DE1055692B

DE1055692B - Transistor mit einem flachen Koerper aus halbleitendem Material mit mehreren sperrfreien und sperrenden Elektroden

Info

Publication number: DE1055692B
Application number: DEI11649A
Authority: DE
Inventors: Richard Frederick Rutz
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1954-09-27
Filing date: 1956-05-05
Publication date: 1959-04-23
Also published as: DE1035776B; FR1152077A; BE541575A; GB831535A; CH339292A; FR1167594A; DE1076175B

Description

Transistor mit einem flachen Körper aus halbleitendem Material mit mehreren sperrfreien und sperrenden Elektroden Bei dem Transistor nach dem Hauptpatent, der einen flachen Körper aus halbleitendem Material, z. B. Germanium oder Silizium, mit einer oder mehreren sperrfreien Elektroden und einer oder mehreren sperrenden Spitzenelektroden enthält, sind diese Elektroden auf der einen Oberfläche des Halbleiterkörpers so angebracht, daß zwischen zwei von diesen Elektroden eine Potentialdifferenz parallel zu der Oberfläche angelegt ist. Außerdem ist auf der anderen gesamten Oberfläche des Halbleiterkörpers eine flächenhafte Elektrode mit einer vorgelagerten Halbleiterschicht vom umgekehrten Leitungstyp solcher geringen Stärke angeordnet, daß diese Halbleiterschicht über ihren gesamten Bereich ein einheitliches, von der Flächenelektrode aufgeprägtes Potential annimmt und dadurch den PN-Übergang in seiner Längenaufteilung aufteilt in einen Bereich mit einer Polung in Flußrichtung und in einen Bereich mit einer Polung in Sperrichtung bezüglich einer Spitzenelektrode und zwischen beiden Bereichen des PN-Überganges ein Äquipotentialpunkt entsteht. Dieser Transistor hat den Vorteil der Steuerbarkeit der Kollektorkennlinien und der Entbehrlichkeit der Emitterspannungsquelle. Bei einer bistabilen Arbeitsweise läßt er sich zudem mit einem sehr geringen Steuerstrom aus seinem Zustand niedrigen Kollektorstromes in einen Zustand sehr hohen Kollektorstromes treiben.
Die Erfindung stellt eine vorteilhafte Weiterbildung des im Hauptpatent vorgeschlagenen Transistors dar. Gemäß der Erfindung ist bei dem Transistor nach dem Hauptpatent eine sperrfreie Zentralelektrode zwischen zwei sperrenden Spitzenelektroden eingeschlossen, und diese drei Elektroden sind auf der einen Halbleiteroberfläche aufgesetzt bzw. vorgesehen. Dies ermöglicht, in besonders einfacher und wirksamer Weise selektiv den Stromfluß zu den beiden sperrenden Spitzenelektroden zu steuern. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist vorzugsweise ein zweiter Kollektor auf derselben Seite der Zone mit hohem spezifischem Widerstand wie der erste Kollektor vorgesehen. Die Stromverteilung zwischen den beiden Kollektoren ist durch ein elektrisches Feld bestimmt, das an die Zone höheren spezifischen Widerstands angelegt ist. Die beiden Kollektoren sind durch einen Abstand voneinander getrennt, der wesentlich größer als die Ausbreitungsstrecke der Minoritätsladungsträger ist. Der Spannungsabfall über wenigstens eine der beiden Zonen ist steuerbar, durch den die Polarität und die Größe über den Teil des PN-Überganges, der dem entsprechenden Kollektor gegenüberliegt, bestimmt werden.