JPH03214780A - 高周波素子 - Google Patents
高周波素子Info
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- JPH03214780A JPH03214780A JP2011199A JP1119990A JPH03214780A JP H03214780 A JPH03214780 A JP H03214780A JP 2011199 A JP2011199 A JP 2011199A JP 1119990 A JP1119990 A JP 1119990A JP H03214780 A JPH03214780 A JP H03214780A
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- JP
- Japan
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- diamond
- semiconductor
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- layer
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/83—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
- H10D62/8303—Diamond
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D8/00—Diodes
- H10D8/40—Transit-time diodes, e.g. IMPATT or TRAPATT diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D8/00—Diodes
- H10D8/60—Schottky-barrier diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/20—Arrangements for cooling
- H10W40/25—Arrangements for cooling characterised by their materials
- H10W40/254—Diamond
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W44/00—Electrical arrangements for controlling or matching impedance
- H10W44/20—Electrical arrangements for controlling or matching impedance at high-frequency [HF] or radio frequency [RF]
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、大電力高周波の発振及び増幅を目的とする
高周波素子に関する。
高周波素子に関する。
大電力、高周波を発振し増幅する高周波素子としてイン
バットダイオード、或はバリットダイオードがある。 インバットダイオードの代表的な例は、第１図に示すよ
うにｎ” （又はｐ１）型半導体領域とｐ（又はｎ）
型半導体領域とｐ″ （又はｎ”）型− １ − 半導体領域とが、それらの順に積層され、両端の半導体
領域のそれぞれに電極を形成した構造を持つダイオード
である。 ｎ“ （又ｐ＋）型半導体領域側を正（又は負）とする
逆バイアス電圧を印加せしめた場合、ｐ（又はｎ）型領
域の近傍に電荷なだれが生じ負性抵抗領域が発生するの
で、これに基づきマイクロ波発振が得られるというもの
である。また金属と半導体領域との間のショットキー接
合を利用した素子もある。 一方、バリットダイオードは金属とｐ（又はｎ）型半導
体領域と金属がそれ等の順に積層された構造を持つ。金
属と半導体層との間はショットキー接合になっている。 インバットダイオードと同様電極間に逆バイアスを印加
せしめた場合、半導体領域に少数キャリアが注入され、
これに基づきマイクロ波発振が得られるというものであ
る。またｐｎ接合を利用した素子もある。 いずれの素子も材料はＳｔ１ＧａＡｓ等でありこれ以−
２− の材料が使われることは少ない。 以上の高周波素子ではマイクロ波発振の動作時、多量の
熱が半導体領域に発生する。このためマイクロ波発振の
動作時に発生する熱を効率的に外部に放散できなければ
、安定した発振が困難となる。 このため素子の様々な冷却方法が工夫されている。最も
一般的な方法としては、熱容量の大きな材料をヒートシ
ンクとして素子全体を挟む構造をとることにより、内部
に発生する熱をヒートシンク材に伝導する。 しかし、従来のＳ｛或はＧａＡｓ等の半導体材料で素子
を形成した場合、これらの半導体材料は比較的熱伝導率
が低いため、内部で発生した熱が速やかにヒートシンク
材に伝導しない。 このため大電力を投入すると、素子が過熱され破壊され
るに至る。このため発振出力が低く制限されていた。 さらに素子とヒートシンクの接合に関しても、その接合
面で無視できない熱抵抗が形成される。 ヒートシンクによっても、素子の熱放散が十分に行われ
ないため、素子の発振出力が制限されるという難点は解
決されない。 また半導体材料固有の絶縁破壊電圧及び半導体内のキャ
リア移動度の制約から素子の出力並びに最大周波数にも
制限があった− Ｓｔ、ＧａＡｓともに絶縁破壊電圧が低い。これが低い
