三端子PIN二极管制造技术

本公开内容描述了具有集电极、基极、发射极以及位于所述集电极与所述基极之间的本征区的开关。所述本征区提高了开关的效率并且降低了损耗。所述集电极、基极和发射极均具有相应的端子，并且通过所述基极端子的电流的AC分量大于通过所述发射极端子的电流的AC分量。此外，在接通状态下，所述基极端子与所述集电极端子之间的第一交流电流大于所述集电极端子与所述发射极端子之间的第二交流电流。换言之，AC主要在所述集电极与所述基极之间传递，并且由所述基极与所述发射极之间的DC电流来控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】三端子PIN 二极管 根据35USC § 119的优先权主张本专利申请要求于2012年8月28日提交的题为“THREE TERMINAL PIN”的临时申请N0.61/694205的优先权，并且该临时申请被转让给本文的受让人并通过引用的方式被明确地并入本文中。
本专利技术总体上涉及电子器件。具体而言，但并非限制地，本专利技术涉及用于三端子PIN 二极管的系统、方法和设备。
技术介绍
一些阻抗匹配器件，尤其是用于电源与等离子体处理室的阻抗匹配的器件包括具有不同电容的多个电容器，其中，将电容器的不同组合接入匹配以及与匹配断开，以调谐匹配。可以经由诸如双极结型晶体管(BJT)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)之类的开关将电容器接入匹配以及与匹配断开。
技术实现思路
本公开内容描述了用于三端子PIN 二极管的系统、方法和设备。替代地，这可以被描述为在集电极与基极之间具有本征区的BJT、或者在与基极相邻的集电极中具有本征区的BJT。总之，该器件用作针对集电极端子与基极端子之间的交流(AC)电流或射频(RF)电流的开关。经由在基极端子与发射极端子之间施加直流(DC)偏置来控制开关，其中，该偏置的极性取决于开关的掺杂构造。在一些替代方案中，掺杂层可以被布置在基极与本征区之间，或者被布置在本征区与集电极之间。在其它替代方案中，掺杂层可以被布置在本征区的两侧上。在本公开内容的一个方面中，公开了包括集电极、发射极、基极和本征区的开关。集电极可以具有集电极端子，发射极可以具有发射极端子，并且基极可以具有基极端子。基极可以在基极-发射极结处耦合到发射极，并且本征区可以被布置在基极与集电极之间。在本公开内容的另一个方面中，公开了操作开关的方法。方法可以包括提供开关，开关包括基极、发射极和集电极，并且在集电极与基极之间具有本征区。基极可以具有基极端子，发射极可以具有发射极端子，并且集电极可以具有集电极端子。方法还可以包括在集电极端子与基极端子之间传导第一电流。第一电流可以具有交流分量，该交流分量具有第一幅度。方法还可以包括在集电极端子与发射极端子之间传导第二电流。第二电流具有交流分量，该交流分量具有第二幅度。方法还包括在基极端子与发射极端子之间传导第三电流并且经由第三电流来控制第一电流。本公开内容的另一方面描述了另一种开关，该开关包括集电极、发射极、基极和本征区。集电极可以具有集电极端子，发射极可以具有发射极端子，并且基极可以具有基极端子。基极经由基极-发射极结耦合到发射极。本征区可以被布置在基极与集电极之间。流过基极端子的交流电流的幅度大于流过发射极端子的交流电流的幅度。【附图说明】通过结合附图参考下文的【具体实施方式】并且参考所附权利要求，本专利技术的各种目的和优点以及对本专利技术的更加全面的理解将更加显而易见并且更容易领会，在附图中:图1示出了 AC电流主要在集电极端子与基极端子之间传递的n-p-nBJT ;图2示出了在接通状态下操作的n-p-n BJT的经验导出模型；图3示出了由n-p-n BJT构成的3端子PIN，n-p_n BJT在集电极与基极之间具有本征区，其中，AC电流主要在集电极端子与基极端子之间传递；图4示出了在关断状态下操作的图3的3端子PIN的截面；图5示出了在接通状态下存在的图3的3端子PIN的截面；图6示出了具有本征区和围绕本征区的掺杂层的n-p-n BJT，并且其中，AC电流主要在集电极端子与基极端子之间传递；图7示出了并入3端子PIN中的具有二维或三维特征的掺杂层720和722，并且其中，AC电流主要在集电极端子与基极端子之间传递；图8示出了操作3端子PIN或BJT的方法，其中，AC电流主要在集电极与基极之间传递；图9示出了针对本征区上的两个不同反向偏置的电压与时间关系图；以及图10示出了控制系统的一个实施例的图形表示，在该控制系统内，可以执行一组指令来使器件实现或执行本公开内容的方面和/或方法中的任何一个或多个。