High-Frequency Capacitor with Working Substance "Insulator–Undoped Silicon–Insulator"

Loading...
Thumbnail Image

item.page.other-contributor

item.page.advisors

item.page.editors

Date

Publisher

item.page.issn

item.page.isbn

item.page.depon

item.page.diss

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

item.page.title-alternative

Высокочастотный конденсатор с рабочим веществом «изолятор нелегированный кремний изолятор»

Abstract

The study of the parameters of capacitors with various working substances is of interest for the design and creation of electronic elements, in particular for the development of high-frequency phase-shifting circuits. The purpose of the work is to calculate the high-frequency capacitance of a capacitor with the working substance insulator undoped silicon insulator at different applied to the capacitor direct current (DC) voltages, measuring signal frequencies and temperatures. A model of such the capacitor is proposed, in which 30 µm thick layer of undoped (intrinsic) crystalline silicon (i-Si) is separated from each of the capacitor electrodes by 1 µm thick insulator layer (silicon dioxide). The dependences of the capacitor capacitance on the DC electrical voltage U on metal electrodes at zero frequency and at the measuring signal frequency of 1 MHz at absolute temperatures T = 300 and 400 K are calculated. It is shown that the real part of the capacitor capacitance increases monotonically, while the imaginary part is negative and non-monotonically depends on U at the temperature T = 300 K. An increase in the real part of the capacitor capacitance up to the geometric capacitance of oxide layers with increasing temperature is due to a decrease in the electrical resistance of i-Si layer. As a result, with an increase in temperature up to 400 K, the real and imaginary parts of the capacitance take constant values independent of U. The capacitance of i-Si layer with an increase in both temperature T and voltage U is shunted by the electrical conductivity of this layer. The phase shift is determined for a sinusoidal electrical signal with a frequency of 0.3, 1, 10, 30, 100, and 300 MHz applied to the capacitor at temperatures 300 and 400 K.

item.page.description-other

Исследование параметров электрических конденсаторов с различными рабочими веществами представляет интерес для проектирования и создания элементов электроники, в частности для разработки высокочастотных фазосдвигающих цепей. Цель работы рассчитать высокочастотную электрическую емкость конденсатора с рабочим веществом «изолятор нелегированный кремний изолятор» при различных подаваемых на конденсатор постоянных напряжениях, частотах измерительного сигнала и температурах. Предложена модель такого конденсатора, в которой слой нелегированного (собственного) кристаллического кремния (i-Si) толщиной 30 мкм отделен от каждого из электродов конденсатора слоем изолятора (диоксида кремния) толщиной 1 мкм. Рассчитаны зависимости емкости конденсатора от постоянного электрического напряжения U на металлических электродах на нулевой частоте и на частоте измерительного сигнала 1 МГц при абсолютных температурах T = 300 и 400 К. Показано, что действительная часть емкости конденсатора монотонно возрастает, а мнимая часть отрицательна и немонотонно зависит от U при темпера- туре T = 300 К. Увеличение действительной части емкости конденсатора до геометрической емкости оксидных слоев при увеличении температуры обусловлено уменьшением электрического сопротивления слоя i-Si. Вследствие этого с увеличением температуры до 400 К действительная и мнимая части емкости принимают постоянные значения, независящие от U. Емкость слоя i-Si при увеличении как температуры T, так и напряжения U шунтируется электрической проводимостью этого слоя. Определен сдвиг фаз для синусоидального электрического сигнала с частотой 0,3; 1; 10; 30; 100 и 300 МГц, подаваемого на конденсатор при температурах 300 и 400 К.

Description

Citation

Poklonski, N. A. High-Frequency Capacitor with Working Substance "Insulator–Undoped Silicon–Insulator" = Высокочастотный конденсатор с рабочим веществом «изолятор нелегированный кремний изолятор» / N. A. Poklonski, I. I. Anikeev, S. A Vyrko // Приборы и методы измерений. – 2022. – Т. 13, № 4. – С. 247-255.

Collections

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By