Dispositivo eléctrico que comprende una capacitancia o capacidad dependiente del voltaje o tensión y método de fabricación del mismo.

Un método para fabricar un dispositivo eléctrico que tiene una capacitancia o capacidad dependiente de voltaje otensión por medio de un proceso CMOS convencional que comprende las operaciones de:



formar una región de pozo (82) en un sustrato semiconductor (80);

formar una primera capa de aislamiento sobre la superficie de la región de pozo;

formar una primera capa de poli-silicio sobre la capa de aislamiento;

formar una primera capa de máscara sobre la capa de poli-silicio;

exponer la primera capa de máscara y atacar químicamente la capa de máscara;

atacar químicamente el poli-silicio en áreas donde la primera capa de mascara ha sido atacada químicamentepara formar una primera región de electrodo (86);

quitar el resto de la primera capa de máscara;

formar una segunda región de electrodo que comprende una pluralidad de regiones de dedos (83, 84, 91),separadas por regiones de separación, la primera región de electrodo (86) extendiéndose a lo largo de losbordes de las regiones de los dedos (83, 84, 91), y las regiones de los dedos empleando la primera región deelectrodo como una máscara; y la segunda región de electrodo comprendiendo además una región desemiconductor (90) que conecta las regiones de los dedos (83, 84, 91).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08160622.

Solicitante: TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON (PUBL).

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: 164 83 STOCKHOLM SUECIA.

Inventor/es: LITWIN, ANDREJ, MATTISSON, SVEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L29/94 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 29/00 Dispositivos semiconductores adaptados a la rectificación, amplificación, generación de oscilaciones o a la conmutación que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie; Condensadores o resistencias, que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie, p. ej. unión PN, región de empobrecimiento, o región de concentración de portadores de carga; Detalles de cuerpos semiconductores o de sus electrodos (H01L 31/00 - H01L 47/00, H01L 51/05 tienen prioridad; otros detalles de los cuerpos semiconductores o de sus electrodos H01L 23/00; consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › Dispositivos de metal-aislante-semiconductor, p. ej. MOS.
  • H03B5/12 H […] › H03 CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS.H03B GENERACION DE OSCILACIONES, DIRECTAMENTE O POR CAMBIO DE FRECUENCIA, CON LA AYUDA DE CIRCUITOS QUE UTILIZAN ELEMENTOS ACTIVOS QUE FUNCIONAN DE MANERA NO CONMUTATIVA; GENERACION DE RUIDO POR DICHOS CIRCUITOS (generadores especialmente adaptados a los instrumentos de música electrofónica G10H; máser o láseres H01S; generación de oscilaciones en los plasmas H05H). › H03B 5/00 Generación de oscilaciones utilizando un amplificador con circuito de realimentación regenerativa entre la salida y la entrada (H03B 9/00, H03B 15/00 tienen prioridad). › siendo el elemento activo del amplificador un dispositivo con semiconductores (H03B 5/14 H03B 7/06 tiene prioridad).
  • H03L7/099 H03 […] › H03L CONTROL AUTOMATICO, ARRANQUE, SINCRONIZACION O ESTABILIZACION DE GENERADORES DE OSCILACIONES O DE IMPULSOS ELECTRONICOS (de generadores dinamoeléctricos H02P). › H03L 7/00 Control automático de frecuencia o fase; Sincronización (sintonización de circuitos resonantes en general H03J; sincronización en los sistemas de comunicación digital, ver los grupos apropiados en la clase H04). › concerniendo principalmente al oscilador controlado del bucle.

