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DE1225765B - Electrical capacitor with voltage-dependent capacitance, consisting of a semiconductor body - Google Patents

Electrical capacitor with voltage-dependent capacitance, consisting of a semiconductor body

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DE1225765B
DE1225765B DEB56973A DEB0056973A DE1225765B DE 1225765 B DE1225765 B DE 1225765B DE B56973 A DEB56973 A DE B56973A DE B0056973 A DEB0056973 A DE B0056973A DE 1225765 B DE1225765 B DE 1225765B
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semiconductor
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cross
area
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Maurice Gilbert Anatol Bernard
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MAURICE GILBERT ANATOLE BERNAR
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MAURICE GILBERT ANATOLE BERNAR
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Application granted granted Critical
Publication of DE1225765C2 publication Critical patent/DE1225765C2/en
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    • H10P95/50
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60Capacitors
    • H10D1/62Capacitors having potential barriers

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CI.:Int. CI .:

HOIgHOIg

Deutsche Kl.: 21g-10/05 German class: 21g-10/05

Nummer: 1225 765Number: 1225 765

Aktenzeichen: B 56973 VIII c/21 gFile number: B 56973 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 8. März 1960Filing date: March 8, 1960

Auslegetag: 29. September 1966Opening day: September 29, 1966

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit spannungsabhängiger Kapazität, der aus einem Halbleiterkörper besteht und der insbesondere zur parametrischen Verstärkung von Mikrowellen dient.The invention relates to an electrical capacitor with voltage-dependent capacitance, which consists of a semiconductor body and in particular for the parametric amplification of microwaves serves.

Es ist allgemein bekannt, daß ein Schwingungskreis mit einem nichtlinearen Blindwiderstand, der beim Anlegen einer ersten Schwingung großer Amplitude auf die Subharmonische dieser Schwingung abgestimmt ist, eine subharmonische Schwingung erzeugt. Wird zur Steuerung der erzeugten Subharmonischen ein subharmonisches Steuersignal geringer Amplitude zusätzlich an den Schwingungskreis angelegt, dann zeigt eine solche Anordnung Verstärkereigenschaften und wird parametrischer Verstärker genannt.It is well known that an oscillation circuit with a nonlinear reactance, which is the Apply a first oscillation of large amplitude, tuned to the subharmonics of this oscillation is, a subharmonic oscillation is generated. Used to control the generated subharmonics a subharmonic control signal of low amplitude is additionally applied to the resonant circuit, then Such an arrangement shows amplifier properties and is called a parametric amplifier.

Halbleiter als nichtlineare Blindwiderstände oder bei genügend hohen Frequenzen als Schwingungskreise mit nichtlinearer Kapazität zu verwenden, ist ebenfalls bekannt. Die Übergangsschicht eines pn-Halbleiters stellt nämlich eine variable Kapazität in Abhängigkeit von der angelegten Sperrspannung dar.Semiconductors should be used as non-linear reactances or, if the frequencies are high enough, as oscillating circuits with non-linear capacitance also known. The transition layer of a pn semiconductor namely represents a variable capacitance depending on the applied reverse voltage.

Schließlich es es bekannt, daß die Kapazitätsänderung eines pn-Überganges in Abhängigkeit von der angelegten Vorspannung vergrößert werden kann, indem der zwischen dem Übergang und einer der Endelektroden gelegenen Zone des Halbleiters ein kontinuierlich oder gemäß einem älteren, nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag ein stufenweise sich vermindernder Querschnitt gegeben wird. Dabei sind in beiden Fällen die Halbleiterkörper mit einem Verteilungsgradienten der Fremdatome über den pn-Übergang versehen.Finally it is known that the change in capacitance of a pn junction as a function of the applied bias voltage can be increased by the between the transition and one of the End electrodes located zone of the semiconductor a continuously or according to an older, not to Prior art proposal is given a gradually decreasing cross-section. In both cases, the semiconductor bodies have a distribution gradient of the foreign atoms over them provide the pn junction.

Während man bisher bei der Herstellung derartiger Halbleiter die größten Schwierigkeiten hatte, Halbleiterbauelemente mit gleichbleibenden, genau vorgeschriebenen Charakteristiken zu erhalten, was bekanntlich die unerläßliche Voraussetzung für Halbleiterkörper ist, die bei der parametrischen Verstärkung von Mikrowellen Verwendung finden sollen, ist es mit der Lehre der vorliegenden Erfindung erstmals möglich, auf einfachste Weise diese hohen Genauigkeitsgrade zu erzielen, und zwar in erster Linie dadurch, daß der Halbleiterkörper mit einem bestimmten Verteilungsgradienten der Fremdatome zwischen beiden Endflächen über den pn-Übergang und mit einer bestimmten Formgebung im Bereich des pn-Übergangs versehen wird.While the greatest difficulties have hitherto been encountered in the manufacture of such semiconductors, semiconductor components with consistent, precisely prescribed characteristics, which is known to be the indispensable prerequisite for semiconductor bodies to be used in the parametric amplification of microwaves, With the teaching of the present invention, it is possible for the first time to achieve these high levels in the simplest possible way To achieve degrees of accuracy, primarily in that the semiconductor body with a certain distribution gradients of the foreign atoms between the two end faces over the pn junction and is provided with a specific shape in the area of the pn junction.

