor on varicaps
US5793600A (en) * 1994-05-16 1998-08-11 Texas Instruments Incorporated Method for forming high dielectric capacitor electrode structure and semiconductor memory devices
RU2279736C2 (en) * 2001-11-13 2006-07-10 Валерий Моисеевич Иоффе Semiconductor device
US20100046138A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Hynix Semiconductor Inc. Electrode in semiconductor device, capacitor and method of fabricating the same
JP2011060830A (en) * 2009-09-07 2011-03-24 Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku Film having permittivity variable by light irradiation and electronic device using that film

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU535608A1 (en) * 1971-10-12 1976-11-15 Semiconductor capacitor
SU1749928A1 (en) * 1990-11-26 1992-07-23 Воронежский научно-исследовательский институт связи Variable capacitor on varicaps
US5793600A (en) * 1994-05-16 1998-08-11 Texas Instruments Incorporated Method for forming high dielectric capacitor electrode structure and semiconductor memory devices
RU2279736C2 (en) * 2001-11-13 2006-07-10 Валерий Моисеевич Иоффе Semiconductor device
US20100046138A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Hynix Semiconductor Inc. Electrode in semiconductor device, capacitor and method of fabricating the same
JP2011060830A (en) * 2009-09-07 2011-03-24 Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku Film having permittivity variable by light irradiation and electronic device using that film

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011122084A (en) 2012-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012209192B4 (en) Transistor with controllable compensation areas
EP3419055B1 (en) Switching device with charge distribution structure
US10903016B2 (en) Voltage tunable multilayer capacitor
US20140001479A1 (en) Switching device with charge distribution structure
JP2016523446A (en) High linearity variable capacitor array
DE102011081589A1 (en) DEPLETION TRANSISTOR AND LOADING ARRANGEMENT
US10381503B2 (en) Apparatus and method for controlling doping
US3411053A (en) Voltage-sensitive variable p-n junction capacitor with intermediate control zone
US20190080851A1 (en) High Voltage Tunable Multilayer Capacitor
RU2474903C1 (en) Method to control capacitance of electric capacitor and semiconductor capacitor on its basis
US3845331A (en) Arrangements for biasing the substrate of an integrated circuit
JP2019512164A (en) Microelectronic electrode assembly
Berzina et al. Investigation of electrical properties of organic memristors based on thin polyaniline-graphene films
US10192981B2 (en) Switching device with charge distribution structure
US11611003B2 (en) Semiconductor component, use of a semiconductor component
EP3370260A1 (en) Switching device with charge distribution structure
CN102244000B (en) Semiconductor device, varactor and forming method thereof
RU2593456C2 (en) Method to control capacity of electric capacitor and variable capacitor based thereon
EP4187604A1 (en) Variable electronic element and circuit device
RU2529885C1 (en) Ferroelectric uhf capacitor
DE112014003246T5 (en) High-voltage field-effect transistor with multiple implanted layers
Buniatyan et al. CV (gV) characteristics of m-bax Sr1-xTiO3-M thin film structures with oxygen vacancies
RU2569906C1 (en) Multi-element mis varicap
RU2086044C1 (en) Variable reactor
DE2303205C3 (en) Semiconductor capacitor

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Patent open for licensing

Effective date: 20191112