ВАРИКАП

Предлагаемая полезная модель относится к области полупроводниковой электроники и может быть использована в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона.
Известен варикап на основе системы металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), предназначенный для применения в качестве переключательного емкостного активного элемента с низким уровнем мощности управления в фазовращателях СВЧ электроники. Он может быть использован при разработке варикапов на основе МДП системы, предназначенных для управления частотой и фазой переменного сигнала в радиотехнических устройствах ВЧ и СВЧ диапазона. Варикап содержит полупроводник, рабочий диэлектрик, управляющий электрод и контакт к полупроводнику [Bernie Siegal “The binary varactor - a new microwave device” Electronic Equipment News, 1971, v 12, №10, pp 43-47]. Недостаток данной конструкции состоит в низкой стабильности состояния с минимальным значением емкости.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является МДП-варикап, содержащий полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод, узел стока неосновных носителей с p-n-переходом и контакт к полупроводнику [Lloyd W.Hackley, Seminole Fla “Varactor tuning diode with inversion layer”. Pat. 4.903.086 Feb 20.1990, US].
Недостаток известной конструкции состоит в том, что она не обеспечивает возможность работы прибора в качестве емкостного переключательного элемента без внешних цепей развязки переменного сигнала и управляющего напряжения.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструкции варикапа, обеспечивающего возможность использования его в качестве емкостного переключательного элемента без внешних цепей развязки.
Поставленная задача решается тем, что в варикапе, содержащем полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод, узел стока неосновных носителей с p-n-переходом и контактирующий с полупроводником электрод, в конструкцию узла стока введена дополнительная область электронной проводимости, расположенная в пределах локализации области дырочной проводимости и соединенная с управляющим электродом, при этом область дырочной проводимости изолирована от электродов.
На Фиг.1 представлен вариант конструкции предлагаемого варикапа, на Фиг.2 - эквивалентная схема варикапа.
Прибор содержит полупроводник 1 электронной проводимости, диэлектрик 2, управляющий электрод 3 и электрод 4 к полупроводнику. Узел стока неосновных носителей содержит область дырочной проводимости 5, изолированную от управляющего электрода 3 и дополнительную область электронной проводимости 6, расположенную в пределах локализации области дырочной проводимости 5, причем дополнительная область соединена с управляющим электродом 3.
Эквивалентная схема предлагаемого варикапа представлена на Фиг.2 а, б.
н
0
Принцип действия прибора состоит в следующем. При положительной полярности напряжения на управляющем электроде 3 (Фиг.2а) в приповерхностной области полупроводника 1 реализуется режим обогащения области пространственного заряда (ОПЗ) основными носителями и емкость прибора С=СS,
0
где С - удельная емкость диэлектрика;
S - площадь управляющего электрода.
S1
Р1
Р1
Р1
Р1
+
+
Потери мощности переменного сигнала в цепи МДП 3-2-1-4 учитываются с помощью резистора R. В этом режиме работы ток проводимости узла стока неосновных носителей определяется обратным током n-p перехода, образованного областью 6 электронной проводимости и областью 5 дырочной проводимости. Вклад узла стока в эквивалентную схему определяется величинами R, и C, где R - эквивалентное сопротивление; C - эквивалентная емкость обратно-смещенного n-p-перехода.
+
+
При положительном напряжении на управляющем электроде 3 p - область 5 соединена с электродом через большое сопротивление n-p перехода 6-5. В отличие от известной конструкции, наличие n области исключает прямой ток узла стока 5-1 в режиме обогащения ОПЗ полупроводника 1 основными носителями заряда. При этом соответственно существенно уменьшаются потери мощности постоянного сигнала и прибор можно использовать в качестве емкостного ключа без внешних цепей развязки.
0
SC
Р2
Р2
S2
Эквивалентная схема прибора при отрицательном смещении на управляющем электроде представлена на Фиг.2б. В схеме С - удельная емкость диэлектрика, C - емкость области пространственного заряда, С-емкость p-n-перехода, образованного областью дырочной проводимости и полупроводником 1, R - эквивалентное сопротивление p-n-перехода. Резистор R отражает наличие потерь мощности переменного сигнала в структуре МДП в этом режиме.
+
При отрицательном напряжении на управляющем электроде n-p переход 6-5 смещен в прямом направлении и потенциал p - области 5 близок к потенциалу на полевом электроде 3. В этом режиме p-n-переход 5-1 смещен в обратном направлении и обеспечивает удаление неосновных носителей из приповерхностной области полупроводника под полевым электродом 3.
При использовании в конструкции варикапа элементов узла стока неосновных носителей с малой площадью их вклад в эквивалентную схему прибора не будет определяющим и не ограничит его практическое применение. Такое решение обеспечит возможность использования прибора в качестве емкостного переключательного элемента без внешних цепей развязки.