Безкорпусний кремнієвий надвисокочастотний р-і-n-діод

Безкорпусний кремнієвий надвисокочастотний p-i-n-дюд, що містить кремнієвий кристал із високоомної напівпровідникової пластини, на протилежних поверхнях якої сформовані два сильнолегованих шари р+- і п+-типу провідності і ОМІЧНІ Корисна модель належить до виробів напівпровідникової НВЧ-електроніки, зокрема, до виготовлення високовольтних p-i-n-дюдів і найбільш ефективно може бути використана при розробці напівпровідникових керуючих НВЧ-пристроїв, а саме перемикачів, фазообертачів, модуляторів тощо Наявність таких ДІОДІВ дозволяє забезпечити високі рівні комутованої потужності в сучасних гібридних інтегральних схемах НВЧ-діапазону [див , наприклад Хижа Г С , Вендик И Б , Серебрякова ЕА СВЧ-фазовращатели и переключатели М Радио и связь, 1984, с 155-157] Проте існують проблеми, що обмежують електричну МІЦНІСТЬ керуючих ДІОДІВ, серед них такі, як усу нення поверхневого пробою при зворотній напрузі шляхом зменшення напруженості електричного поля і струми витоку р-п-переходу Відома конструкція безкорпусного кремнієвого надвисокочастотного p-i-n-дюда, найбільш близька за технічною суттю до конструкції, яка заявляється і представлена в роботі Либерман Л С , Сестрорецкий Б В и др Полупроводниковые диоды для управления СВЧ -мощностью -Радиотехника, т27, №5, 1972, с 17-18 Вказана конструкція міс контакти до них, металеву основу, смужковий вивід, захисне покриття, який відрізняється тим, що кремнієвий кристал виконано у вигляді псевдосфери методом двостороннього ізотропного травлення напівпровідникової структури р+-п,-п+- або р+-р,-п+-типу J3 симетричними омічними контактами, при цьому товщина високоомної (р > 500 Ам см) п,- або р г зони визначає величину теоретично розрахованої пробивної напруги, а металева основа має бортики, що забезпечують формування кремнієорганічного захисного покриття у вигляді півсфери тить кремнієвий кристал з високоомного напівпровідникового матеріалу, на протилежних поверхнях якого сформовані два сильнолегованих шара р+- і п + -типу провідності та ОМІЧНІ контакти до них Захищений шаром діелектрика кристал розміщено на металевій основі, а до протилежного омічного контакту приєднано смужковий вивід В прототипі використані кристали швидкодіючого p-i-n-дюда пленарної конструкції з низькою пробивною напругою Це не дозволяє цей діод реалізувати для комутації високих рівнів потужності в керуючих пристроях НВЧ-діапазону В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача удосконалення безкорпусного кремнієвого p-i-n-дюда надвисокої частоти шляхом оптимізаци конструкції і геометричних розмірів напівпровідникового кристала для досягнення такого технічного результату збільшення пробивної напруги до теоретично розрахованої при збереженні інших електричних параметрів Вказана задача вирішується за рахунок того, що у відомому безкорпусному надвисокочастотному р-і-п-дюді, що містить кремнієвий кристал із високоомної напівпровідникової пластини, на протилежних поверхнях якого сформовані два силь ю ю 00 оГ 8455 нолегованих шара р - і п -типу провідності і омічні контакти до них, металеву основу, смужковий вивід і захисне покриття, відповідно до корисної моделі, вказаний кремнієвий кристал виконано у вигляді псевдосфери шляхом двостороннього ізотропного травлення напівпровідникової структури р+-п,-п+- або р+-р,-п+- типу із симетричними омічними контактами, при цьому товщина високоомної (р>500Ом-см) п,- або р,- зони визначає величину теоретично розрахованої пробивної напруги, а металева основа має бортики, які забезпечують формування кремніиорганічного захисного покриття у вигляді півсфери. Технічне рішення, яке заявляється, характеризується новими ознаками, а саме: виконання кремнієвого кристала у вигляді псевдосфери із певною товщиною и,,- або р, -зони, а також форма металевої основи забезпечують відповідність корисної моделі, що заявляється, критерію «новизна». Ці ознаки дозволяють досягти технічний результат, що заявляється - збільшення пробивної напруги, яка пояснюється у такий спосіб. Отримання високих рівнів пробивної напруги р-і-п-діода звичайно обмежується поверхневим пробоєм при зворотній напрузі, яка виникає, коли напруженість електричного поля в зоні p-n-переходу перевищує деяку критичну величину, яка визначається шириною зони просторового заряду (ОПЗ) р-ппереходу. Тому усунення поверхневого пробою зводиться до зменшення напруженості електричного поля. З існуючих способів зниження величини електричного поля на поверхні p-n-переходу найбільш ефективним методом для високовольтних приладів є створення певної геометричної форми поверхні напівпровідникового кристала в місці виходу p-n-переходу, а саме скошування переходу під деяким кутом, іншими словами, створення фаски. В корисній моделі, яка заявляється, пропонується профіль травлення бокової поверхні р+-п, (р+-р,) - і п + -п, (п+-р,) -переходів, який є комбінацією двох прямих фасок. Цей профіль після розтравлення структури на кристали має назву псевдосфери, а його поверхня математично описується параметричними рівняннями трактрисой: х = a cos Ф + а • In tg— v ы 2 І, де y = a-sin<p j a - висота трактрисой; Ф - кут, складений відрізком дотичної довжини, яка дорівнює висоті трактрисси, з позитивним направленням осі абсцис (0 < ф 500Ом-см) кремній на глибину ~(3-4)мкм з подальшим тривалим геттерующим відпалом при температурі ~800°С. P-i-n-діод працює таким чином. Робота перемикального діода заснована на зміні імпедансу p-i-n-структури під дією зміни зовнішньої напруги. В перемикачах, фазообертачах діод використовується у двох робочих станах: один відповідає певному прямому зсуву, інший зворотному або нульовому зсуву. Таким чином, запропонована конструкція р-і-пдіода дозволяє за рахунок усунення поверхневого пробою підвищити електричну міцність р-і-п-діода і наблизити пробивну напругу до теоретично розрахованої. Як показав експеримент, запропонована конструкція безкорпусного надвисокочастотного рi-n-діода забезпечує пробивні напруги від 300 до 1500В при товщині базового шару від ЗО до 120мкм, що дозволяє збільшити рівні комутованої потужності. 8455 ФІГ. 1 Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601