Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

Последовательное сопротивление эпитакснальной диодной структуры определяется выражением

Rs = Repi + Rsub = [рер, (4р, -Xj~W) + Psubsub]- (2.3)

Заметим, что величина 4р, - Xj - W представляет собой толщину необедненной части эпитаксиального слоя, т. е. расстояние

5102

--w г-я г»-* - .-. .-~. „.. -. ««а «на i-Jl •-

Зпитаисиа/7ьний р/!ой л-типи

Прилежна п ± типа

Рис 2.4. it - ]1лаВ;ф]<Ы {неэпитаксиадьны диод; б - плановый эпитаксиальный диод.

от края обедненной области до подложки. Сильнолегированная низкоомная подложка, составляющая большую часть суммарной толщины прибора, позволяет достигнуть значительного снижения последовательного сопротивления.



2.2.1. Пример эпитаксиального диода: варактор. Чтобы наглядно продемонстрировать, насколько эффективной оказывается эпитаксиальная структура с точки зрения снижения последовательного сопротивления диода, рассмотрим планарный эпитаксиальный р*пп*-АпоА, используемый в качестве конденсатора с емкостью, управляемой напряжением, - так называемый варактор. Действие варактора основано на известном характере зависимости емкости диода от напряжения смещения. Варактор находит множество применений, в частности, он может использоваться в генераторах, управляемых напряжением, и в схемах автоматической регулировки частоты, где он является частью резонансного LC-контура.

Рассмотрим варакторный р+пп*-тоя со следующими конструктивными параметрами:

Диаметр перехода 500 мкм = 0,50 мм

Глубина перехода Xj= 2,0 мкм

Толщина эпитаксиального слоя 4р1 - Ю мкм

Концентрация примеси в эпитаксиальном слое iVepi = (2.4)

= 1-101 смЗ (pepi = 5 омсм) Удельное сопротивление подложки psut, = 0,005 Омсм

(легирована Sb) Толщина подложки tgub ~ 300 мкм = 0,3 мм

Площадь перехода, соответствующая диаметру 500 мкм, равна А = jt/4d2 = (я/4) (0,5 мм) = 0,196 мм = 0,196- lO"** см (2.5)

При нулевом смещении Vj - ц) = 0,8 В, так что Cj (0) = = 289/(10-0,8)/2 пФ/мм2-0,196 мм" = 20,1 пФ, а ширина обедненного слоя при нулевом смещении равна IF (0) = 0,361 X X (10-0,8) = 1,02 мкм. Последовательное сопротивление в этих условиях равно Rs (0) = Rem (0) + Rub = 5 Ом-см (lO-

- 1,02). 10-* см/0,196-10-2 см2 4- 0,005 Ом-см X 0,03 см/0,196 X X 10-2 см2 = 1,78 Ом + 0,0765 Ом = 1,86 Ом. Без использования эпитаксиальной структуры последовательное сопротивление было бы равно Rs = 5 Ом-см X 0,03 см/0,196-10-2 см = 76,5 Ом. Добротность диода Q при нулевом смещении на частоте 50 МГц равна

Q (0) = {\/aCj)/Rs = 1/(2я.50 МГц-20,1 пФ. 1,86 Ом) = 85,5. (2.6)

В случае неэпитаксиальной структуры Q (0) = 2,0.

При обратном смещеБИи 3,0 В напряжение на переходе Vj - = 3,8 В, так что емкость перехода теперь равна Cj (-3 В) = = 20,1 пФх (0,8/3,8)1/2 = 9,20 пФ, а ширина обедненного слоя W (-3 В) = 1,02 мкм, (3,8/0,8)/2 = 2,22 мкм. Последовательное сопротивление равно Rs = Rm (-3 В) + R. = 5 Ом-см х X (10-2-2,22). 10- см/0,196-10-2 см + 6,0765 Ом =

- 1,47 Ом + 0,0765 Ом = 1,551 Ом. Добротность при напряже-



НИИ смещения 3 В равна Q{-3 В) = 233. Добротность стала больше, чем при нулевом смещении, благодаря уменьшению как емкости, так и последовательного сопротивления. Для неэпи-гаксиальной структуры добротность при данном напряжении смещения составляла бы всего 4,5.

Напряжение Vj, при котором обедненная область распространяется на всю ширину эпитаксиального слоя, от перехода до п+-

100 -

Cj(0) = 20,l)7?


Рис. 2.5, Пример зависимости емкости от напряжения для варакторного диода

подложки (т. е. напряжение «полного обеднения») находится из условия 1,02 мкм X {Vj/0,8 В)/ = /р xj = 8 мкм и составляет 49,2 В, что соответствует напряжению обратного смещения Vr= Vj -ф = 48,4 В.

Когда происходит полное обеднение эпитаксиального слоя, емкость перехода достигает своего минимального значения и п.ре-стает зависеть от напряжения. Минимальная емкость определяется выражением

еЛ еЛ 1,04-10-12ф/см X 0,196.Ю-см

Wmax

epl - 7

8- Ю-** см

= 2,55 пФ. (2.7)

Последовательное сопротивление в этих условиях определяется только сопротивлением подложки и равно Rs(mN)~Rsub = = 0,0765 Ом. Добротность теперь достигает своего максимального значения, поскольку и емкость, и сопротивление достигли минимума, и равна Qmax == 16 300. Неэпитаксиальная структура при том же напряжении смещения имеет добротность ~ 136.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193