DE1021082B

DE1021082B - Flat transistor with five electrodes, which are applied to five alternately successive semiconductor layers of the n-type and p-type, the second and fourth layers of which serve as base layers

Info

Publication number: DE1021082B
Application number: DES39451A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Tigler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-06-02
Filing date: 1954-06-02
Publication date: 1957-12-19

Description

Flächentransistor mit fünf Elektroden, die an fünf abwechselnd aufeinanderfolgenden Halbleiterschichten vom n-Typ und p-Typ anliegen, deren zweite und vierte Schicht als Basisschichten dienen Die zu Verstärkerzwecken benutzten Flächentransistoren besitzen im allgemeinen eine Emitter-, eine Basis- und eine Kollektorelektrode und werden meist in Emitterschaltung betrieben, bei welcher die Emitterelektrode den gemeinsamen Bezugspunkt vom Eingangs- und Ausgangskreis bildet. Der-Eingangswiderstand in dieser Weise. geschalteter Transistoren ist verhältnismäßig niedrig, und für die Steuerung des Transistors wird eine gewisse Steuerleistung benötigt. Diese Eigenschaften bekannter Flächentransistoren werden an Hand von Fig. 1 und 2 beispielsweise erläutert.Flat transistor with five electrodes attached to five alternately one after the other N-type and p-type semiconductor layers are applied, the second and fourth layers thereof The junction transistors used for amplifier purposes serve as base layers generally have an emitter, a base and a collector electrode and are mostly operated in emitter circuit, in which the emitter electrode is the forms a common reference point for the input and output circuit. The input resistance that way. switched transistors is relatively low, and for the control of the transistor requires a certain amount of control power. These properties Known junction transistors are explained with reference to FIGS. 1 and 2, for example.

In Fig. 1 ist ein Flächentransistor vom n-p-n-Typ schematisch dargestellt, dessen mit E bezeichnete Emitterelektrode den gemeinsamen Bezugspunkt von Ein- und Ausgangskreis bildet. Der andere Pol der Eingangsspannungsquelle liegt an der Basiselektrode B, der andere Pol der Ausgangsspannungsquelle an der Kollektorelektrode C. Die Eingangsspannung = Basisspannung tlß liegt in Durchlaßrichtung, die Ausgangsspannung = Kollektorspan.nung UC in Sperrrichtung an den entsprechenden Elektroden des Transistors.In Fig. 1, a junction transistor of the n-p-n type is shown schematically, whose emitter electrode labeled E is the common reference point of input and Forms starting circle. The other pole of the input voltage source is on the base electrode B, the other pole of the output voltage source at the collector electrode C. The input voltage = Base voltage tlß is in the forward direction, the output voltage = collector voltage UC in reverse direction at the corresponding electrodes of the transistor.

In Fig. 2 ist das Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Kennlinienfeld eines nach Fig.1 geschalteten Transistors mit der Basisspannung UB als Parameter wiedergegeben. Eine Steuerung des Transistors ist praktisch nur im Gebiet positiver Basisspannungen -!- U13 möglich, da die Kennlinie für die Basisspannung UB = 0 in nur sehr kleinem Abstand von der Koordinatenachse für die Kollektorspannung verläuft. Der Betrieb dieser Transistorschaltung erfordert infolgedessen eine gewisse Steuerleistung. Es ist daher erwünscht, den Emittereingangswid-erstand möglichst groß zu machen.FIG. 2 shows the collector current-collector voltage characteristic field of a transistor connected according to FIG. 1 with the base voltage UB as a parameter. Control of the transistor is practically only possible in the area of positive base voltages -! - U13, since the characteristic curve for the base voltage UB = 0 runs only a very small distance from the coordinate axis for the collector voltage. As a result, the operation of this transistor circuit requires a certain amount of control power. It is therefore desirable to make the emitter inlet resistance as large as possible.