PDF original: ES-2400000_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo eléctrico que comprende una capacitancia o capacidad dependiente del voltaje o tensión y método de fabricación del mismo.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a varactores y, en particular, a varactores adecuados para la integración. Este tipo de varactores se encuentran, por ejemplo, en circuitos Osciladores con Voltaje Controlado y en Bucles de Enganche de Fase que, a su vez, se emplean frecuentemente en dispositivos de comunicación de radio. La presente invención también se refiere a la fabricación de dichos dispositivos.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Un varactor es un dispositivo eléctrico que tiene un condensador controlado por una polarización de voltaje o corriente. Se emplea un varactor, por ejemplo, en Osciladores con Voltaje controlado, VCOs, donde se controla la frecuencia de un oscilador por medio de una polarización de voltaje o corriente Se emplean los VCOs, por ejemplo, cuando se requiere una frecuencia variable o cuando se debe sincronizar una señal con respecto de una señal de referencia. En dispositivos de comunicación de radio, por ejemplo, teléfonos portátiles/celulares, se emplean frecuentemente VCOs en Bucles de Enganche de Fase, PLL, para generar las señales adecuadas. La generación de una señal de referencia que está sincronizada con una señal recibida por un receptor de radio, las operaciones de modulación/demodulación y la síntesis de frecuencias son ejemplos de tales usos. En la técnica anterior son conocidos varios varactores adecuados para tecnologías de Circuitos Integrados, IC. R. A. Molin y G. F. Foxhall describen en "Condensadores de voltaje o tensión variable con Unión Hiperabrupta e Iones Implantados", IEEE Trans. Dispositivos Electrónicos, ED-19, pp. 267f, 1972, el uso de diodos pn como varactores que se pueden emplear en tecnologías de BiCMOS o CMOS bipolares. También es conocido el uso de diodos Schottky o diodos MOS como varactores. Estos últimos son descritos, por ejemplo, por S. M. Sze en "Física de dispositivos semiconductores", John Whiley e Hijos, 2ª Edición, pp 368f. La integración de los varactores conocidos depende de la capacidad de la tecnología IC. Se proporciona un resumen de los dispositivos integrados para aplicaciones de RF en alta frecuencia en un proceso BiCMOS en J. N. Burghartz, M. Soyuer y K. Jenkins en "Componentes de microondas y RF integrados en tecnología BiCMOS", IEEE. Trans. Dispositivos Electrónicos, Vol. 43, pp. 1559-1570, Sept 1996. Como se establece en la página 1568 y en la figura 12, los varactores no son una parte del conjunto del dispositivo BiCMOS estándar. En su lugar, se propone utilizar una unión colector-base de un transistor bipolar como varactor. J. Craninckx y M. S. J. Steyaert sugieren en "Un VCO de 1, 8 GHz con CMOS de bajo ruido de fase empleando inductores en espiral huecos optimizados", IEEE, J. Circuitos de estado sólido, Vol. 32, pp. 736-744, Mayo 1997, el uso de un diodo de unión de pozo p+/n como un varactor en un VCO que está integrado por medio de un proceso CMOS.

Aunque las formas conocidas de los varactores descritos anteriormente funcionan de forma razonablemente adecuada, tienen varias desventajas.

Una desventaja de los varactores conocidos es que son difíciles de fabricar con elevados factores de calidad, Q, especialmente para aplicaciones a alta frecuencia en un proceso CMOS convencional, debido a su elevada resistencia en serie o a las operaciones de fabricación adicionales requeridas. Esto da como resultado un bajo rendimiento y elevados costes de fabricación.

Otra desventaja de los varactores de unión pn conocidos es que en muchas aplicaciones, como cuando se emplean en la mayoría de circuitos VCO, se debe añadir al diseño un condensador DC de desacoplamiento, lo cual dificulta aún más la integración de este diseño en un IC. El uso de un condensador DC de desacoplamiento externamente al IC añade al coste total de la implementación y consume un valioso espacio en una Placa de Circuito Impreso, PCB. Estos inconvenientes se vuelven aún más pronunciados en dispositivos manuales, como teléfonos portátiles, que deben ser pequeños y de los que se producen grandes volúmenes.

El documento US 5.045.966 describe un método para formar una capacitancia o capacidad estable. El documento describe una capacitancia o capacidad en la que la longitud de la placa del condensador superior está hecha lo suficientemente corta de manera que los dopantes, que son implantados en las regiones expuestas del sustrato de ambas caras de la placa, se difuminarán indirectamente bajo la placa y se fusionarán sustancialmente bajo ella. Esto se logra mediante una menos que permisible separación de fuente/drenaje para un transistor MOS operable.

