УДК 621.315.592
ЗАИКА В.В., МЕХТИЕВ А.Т.
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ ВОЛЬТ-
ФАРАДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ
ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ
Азербайджанское Национальное Аэрокосмического Агентство, 370106, Баку, пр.Азадлыг, 159,
тел.: (99412) 621991
Традиционные методы создания полупроводниковых нелинейных емкостей на
основе р-п-переходов позволяют реализовать крайне малый набор вольт-фарадных
характеристик (ВФХ). Заслуживают внимания структуры с обратным градиентом
концентрации, позволяющие расширить диапазон реализуемых ВФХ, однако такие
варианты имеют большое последовательное сопротивление и низкую добротность.
Управление вольт-фарадной характеристикой нелинейного элемента путем
изменения площади обедненной области с изменением напряжения смещения
приводит к увеличению крутизны и чувствительности ВФХ лишь при очень
ограниченном наборе С-V характеристики, а добротность таких структур
принципиально невозможно получить высокой из-за больших последовательных
сопротивлений периферийных областей.
ВФХ существующих полупроводниковых варикапов формируются в процессе
изготовления и остаются неизменными в процессе эксплуатации, т.е. отсутствует
возможность управления ВФХ [1].
Многослойные
МДП-структуры [2] обладают
гораздо
большими
возможностями и представляют интерес для реализации нелинейного элемента с
управляемой ВФХ.
Предлагаемый в данной работе нелинейный элемент обеспечивает
возможность получения различных по конфигурации, заданных и управляемых в
процессе эксплуатации ВФХ и представляет собой полупроводниковую структуру с
поверхностной емкостью, где в качестве полевого электрода применяется
резистивный слой определенной конфигурации с выводами для подключения к
источнику управляющего напряжения. Конструкция такого нелинейного элемента

показана на рис.1. Конфигурация резистора и величина управляющего напряжения
на нем определяют ВФХ всей структуры.
С целью увеличения добротности структуры на высокой частоте за счет
исключения последовательного сопротивления резистивного слоя применялся
дополнительной слой диэлектрика и металла. При этом необходимо, чтобы емкость
дополнительного диэлектрического слоя была много больше рабочей емкости.
Рис.1.
Конструкция варикапа с управляемой ВФХ со структурой
металл-диэлектрик-резистор-диэлектрик-полупроводник
Нелинейная емкость многослойной структуры как функция конфигурации
резистора f(х), управляющего напряжения Uупр на нем и напряжения смещения Uсм
выражается следующим образом:
e

x
e
C = C1U
U
dx f x
dx f x f x dx
см +
упр
( )
( ) ( )



0

0
0

где С1 - удельная емкость элементарной ячейки.
Рис.2.
Деформация ВФХ характеристики с изменением управляющего напряжения.
1-5) Uупр=+6; +3; 0; -3; -6В
Задаваясь конфигурацией резистора, напряжением на нем, а также
параметрами диэлектрика и полупроводника, можно определить ВФХ такой
структуры.

Анализируя изменение С-V характеристик структуры с различными
конфигурациями резистора и напряжений на нем, можно отметить следующее
(рис.2):
- для структур с различными конфигурациями управляющего резистора
коэффициент перекрытия остается неизменными;
- в зависимости от конфигурации резистора деформируются те или иные участки
С-V характеристики;
- для одной конфигурации резистора при управляющих напряжениях разных по
знаку, но одинаковых по величине, С-V характеристики симметричны;
- с увеличением управляющего напряжения любой полярности крутизна С-V
характеристики уменьшается;
- если напряжение на резисторе подано таким образом, что ток протекает от
широкой его части к узкой, то вольт-фарадная характеристика становится более
пологой в верхней части, а нижняя ее часть не деформируется.
При изменении полярности напряжения на резисторе наблюдается обратная
картина, нижняя часть вольт-фарадной характеристики становится более пологой, а
верхняя - не деформируется. При этом с увеличением положительного напряжения
на резисторе вся характеристика смещается влево, а при отрицательном - вправо.
Рассматриваемый метод является универсальным, так как он пригоден для
управления ВФХ нелинейной емкости, изготовленной либо на основе МДП-
структуры, либо на основе р-п-перехода, либо одновременно на основе МДП-
структуры и р-п-перехода в различных сочетаниях.
Разработанный прибор применен в системе ФАПЧ, содержащей фильтр
низких частот. Принцип работы ФАПЧ был известен давно, но только в последнее
время после реализации этих схем по микроэлектронной технологии они получили
широкое применение [3], в частности при создании лазерного локатора для
дистанционного контроля параметров волнения водных поверхностей [4].
1. Берман Л.С. Введение в физику варикапов. Л.: Наука, 1968.

2. Заика В.В., Балит Г.М., Бублей Е.Е. и др. Анализ полупроводниковых RC-
структур с распределенными параметрами. -В сб.: Функциональные
микроэлектронные устройства и их элементы, Таганрог, 1973, вып.1.
3. Ануфриев В.Н., Семенов М.Ю. Реализация генератор частоты с ФАПЧ на основе
БМК К55501ХМ3 и ПЛИС Xilinx-семейства ХС3000.-Известия Вузов,
Электроника, 1997, 2, с.80-89.
4. Агаев Ф.Г. Лазерный локатор с системой ФАПЧ. Ученые 3аписки АзТУ,
Радиоэлектроника, Баку, 1999, т.8, 1, ч.2, с.45-47.