Das Ersatzschaltbild eines derartigen Halbleiterkörpers zeigt eine variable nichtlineare Kapazität C, der ein Widerstand Rp parallel geschaltet ist, wobei die Kombination (C, Rp) in Serie mit einem Widerstand Rs liegt. Für die Verwendung als parametrischer Elektrischer Kondensator mit
spannungsabhängiger Kapazität, bestehend aus
einem Halbleiterkörper
The equivalent circuit diagram of such a semiconductor body shows a variable nonlinear capacitance C to which a resistor R p is connected in parallel, the combination (C, R p ) being in series with a resistor R s . For use as a parametric electrical capacitor with
voltage-dependent capacitance, consisting of
a semiconductor body

Anmelder:Applicant:

Maurice Gilbert Anatole Bernard,Maurice Gilbert Anatole Bernard,

Issy-les-Moulineaux, Hauts-de-Seine (Frankreich)Issy-les-Moulineaux, Hauts-de-Seine (France)

Vertreter:Representative:

Dr. B. Quarder, Patentanwalt,
Stuttgart, Richard-Wagner-Str. 16
Dr. B. Quarder, patent attorney,
Stuttgart, Richard-Wagner-Str. 16

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Maurice Gilbert Anatole Bernard,
Issy-les-Moulineaux, Hauts-de-Seine (Frankreich)
Maurice Gilbert Anatole Bernard,
Issy-les-Moulineaux, Hauts-de-Seine (France)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 11. März 1959 (789 076)France of March 11, 1959 (789 076)

Verstärker, der auf sehr hohe Frequenzen anspricht, muß dann vorausgesetzt werden, daß sich die Sperrschicht für die Betriebsfrequenz ω als reiner Blindwiderstand verhält, d, h. daß die Impedanz des nichtlinearen Kondensators etwa -.—^— beträgt. Diese, Voraussetzung gilt unabhängig davon, welchen Wert die Kapazität C einnmimt, der sich bei dem Verstärkungsvorgang einstellt. Lediglich die UngleichungAmplifier, which responds to very high frequencies, must then be assumed that the barrier layer behaves as a pure reactance for the operating frequency ω, i.e. that the impedance of the non-linear capacitor is about -.— ^ -. These, The prerequisite applies regardless of which value the capacitance C assumes, which is the result of the amplification process adjusts. Just the inequality

_1 < ω 1 _1 < ω 1

RpC RpC Rs' CRs' C

muß erfüllt sein.
1
must be fulfilled.
1

UmAround

klein zu halten, muß weiter voraus-to keep it small has to go ahead

Rp- CRp- C

gesetzt werden, daß Rp einen verhältnismäßig großen Widerstand darstellt. Dies ist dann gegeben, wenn der pn-Übergang in Sperrichtung gepolt ist. Ein gebräuchlicher Wert für den Widerstand Rp ist bei Germanium 10s bis 106 Ohm und bei Silizium 10' bis 108 Ohm.be set that R p represents a relatively large resistance. This is the case when the pn junction is polarized in the reverse direction. A common value for the resistance R p is 10 s to 10 6 ohms for germanium and 10 'to 10 8 ohms for silicon.

Damit -=—-^- sehr groß wird, müssen C und Rs K5 · c So that - = - ^ - becomes very large, C and R s K 5 · c

sehr klein sein. Bekanntlich kann die Kapazität C auf ungefähr 1 pF gebracht werden und der Widerstand Rs auf ungefähr 1 Ohm.be very small. As is known, the capacitance C can be brought to approximately 1 pF and the resistance R s to approximately 1 ohm.

Bei diesen Bedingungen ergibt sich für -=—^ einWith these conditions we get for - = - ^ a

Κφ · C Κφ · C

Wert von ungefähr 1 MHz bei Germanium, der aufValue of about 1 MHz for germanium, which is based on

609 668/326609 668/326

I 225 765I 225 765

10 kHz bei Silizium absinkt. Hingegen erreicht der10 kHz for silicon drops. In contrast, the

Wert fürValue for

R8-CR 8 -C

mehrere hundert GHz.several hundred GHz.

Die Rauschzahl ist dabei um so geringer, je kleiner der Widerstand Rs ist. Der eigentliche Verstärker wird durch den Blindwiderstand des pn-Übergangs und die Rauschquelle durch den Ohmschen Widerstand Rg gebildet.The smaller the resistance R s , the lower the noise figure. The actual amplifier is formed by the reactance of the pn junction and the noise source by the ohmic resistance Rg .