El documento JP 06132728 describe una propuesta para estrechar el rango variable de una frecuencia de oscilación de acuerdo con la finalidad de un VCO y para reducir la variación de sincronismo (jitter) incluso cuando un voltaje de control cambia en un amplio rango desde el voltaje a tierra al voltaje de entrada en un circuito de oscilación de tipo de control de voltaje realizado en un circuito integrado de tipo MOS. Los condensadores MOS están formados en un sustrato semiconductor de tipo N utilizando un circuito de oscilación LC de tipo de dos terminales con baja variación de sincronismo (jitter) . El circuito está compuesto por la conexión de un circuito inversor formado en el sustrato semiconductor de tipo N con condensadores añadidos externamente y una bobina. Un electrodo de puerta de un condensador MOS está conectado a la entrada del circuito inversor, y el electrodo de puerta de otro condensador MOS está conectado a la salida del circuito inversor. Los electrodos de pozo de los condensadores MOS están

conectados a un terminal de impresión de voltaje de control, y el potencial de las capas de pozo en los condensadores MOS está controlado y ajustado por el voltaje de control.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un varactor que supere o alivie los problemas mencionados anteriormente.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Los problemas anteriormente mencionados son superados o aliviados facilitando un método de fabricación de un dispositivo eléctrico que tiene una capacitancia o capacidad dependiente del voltaje, de acuerdo con la reivindicación independiente. Las realizaciones son provistas de acuerdo con la reivindicación dependiente.

Los problemas de la técnica anterior son superadas facilitando un dispositivo eléctrico con una capacitancia o capacidad de voltaje, el cual puede ser implementado mediante el uso de un proceso convencional CMOS. Además. Ya que la capa aislante (en el caso de un transistor MOS: una capa de óxido) separa el elemento sustancialmente conductor conectado al primer electrodo (en el caso de un transistor MOS: la puerta) de la segunda y tercera regiones conectadas al segundo electrodo (en el caso de un transistor MOS: el drenaje/fuente) , el dispositivo puede ser utilizado por ejemplo en un circuito VCO sin necesidad de un condensador de desacoplamiento DC.

Son ejemplos, un VCO, un PLL y un dispositivo de comunicación por radio que hace uso de un varactor tal como se ha tratado anteriormente. Así pues, se facilita un método de fabricación de un varactor de acuerdo con la presente invención.

Una ventaja de la presente invención es que un varactor que tiene un alto factor de calidad Q, es decir, que tiene una baja resistencia en serie, se puede realizar incluso para aplicaciones de alta frecuencia utilizando un proceso CMOS convencional sin añadir ninguna operación de fabricación. Los varactores se pueden fabricar, por tanto, con un alto rendimiento y bajo coste.

Además, una ventaja de la presente invención es que se proporciona un VCO que se puede realizar empleando un proceso CMOS convencional y cuyo diseño no requiere un condensador DC de desacoplamiento. Esto hace la implementación del VCO económica y físicamente de pequeño tamaño, ya que no se requiere ningún condensador DC de desacoplamiento ni en el IC ni externamente al IC en una PCB. Estas ventajas se vuelven aún más pronunciadas cuando se implementan en dispositivos manuales, como teléfonos portátiles, que deben ser pequeños y de los que se producen grandes volúmenes.

Ventajosamente, los métodos pueden proporcionar un Oscilador de Voltaje o tensión Controlada integrado y/o circuito de Bucle de Enganche de Fase, PLL, que incluye un varactor, como se ha descrito anteriormente, empleando un proceso CMOS convencional.

Debido a que muchas de las funciones de un dispositivo de comunicación de radio se pueden integrar en procesos CMOS convencionales, la integración de un circuito VCO y/o un circuito PLL junto con estas funciones... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para fabricar un dispositivo eléctrico que tiene una capacitancia o capacidad dependiente de voltaje o tensión por medio de un proceso CMOS convencional que comprende las operaciones de:

formar una región de pozo (82) en un sustrato semiconductor (80) ; formar una primera capa de aislamiento sobre la superficie de la región de pozo; formar una primera capa de poli-silicio sobre la capa de aislamiento; formar una primera capa de máscara sobre la capa de poli-silicio;

exponer la primera capa de máscara y atacar químicamente la capa de máscara; atacar químicamente el poli-silicio en áreas donde la primera capa de mascara ha sido atacada químicamente para formar una primera región de electrodo (86) ; quitar el resto de la primera capa de máscara; formar una segunda región de electrodo que comprende una pluralidad de regiones de dedos (83, 84, 91) ,

separadas por regiones de separación, la primera región de electrodo (86) extendiéndose a lo largo de los bordes de las regiones de los dedos (83, 84, 91) , y las regiones de los dedos empleando la primera región de electrodo como una máscara; y la segunda región de electrodo comprendiendo además una región de semiconductor (90) que conecta las regiones de los dedos (83, 84, 91) .

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la segunda región de electrodo está formada mediante implantación de iones.


 

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