МДП-ВАРИКАП

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 [The binary varactor - a new microwave device, Bernie Siegal, 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. 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-варикапе, содержащем полупроводник, диэлектрик, управляющий электрод и узел стока неосновных носителей с р-n-переходом, часть полупроводника, в котором расположен р-n-переход, выполнен в виде резистивного шлейфа, имеющего толщину меньше ширины области пространственного заряда в полупроводнике.
Вариант конструкции предлагаемого прибора представлен на фиг.1, эквивалентная схема - на фиг.2
Прибор содержит полупроводник 1, диэлектрик 2, управляющий электрод 3 и контакт к полупроводнику 4. Узел стока неосновных носителей содержит резистивный шлейф, расположенный в окне 7, сформированном в полупроводнике 1 и р-n-переход 6. Контакт р-n-перехода 6 узла стока к управляющему электроду 3 осуществляется через окно 7 в диэлектрике 2.
Принцип действия предлагаемого прибора рассмотрим для полупроводника электронной проводимости. При подаче на управляющий электрод 3 положительного напряжения смещения реализуется режим обогащения приповерхностной области полупроводника 1 основными носителями и емкость прибора равна емкости диэлектрика, расположенного под управляющим электродом.
H
0
С=CS
0
где: С - удельная емкость диэлектрика.
S - площадь управляющего электрода.
p
При этом величина эквивалентного сопротивления резистивного шлейфа R выбирается из условия:
где f - рабочая частота,
H
С - номинальная емкость прибора.
P
Величина R определяется сечением резистивного шлейфа и его длиной.
P
0
P
H
Параллельная емкость шлейфа С определяется удельной емкостью диэлектрика С и его площадью и задается из условия С<<С (фиг.2а).
При подаче на управляющий электрод отрицательного напряжения смещения реализуется переход от номинального значения емкости прибора к минимальному. При этом повышение стабильности минимального значения емкости прибора достигается тем, что термогенерированные неосновные носители переносятся через узел стока во внешнюю цепь. Выбор толщины шлейфа узла стока меньшим ширины ОПЗ обеспечивает полное обеднение шлейфа основными носителями и в этом состоянии узел стока не вносит дополнительной емкости в эквивалентную схему прибора. Эквивалентная схема прибора для этого режима работы прибора представлена на фиг.2, б.
H
Где С - номинальная емкость прибора,
S
R - последовательное эквивалентное сопротивление прибора;
SC
C - емкость области пространственного заряда полупроводника.
Наличие узла стока неосновных носителей в конструкции препятствует накоплению на электродах заряда статического электричества, что позволяет повысить надежность работы прибора и обеспечивает стабильность его основных характеристик.
Таким образом, МДП-варикап предлагаемой конструкции может быть использован как в качестве настроечного, так и в качестве переключательного благодаря повышению стабильности минимального значения емкости, а также обеспечивает возможность использование его в качестве емкостного ключа с высокой добротностью максимального значения емкости.