近自然击穿器件制造技术

近自然击穿器件，包括半导体区，其中该半导体区是强制或非强制近自然击穿区，其在横过器件施加大小小于或等于非自然击穿（例如齐纳击穿和雪崩击穿）的击穿电压的预定电压时完全耗尽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件，其利用偏压来在器件的半导体区中产生自然击 穿情况，从而用于包括高速开关和振荡器的应用。在零偏置，器件的半导体 区具有近自然击穿情况。在偏置后，该区处于自然击穿情况(完全耗尽)并引起器件传导电流。具有近自然击穿情况的半导体器件的一个实例在2004 年十月 12日才是交的题为"EM Rectifying Antenna Suitable for use in Conjunction with a Natural Breakdown Device"序列号为10/963357的美国专 利申请("也未决的申请")中公开。
技术介绍
图2示出传统pn结二极管的电流相对电压的特性。图l是传统的突变 pn结二极管100的示意图。如图1所示，传统pn结二极管100包括p区101 和n区102。 P区101例如可以用p型掺杂剂(即电子受主，诸如硼)掺杂， 而n区102可以用n型掺杂剂(即电子施主，诸如磷)掺杂。靠近p区101 和n区102之间的突变结，由于两个区电化电势的差别导致的平衡以及两个 区之间电荷载流子(例如，电子和"空穴")的扩散使电荷载流子耗尽，从 而在p区101和n区102中分别形成"耗尽"区103和104。在所谓的"突变结近似"下，耗尽区103的宽度Xp和耗尽区104的宽度Xn分别由给出，其中Ss是硅的介电常数，q是电子电荷，(ln是pn结的"固有 (built-in)"电势，Na和Nd分別是p区101和n区102的掺杂浓度。如图2所示，横轴示出横过pn结的电压V，而纵轴示出横过pn结的二 极管电流ID。如图2所示，当横过pn结的电压V大于零伏并大于电压Vth4("阈值电压，，)时，pn结强烈地"正向偏置"并且二极管电流Io随着电压V成指数增长。当横过pn结的电压V小于零伏但不小于电压Vbr ("击穿电压")时，pn结"反向偏置，，并且二极管电流ID^艮小。在反向偏置下，当电压大小增加，产生的载流子能量增加，导致击穿现象1,例如，在电压Vbr的隧穿和碰撞电离。在电压Vbr， 二极管电流lD变得很大并且二极管"击穿"。在击穿时，横过pn结的平均电场(伏每厘米)的大小由经验公式给出^ ! 4.0xl05其中Nd是Na和Nb的校小者。
技术实现思路
本专利技术提供"近自然击穿情况"，其当施加偏压时在半导体器件上产生自然击穿情况。自然击穿情况用于电流传导或开关应用。"近自然击穿器件"("NNBD")具有在偏置时获得自然击穿情况的新的有源区。在本专利技术的一个实施例中，NNBD是二端子近自然击穿器件。NNBD可以用在高速振荡器和开关应用中。根据本专利技术的一个实施例，公开了半导体器件和形成NNBD的方法。半导体器件包括邻近第二区形成的半导体区，其中第一半导体区是强制或非强制近自然击穿器件，其在大小小于或等于例如齐纳击穿和雪崩击穿的非自然击穿电压的预定电压时完全耗尽。非自然击穿电压横过第一和第二区施加。第二区可以是极性与第一导电类型相反的第二导电类型的半导体材料。可选地，第二区可以是对第一区形成肖特基势垒的金属。此外，半导体器件可以包括邻近第二区的第三区，第二区和第三区都包括半导体材料，从而第一区、第二区和第三区形成双极晶体管。在这种双极晶体管中，第一区可以是双极晶体管的发射或集电极。包括P-I-N型二极管结构、MOSFET和JFET结构的NNBD器件也是可能的。'在本^s开中，术语"非自然击穿"用来指击穿现象，区别于下面详细描述的"自然击穿"和"近自然击穿"现考虑以下的详细描述及附图，可以更好地理解本专利技术。附图说明图l是传统pn结二极管100的示意图。图2示出传统pn结二极管的电流(I)相对电压(V)的特性。