МДП-ДИОД

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-диод, 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 в эквивалентную схему, 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 задача достигается тем, что в МДП-диоде, содержащем полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей на основе р-n-перехода, расположенного под управляющим электродом, в конструкцию узла стока неосновных носителей введен резистивный элемент, расположенный на р-n-переходе и соединяющий его с управляющим электродом.
Вариант конструкции предлагаемого прибора представлен для иллюстрации на фиг.1, эквивалентная схема МДП-диода представлена на фиг.2.
МДП-диод содержит полупроводник 1, диэлектрик 2 и управляющий электрод 3. Конструкция узла стока неосновных носителей содержит р-n-переход 4, расположенный под управляющим электродом, и резистивный элемент 5, соединенный с р-n-переходом и управляющим электродом 3. Слой вспомогательного диэлектрика 6 ограничивает площадь резистивного элемента, контактирующую с управляющим электродом. Электрод 7 является контактом к полупроводнику 1.
Принцип действия предлагаемого прибора рассмотрим для полупроводника электронной проводимости.
H
0
0
При подаче на управляющий электрод 3 прибора положительного напряжения в приповерхностной области полупроводника 1 реализуется режим обогащения ОПЗ основными носителями и номинальное значение емкости МДП-диода С равно CS, где С - удельная емкость диэлектрика 2; S - площадь управляющего электрода 3.
Эквивалентная схема прибора для этого режима работы представлена на фиг.2а.
При этом должно выполняться условие
где:
p
R - параллельное эквивалентное сопротивление резистивного элемента.
n
f - предельная частота;
n
C - предельная емкость;
s
R - последовательное эквивалентное сопротивление.
МИН
При подаче на управляющий электрод прибора отрицательного напряжения смещения достигается минимальное значение емкости прибора С.
SC
где C - емкость ОПЗ.
p
В этом случае неосновные носители переносятся в потенциальную яму под р-n-переходом 4 и через резистивный элемент 5 в управляющий электрод 3 и во внешнюю цепь управления. Эквивалентная схема прибора для этого режима представлена на фиг.2б. Величина R резистивного элемента 5 задается удельным сопротивлением материала резистивного элемента, его толщиной, площадью, площадью вспомогательного элемента и должна удовлетворять соотношению:
0
где f - рабочая частота МДП-прибора.
В качестве материала резистивного элемента в предлагаемой конструкции прибора может быть использован поликристаллический или аморфный кремний.
Таким образом, МДП-диод предлагаемой конструкции может быть использован как в качестве настроечного, так и в качестве переключательного благодаря повышению стабильности минимального значения емкости, а также обеспечивает возможность использования его в качестве емкостного ключа с высокой добротностью максимального значения емкости.