Mit dem üblichen Dreischichtenflächentransistor scheint dies aussichtslos. Nun ist durch die deutsche Patentschrift 814 487 ein Flächentransistor bekanntgeworden, dessen Halbleiterkörper sich aus fünf abwechselnd aufeinanderfolgenden Halbleiterschichten vom n-Typ und vom p-Typ in der Folge n-p-n-p-n oder p-n-p-n-p aufbaut und jede dieser fünf Schichten mit einer besonderen Elektrode versehen ist, die, in geeigneter Weise geschaltet, eine Sendeanordnung ergeben. Durch die USA.-Patentschrift 2 663 806 ist es bekanntgeworden, einen solchen Fünfschichtentransistor auch als Verstärker anzuwenden. Dabei funktioniert die mittlere Zone als Kollektor und die angrenzende Zone als Basis und schließlich die äußeren Zonen als Emitter. Es hat sich ergeben, daß man durch eine solche Anordnung einen wesentlich höheren Stromverstärkungsfaktor erzielen kann als mit dem bisher üblichen Dreischichtenflächentransistor.With the usual three-layer junction transistor, this seems hopeless. Now a flat transistor has become known through the German patent specification 814 487, whose semiconductor body consists of five alternately successive semiconductor layers of n-type and p-type in the sequence n-p-n-p-n or p-n-p-n-p and each of these five layers is provided with a special electrode which, in a suitable manner switched, result in a transmission arrangement. U.S. Patent 2,663,806 it has become known, such a five-layer transistor also as an amplifier apply. The middle zone functions as a collector and the adjacent one Zone as the base and finally the outer zones as the emitter. It turned out that you get a much higher current gain factor by such an arrangement can achieve than with the previously common three-layer transistor.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flächentransistoren mit fünf Elektroden, die an fünf abwechselnd aufeinanderfolgenden Halbleiterschichten vom n-Typ und p-Typ anliegen, deren zweite und vierte Schicht als Basisschichten dienen. Erfindungsgemäß ist die eine Basisschicht, die als Hauptbasisschicht dient, so dünn bemessen, daß sie für das elektrische Feld zwischen den angrenzenden Schichten eine hohe Durchlässigkeit besitzt; alle n-p-Verbindungen sind in Sperrichtung betrieben und der Arbeitspunkt in der Emitterschaltung ist so gewählt, -daß die Steuerung nur im Sperrbereich der Hauptbasis-Emitter-Strecke erfolgt und sich ein hoher Eingangswiderstand ergibt.The present invention relates to junction transistors with five electrodes attached to five alternating semiconductor layers of the n-type and p-type are applied, their second and fourth layers as base layers to serve. According to the invention, the one base layer that serves as the main base layer is dimensioned so thin that they are suitable for the electric field between the adjacent layers has a high permeability; all n-p connections are operated in the reverse direction and the operating point in the emitter circuit is chosen so that the control only takes place in the blocked area of the main base-emitter path and there is a high input resistance results.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die aus fünf Schichten aufgebauten Flächentransistoren in geeigneter Schaltung dazu geeignet sind, eine Verstärkeranordnung mit besonders hohem Eingangswiderstand zu liefern, und zwar, wenn man die eine Endschicht als Emitter, die angrenzende Schicht als erste Basis (Hauptbasis), die folgende als ersten Kollektor (Hilfskollektor), die nächste als zweite Basis (Hilfsbasis) und die andere Endschicht als zweiten Kollektor (Hauptkollektor) verwendet.The invention is based on the knowledge that the five layers constructed area transistors in a suitable circuit are suitable for a To deliver an amplifier arrangement with a particularly high input resistance, namely, if you have one end layer as the emitter, the adjacent layer as the first base (Main base), the following as the first collector (auxiliary collector), the next as second base (auxiliary base) and the other end layer as second collector (main collector) used.

Die Rückwirkung der Spannung des Hilfskollektors auf den Emitterstrom ist dabei so groß gewählt, daß sich für die Emitterschaltung im Hauptkollektorstrom-Hauptkollektorspannungs-Kennlinienfeld zwischen der Kennlinie für auf Bezugspotential liegende Hauptbasis (Steuerbasis) und der Koordinatenachse für die Kollektorspannung ein zur Steuerung des Transistors geeigneter Bereich ergibt. Der Aufbau und die Eigenschaften dieses neuen Flächentransistors sind an Hand von Fig. 3 und 4 beispielsweise erläutert. Fig. 3 zeigt in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung einen Flächentransistor gemäß der Erfindung vom n-p-n-p-n-Typ; dieser Transistor läßt sich jedoch auch unter Berücksichtigung der umgekehrten Polung der angelegten Spannungen als p-n-p-n-p-Transistor ausbilden. Der Transistor arbeitet in Emitterschaltung, indem die mit ttl bezeichnete Emitterelektrode den gemeinsamen Bezugspunkt für Eingangs- und Ausgangskreis bildet. Die Schaltung ist erfindungsgemäß so getroffen, daß alle n-p-Verbindungen in Sperrichtung betrieben werden. Die an den Emitter itl angrenzende Hauptbasis p1 erhält infolgedessen eine negative Vorspannung - UB, während die folgende Hilfskollektorelektrode n2 positiv vorgespannt wird. Die an den Hilfskollektor angrenzende Hilfsbasis p2 liegt an einer festen Spannung, im vorliegenden Fall auf Bezugspotential. Die Hauptkollektorelektrode tt3 schließlich liegt an einer positiven Kollektorspannung -I - Uc.The reaction of the voltage of the auxiliary collector on the emitter current is selected so large that there is a suitable area for controlling the transistor for the emitter circuit in the main collector current-main collector voltage characteristic field between the characteristic curve for the main base at reference potential (control base) and the coordinate axis for the collector voltage results. The structure and properties of this new junction transistor are explained with reference to FIGS. 3 and 4, for example. FIG. 3 shows, in a representation corresponding to FIG. 1, a junction transistor according to the invention of the npnpn type; however, this transistor can also be designed as a pnpnp transistor, taking into account the reverse polarity of the applied voltages. The transistor works in an emitter circuit, in that the emitter electrode labeled ttl forms the common reference point for the input and output circuit. According to the invention, the circuit is designed in such a way that all np connections are operated in the reverse direction. As a result, the main base p1 adjoining the emitter itl receives a negative bias voltage - UB, while the following auxiliary collector electrode n2 is positively biased. The auxiliary base p2 adjoining the auxiliary collector is connected to a fixed voltage, in the present case to reference potential. Finally, the main collector electrode tt3 is connected to a positive collector voltage -I - Uc.