图3是根据本专利技术的一个实施例的在施加自然击穿电压Vfbr之前具有处在近自然击穿情况的P型区的强制近自然击穿器件(NNBD ) 300的示意图。图4示出NNBD 300的电流-电压(IV )特性。图5(a)是^4居本专利技术的一个实施例的NNBD 500的示意图，在施加自然击穿电压VfbrNPN之前具有处在近自然击穿情况的集电半导体区的NPN晶体管。图5(b)示出当在自然击穿情况下集电半导体区501完全耗尽时NNBD500的》文大图。图5(c)是根据本专利技术的一个实施例的NNBD 510的示意图，在施加自然击穿电压V^PNP之前具有处在近自然击穿情况的集电半导体区的PNP晶体管。图5(d)示出当在自然击穿情况下集电半导体区511完全耗尽时NNBD510的放大图。图5(e)示出双^l晶体管的集电电流Ic相对VCE的IV曲线。图5(f)是根据本专利技术的一个实施例的NNBD 520的示意图，在施加自然击穿电压Vto之前具有处在近自然击穿情况的发射半导体区的NPN晶体管。图5(g)示出当在自然击穿情况下发射半导体区完全耗尽时NNBD 520的放大图。图5(h)是才艮据本专利技术的一个实施例的NNBD 530的示意图，在施加自然击穿电压之前具有处在近自然击穿情况的集电和发射半导体区的NPN晶体管。图5(i)示出当在自然击穿情况下集电和发射半导体区都完全耗尽时NNBD 530的》文大图。图5(j)是根据本专利技术的一个实施例的NNBD 540的示意图，在施加自然击穿电压Vfbr之前具有处在近自然击穿情况的发射半导体区的PNP晶体管。图5(k)示出当在自然击穿情况下发射半导体区完全耗尽时NNBD 540的6放大图。图5(1)是根据本专利技术的一个实施例的NNBD 550的示意图，在施加自然击穿电压之前具有处在近自然击穿情况的集电和发射半导体区的PNP晶体管；以及当在自然击穿情况下集电和发射半导体区都完全耗尽时的放大图。图6(a)是根据本专利技术的一个实施例的NNBD 600的示意图，具有在反向自然击穿电压Vfe时完全耗尽的N型区。图6(b)示出NNBD 600的电流-电压(IV)特性。图6(c)是根据本专利技术的一个实施例的NNBD 600的示意图，具有在反向自然击穿电压Vfe时完全耗尽的N型区。图7(a)是根据本专利技术的一个实施例的在施加零偏压和在反向偏压Vto的NNBD 700的示意图；NNBD 700代表在强制近自然击穿情况下的强制近自然击穿N肖特基二极管。图7(b)是根据本专利技术的一个实施例的在施加零偏压和在反向偏压Vto的NNBD 710的示意图；NNBD 710代表在强制近自然击穿情况下的强制近自然击穿P肖特基二极管。图8(a)和8(c)示出NNBD 800和NNBD 820,各自包括邻近在零偏压偏置和在自然击穿电压Vftr的接触的一个强制近自然击穿区。图8(b)和8(d)示出NNBD 810和NNBD 830,各自包括都邻近在零偏压偏置和在自然击穿电压Vfbr的接触的两个强制近自然击穿区。图9示出根据本专利技术的NNBD结构和在偏压下的特性的表。图10(a)示出当Vfbr在其最小偏压(近零)以在p区301上产生自然击穿情况时，在正向电流和正向偏压下的NNBD 300的IV曲线。图10(b)示出当Vfbr在其最小偏压(近零)以在p区301上产生自然击穿情况时，在反向电流和反向偏压下的NNBD 300的IV曲线。图11(a)示出根据本专利技术的一个实施例的NNBD1100的示意图，其是具有P型近自然击穿区的NNBD P-I-N 二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：　第一区，由第一导电类型的半导体材料形成；以及　第二区，邻近所述第一区，其中当预定电压横过所述第一和第二区施加时所述第一区变成完全耗尽。

【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：盖伊西尔弗，吴俊龙，
申请(专利权)人：盖伊西尔弗，吴俊龙，
类型：发明
国别省市：US[美国]