【具体实施方式】通常，作为开关进行操作的BJT对集电极与发射极之间的DC电流的流量进行控制，其中，基极-发射极偏置对集电极与发射极之间的DC电流的流量进行控制。在该已知操作模式中，基极电流用作控制电流并且是在开关的接通状态下在集电极与发射极之间传导的电流的一部分。在该常规构造中，开关使用截止作为关断状态(呈现为开路)，并且使用饱和作为接通状态(呈现为短路)。本公开内容描述了将BJT作为开关进行操作的新方式，其中小的基极-发射极电流用于控制较大的集电极-基极电流。此外，本专利描述了新型3端子PIN器件，其在BJT的集电极与基极之间包含本征区，以获得对AC或RF电流的较好的开关。实验发现，施加在基极与发射极之间的小的DC可以控制集电极与基极之间的大的AC电流。在该模式中，接通状态损耗显著降低，并且认为器件在该模式下的操作与AC电流来回扫过集电极区和基极区中的注入载流子并且DC发射极电流使集电极区和基极区保持被供应有载流子的PIN 二极管的操作相似。如果DC发射极电流中断并且集电极-基极结被反向偏置，则可以中断集电极与基极之间的电流。反向偏置使基极-集电极结处的耗尽区加宽，并且该区起到与低电容电容器相似的作用，因而能够实现低关断状态损耗。因此，本文中公开的在开关模式下操作的BJT在接通状态下实现了 PIN 二极管的低损耗和高载流容量，并且在关断状态下实现了 PIN 二极管的低泄漏电流和高电压容量。然而，它是经由三端子器件实现的，因而避免了 PIN 二极管为将DC控制信号与RF信号隔离而需要的复杂隔离电路。本公开内容涉及对基本BJT结构的增强，以通过在BJT的集电极与基极之间包含本征区来将器件变成3端子PIN。可以预见，本征区的包括将进一步减小关断状态损耗，并且提高在将器件用作针对AC或RF电流的开关时的性能。如所指出的，集电极-基极结在该模式下操作时有可能起到与PIN 二极管相似的作用，但是不同于PIN 二极管的小的DC电流必须在阴极与阳极之间流动以使器件保持接通，DC电流不必流经在该模式下操作的BJT的集电极；相反，可以通过发射极来供应为使器件保持接通而必需的电流。为了加强该BJT的类似PIN的品质，可以将本征区布置在集电极与基极之间。在集电极与基极之间包含本征区会减小与将常规BJT用作针对集电极与基极之间的AC或RF电流的开关相关联的关断状态损耗。具体地，在关断状态下，即使在基极结在AC或RF周期的一部分中具有小的反向偏置的情况下，本征区也应该使关断状态电容保持较低，这与该电容受到所施加的AC或RF电压的强烈调制的常规BJT不同。图1示出了 AC电流主要在集电极端子与基极端子之间传递的n-p-n BJT。BJT100包括布置在集电极112与发射极116之间的基极114。集电极112可以包括集电极端子102 ;基极114可以包括基极端子104 ;并且发射极116可以包括发射极端子106。在n-p-n构造中，集电极112可以被掺杂为η型，基极114可以被掺杂为P型，并且发射极116可以被掺杂为η型。在示出的实施例中，集电极112可以是轻掺杂的(η_)，并且发射极116可以是重掺杂的(η++)，尽管也可以实施其它掺杂水平。图2示出了在接通状态下操作的n-p-n BJT的经验导出模型。模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关，包括：具有集电极端子的集电极；具有发射极端子的发射极；在基极‑发射极结处耦合到所述发射极的基极，所述基极具有基极端子；以及被布置在所述基极与所述集电极之间的本征区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·范齐尔，G·G·古罗夫，
申请(专利权)人：先进能源工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US