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für beispielsweise Ausführungsformen näher erläutert. Der Transistor 1 nach Fig. 1 enthält einen Halbleiterkörper mit einer Zone 2 vom N-Typ und einer Zone 3 vom P-Typ. Diese beiden Zonen sind durch den PN-Übergang 4 voneinander getrennt. An der freien, breiten Oberfläche der Halbleiterzone 2 befinden sich die beiden ohmschen Anschlüsse 5 und 6 und an der freien, breiten Oberfläche der Halbleiterzone 3 der breitflächige, plattenförmige ohmsche Anschluß 7. Mit 8' und 9 sind zwei Kollektoren bezeichnet, die zwischen den beiden Außenanschlüssen 5 und 6 auf die Halbleiterzone 2 gegenüber dem PN-Übergang 4 aufgesetzt sind und wiederum die sperrfreie Elektrode 10 einschließen. Die Kollektoren 8' und 9 sind durch den Abstand 11 voneinander getrennt, der größer als die Ausbreitungsstrecke oder Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger für die mittlere Lebensdauer in der N-Zone 2 ist. Die Schichtstärke 12 der N-Zone 2 zwischen der Oberfläche, an der die Kollektoren 8' und 9 angeschlossen sind, und dem PN-Übergang 4, soll höchstens gleich der Ausbreitungsstrecke sein.
Der spezifische Widerstand der N-Zone 2 soll hinreichend größer sein als der der P-Zone 3, damit eine wirksame Emission der Minoritätsladungsträger vom PN-Übergang 4 aus sichergestellt ist. Zum Beispiel ist zweckmäßig der spezifische Widerstand der N-Zone 2 gleich dem zehnfachen spezifischen Widerstand der P-Zone 3. Insbesondere kann ein spezifischer Widerstand von 5 Ohm ₧ cm für die Zone 2 und ein spezifischer Widerstand von 0,5 Ohm # cm für die Zone 3 gewählt werden.
Die Reihenfolge der Zonen-Typen im Halbleiterkörper kann auch vertauscht sein, d. h. die Zone 2 kann ein Halbleiter vom P-Typ und die Zone 3 ein Halbleiter vom N-Typ sein. Bei einer solchen Vertauschung sind dieselben Beschränkungen in den Abmessungen und in den Widerstandsverhältnissen, wie oben beschrieben ist, zu berücksichtigen, d. h., die Ausbreitungsstrecke der Minoritätsladungsträger in der Zone 2 bestimmt immer die Beschränkungen hinsichtlich der Abmessung, und die Zone 2 weist stets einen größeren spezifischen Widerstand als die Zone 3 auf.
Die sperrenden Elektroden 8' und 9 können als elektrische Punktkontakte ausgebildet sein, oder sie können irgendeinen anderen Kollektoraufbau mit einer Stromverstärkung größer als eins und bei einem N-Typ-Material vorzugsweise größer als (1 + b) aufweisen, wobei b die Beweglichkeit des Elektronen- und des Löcherstromes in der Zone 2 bedeutet. Bei einem P-Typ-Material ist die Stromverstärkung vorzugsweise größer als Der ohmsche, elektrische Anschluß 10 befindet sich an der oberen Fläche der N-Zone 2 zwischen den sperrenden Spitzenelektroden 8' und 9. Ein plattenförmiger, ohmscher Anschluß 7 erstreckt sich fast über die ganze untere Fläche der P-Zone 3. Der spezifische Widerstand der Zone 3 ist klein genug, und diese Zone ist dünn genug, so daß mittels des Anschlusses 7 die P-Zone als eine Äquipotentialzone arbeitet.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dieser Transistor besteht ursprünglich aus einem Block 88 mit NPN-Schichtmaterial, dessen Umrisse gestrichelt angedeutet sind. Die obere Fläche des Transistors ist dann derart ausgespart, daß die drei Aussparungen 89, 90 und 91 entstehen, die sich durch die oberen N- und P-Zonen bis zur N-Hauptzone 92 erstrecken. Die untere Seite der N-Zone 92 ist schräg abgeschnitten; in sie ist die P-Zone 93 eingelassen. Wegen der Abschrägung liegt die P-Zone 93 nicht symmetrisch zu den beiden gegenüberliegenden P-Zonen 94 und 95. Jede der P-Zonen 94 und 95 mit ihrer zugehörigen N-Zone 96 bzw. 97 bildet einen an sich bekannten PN-Hookkollektor mit hohem Verstärkungsfaktor.
Durch die mangelnde Symmetrie zwischen der P-Zone 93 und den beiden Hookkollektoren erreicht man im Gebrauch eine Bevorzugung des einen Kollektors, was für eine bistabile Arbeitsweise von Vorteil ist. Der plattenförmige ohmsche Kontakt 98 erstreckt sich über die Fläche der P-Zone 93 und übt die Funktion des ohmschen Anschlusses 7 in der Anordnung nach Fig. 1 aus.