Das Hauptkollektorstrom-Hauptkollektorspannungs-Kennlinienfeld eines Transistors nach Fig.3 ist in Fig.4 beispielsweise dargestellt. Durch die verhältnismäßig große Rückwirkung der Hilfskollektorspannung auf den Emitterstrom wird das Kennlinienfeld gegenüber Fig.2 praktisch als Ganzes nach oben verschoben, so daß der Arbeitspunkt in der Emitterschaltung erfindungsgemäß so gewählt werden kann, daß die Steuerung nur im Sperrbereich der Hauptbasis-Emitter-Strecke erfolgt und sich ein hoher Eingangswiderstand ergibt. Die Steuerung des Transistors erfolgt mithin praktisch leistungslos. Die erforderliche .große Rückwirkung des Hilfskollektors kann gemäß der Erfindung durch hohe Durchlässigkeit der Hauptbasisschicht für das elektrische Feld zwischen den angrenzenden Schichten erzielt werden. Dies kann durch Ausbildung der Hauptbasis als entsprechend dünne Schicht geschehen.The main collector current-main collector voltage characteristic field of a The transistor according to FIG. 3 is shown in FIG. 4, for example. By the proportionate The characteristic curve field becomes large retroactive effect of the auxiliary collector voltage on the emitter current compared to Figure 2 practically shifted as a whole upwards, so that the working point in the emitter circuit can be selected according to the invention so that the control only takes place in the blocked area of the main base-emitter path and there is a high input resistance results. The transistor is therefore controlled with practically no power. the required .large reaction of the auxiliary collector can according to the invention by high permeability of the main base layer to the electric field between the adjacent layers can be achieved. This can be done by training the main base happen as a correspondingly thin layer.

Entsprechend einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist die Rückwirkung der Spannung des Hauptkollektors auf den Emitterstrom so klein, daß die zulässige Hauptkollektor-Spannungs-Steuerung des Transistors annähernd 1 wird. Die erforderliche kleine Rückwirkung des Hauptkollektors läßt sich durch entsprechend geringe Durchlässigkeit der Hilfskollektorschicht für das elektrische Feld zwischen den angrenzenden Schichten erzielen. Es ist ferner zweckmäßig, die Durchlässigkeit der Hilfsbasisschicht für das elektrische Feld mindestens ebenso groß zu wählen wie die Durchlässigkeit der Hauptbasisschicht. Die Stromaufnahme des Hilfskollektors wird dabei klein gegenüber dem Strom des Hauptkollektors gehalten.The retroactive effect is in accordance with a further development of the concept of the invention the voltage of the main collector on the emitter current so small that the permissible Main collector voltage control of the transistor becomes approximately 1. The required small reaction of the main collector can be reduced by correspondingly low permeability the auxiliary collector layer for the electric field between the adjacent layers achieve. It is also useful, the permeability of the auxiliary base layer for to choose the electric field at least as large as the permeability of the Main base layer. The power consumption of the auxiliary collector is small compared to this kept the current of the main collector.

Die mit dein Transistor gemäß der Erfindung an Hand der als Beispiel gewählten Emitterschaltung erzielbaren Vorteile lassen sich auch dann erreichen, wenn der neue Transistor in einer Schaltung benutzt wird, in welcher eine andere Elektrode als gemeinsamer Bezugspunkt vom Eingangs- und Ausgangskreis dient, insbesondere in der Kollektorschaltung.The one with your transistor according to the invention using the example The advantages that can be achieved by the selected emitter circuit can also be achieved if the new transistor is used in a circuit in which another Electrode serves as a common reference point for the input and output circuit, in particular in the collector circuit.

Claims

PATENT CLAIM: Flat transistor with five electrodes connected to five alternately successive semiconductor layers of the n-type and p-type are applied, the second and fourth layers of which serve as base layers, characterized in that that the one base layer, which serves as the main base layer, is dimensioned so thin, that they have a high permeability for the electric field between the adjacent layers has that old n-p connections are operated in the reverse direction and that the operating point in the knight circuit is chosen so that the control only in the blocking range of the Main base-emitter path takes place and there is a high input resistance. Considered publications: German patent specification No. 81-1487; U.S. Patent \ r. 2,663,806.