Напівпровідниковий тунельний n-діод

Напівпровідниковий германієвий тунельний Nдіод, який містить підкладку n-типу провідності, шар р-типу провідності, омічні контакти та електроди, який відрізняється тим, що додатково містить сформований на підкладці n-типу провідності епітаксіальним нарощуванням із рідинної фази з одночасним легуванням донорною домішкою миш'яком і акцепторною домішкою - галієм у однаковій концентрації, яка складає 6·1019 атомів/см-3, компенсований шар товщиною 0,015 мм. (19) (21) a200813122 (22) 12.11.2008 (24) 11.10.2010 (46) 11.10.2010, Бюл.№ 19, 2010 р. (72) ГЛАДКИЙ БОГДАН ІВАНОВИЧ, ГЛАДКИЙ РОМАН БОГДАНОВИЧ (73) ГЛАДКИЙ БОГДАН ІВАНОВИЧ, ГЛАДКИЙ РОМАН БОГДАНОВИЧ (56) SU 1575858, 20.09.1995 SU 1003701, 27.05.1996 SU 1669993, 09.08.1995 US 6436785, 20.08.2002 US 6242762, 05.06.2001 GB 1330479, 19.09.1973 3 нію p-типу (акцептор - галій) із розчину галію в рідинній фазі: 30г індію і 3г германію (лінія б). На Фіг.4 приведена залежність концентрації акцептора-галію в епітаксіальному шарі германію р-типу від маси галію в рідкому розчині: 30г індію і 3г германію. Підкладинкою для епітаксіального нарощування використовується германій n-типу (донор - миш’як). На Фіг.5 показана вольт-амперна характеристика N-діода і її параметри. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу. В заявленомy приладі для покращення параметрів епітаксіальний шар с-типу спеціально формується між виродженими n- і робластями. Заявлений Ν-діод (Фіг.1) містить nобласть (підкладинку) 1 з концентрацією NД донора-мишяку рівною 1,7·1019см-3; епітаксіальний шар с-типу 2 товщиною 0,015мм з концентраціями NД донора-мишяка і ΝA акцептора-галія, рівними 6·1019см-3; р-область 3 - епітаксіальний шар товщиною 0,025мм з концентрацією ΝΑ акцепторагалія 1.4·1020см-3; електроди 4,5; омічні контакти 6,7. Концентрації атомів донора NД і акцептора ΝΑ розраховуються на основі вольт-амперної характеристики і її параметрів за методикою, приведеною в додатку до опису. При подачі прямої напруги на діод («плюс» підключається до електрода 4, а «мінус» - до електрода 5) прямий струм внаслідок високої концентрації носіїв заряду в n-, р- і с-областях спочатку різко зростає до максимального значення ,а дальше, при збільшенні напруги внаслідок прямого перехоплення донорних електронів акцепторами, концентрація носіїв в с-області зменшується, що супроводжується спаданням прямого струму до мінімального значення. Дальше збільшення прямої напруги відкриває інжекцію носіїв заряду в р-n переході, що приводить до збільшення прямого струму. Таким чином формується N-подібна вольтамперна характеристика діода. Виготовлення N-діода здійснюється на установці для епітаксіального нарощування напівпровідника із рідинної фази [3],схема якої показана на Фіг.2. Для виготовлення р-п структури в заявленому N-діоді послідовно проводиться два епітаксіальних нарощування. Перше нарощування. На підкладинці n-типу (поз.1, Фіг.2) нарощується вироджений компенсований шар с-типу (поз.2, Фіг.1). Друге нарощування. На поверхні с-шару нарощується р- шар з підвищеною концентрацією акцепторів (поз.3, Фіг.1). Матеріалом підкладинки вибирається германій n-типу з концентрацією донора-миш'яку, рівною 1,7·1019см-3 і кристалографічною орієнтацією в площині (111). Для нарощення на германієвій підкладинці n-типу епітаксіального компенсованого шару напівпровідника с-типy використовується розчин германію і індію, легований домішками миш’яку і галію. При нарощуванні компенсованого шару с-типу розчин містить галій масою 200мг і миш'як масою 214мг. При цьому, первинний склад розчин) утворюється із 30г індію і 3г германію. Визначення мас акцептора і донора, з врахуванням атомних мас, проводиться з допомо 92219 4 гою графіка (Фіг.4). Для цього попередньо проводиться