[其他]半導體電壓控制變容器

無效

• 申請號: 87103188
• 申請日: 1987-04-29
• 公開（公告）號: CN1005885B
• 公開（公告）日: 1989-11-22
• 發明（設計）人: 朱長純;劉君華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 代理公司: 西安交通大學專利事務所
• 代理人: 徐文權

本發明公開一種半導體電壓控制變容器，屬電壓控制的用于振蕩或轉換的半導體器件，具有ＭＩＮＰ（金屬－絕緣體－Ｎ型半導體－Ｐ型半導體）四層結構，該器件的電容值隨兩端所加電壓的變化作特殊的變化，因而用途廣泛，如可完全替代現有的變容二極管：用于非線性振蕩器，電壓－頻率變換器，有源濾波器、自動調諧、穩頻器等電路中，也可作頻域中的三值電路。本器件制作工藝一般，且與集成電路工藝相容，易于制得復合功能的集成塊。

本發明屬電壓控制的用于振蕩或轉換的半導體器件，該半導體器件作電容器等使用，但改變其兩端電壓可改變其電容值。

半導體分立器件大致有兩類：MOS型和結型，而且都作成了非線性電容器，但把這兩種電容器結合在一起，也即把MOS型和結型結合起來，構成MINP（金屬-絕緣體-N型半導體-P型半導體）四層結構的使具有新的特性和功能的由電壓控制的非線性電容器末見有報道。這種MINP結構的半導體電壓控制變容器的電容值隨兩端所加電壓的變化作特殊的變化，能完全替代現有的變容二極管，但現有的變容二極管卻不能起到本器件在其它方面所能起的作用。

本發明的目的即在把MCS型和結型結合起來構成一種MINP四層結構的非線性電容器，其兩端電容值能隨兩端所加電壓的線性變化作非線性變化，能用于以下許多場合：用于短波和超短波通訊機中的電調諧;自動頻率微調、頻率跟蹤和穩頻器等電路中;也可用于非線性振蕩器、電壓-頻率變換器、有源濾波器和頻域中的三值電路等等。

本發明的半導體電壓控制變容器具有MINP四層結構，它的電容值C隨所加電壓v_ec的變化作特殊的變化，電壓v_ec可由負加到零，又可從零加到正，是一個電容值C隨電壓v_ec變化的非線性器件，C＝f（v_ec）。v_ec的定義域例如可從負10伏到正10伏，具體的正負兩端的值可大可小，由設計而定。

半導體電壓控制變容器的伏安特性如附圖1所示，附圖1左上部為該器件的基本結構示意圖。從圖1中伏安特性看出，在工作電壓的范圍內正反向電流都很小。該器件的電容C-電壓v_ec特性如附圖2所示。圖2中曲線ab段就是普通的變容二極管的特性。正偏時電容C隨電壓v_ec的變化分三段：bc段電容隨vec增大而上升到C點，達最大值;cd段下降很快;而de段很平穩，下降很少。各特征點（a、b、c、d、e）的電容值均可由設計來改變（器件的結構參數和物理參數），能在很大的范圍內進行調整，圖2中曲線中最大的C點和電容值為c_p，相應電壓v_ec為v_ecp。

本發明的半導體電壓控制變容器與現有的變容二極管相比較，具有如下的優點：（1）變容二極管的特性僅相當于本器件特性的ab段（附圖2），所以本器件能完全替代變容二極管，但變容二極管卻不能起到本器件在其他方面所能起的作用。例如作頻域中的三值電路：在較大負偏壓（如-3V）、零伏到v_ecp、較大正偏壓（如+3V）的三個電容值差別較大;另外附圖2曲線中ac段、cd段、de段的斜率值的差更大，也是三值器件。（2）由于本器件特性較復雜，所以功能多，用途廣。（3）本器件制作工藝一般，即一般半導體工藝生產線即可完成。（4）制作工藝與集成電路工藝相容，易于制得集成的電路塊，例如可控有源濾波電路等。

本發明的最佳實施例可用附圖3進一步說明。附圖3上部為半導體電壓控制變容器的頂視圖;下部為其剖面圖。圖中集電極〔1〕厚度為4000，SiO₂絕緣層〔2〕的厚度為100，N型外延層〔3〕的厚度為10μm，P型襯底〔4〕厚度為0.38mm，背電極即發射極〔5〕的厚度大于3000。

本發明的具體工藝是：（1）P型襯底〔4〕選用電阻率為0.08Ωcm以下的P型單晶硅，〈100〉晶向，單面拋光，無位錯，厚度0.38至0.42mm。（2）N型外延層（3）用硅烷或四氯化硅外延生長，厚度為8至11μm，電阻率為10Ωcm左右，層錯密度要小于100個/cm²。（3）背面蒸鋁制作發射極〔5〕，用真空蒸發法，襯底溫度200℃，厚度大于3000，用電子束蒸發更好。（4）SiO₂絕緣層〔2〕是在600℃、干氧流量為400ml/min時二小時生成，厚度為80至100，同時背面硅、鋁合金化。（5）蒸正面鋁，條件同蒸背面鋁，只是襯底溫度為150℃。（6）用常規光刻工藝反刻鋁，制得集電極〔1〕，板圖見附圖3上部。（7）封裝采用2CK22開關二極管的陶瓷環氧封裝工藝。