と大きい電圧を掛けることができない。このため高出力
の発振を得ることができない。 また飽和電子移動度についてもＳ１もＧａＡｓも１×１
０７ｃｍ／ｓ程度で数百ＧＨｚの高出力の発振には充分
でない。 本発明は、このような難点を解決し高周波、高出力の発
振及び増幅が可能な素子を提供する事を目的とする。
バットダイオード、或はバリットダイオードがある。 インバットダイオードの代表的な例は、第１図に示すよ
うにｎ” （又はｐ１）型半導体領域とｐ（又はｎ）
型半導体領域とｐ″ （又はｎ”）型− １ − 半導体領域とが、それらの順に積層され、両端の半導体
領域のそれぞれに電極を形成した構造を持つダイオード
である。 ｎ“ （又ｐ＋）型半導体領域側を正（又は負）とする
逆バイアス電圧を印加せしめた場合、ｐ（又はｎ）型領
域の近傍に電荷なだれが生じ負性抵抗領域が発生するの
で、これに基づきマイクロ波発振が得られるというもの
である。また金属と半導体領域との間のショットキー接
合を利用した素子もある。 一方、バリットダイオードは金属とｐ（又はｎ）型半導
体領域と金属がそれ等の順に積層された構造を持つ。金
属と半導体層との間はショットキー接合になっている。 インバットダイオードと同様電極間に逆バイアスを印加
せしめた場合、半導体領域に少数キャリアが注入され、
これに基づきマイクロ波発振が得られるというものであ
る。またｐｎ接合を利用した素子もある。 いずれの素子も材料はＳｔ１ＧａＡｓ等でありこれ以−
２− の材料が使われることは少ない。 以上の高周波素子ではマイクロ波発振の動作時、多量の
熱が半導体領域に発生する。このためマイクロ波発振の
動作時に発生する熱を効率的に外部に放散できなければ
、安定した発振が困難となる。 このため素子の様々な冷却方法が工夫されている。最も
一般的な方法としては、熱容量の大きな材料をヒートシ
ンクとして素子全体を挟む構造をとることにより、内部
に発生する熱をヒートシンク材に伝導する。 しかし、従来のＳ｛或はＧａＡｓ等の半導体材料で素子
を形成した場合、これらの半導体材料は比較的熱伝導率
が低いため、内部で発生した熱が速やかにヒートシンク
材に伝導しない。 このため大電力を投入すると、素子が過熱され破壊され
るに至る。このため発振出力が低く制限されていた。 さらに素子とヒートシンクの接合に関しても、その接合
面で無視できない熱抵抗が形成される。 ヒートシンクによっても、素子の熱放散が十分に行われ
ないため、素子の発振出力が制限されるという難点は解
決されない。 また半導体材料固有の絶縁破壊電圧及び半導体内のキャ
リア移動度の制約から素子の出力並びに最大周波数にも
制限があった− Ｓｔ、ＧａＡｓともに絶縁破壊電圧が低い。これが低い
と大きい電圧を掛けることができない。このため高出力
の発振を得ることができない。 また飽和電子移動度についてもＳ１もＧａＡｓも１×１
０７ｃｍ／ｓ程度で数百ＧＨｚの高出力の発振には充分
でない。 本発明は、このような難点を解決し高周波、高出力の発
振及び増幅が可能な素子を提供する事を目的とする。
本発明の高周波素子は、電荷なだれを利用する金属層及
び半導体層を有する高周波素子において、動作層となる
半導体層が半導体ダイヤモンド層である事を特徴とする
ものである。 先に述べた本発明の目的は、金属層及び半導体層を有す
る高周波素子において、動作層となる半導体層がｐ型又
はｎ型の半導体ダイヤモンド層で構成することによって
達成される。 本発明の高周波素子は、放熱効果の点および格子整合の
点から天然又は人工合成されたダイヤモンドからなる基
板を有することが望ましい。 この基板は絶縁性である
ことが好ましいが、第一層がｎ型（又はｐ型）半導体ダ
イヤモンドである場合ｐ型（又はｎ型）半導体ダイヤモ
ンド基板であっても良い。 構造はインバットダイオード、バリットダイオード等任
意である。 第１図に示すようなインバットダイオードとして作るこ
ともできる。この場合はｎ１層、低ドープ層、ｎ層、ｐ
層というように積層する。勿論両端には電極をつける。 そして電圧を逆バイアスの方向に印加する。 第４図に示すように、バリットダイオードとして作るこ
ともできる。この場合は半導体ダイヤモー５− ンド層を電極で挟む構造とし、一方の電極との結合をシ
ロットキー接合とする。この接合を逆バイアスする方向
に電圧を印加する。 半導体ダイヤモンド層としては、ｐ型にするためには例
えばＢをドーピングする。ｎ型にするためには例えばＰ
をドーピングする。
び半導体層を有する高周波素子において、動作層となる
半導体層が半導体ダイヤモンド層である事を特徴とする
ものである。 先に述べた本発明の目的は、金属層及び半導体層を有す
る高周波素子において、動作層となる半導体層がｐ型又
はｎ型の半導体ダイヤモンド層で構成することによって
達成される。 本発明の高周波素子は、放熱効果の点および格子整合の
点から天然又は人工合成されたダイヤモンドからなる基
板を有することが望ましい。 この基板は絶縁性である
ことが好ましいが、第一層がｎ型（又はｐ型）半導体ダ
イヤモンドである場合ｐ型（又はｎ型）半導体ダイヤモ
ンド基板であっても良い。 構造はインバットダイオード、バリットダイオード等任
意である。 第１図に示すようなインバットダイオードとして作るこ
ともできる。この場合はｎ１層、低ドープ層、ｎ層、ｐ
層というように積層する。勿論両端には電極をつける。 そして電圧を逆バイアスの方向に印加する。 第４図に示すように、バリットダイオードとして作るこ
ともできる。この場合は半導体ダイヤモー５− ンド層を電極で挟む構造とし、一方の電極との結合をシ
ロットキー接合とする。この接合を逆バイアスする方向
