Sammlungen

Tunneldiode: Struktur & Herstellung

Tunneldiode: Struktur & Herstellung

Das Verständnis der Struktur und Herstellung von Tunneldioden gibt zusätzliche Einblicke in den Betrieb verschiedener Tunneldiodenvorrichtungen.

Es gibt viele Ähnlichkeiten zwischen der Tunneldiodenstruktur und der des Standard-PN-Übergangs, aber es gibt auch einige wesentliche Unterschiede, die es der Tunneldiode ermöglichen, so zu arbeiten, wie sie es tut.

Zur Herstellung von Tunneldiodenvorrichtungen können die Standardherstellungsverfahren verwendet werden, wodurch die Vorrichtungen auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden können.

Grundlagen der Tunneldiodenstruktur

Die Tunneldiode ähnelt in vielerlei Hinsicht einem Standard-pn-Übergang, außer dass die Dotierungspegel sehr hoch sind. Dichten in der Größenordnung von 5x1019 cm-3 sind üblich.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der Verarmungsbereich, der Bereich zwischen den Bereichen vom p-Typ und n-Typ, in dem es keine Träger gibt, sehr eng ist. Typischerweise liegt es im Bereich von fünf bis zehn Nanometern, was einer Breite von nur wenigen Atomen entspricht.

Bei einem so kleinen Verarmungsbereich sind die Kapazitätspegel sehr klein, und dies eignet sich für den Hochfrequenzbetrieb, und die Leistung erstreckt sich typischerweise weit in den Mikrowellenbereich hinein.

Tunneldioden können aus einer Vielzahl verschiedener Halbleiter hergestellt werden, aber Germanium ist das am weitesten verbreitete. Es hat den Vorteil, dass es eine kleine Energielücke hat, die ein effizienteres Tunneln ermöglicht.

Tunneldiodenstrukturen und -techniken

Tunneldioden können unter Verwendung einer Vielzahl unterschiedlicher Strukturen hergestellt werden. Diese Strukturen fallen im Allgemeinen in einen von drei Grundtypen:

  • Tunnel-Diodenstruktur aus Kugellegierung: Diese Art von Tunneldiodenformat wird als Mesa-Struktur hergestellt. Um diese Form der Struktur zu erreichen, wird bei der Herstellungstechnik eine Legierung mit den erforderlichen Dotierstoffen mit einem stark dotierten Substrat in Kontakt gebracht. Die verwendete Temperatur liegt bei etwa 500 ° C. Zu diesem Zeitpunkt schmelzen die Dotierstoffe schnell und diffundieren in das Substrat. Die Gesamtstrukturgeometrie wird dann definiert, indem die Diode auf die erforderlichen Proportionen geätzt wird.
  • Pulsed Bond Tunnel Diodenstruktur: Dies ist eine relativ einfach zu erzeugende Tunneldiodenstruktur, obwohl während des Herstellungsprozesses eine sorgfältige Prozesssteuerung erforderlich ist. Die Tunneldiode wird unter Verwendung eines Drahtes erzeugt, der mit einer Legierung beschichtet ist, die die erforderlichen Dotierstoffe enthält. Dies wird fest auf das stark dotierte Substrat gedrückt, und dann wird ein Spannungsimpuls angelegt. Dies hat zur Folge, dass sich die Verbindungsstelle durch einen lokalen Legierungsprozess bildet. Trotzdem weist dieser Prozess Nachteile auf, da nur eine kleine Verbindungsstelle erzeugt werden kann und die genauen Eigenschaften, einschließlich der Fläche der Verbindungsstelle, nicht genau kontrolliert werden können.
  • Planare Tunneldiodenstruktur: Planare Technologie kann verwendet werden, um Tunneldioden zu erzeugen. Unter Verwendung dieses Ansatzes für den Herstellungsprozess wird das stark dotierte n + -Substrat durch eine Isolierschicht maskiert, um einen kleinen Bereich freizulegen. Dieser belichtete Bereich ist dann offen, um der aktive Bereich der Diode zu werden. Die Dotierung für den Bereich kann durch Diffusion, Legieren oder epitaktisches Wachstum eingeführt werden. Alternativ ist es möglich, eine Epitaxieschicht über die gesamte Oberfläche zu ziehen und dann die Bereiche wegzuätzen, die nicht erforderlich sind, um eine Mesa-Struktur zu hinterlassen.

Alle drei Strukturen ermöglichen die Erzielung von Hochleistungsdioden.

Tunneldioden mit all diesen Strukturen wurden hergestellt und werden immer noch hergestellt, wenn auch in geringeren Mengen als früher. Alle drei dieser Tunneldiodenstrukturen bieten ein gutes Leistungsniveau und mit neuen Herstellungstechniken und -technologien kann die Leistung verbessert werden.

Schau das Video: Special purpose diode i e Tunnel diode (November 2020).