Der maximale Verstärkungsfaktor eines parametrischen Verstärkers wird für das obere Seitenband bei Mikrowellen durch folgende Gleichung ausgedrückt: The maximum gain of a parametric amplifier is for the upper sideband for microwaves expressed by the following equation:

/2/ 2

Hierin ist Z1 die Frequenz des zu verstärkenden Signals, /2 die Frequenz des verstärkten Signals, (/2—/1) ist die Frequenz des Hilfsgenerators, dessen Leistung zur Verstärkung des Signals der Frequenz Z1 dient. χ ist eine reduzierte Variable, die sich aus folgender Gleichung ergibt:Here, Z 1 is the frequency of the signal to be amplified, / 2 is the frequency of the amplified signal, (/ 2 - / 1) is the frequency of the auxiliary generator whose power is used to amplify the signal at the frequency Z 1 . χ is a reduced variable that results from the following equation:

χ — μχ - μ

mit μ = with μ =

μ-1μ-1

Das heißt, μ ist gleich der Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Extremwerte, die die variable Kapazität am pn-Übergang einnehmen kann. Der errechnete optimale Wert hierfür beträgt 1 + Tji; fc = -s—s—τ,— stellt die Güteziffer des pn-Über-This means that μ is equal to the square root of the ratio of the extreme values that the variable capacitance can assume at the pn junction. The calculated optimal value for this is 1 + Tji; fc = -s — s— τ, - represents the figure of merit of the pn transfer

2πΚ.§· Cmin2πΚ.§ · Cmin

gangs dar, ausgedrückt als Grenzfrequenz. Die Kapazität Cmin ist die Kapazität des in Sperrichtung gepolten pn-Übergangs bei einer Spannung, die etwas geringer ist als die Durchbruchspannung, d. h. die maximal zulässige Sperrspannung.gangs, expressed as the cutoff frequency. The capacitance Cmin is the capacitance of the reverse-biased pn-junction at a voltage that is somewhat lower than the breakdown voltage, ie the maximum permissible reverse voltage.

Bei einem parametrischen Verstärker für das untere Seitenband ergibt sich ebenfalls, daß der pn-Übergang Schwingungen um so höherer Frequenz verstärkt, je höher die Gütezahl /c ist.In the case of a parametric amplifier for the lower sideband, the higher the figure of merit / c , the higher the frequency of the pn junction, the higher the vibrations.

Die obenstehenden Ausführungen zeigen deutlich, daß die Verstärkungseigenschaf ten eines parametrischen Verstärkers von dem Produkt aus Minimalkapazität Cmin und Serienwiderstand Rs und von dem Verhält- % nis Maximalkapazität zu Minimalkapazität abhängen. Die Minimalkapazität Cm{n ist nach Shockley gegeben durch folgende Formel:The above statements clearly show that the gain char acteristics of a parametric amplifier of the product of the minimum capacitance C min and series resistance R s and depend on the proportionality% nis maximum capacity at minimum capacity. According to Shockley, the minimum capacity C m { n is given by the following formula:

1 11 1

C ■ = KaJ-S-V^ (2) C ■ = KaJ-SV ^ (2)

""" max""" Max

Hiervon ist Vmax die in Sperrichtung angelegte Spannung unter Abzug der Kontaktspannung, α der Gradient der Verteilung der Fremdatome im Bereich des pn-Übergangs, S die Querschnittsfläche des pn-Übergangs und K eine Konstante.Of this, Vmax is the voltage applied in the reverse direction, subtracting the contact voltage, α the gradient of the distribution of the foreign atoms in the area of the pn junction, S the cross-sectional area of the pn junction and K a constant.

Da der Widerstand R3 im wesentlichen auf einer Seite des Übergangs liegt, nämlich in dem Gebiet der geringeren Leitfähigkeit, wird bekanntlich diesem Gebiet ein. großer Querschnitt bis in die Nähe der Übergangszone zugeordnet. In diesem Fall ist der Widerstandes nicht umgekehrt proportional der Sperrschichtfläche, sondern ist durch folgende Gleichung bestimmt:Since the resistance R 3 lies essentially on one side of the junction, namely in the area of lower conductivity, this area is known to be a. large cross-section assigned to the vicinity of the transition zone. In this case the resistance is not inversely proportional to the junction area, but is determined by the following equation:

Rs = Rs =

betrachteten Gebiets und b der Radius des pn-Übergangs in Zentimeter, kreisförmig angenommen. Da ρ = π b", ergibt sich für die Formel 3considered area and b is the radius of the pn junction in centimeters, assumed to be circular. Since ρ = π b ", formula 3 results

Rs = Rs =

Hierin ist ρ der spezifische Widerstand in Ohm des Die Formeln 2 und 4 zeigen, daß die Kapazität Cmin Here, ρ is the specific resistance in ohms of the. Formulas 2 and 4 show that the capacitance Cmin

proportional dem Querschnitt des pn-Übergangs ist, während der Widerstand R8 umgekehrt proportional mit der Quadratwurzel des Querschnitts ansteigt. Das Produkt Rs · Cmin variiert mit der Quadratwurzel des Querschnitts S, der damit also gering sein muß.is proportional to the cross section of the pn junction, while the resistance R 8 increases inversely proportional to the square root of the cross section. The product Rs · C m i n varies with the square root of the cross section S, which thus must therefore be low.

Um den Widerstandes zu verringern, könnte auch der spezifische Widerstand ρ herabgesetzt werden, indem die Dotierung des Halbleiterkörpers heraufgesetzt wird; diese Maßnahme bedingt aber eine Verringerung der maximal zulässigen SperrspannungTo decrease the resistance, you could too the specific resistance ρ can be reduced by increasing the doping of the semiconductor body will; however, this measure requires a reduction in the maximum permissible reverse voltage

ao und hat zur Folge, daß der zu erreichende Wert der Minimalkapazität Cm{n vergrößert wird.ao and has the consequence that the value to be achieved for the minimum capacitance C m { n is increased.