に電圧を印加する。 半導体ダイヤモンド層としては、ｐ型にするためには例
えばＢをドーピングする。ｎ型にするためには例えばＰ
をドーピングする。
ダイヤモンド履を動作層とするダイオードに逆バイアス
電圧を印加する。動作の原理はＳｉ、ＧａＡｓダイオー
ドの場合と同じである。例えばインバットダイオードの
場合は、ｐ＋層とｎ層の間に大電圧が印加されるので電
荷なだれが起きる。これが低ドープ層をドリフトする。 電荷なだれの遅れと、走行の遅れにより負性抵抗が生ず
る。高周波領域でのマイクロ波発振が可能になる。 動作層にシロットキー接合を用いた場合は、金属電極と
半導体ダイヤモンド層の間に大電圧が掛かり電荷なだれ
が生じマイクロ波の発振、増幅がなされる。 このような発振増幅作用は従来のものと同じで一〇一 ある。バリットダイオードの場合は、接合障壁を越えて
流れる電荷によって、マイクロ波の発振、増幅がなされ
る。 次にＳｔ１ＧａＡｓダイオードとの違いについて説明す
る。 ダイヤモンドは、バンドギャップが５．５ｅＶと大きい
ため（Ｓｔ １．１ｅＶ ， ＧａＡｓ １．４ｅ
Ｖ ） 、真性領域に相当する温度領域は、ダイヤモン
ドが熱的に安定な１４００゜Ｃ以下には存在しない。こ
のため温度を上げても低ドーピング層のキャリャが熱的
に励起されて増えるということがなく、逆バイアスによ
る電荷なだれが高温でも生ずる。つまり高温でもマイク
ロ波の発振増幅ができるのである。 またダイヤモンドは化学的にも非常に安定である。 従って、ダイヤモンドを作製したデバイスは高温での動
作が可能となり、耐環境性の優れたものとなる。 また、ダイヤモンドの熱伝導率は２０ （ Ｗ／ｃｍ・
゜Ｋ）とＳ１の１０倍以上であり、放熱性にも優れてい
るさらに、ダイヤモンドは、キャリアの移動度が大きい
（電子移動度： ２０００ Ｃｍ２／ Ｖ・秒、ホール
移動度： ２１００ ｃｍ２／ Ｖ・秒、３００゜Ｋ）
、飽和電子移動度が大きい（２Ｘ１０７ｃｍ／ｓ ）
Ｎ誘電率が小さい（Ｋ＝５．５ ） 、破壊電界が大き
い（Ｅ＝５Ｘ１０８Ｖ／ｃｍ）などの特徴を有しており
、高周波で大電力用のデバイスを作製する事ができる。 マイクロ波素子の高周波における発振出力のパワーは、
絶縁破壊電圧と飽和電子移動度の積の２乗に比例する。 ダイヤモンドの絶縁破壊電圧が、Ｓｌ、ＧａＡｓの約１
０倍、飽和電子移動度が約２倍であるので、出力パワー
は約４００倍になりうる。 マイクロ波素子の低周波に於ける発振出力のパワーは熱
伝導度に比例する。ダイヤモンドの熱伝導度はＳｌ、Ｇ
ａＡｓなとの約１０倍であるので低周波における出力パ
ワーも約ＩＯ倍大きくなる。 更に、ダイヤモンドは、不純物を含まないと絶縁体であ
るという特徴も有しているため、素子を作製する際、基
板として用いるダイヤモンドと動作層のダイヤモンドと
を電気的に完全に分離できるという利点がある。
電圧を印加する。動作の原理はＳｉ、ＧａＡｓダイオー
ドの場合と同じである。例えばインバットダイオードの
場合は、ｐ＋層とｎ層の間に大電圧が印加されるので電
荷なだれが起きる。これが低ドープ層をドリフトする。 電荷なだれの遅れと、走行の遅れにより負性抵抗が生ず
る。高周波領域でのマイクロ波発振が可能になる。 動作層にシロットキー接合を用いた場合は、金属電極と
半導体ダイヤモンド層の間に大電圧が掛かり電荷なだれ
が生じマイクロ波の発振、増幅がなされる。 このような発振増幅作用は従来のものと同じで一〇一 ある。バリットダイオードの場合は、接合障壁を越えて
流れる電荷によって、マイクロ波の発振、増幅がなされ
る。 次にＳｔ１ＧａＡｓダイオードとの違いについて説明す
る。 ダイヤモンドは、バンドギャップが５．５ｅＶと大きい
ため（Ｓｔ １．１ｅＶ ， ＧａＡｓ １．４ｅ
Ｖ ） 、真性領域に相当する温度領域は、ダイヤモン
ドが熱的に安定な１４００゜Ｃ以下には存在しない。こ
のため温度を上げても低ドーピング層のキャリャが熱的
に励起されて増えるということがなく、逆バイアスによ
る電荷なだれが高温でも生ずる。つまり高温でもマイク
ロ波の発振増幅ができるのである。 またダイヤモンドは化学的にも非常に安定である。 従って、ダイヤモンドを作製したデバイスは高温での動
作が可能となり、耐環境性の優れたものとなる。 また、ダイヤモンドの熱伝導率は２０ （ Ｗ／ｃｍ・
゜Ｋ）とＳ１の１０倍以上であり、放熱性にも優れてい
るさらに、ダイヤモンドは、キャリアの移動度が大きい
（電子移動度： ２０００ Ｃｍ２／ Ｖ・秒、ホール
移動度： ２１００ ｃｍ２／ Ｖ・秒、３００゜Ｋ）
、飽和電子移動度が大きい（２Ｘ１０７ｃｍ／ｓ ）
Ｎ誘電率が小さい（Ｋ＝５．５ ） 、破壊電界が大き
い（Ｅ＝５Ｘ１０８Ｖ／ｃｍ）などの特徴を有しており
、高周波で大電力用のデバイスを作製する事ができる。 マイクロ波素子の高周波における発振出力のパワーは、
絶縁破壊電圧と飽和電子移動度の積の２乗に比例する。 ダイヤモンドの絶縁破壊電圧が、Ｓｌ、ＧａＡｓの約１
０倍、飽和電子移動度が約２倍であるので、出力パワー
は約４００倍になりうる。 マイクロ波素子の低周波に於ける発振出力のパワーは熱
伝導度に比例する。ダイヤモンドの熱伝導度はＳｌ、Ｇ
ａＡｓなとの約１０倍であるので低周波における出力パ
ワーも約ＩＯ倍大きくなる。 更に、ダイヤモンドは、不純物を含まないと絶縁体であ
るという特徴も有しているため、素子を作製する際、基
板として用いるダイヤモンドと動作層のダイヤモンドと
を電気的に完全に分離できるという利点がある。
Claims (1)
- 多数キャリアの電荷なだれを利用するか、または少数キ
ャリアの注入を利用する、金属層及動作層を含む半導体
