High-Frequency Capacitor with Working Substance "Insulator–Undoped Silicon–Insulator"
Loading...
Files
item.page.doi
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.