Wenn geringe Werte für den spezifischen Widerstand ρ und für den Querschnitt S erzielt werden sollen, dann muß also vermieden werden, daß bestimmte Grenzwerte unterschritten werden, weil sonst die maximal zulässige Sperrspannung Vmax an dem pn-Übergang zu gering für irgendeinen Anwendungszweck wird.
Die bisher erzielten besten Resultate wurden mit Siliziumdioden mit Diffusionsübergängen bei einem Verteilungsgradienten der Fremdatome von 1023 bis 10 2i Atomen/cm4 erhalten. Die Gütezahlen betragen hierbei 60 bis 120 GHz und können je nachdem auch 200 GHz erreichen.
If low values for the specific resistance ρ and for the cross section S are to be achieved, then it must be avoided that certain limit values are not fallen below, because otherwise the maximum permissible reverse voltage V max at the pn junction is too low for any application.
The best results achieved so far have been obtained with silicon diodes with diffusion transitions with a distribution gradient of the foreign atoms of 10 23 to 10 21 atoms / cm 4 . The figure of merit here is 60 to 120 GHz and can also reach 200 GHz, depending on the situation.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, den pn-Übergang eines Halbleiterkörpers, der als Kondensator mit spannungsabhängiger Kapazität für parametrische Verstärker für Mikrowellen dient, so zu gestalten, daß eine höhere Gütezahl bei einer geringeren Rauschzahl gegenüber den bisher bekannten pn-Übergängen bei Halbleiterkörpern erzielt wird, d. h., das Verhältnis Cmax '· Cm%n soll einen optimalen Wert erreichen. Außerdem soll ein Herstellungsverfahren beschrieben werden, das es gestattet, die Herstellungstoleranzen von solchen Halbleiterkörpern in befriedigenden Grenzen zu halten.The object of the invention is to design the pn junction of a semiconductor body, which serves as a capacitor with voltage-dependent capacitance for parametric amplifiers for microwaves, so that a higher figure of merit is achieved with a lower noise figure compared to the previously known pn junctions in semiconductor bodies becomes, that is, the ratio Cmax '· C m % n should reach an optimal value. In addition, a production method is to be described which allows the production tolerances of such semiconductor bodies to be kept within satisfactory limits.

Die Aufgabe wird durch einen elektrischen Kondensator mit spannungsabhängiger Kapazizätt gelöst, welcher aus einem Halbleiterkörper besteht, der inThe task is solved by an electrical capacitor with a voltage-dependent capacitance, which consists of a semiconductor body in

seinem Innern einen flächenförmigen pn-Übergang sowie einen Verteilungsgradienten der Fremdatome zwischen den beiden Elektroden über den pn-Übergang aufweist und der eine mit dem pn-Übergang in Verbindung stehende Zone besitzt, deren zum pn-its interior a planar pn-junction and a distribution gradient of the foreign atoms between the two electrodes via the pn junction and the one with the pn junction in Connected zone, whose to the pn-

Übergang parallel liegende Querschnittsfläche sich stetig mit dem Abstand vom pn-Übergang ändert, wobei erfindungsgemäß der Verteilungsgradient der Fremdatome in der Nachbarschaft des pn-Überganges 1019 bis 1021 Fremdatome je Kubikzentimeter und je Zentimeter beträgt und die Zone mit stetiger Querschnittsänderung kegelförmig gestaltet ist und der Winkel Θ zwischen der Ebene des pn-Übergangs und dem Kegelmantel zwischen 1 und 10° beträgt sowie der pn-Übergang innerhalb der kegelförmigen Zone liegt.Transition parallel cross-sectional area changes steadily with the distance from the pn junction, whereby according to the invention the distribution gradient of the foreign atoms in the vicinity of the pn junction is 10 19 to 10 21 foreign atoms per cubic centimeter and per centimeter and the zone with constant cross-sectional change is conical and the angle Θ between the plane of the pn junction and the surface of the cone is between 1 and 10 ° and the pn junction lies within the conical zone.

Das Herstellungsverfahren eines solchen erfindungsgemäßen elektrischen Kondensators besteht darin, daß der Halbleiterkörper aus einem MonokristallThe manufacturing process of such an electrical capacitor according to the invention consists in that the semiconductor body consists of a monocrystal

5 65 6

geschnitten wird, der durch Ziehen bei einer dem Die Kurve 1 entspricht einem pn-Übergang, der gewünschten Verteilungsgradienten der Fremdatome in einem Halbleiterkörper gemäß der Erfindung ander Übergangsschicht entsprechenden Geschwindigkeit geordnet ist, wobei ein Verteilungsgradient der gewonnen wird, und daß dieser Halbleiterkörper an- Fremdatome von 1020 Atomen/cm4, ein kreisförmiger schließend in ein elektrolytisches Bad bei umgekehrter 5 Querschnitt des pn-Übergangs mit einem DurchSpannung gebracht wird, um im η-Bereich des Halb- messer von 100 μ. vorgesehen ist, der so in dem kegelleiters in unmittelbarer Nachbarschaft des pn-Über- förmigen Teil des Halbleiterkörpers angeordnet ist, gangs eine Einschnürung zu bilden dergestalt, daß wie es in F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Der Winkel Θ der Halbleiter zum p-Bereich hin zu einem sehr beträgt dabei einige Grad. Auf diese Weise erreicht stumpfen, den pn-Ubergang umfassenden Kegel io der Faktor
geformt wird und der pn-Übergang die gewünschte
Flächenausdehnung erhält.
The curve 1 corresponds to a pn junction, the desired distribution gradient of the foreign atoms in a semiconductor body according to the invention at the transition layer is ordered by pulling at a speed corresponding to a distribution gradient is obtained, and that this semiconductor body to- foreign atoms of 10 20 atoms / cm 4 , a circular closing one is brought into an electrolytic bath with a reverse 5 cross-section of the pn-junction with a voltage in the η range of the radius of 100 μ. is provided, which is arranged in the conical conductor in the immediate vicinity of the pn-over-shaped part of the semiconductor body, to form a constriction in such a way that, as shown in FIG. 1 and 2 is shown. The angle Θ of the semiconductors to the p-area towards a very is a few degrees. In this way, the obtuse cone encompassing the pn junction reaches io the factor
is formed and the pn junction is the desired
Area extension received.