層を有する高周波素子において、動作層となる半導体層
が半導体ダイヤモンド層である事を特徴とする高周波素
子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011199A JPH03214780A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 高周波素子 |
| EP91300268A EP0440344A1 (en) | 1990-01-19 | 1991-01-15 | High frequency device |
| US07/902,788 US5243199A (en) | 1990-01-19 | 1992-06-24 | High frequency device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011199A JPH03214780A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 高周波素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03214780A true JPH03214780A (ja) | 1991-09-19 |
Family
ID=11771372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011199A Pending JPH03214780A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 高周波素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0440344A1 (ja) |
| JP (1) | JPH03214780A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002517096A (ja) * | 1998-05-28 | 2002-06-11 | エービービー エービー | スイッチング素子 |
| CN112382670A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-02-19 | 西安电子科技大学 | 一种基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管及制备方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3138705B1 (ja) * | 1999-08-31 | 2001-02-26 | 工業技術院長 | ダイヤモンドｐｎ接合ダイオードおよびその作製方法 |
| RU2168800C1 (ru) * | 2000-11-28 | 2001-06-10 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Лавинно-пролетный диод (варианты) |
| DE10344609B3 (de) * | 2003-09-25 | 2005-07-21 | Infineon Technologies Ag | Hochfrequenzdiode |
| JP5273635B2 (ja) * | 2006-08-25 | 2013-08-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 高効率間接遷移型半導体紫外線発光素子 |
| CN112382669B (zh) * | 2020-10-10 | 2022-05-24 | 西安电子科技大学 | 一种赝竖式金刚石雪崩二极管及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3718684A1 (de) * | 1987-06-04 | 1988-12-22 | Licentia Gmbh | Halbleiterkoerper |
-
1990
- 1990-01-19 JP JP2011199A patent/JPH03214780A/ja active Pending
-
1991
- 1991-01-15 EP EP91300268A patent/EP0440344A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002517096A (ja) * | 1998-05-28 | 2002-06-11 | エービービー エービー | スイッチング素子 |
| JP4925508B2 (ja) * | 1998-05-28 | 2012-04-25 | エレメント シックス リミテッド | スイッチング素子 |
| CN112382670A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-02-19 | 西安电子科技大学 | 一种基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管及制备方法 |
| CN112382670B (zh) * | 2020-10-10 | 2022-05-24 | 西安电子科技大学 | 一种基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0440344A1 (en) | 1991-08-07 |
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