DE1044285B

DE1044285B - Halbleiteranordnung mit mindestens drei wie bei der Vakuumverstaerkerroehre wirkenden Elektroden

Info

Publication number: DE1044285B
Application number: DES36380A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Heywang
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1953-11-17
Filing date: 1953-11-17
Publication date: 1958-11-20

Description

Halbleiteranordnung mit mindestens drei wie bei der Vakuumverstärkerröhre wirkenden Elektroden Inder Patentanmeldung S 32766 VIII c/21 g ist eine Halbleiteranordnung mit mindestens drei wie bei der Vakuumverstärkerröhre als Anode, Kathode und Steuergitter wirkenden Elektroden, die an zwei flächenförmigen Grenzschichten mit entgegengesetzten Sperrrichtungen und einem zwischen diesen befindlichen Halbleitermittelteil geringer Dicke liegen, innerhalb dessen auf Grund der an die Elektroden gelegten Spannungen im Wege des Anodenstromes ein Potentialwall erzeugt ist, und bei der eine derart geringe Dicke des Halbleitermittelteils von weniger als etwa 10 p, und durch eine solche Ab- bzw. Zunahme der Donatoren- b.zw. Akzeptorendichte innerhalb desselben von einer Elektrode bis zur gegenüberliegenden verwendet ist, daß der Potentialwall von einem wesentlichen Teil der den Anodenstrom bildenden Ladungsträger oder von praktisch allen diesen Ladungsträgern durch den Tunneleffekt, gegebenenfalls unter Mitwirkung thermischer Energie, überwunden werden kann.
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht darin, daß ein Halbleiterkristall, beispielsweise aus Germanium, drei Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit aufweist, wobei zwei Zonen beispielsweise mit n-Leitfähigkeit eine zwischen beiden Zonen verlaufende, mittlere Zone von beispielsweise p-Leitfähigkeit begrenzen. Der zu verstärkende Strom fließt zwischen zwei Elektroden 2 und 4, die an die Leitfähigkeitsbereiche angelegt sind und als Kathode und Anode dienen, während die Steuerung der Anordnung durch eine als Gitter wirkende Steuerelektrode 3 bewirkt wird, die an der mittleren Leitfähigkeitszone p liegt. Die Anordnung hat den Vorteil, daß sie in Analogie zu den bekannten Elektronenröhrenanordnungen arbeitet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Halbleitermaterial, die Betriebstemperatur des Halbleitermaterials und die geometrische Dicke des den Potentialwall auf Grund seiner Raumladungen erzeugenden Bereiches aufeinander so abgestimmt sind, daß die Steuerwirkung des Potentialwalls ein Optimum erreicht und dabei die Temperatur so gewählt ist, daß iin Falle der thermischen Überwindung die Dicke des Potentialwalls in bzw. unterhalb der Größenordnung der Diffusionslänge der Ladungsträger liegt.
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens kann auch eine der Leitfähigkeitszone ein Intrinsic-Bereich sein, dergestalt, daß beispielsweise die mittlere Zone ein Intrinsic-Bereich und die beiden äußeren Zonen n- oder p-Bereiche sind. Schließlich sind noch weitere Kombinationen von Bereichen unterschiedlicher Dotierung möglich, wodurch sich in Abhängigkeit von der Konzentration der Akzeptoren bzw. Donatoren an den Übergängen gewünschte Potentialverhältnisse erzielen lassen. Bei Verwendung von Intrinsic-Bereichen kommt man unter Umständen mit verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aus. Es ist sogar unter Umständen möglich, bei Wahl geeigneter Materialien und entsprechender Anordnung der Zonen verschiedener Leitfähigkeit zu einem Optimum der Wirkungsweise der Halbleiteranordnung zu gelangen. Es läßt sich auch durch geeignete Dotierung ein gewünschter Temperaturgang der Kenngrößen erzielen. Mindestens die mittlere Zone der Halbleiteranordnung besitzt gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens eine auf das verwendete Halbleitermaterial abgestimmte Dicke, welche von der Größenordnung der durch das Halbleitermaterial bedingten Diffusionslänge der Ladungsträger ist.
Silizium ist beispielsweise ein Halbleitermaterial, bei dem zweckmäßig eine erhöhte Betriebstemperatur angewandt wird. Bei Germanium ergibt sich der Vorteil, daß die Betriebstemperatur nur wenig über Zimmertemperatur zu liegen braucht.
Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Materialien mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit, wie sie vorzugsweise Halbleiterstoffe besitzen, welche aus Elementen der III. und V. oder II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems bestehen. Auch solche Halbleiter, welche im Flußspat- oder Antiflußspatgitter kristallisieren, sind von Vorteil.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Halbleiteranordnung mit mindestens drei wie bei der Vakuumverstärkerröhre als Anode, Kathode und Steuergitter wirkenden Elektroden, die an zwei flächenförmigen Grenzschichten mit entgegengesetzten Sperrichtungen und einem zwischen diesen befindlichen Halbleitermittelteil geringer Dicke liegen, innerhalb dessen auf Grund der an die Elektroden gelegten 'Spannungen im Wege des Anodenstromes ein Potentialwall erzeugt ist, und bei der eine derart geringe Dicke des Halbleitermittelteiles von weniger als etwa 10#t und- durch eine solche Ab- bzw. Zunahme der Donatoren-bzw. Akzeptorendichte innerhalb desselben von einer Elektrode bis zur gegenüberliegenden verwendet ist, daß der Potentialwall von einem wesentlichen Teil der den Anodenstrom bildenden Ladungsträger oder von praktisch allen diesen Ladungsträgern durch den Tunneleffekt, gegebenenfalls unter Mitwirkung thermischer Energie, überwunden werden kann, nach Patentanmeldung S 32766 VIII c%21 g, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial, die Betriebstemperatur des Halbleitermaterials und die geometrische Dicke des den Potentialwall auf Grund seiner Raumladungen erzeugenden Bereiches aufeinander so abgestimmt sind, daß die Steuerwirkung des Potentialwalls ein Optimum erreicht und dabei die Temperatur so gewählt ist, daß im Falle der thermischen Überwindung däe Dicke des Potentialwalls in bzw. unterhalb der Größenordnung der Diffusionslänge der Ladungsträger liegt.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch _ gekennzeichnet, daß mindestens eine der Leitfähigkeitszanen ein Intrinsic-Bereich ist.
3. - HaIhI"eiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus Silizium, vorzugsweise aus einem Silizium-Einkristall, besteht und daß eine erhöhte Betriebstemperatur angewandt bzw. zugelassen ist.
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus Germanium, vorzugsweise aus einem Germanium-Einkristall, besteht und daß die Betriebstemperatur bei Zimmertemperatur oder dicht darüber liegt.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus Verbindungen von Elementen der III. und V. öder II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems besteht.
6. HwlbJeiteranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration so gewählt ist, daß geeignete Potentialverhältnisse im Steuerbereich und dessen Umgebung erzielt werden.