Die Erfindung wird nachstehend für ein Aus- μ =
führungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt 15
The invention is used below for an off μ =
management example on the basis of the drawings
explained. It shows 15

F i g. 1 einen Halbleiterkörper gemäß der Erfindung,F i g. 1 shows a semiconductor body according to the invention,

F i g. 2 die Ladungsträgerverteilung zu beiden fast den theoretischen Optimalwert 1 + ]/2. F i g. 2 the charge carrier distribution for both is almost the theoretical optimal value 1 + ] / 2.

Seiten des pn-Übergangs, Die Kurve 2 entspricht einem pn-Übergang beiSides of the pn junction, curve 2 corresponds to a pn junction at

F i g. 3 eine graphische Darstellung, bei der die gleichem Verteilungsgradienten und gleichem Quer-F i g. 3 shows a graph in which the same distribution gradient and the same transverse

Kapazität C in Abhängigkeit von der angelegten 20 schnitt, wobei aber der pn-Übergang in dem engstenCapacity C as a function of the applied 20 cut, but with the pn junction in the narrowest

Spannung für verschiedene Halbleiterkörper dar- Teil der Einschnürung angeordnet ist, d. h. in einemVoltage for different semiconductor bodies is arranged part of the constriction, d. H. in one

gestellt ist. zylindrischen Profil, dessen Erzeugende mit der Ebeneis posed. cylindrical profile whose generatrix with the plane

In der F i g. 1 ist das η-Gebiet mit 1 bezeichnet und des pn-Übergangs einen Winkel von 90° bildet,In FIG. 1 the η-region is denoted by 1 and the pn-junction forms an angle of 90 °,

das p-Gebiet mit 3. Der pn-Übergang ist mit 2 be- Die Kurve 3 ist zum Vergleich aufgetragen, undthe p-region with 3. The pn-junction is with 2. Curve 3 is plotted for comparison, and

zeichnet. Mit 4 und 5 sind von pn-Übergang un- 25 zwar mit dem gleichen Maßstab wie die Kurven 1draws. With 4 and 5, the pn junction is on the same scale as curves 1

abhängige Kontakte bezeichnet. und 2. Sie zeigt die Kapazitätsänderung in Abhängigkeitcalled dependent contacts. and 2. It shows the change in capacitance as a function of

An das p-Gebiet 3 schließt sich ein sehr flacher von der angelegten Spannung bei einer »Mesadiode« Kegelstumpf oder Konus an, der eine Einschnürung aus Silizium, deren Verteilungsgradient 1023 bis im η-Gebiet aufweist. Der pn-Übergang befindet sich 10 2i Atome/cm4 beträgt und wobei der pn-Übergang nicht an der Stelle des minimalen Querschnitts, 30 in einem nahezu zylindrischen Profil untergrebacht ist. sondern in der kegelförmigen Zone, und zwar dort, Bei dem Halbleiterkörper gemäß der Erfindung wo die Querschnittsänderung am größten ist. Auf ergibt sich außerdem noch der Vorteil, daß der Widerdiese Weise wird eine große Kapazitätsänderung in stand Rs des pn-Übergangs leicht abnimmt, wenn die Abhängigkeit von der angelegten Spannung erzielt, angelegte Spannung ansteigt. Der Widerstand Rs wird so daß der Kapazitätswert schneller als proportional 35 im wesentlichen durch das p-Gebiet gebildet, d. h. mit dem reziproken Wert der Kubikwurzel der durch das Gebiet, wo sich der größere Kondensator-Spannung ansteigt. Wenn ein pn-Übergang eines belag befindet, dessen Oberfläche, wie leicht einzubekannten Halbleiters unter der Wirkung einer an- sehen ist, mit zunehmender Spannung V anwächst, so gelegten Spannung FaIs Kondensator betrachtet wird, daß der Widerstand i?s zwangläufig kleiner wird, dessen Beläge die Gebiete entgegengesetzter Ladung 40 Mit dem oben beschriebenen elektrischen Kondenauf der einen und der anderen Seite des Übergangs sator kann also ein parametrischer Verstärker mit sind, dann ergibt sich bekanntlich, daß sich die maximalem Gewinn und geringster Rauschzahl aufKapazität umgekehrt proportional mit der Kubik- gebaut werden.The p-region 3 is followed by a very shallow voltage from the applied voltage in the case of a “mesadiode” truncated cone or cone, which has a constriction made of silicon, the distribution gradient of which is 10 23 to in the η region. The pn junction is located at 10 2i atoms / cm 4 and the pn junction is not housed in an almost cylindrical profile at the point of the minimum cross section, 30. but in the conical zone, namely there, in the semiconductor body according to the invention where the change in cross section is greatest. In addition, there is also the advantage that this way, a large change in capacitance in the state R s of the pn junction is slightly reduced when the dependence on the applied voltage increases, and the applied voltage increases. The resistance R s is so that the capacitance value is formed faster than proportional 35 essentially by the p-region, ie with the reciprocal value of the cube root of the by the region where the larger capacitor voltage rises. If there is a pn junction of a coating, the surface of which, as can easily be seen in a semiconductor under the action of a, increases with increasing voltage V , the applied voltage FaIs capacitor is considered so that the resistance i? s inevitably becomes smaller, the deposits of which are the areas of opposite charge 40 With the above-described electrical condenser on one and the other side of the transition sator, a parametric amplifier can be included, then it is known that the maximum gain and the lowest noise figure on capacitance are reversed be built proportionally with the cubic.

