[发明专利]半导体电压控制变容器

说明书

本发明属电压控制的用于振荡或转换的半导体器件，该半导体器件作电容器等使用，但改变其两端电压可改变其电容值。

半导体分立器件大致有两类：MOS型和结型，而且都作成了非线性电容器，但把这两种电容器结合在一起，也即把MOS型和结型结合起来，构成MINP（金属-绝缘体-N型半导体-P型半导体）四层结构的使具有新的特性和功能的由电压控制的非线性电容器末见有报道。这种MINP结构的半导体电压控制变容器的电容值随两端所加电压的变化作特殊的变化，能完全替代现有的变容二极管，但现有的变容二极管却不能起到本器件在其它方面所能起的作用。

本发明的目的即在把MCS型和结型结合起来构成一种MINP四层结构的非线性电容器，其两端电容值能随两端所加电压的线性变化作非线性变化，能用于以下许多场合：用于短波和超短波通讯机中的电调谐;自动频率微调、频率跟踪和稳频器等电路中;也可用于非线性振荡器、电压-频率变换器、有源滤波器和频域中的三值电路等等。

本发明的半导体电压控制变容器具有MINP四层结构，它的电容值C随所加电压v_ec的变化作特殊的变化，电压v_ec可由负加到零，又可从零加到正，是一个电容值C随电压v_ec变化的非线性器件，C＝f（v_ec）。v_ec的定义域例如可从负10伏到正10伏，具体的正负两端的值可大可小，由设计而定。

半导体电压控制变容器的伏安特性如附图1所示，附图1左上部为该器件的基本结构示意图。从图1中伏安特性看出，在工作电压的范围内正反向电流都很小。该器件的电容C-电压v_ec特性如附图2所示。图2中曲线ab段就是普通的变容二极管的特性。正偏时电容C随电压v_ec的变化分三段：bc段电容随vec增大而上升到C点，达最大值;cd段下降很快;而de段很平稳，下降很少。各特征点（a、b、c、d、e）的电容值均可由设计来改变（器件的结构参数和物理参数），能在很大的范围内进行调整，图2中曲线中最大的C点和电容值为c_p，相应电压v_ec为v_ecp。

本发明的半导体电压控制变容器与现有的变容二极管相比较，具有如下的优点：（1）变容二极管的特性仅相当于本器件特性的ab段（附图2），所以本器件能完全替代变容二极管，但变容二极管却不能起到本器件在其他方面所能起的作用。例如作频域中的三值电路：在较大负偏压（如-3V）、零伏到v_ecp、较大正偏压（如+3V）的三个电容值差别较大;另外附图2曲线中ac段、cd段、de段的斜率值的差更大，也是三值器件。（2）由于本器件特性较复杂，所以功能多，用途广。（3）本器件制作工艺一般，即一般半导体工艺生产线即可完成。（4）制作工艺与集成电路工艺相容，易于制得集成的电路块，例如可控有源滤波电路等。

本发明的最佳实施例可用附图3进一步说明。附图3上部为半导体电压控制变容器的顶视图;下部为其剖面图。图中集电极〔1〕厚度为4000，SiO₂绝缘层〔2〕的厚度为100，N型外延层〔3〕的厚度为10μm，P型衬底〔4〕厚度为0.38mm，背电极即发射极〔5〕的厚度大于3000。

本发明的具体工艺是：（1）P型衬底〔4〕选用电阻率为0.08Ωcm以下的P型单晶硅，〈100〉晶向，单面抛光，无位错，厚度0.38至0.42mm。（2）N型外延层（3）用硅烷或四氯化硅外延生长，厚度为8至11μm，电阻率为10Ωcm左右，层错密度要小于100个/cm²。（3）背面蒸铝制作发射极〔5〕，用真空蒸发法，衬底温度200℃，厚度大于3000，用电子束蒸发更好。（4）SiO₂绝缘层〔2〕是在600℃、干氧流量为400ml/min时二小时生成，厚度为80至100，同时背面硅、铝合金化。（5）蒸正面铝，条件同蒸背面铝，只是衬底温度为150℃。（6）用常规光刻工艺反刻铝，制得集电极〔1〕，板图见附图3上部。（7）封装采用2CK22开关二极管的陶瓷环氧封装工艺。