розрахунок концентрацій донорів і акцепторів в виродженному компенсованому напівпровіднику с-типу. Розрахунок концентрацій приводиться в додатку до опису на основі характеристичних параметрів Ν-діода. При нарощуванні р-шару розчин містить тільки галій масою 500мг. Підкладинка 1 германію n-типу міцно кріпиться на плоскому дні в верхньому кінці графітового човника 14 з допомогою зажиму 13 (Фіг.2.). Сyміш індію, германію і необхідної легуючої домішки розміщуються в нижньомy кінці човника. Графітовий човник кріпиться в центрі кварцевої трубки 9 в зоні з постійною температурою. Протягом нагрівання графітового човника від 0 С до 530 С кварцева трубка нахилена під кутом відносно горизонтальної лінії, як показано на Фіг.2, і через неї пропускається водень. При збільшенні температури кристали германію 8 і домішок 10, 11 розплавляються в розчині індію 8, який знаходиться в нижньому кінці човника. Коли температурарозчину досягає 530°С, піч разом з трубкою вирівнюється горизонтально так, щоб рідкий розчин покрив поверхню підкладинки 1. До цього моменту розплавлений індій практично насичений германієм. При охолодженні човника (Фіг.3) германій спочатку розчиняється з поверхні підкладинки до встановлення фазової рівноваги, а потім починає осідати із розчину і наступає його епітаксіальний ріст на підкладинці. Товщина епітаксіального шару залежить від швидкості охолодження човника, по іншому від температурного режиму роботи, який показаний на Фіг.3. При 350 С потік водню через піч заміняють потоком азоту, піч повертається в початкове положення, а розчин з підкладинки зливають. Графітовий човник зразу виймають з кварцевої трубки, а лишній індій зливають. Тривалість епітаксіального нарощування компенсованого шару с-типу товщиною 0,015мкм дорівнює 23хв. а тривалість росту р-шару товщиною 0,025мкм дорівнює 27хв. Так формується p-n структура на поверхні підкладинки. По суті в N-діоді формується структура p-c-n типу. Далі на нижній і верхній поверхні підкладинки формуються невипрямляючі (омічні) контакти, а сама підкладинка ділиться на окремі кристали. Кожний кристал (p-n структура) розміщується в корпусі, де до її р- і n-областей підключаються електроди. Технічним результатом винаходу є: зменшення надлишкового струму, збільшення коефіцієнта якості, а також збільшення коефіцієнта затухання струму. Обґрунтування причинно-наслідкового звязку між технічним завданням і технічним результатом. Якщо p-n перехід діода вважати своєрідним конденсатором, а с-шар - речовиною, що знаходиться між обкладками конденсатора, то збільшення ширини с-шару приводить до зменшення ємності діода, і як наслідок, до збільшення коефіцієнта якості. Вироджений компенсований напівпровідник (сшар) має властивість збільшувати свій опір при прямій напрузі на діоді, більшій напруги піка, що приводить до зменшення прямого струму (область 5 з від'ємним диференціальним опором). При прямій напрузі на діоді, рівній напрузі впадини, прямий струм впадини стає рівним надлишковому струму діода. Якщо ширина с-шару збільшується, то це рівнозначно збільшенню довжини провідника, і як наслідок, надлишковий струм зменшується. Розрахунок концентрації і потенціалів іонізації акцепторних і донорних домішок в епітаксіальних шарах р-n структури N-діода з наперед заданими характеристичними параметрами. Розрахунок реалізується послідовним виконанням наступних операцій: 1. За заданою вольтамперною характеристикою (ΒΑΧ) визначаються числові значення характеристичних параметрів (Фіг.5) a) Стум піка Ір; b) Напруга піка Up; c) Початкова провідність A=ctgβ, β - кут між віссю струму і дотичною до ΒΑΧ з точці І=0. d) Напруга Ur в точці перегину, в якій відємний дифирінціальний опір rдиф має мінімальне значення; е) Мінімальний від’ємний диференціальний опір rдиф=ctg 0