wurzel der Spannung V ändert, wobei angenommen Das Herstellungsverfahren für einen derartigen werden kann, daß die Oberfläche dieser Beläge 45 elektrischen Kondensator mit nichtlinearer Kapazität konstant bleibt, während der Abstand der Beläge gemäß der Erfindung ist folgendes:
obenstehendem Gesetz folgt. Eine halbleitende Substanz, vorzugsweise Ger-Wenn der pn-Übergang, wie in F i g. 1 und 2 manium, wird zur Herstellung eines Monokristalls dargestellt, sich in der kegelförmigen Zone des verwendet, der zwei Gebiete, nämlich ein n-Gebiet Halbleiterkörpers befindet, deren Erzeugende einen 50 und ein p-Gebiet, besitzt. Vorausgesetzt, daß der Winekl Θ mit der Ebene des pn-Übergangs bildet, Übergang in Richtung von ρ nach η vollzogen wird, der sehr klein ist, dann bewirkt eine Vergrößerung der sind die Herstellungsschritte folgende:
Spannung V eine Verringerung der Oberfläche des
The root of the voltage V changes, where the manufacturing process for such can be assumed that the surface of these pads 45 electrical capacitor with non-linear capacitance remains constant, while the spacing of the pads according to the invention is as follows:
the above law follows. A semiconducting substance, preferably Ger-If the pn-junction, as in Fig. 1 and 2 manium, is shown for the production of a monocrystal, is used in the conical zone of the which has two regions, namely an n-region semiconductor body, the generatrix of which has a 50 and a p-region. Provided that the Winekl Θ forms with the plane of the pn-junction, the transition is made in the direction from ρ to η, which is very small, then the production steps are increased as follows:
Voltage V is a reduction in the surface area of the

Kondensatorbelages, je größer der Abstand der Beläge 1. Jn das Germaniumbad wird ein gewisser AnteilCapacitor deposits, the greater the distance between the deposits 1. J n the germanium bath becomes a certain proportion

wird, während die Oberfläche des anderen Konden- 55 von Fremdatomen des Akzeptortyps wie Indiumis, while the surface of the other condensate 55 of foreign atoms of the acceptor type such as indium

satorbelages gleichzeitig leicht ansteigt. Bei dem oder Gallium eingeführt, um ein Halbleitergebietat the same time increases slightly. Introduced at the o t he gallium, to a semiconductor region

Halbleiterkörper nach der Erfindung ergibt sich des Typs ρ mit bestimmtem spezifischem Wider-Semiconductor body according to the invention results from the type ρ with certain specific resistance

demnach eine Verringerung der Oberfläche des stand zu erhalten.accordingly to obtain a reduction in the surface area of the stand.

Kondensatorbelages, wenn der Abstand zwischen „ _. , . ., , . ,, _ . ,Capacitor charge if the distance between "_. ,. .,,. ,, _. ,

seinen Belägen vergrößert wird, und zwar proportional 60 2· Ziehe* emes Monokristalls im p-Bereich mitits coverings is enlarged, proportionally 60 2 · Drag * emes monocrystal in the p-area with it

mit der Kubikwurzel, womit demnach eine Kapazitäts- emer bestaunten LanBe·with the cube root, which means that a capacity emerge marveled at Lan B e ·

Verringerung verbunden ist, die schneller als die durch 3. Beim fortgesetzten Ziehen des MonokristallsReduction is connected faster than that by 3. As the monocrystal continues to pull

_i _ wird, eventuell in steigendem Maße, der be-_i _ will, possibly to an increasing extent, the

das Gesetz V s gegebene ist. Diese anwachsende stimmte Anteil von Donatorfremdatomen wiethe law V s is given. This increasing proportion of donor foreign atoms like

Nichtlinearität der Kapazitätsänderung in Abhängig- 65 ■ Antimon oder Arsen hinzugefügt, um das BandNon-linearity of the change in capacitance as a function of 65 ■ Antimony or arsenic added to the tape

keit von der angelegten Spannung geht deutlich aus vom Typ ρ zum Typ η übergehen zu lassen, soThe ability of the applied voltage to change clearly from type ρ to type η, see above

dem Vergleich der Kurven 1 und 2 der F i g. 3 hervor, daß ein bestimmter spezifischer Widerstand imthe comparison of curves 1 and 2 of FIG. 3 shows that a certain specific resistance in the

die empirisch ermittelt wurden. η-Gebiet erzielt wird.which have been determined empirically. η area is achieved.