Claims

PATENTANSRÜCHE. 1. Transistor mit einem flachen Körper aus halbleitendem Material, z. B. aus Germanium oder Silizium, mit einer oder mehreren sperrfreien Elektroden und einer oder mehreren sperrenden Spitzenelektroden, bei dem diese Elektroden auf der einen Oberfläche des Halbleiterkörpers angebracht sind, bei dem zwischen zwei von diesen Elektroden eine Potentialdifferenz parallel zu der Oberfläche angelegt ist und bei dem auf der anderen gesamten Oberfläche des Halbleiterkörpers eine flächenhafte Elektrode mit einer vorgelagerten Halbleiterschicht vom umgekehrten Leitungstyp solcher geringen Stärke angeordnet ist, daß diese Halbleiterschicht über ihrem gesamten Bereich ein einheitliches, von der Flächenelektrode aufgeprägtes Potential annimmt und dadurch den PN-Übergang in seiner Längenausdehnung aufteilt in einen Bereich mit einer Polung in Flußrichtung und in einen Bereich mit einer Polung in Sperrichtung bezüglich einer Spitzenelektrode und zwischen beiden Bereichen des PN-Überganges ein Äquipotentialpunkt entsteht, nach Patent 1035 776, dadurch gekennzeichnet, daß eine sperrfreie Zentralelektrode (10) zwischen zwei sperrenden Spitzenelektroden (8', 9) eingeschlossen ist und diese drei Elektroden auf der einen Halbleiteroberfläche aufgesetzt bzw. vorgesehen sind.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zwei sperrenden Spitzenelektroden (8', 9) ein vorgelagerter flächenhafter Hook (94, 95) vorgesehen ist.
3. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, die Zentralelektrode (10) einschließenden sperrenden Elektroden (8', 9) einen Abstand (11) gegeneinander einnehmen, der größer als die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger bei mittlerer Lebensdauer im Halbleiterkörper ist, auf dem diese sperrenden Elektroden aufgebracht sind.
4. Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sperrenden Elektroden (8', 9) Kollektorelektroden sind.
5. Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden sperrenden Elektroden derart vorgespannt ist, daß sie als Emitter wirksam ist.
6. Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsabfälle über beide Zonen (2, 3) des Halbleiterkörpers steuerbar sind.
7. Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jener Teil des PN-Überganges (4), welcher einer der beiden sperrenden Elektroden gegenüberliegt, gegenüber dieser Elektrode derart vorgespannt ist, daß diese als Kollektor wirksam ist. B. Transistor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spannungsabfall steuernden Schaltelemente aus den beiden sperrenden Elektroden (8', 9) und aus einem ohmschen Anschluß (5) zwischen Erde und einer Stelle auf der ersten Zone (2), die von den sperrenden Elektroden räumlich getrennt ist, bestehen. 9. Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zone des Halbleiterkörpers derart abgeschrägt ist, daß sie an ihrem einen Ende wesentlich dünner ist als an ihrem anderen Ende und daß diese abgeschrägte Form der einen Zone das Sammeln der Minoritätsträger besonders an dem einen der beiden sperrenden Elektroden begünstigt (Fig. 2). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 890 847; deutsche Patentanmeldung N 8375 VIIIc/21 g (bekanntgemacht am 24. März 1955) ; französische Patentschrift Nr. 1074 866.