МДП-ВАРИКАП С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА

Полезная модель относится к области полупроводниковой электроники и может быть использована при разработке МДП-варикапов, предназначенных для использования в устройствах ВЧ и СВЧ диапазона для управления частотой и фазой переменного сигнала.
Известен МДП-варикап, предназначенный для использования в качестве переключательного емкостного элемента с низким уровнем мощности управления в фазовращателях СВЧ диапазона [Bernie Siegal «The binary varactor - a new microwave device», Electronic Eguipment News, 1971, v.12, №10, p.43-47.]. МДП-варикап содержит полупроводник, рабочий диэлектрик, управляющий электрод и контакт к полупроводнику. Недостаток известной конструкции МДП-варикапа состоит в низкой стабильности состояния с минимальным значением емкости, обусловленной ограничением ширины области пространственного заряда (ОПЗ)в полупроводнике неосновными носителями, термогенерированными на границе раздела диэлектрик-полупроводник, в ОПЗ полупроводника и квазинейтральной области полупроводника.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является МДП-варикап, содержащий полупроводник, диэлектрик и управляющий электрод, в конструкцию которого для повышения стабильности минимального значения емкости и повышения быстродействия введен узел стока неосновных носителей, содержащий р-n-переход, расположенный под управляющим электродом и соединенный с управляющим электродом и полупроводником [Патент США №4.903.086, кл. НКИ 357/14, 1990].
Недостаток рассматриваемой конструкции состоит в низкой добротности прибора в состоянии с максимальным значением емкости, обусловленной вкладом высокой проводимости р-n-перехода, смещенного в этом режиме работы в прямом направлении, что ограничивает возможность его использования в качестве емкостного переключательного элемента.
Предлагаемая полезная модель направлена на повышение стабильности минимального значения емкости и обеспечение возможности использования прибора в качестве емкостного ключа с высокой добротностью максимального значения емкости.
В предлагаемом техническом решении эта цель достигается тем, что в
МДП-варикапу с переносом заряда, содержащем полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей, содержащем р-n-переход, р-n-переход узла стока расположен вне области локализации управляющего электрода и соединен с управляющим электродом резистивным элементом, расположенным на диэлектрике.
Вариант конструкции предлагаемого прибора представлен на фиг.1, эквивалентная схема прибора представлена на фиг.2.
Прибор содержит полупроводник 1, диэлектрик 2, управляющий электрод 3 и проводящий контакт 4 к полупроводнику. В конструкцию узла стока неосновных носителей входит р-n-переход 5, контакт 6 к р-n-переходу и резистивный элемент 7, соединяющий р-n-переход 5 с управляющим электродом 3.
H
0
Принцип действия прибора рассмотрим для полупроводника электронной проводимости. При подаче на управляющий электрод 3 положительного напряжения смещения реализуется состояние емкости прибора, соответствующее его номинальному значению С=С·S, (фиг.2а)
0
где С - удельная емкость диэлектрика 2;
S - площадь управляющего электрода 3.
При этом должны выполняться условия:
C
p
где R - сопротивление резистивного элемента узла стока (фиг.2а), задаваемое конструктивно проводимостью материала резистивного элемента, его поперечным сечением, длиной и проводимостью σ; f - рабочая частота;
ε - абсолютная диэлектрическая постоянная материала резистивного элемента.
C
Выполнение условий (1) и (2) обеспечивает возможность не учитывать вклад элементов узла стока неосновных носителей в эквивалентную схему прибора, представленную на Фиг.2а, где R - последовательное эквивалентное сопротивление потерь.
H
МИН
МИН
При подаче на управляющий электрод прибора отрицательного смещения реализуется режим обеднения ОПЗ основными носителями и емкость прибора изменяется от С до С, где С - минимальное значение емкости.
Эквивалентная схема прибора в этом режиме представлена в общем виде на Фиг.2б,
SC
где C - емкость области пространственного заряда;
P
R - параллельное обратное сопротивление р-n-перехода при отрицательном напряжении смещения;
P
С - параллельная эквивалентная емкость р-n-перехода при отрицательном напряжении смещения.
P
C
P
C
В этом режиме работы предлагаемого прибора необходимо обеспечить условие для формирования канала стока под резистивным элементом узла стока для неосновных носителей. Это условие выполняется, если обратное сопротивление R р-n-перехода на несколько порядков выше сопротивления резистивного элемента R. При выполнении соотношения R>>R узел стока неосновных носителей не вносит вклада в эквивалентную схему прибора, представленную на Фиг.2в.
В качестве материала для резистивного элемента узла стока неосновных носителей может быть использован поликристаллический кремний, аморфный кремний или тонкий слой металла.
Эффективность предложения обеспечивается тем, что МДП-варикап с переносом заряда предлагаемой конструкции может быть использован в качестве как подстроечного, так и в качестве переключательного элемента в широком классе устройств ВС и СВЧ диапазона благодаря повышению стабильности минимального значения емкости, а также обеспечивает возможность использования прибора в качестве емкостного ключа с высокой добротностью максимального значения емкости.