Claims (1)

7 87 8 4. Fortsetzen des Ziehens des Monokristalls bis Charakteristiken des Halbleiters gemäß der Erfindung: zum Erreichen einer bestimmten Länge des Widerstand in der Durch-4. Continuation of the pulling of the monocrystal to characteristics of the semiconductor according to the invention: to achieve a certain length of resistance in the n-Bereichs. laßrichtung [Rs] 0,6 Ohmn-range. direction of flow [R s ] 0.6 ohms 5. Aufteilen des Monokristalls in mehrere zylindri- Minimale Kapazität [Cmin] 0,25 pF5. Divide the monocrystal into several cylinders. Minimum capacity [Cmin] 0.25 pF • sehe parallelepipedische Stäbchen geringer Ab- 5 Güteziffer [fc] 1000 GHz.• see parallelepipedic rods with a low negative figure of 5 figure of merit [f c ] 1000 GHz. messungen mittels einer Säge oder einer Ultra- Patentansprüche:measurements using a saw or an Ultra claims: schallanlage, wobei jedes dieser Stäbchen einen .,„,,., „. ,sound system, each of these chopsticks having a., ",,.,". , pn-Übergang enthält. Die Länge dieser Stäbchen Jr..Elektrischer Kondensator mit spannungs-contains pn junction. The length of these rods Jr .. Electric capacitor with voltage beträgt 2 oder 3 mm, und ihr Querschnitt ist abhangiger Kapazität, bestehend aus einem HaIb-is 2 or 3 mm, and its cross-section is dependent on capacity, consisting of a half von der Größenordnung 0,5 mm2. 10 kiterkorper, der m semem Innern einen flachen-of the order of 0.5 mm 2 . 10 kiterkorper, which inside a flat förmigen pn-Ubergang sowie einen Verteilungs-shaped pn junction and a distribution 6. Anlöten der sperrschichtfreien Kontakte 4 und 5 gradienten der Fremdatome zwischen den beiden an diese Stäbchen. Elektroden über den pn-Ubergang aufweist und6. Solder the 4 and 5 gradients of the foreign atoms between the two, which are free of the barrier layer to these chopsticks. Has electrodes over the pn junction and 7. Überziehen der sperrsebichtfreien Kontakte 4 der eine mit dem pn-Übergang in Verbindung und 5 mit einem Schutzlack. Die Stäbchen *5 stehende Zone besitzt, deren zum pn-Ubergang werden in ein elektrolytisches Bad gebracht, parallel liegende Querschnittsfläche sich stetig mit um sie anschließend einer selektiven elektro- dem Abstand vom pn-Übergang ändernd a dur ch lytischen Behandlung zu unterziehen. Das Ver- gekennzeichnet, daß der Verteilungsfahren besteht darin, daß der in Sperrichtung vor- gradient der Fremdatome in der Nachbarschaft gespannte Halbleiter mit seinem Übergangs? 2° des pn-Übergangs 1019 bis 1021 Fremdatome je widerstand durch den Elektrolyten überbrückt Kubikzentimeter und je Zentimeter beträgt, daß ist, wodurch die verschiedenen Stellen des Halb- die Zone mit stetiger Querschnittsänderung kegelleiterkörpars mehr oder weniger, je nach den förmig gestaltet ist und der Winkel Θ zwischen Arbeitsbedingungen, angegriffen werden, bei der Ebene des pn-Übergangs und dem Kegelmantel denen die Leitfähigkeit des Elektrolyts eine 25 zwischen 1 und 10° beträgt und daß der pn-Überbesondere Rolle spielt. . gang innerhalb der kegelförmigen Zone liegt.7. Coating of the contacts 4 without a barrier coating, the one with the pn junction in connection and 5 with a protective varnish. The rods * 5 have a standing zone whose cross-sectional areas, which are parallel to the pn junction, are brought into an electrolytic bath, and are then subjected to a selective electrolytic treatment that changes the distance from the pn junction. The denotation that the distribution process consists in the fact that the semi-conductor stretched in the reverse direction of the forward gradient of the foreign atoms in the vicinity with its transition? 2 ° of the pn junction 10 19 to 10 21 foreign atoms per resistance bridged by the electrolyte cubic centimeters and per centimeter that is, which means that the various points of the semi- the zone with constant cross-sectional change are more or less shaped, depending on the shape and the angle Θ between working conditions to be attacked, at the level of the pn-junction and the cone jacket where the conductivity of the electrolyte is a 2 5 between 1 and 10 ° and that the pn-overpart plays a role. . gang lies within the conical zone. . 2. Elektrischer Kondensator nach Anspruch 1, Durch geeignete Wahl des Elektrolyten, der Zeit dadurch gekennzeichnet, daß sich an den kegeldes Einwirkens der Elektrolyse und der Stromstärke förmigen Teil des Halbleiterkörpers in Richtung ist es auf diese Weise möglich, einen pn-Übergang 3° des Stromes ein weiterer Teil anschließt, dessen bestimmten Querschnitts zu erhalten, die in einer kegel- Querschnittsfläche stetig zunimmt,
förmigen Zone mit optimalem Spitzenwinkel an- 3. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen geordnet ist. . Kondensators nach mindestens einem der An-Abschließend sollen nachstehend die wichtigsten Sprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abmessungen, die Hsrstellungsangibsn und die 35 der Halbleiterkörper aus einem Monokristall Charakteristiken eines pn-Hilbleiters gsmäß der geschnitten wird, der durch Ziehen bei einer dem Erfindung angsgsbsn wsrdsn, der zur paramstrischen gewünschten Verteilungsgradienten der Fremd-Verstärkung bsi Mikrowellen verwendet werden kann. atome des pn-Übergangs entsprechenden Geschwindigkeit gewonnen wird, und daß er anDimensionen eines Halbleiterstäbchens: 40 schließend in ein elektrolytisches Bad bei um-
. 2. Electrical capacitor according to claim 1, characterized by a suitable choice of the electrolyte, the time that the conical action of the electrolysis and the current strength-shaped part of the semiconductor body in the direction, it is possible in this way, a pn junction 3 ° des A further part is connected to the current to maintain its specific cross-section, which steadily increases in a conical cross-sectional area,
shaped zone with an optimal point angle is arranged. . Capacitor according to at least one of the following are the most important Proverbs 1 and 2, characterized in that the dimensions, the setting specifications and the characteristics of a pn semiconductor body is cut from a monocrystal according to the, which is cut by drawing in one of the invention angsgsbsn wsrdsn, which can be used for the paramstric desired distribution gradient of the external gain bsi microwaves. atoms of the pn junction is obtained, and that it is atDimensions of a semiconductor rod: 40 closing in an electrolytic bath at ambient
gekehrter Spannung gebracht wird, um im n-Be-inverted voltage is brought to in the n-loading Lange des n-Gebiets 2 mm reich des Halbleiters in unmittelbarer Nachbar-Länge des p-Gebiets 1 mm gchaft deg pn_übergangs eine Einschnürung zuLength of the n-region 2 mm rich of the semiconductor in the immediate neighboring length of the p-region 1 mm due to the pn transition to a constriction Durchmesser des bilden dergestalt, daß der Halbleiter zum p-BereichDiameter of the form such that the semiconductor to the p-region pn-Ubergangs . 100 μ 45 ^n zu einem sehr stumpfen; den pn-übergangpn junction. 100 μ 45 ^ n to a very blunt; the p n junction Durchmesser der Ein- umfassenden Kegel geformt wird und der pn-Über-Diameter of the one-encompassing cone and the pn-over- schnurung etwa 70 bis 80 μ die gewünsc]lte Flächenausdehnung erhält.cord approx. 70 to 80 μ the desired surface area is obtained. Neigungswinkel etwa 1 bis 10 4_ Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ziehens des HaIb-Angle of inclination about 1 to 10 4 _ Method according to claim 3, characterized in that during the pulling of the half Herstellungsangaben: 5o leiter-Monokristalls der Schmelze die gewünschtenManufacturing specifications: 5o conductor monocrystal of the melt the desired Material des Halbleiters .. Germanium Verunreinigungen mit einer zur Erzielung des ge-Material of the semiconductor .. Germanium impurities with a to achieve the ge Spezifischer Widerstand wünschten Verteilungsgradienten der FremdatomeSpecific resistance wanted distribution gradients of the foreign atoms des p-Gebietes 0,01 Ohm/cm im Bereich des pn-Übergangs erforderlichen Ge-of the p-area 0.01 Ohm / cm in the area of the pn-junction Spezifischer Widerstand schwindigkeit zugesetzt werden.Specific resistance speed can be added. im n-Gebiet 0,002 Ohm/cm 55 in the n-area 0.002 ohm / cm 55 Verteilungsgradient der In Betracht gezogene Druckschriften:Distribution gradient of the documents considered: Fremdatome 1020 Atome/cm4 Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 029 483;Foreign atoms 10 20 atoms / cm 4 German Auslegeschrift No. 1 029 483; Ziehgeschwindigkeit 200mm/Std. deutsche Auslegeschrift S 32747 VIIIc/21g (be-Drawing speed 200mm / h German interpretation document S 32747 VIIIc / 21g (loading Elektrolytische Behandlung 5 bis 10 mA während kanntgemacht am 6.10.1955);Electrolytic treatment 5 to 10 mA while announced on October 6, 1955); 2 bis 3 Stunden 6o österreichische Patentschrift Nr. 180 958;2 to 3 hours 6o Austrian patent specification No. 180 958; 2 bis 4 mA während »Radio Mentor«, 1958, H. 3, S. 154, 155.
ungefähr 1 Stunde
2 to 4 mA during "Radio Mentor", 1958, no. 3, pp. 154, 155.
about 1 hour
Spezifischer Widerstand In Betracht gezogene altere Patente:Specific Resistance Older Patents Considered: des Elektrolyten größer als 1000 Ohm. Deutsches Patent Nr. 1 075 745.of the electrolyte is greater than 1000 ohms. German Patent No. 1 075 745. Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.A priority document was displayed when the registration was announced. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 609 668/326 9.66 © Bundesdruckerei Berlin609 668/326 9.66 © Bundesdruckerei Berlin
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