DE1021955B

DE1021955B - Halbleiter-Signaluebertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE1021955B
Application number: DEW14876A
Authority: DE
Inventors: Walter Hauser Brattain; Charles Geoffrey Blyth Garrett
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1953-10-16
Filing date: 1954-09-14
Publication date: 1958-01-02
Also published as: US2870344A; BE532508A; FR1106324A; NL190984A; CH328249A

Description

Die Erfindung verbessert Halbleitereinrichtungen, die zur Erzeugung, Verstärkung oder sonstigen Übertragung elektrischer Signale bestimmt sind. Hierzu gehören die Transistoren, welche bei einer Ausführungsform aus einem Halbleiterkörper, wie Silizium oder Germanium, mit drei Elektroden, die Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode genannt werden, bestehen. Gewöhnlich ist die Basiselektrode im wesentlichen ohmisch, während die Emitterelektrode und die Kollektorelektrode gleichrichtend sind.

Im allgemeinen ist im Betrieb die Emitterelektrode in Flußrichtung bzw. in der Richtung mit geringem Widerstand vorgespannt, während die Kollektorelektrode in Sperrichtung bzw. in der Richtung mit hohem Widerstand vorgespannt ist. Die Physik der Transistorwirkung beruht auf der Modulation der Minderheitsladungsträgerkonzentration im Halbleiterkörper, z. B. durch Einbringen von Minderheitsladungsträgern in den Halbleiter an der Emitterelektrode, ferner darauf, daß die Minderheitsladungsträger zur Kollektorelektrode fließen und an dieser Elektrode gesammelt werden. Wenn z. B. die Masse des halbleitenden Körpers N-Typ-Leitfähigkeit aufweist, sind die Mehrheitsladungsträger im Körper Elektronen. Es können Löcher, also Minderheitsladungsträger, an der Emitterelektrode eingebracht werden, die zur Kollektorelektrode fließen und durch diese gesammelt werden. Wenn der Halbleiterkörper aus P-Typ-Material besteht, sind die Minderheitsladungsträger Elektronen. Eine Minderheitsladungsträgermodulation kann auch durch einen Verarmungsvorgang bewirkt werden, z. B. durch Herausziehen solcher Ladungsträger aus dem Halbleiterkörper.

Bei Transistoren der bekannten Arten sind die Elektroden metallisch. Die Wirksamkeit der erreichbaren Transistorwirkung ist in großem Maße von den Eigenschaften der Grenzflächen zwischen Metall und Halbleiterkörper abhängig. Zum Beispiel muß die Kollektorelektrodenfläche zwischen Elektrode und Halbleiterkörper eine gleichrichtende Verbindung bilden, die in der Lage ist, die zur ihr fließenden Minderheitsladungsträger zu sammeln. Um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, kann z. B. eine besondere chemische Behandlung der Halbleiteroberfläche, eine elektrische Behandlung der Verbindung zwischen Kollektorelektrode und Halbleiterkörper erforderlich sein.

Die Energie, die zur Erreichung einer Verstärkung erforderlich ist, wird von elektrischen Spannungsquellen geliefert, die außerhalb des Halbleiterkörpers und seiner Elektroden und getrennt von diesen angeordnet sind.

Die Erfindung will die Abhängigkeit von äußeren getrennten elektrischen Spannungsquellen beseitigen und eine Signalübertragungseinrichtung mit eigener Energieversorgung verfügbar machen.

In Verbindung damit will die Erfindung die Verwirklichung von neuen und vorteilhaften Eigenschaften Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitsctieidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Oktober 1953

Walter Hauser Brattain, Chatham, N. J.,
und Charles Geoffrey Blythe Garrett, Morristown,

N. J. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

bei Halbleiter-Signalübertragungseinrichtungen ermögliehen.

Die Erfindung beruht zum Teil auf der Feststellung, daß eine Grenzflächeneigenschaft, die mit Vorteil zur Sammlung von Minderheitsladungsträgern in einem Halbleiterkörper, z. B. von in den Halbleiterkörper eingebrachten Ladungsträgern, oder zur Modulation der Minderheitsladungsträgerdichte in einem Halbleiterkörper verwendet werden kann, zwischen einem elektronischen Halbleiterkörper und einem Elektrolyt erzielt werden kann.

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf eine Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung, die einen festen, mit einer Basiselektrode versehenen Körper aus Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silizium, enthält und zwei weitere Elektroden, die Emitter- und Kollektorelektrode, aufweist, die außerhalb des Halbleiterkörpers mit der Basiselektrode schaltungsmäßig verbunden sind. Erfindungsgemäß befindet sich zwischen der Emitter- oder Kollektorelektrode und einem von der Basiselektrode abgelegenen Bereich des Halbleiterkörpers ein mit diesem Bereich in Berührung stehender Elektrolyt, in welchen die von dem Halbleiterkörper in Abstand gehaltene Emitteroder Kollektorelektrode eintaucht; dieser Bereich des Halbleiterkörpers und die eingetauchte Elektrode bilden zusammen mit dem Elektrolyt ein galvanisches Element, und die eingetauchte Elektrode des galvanischen Elementes ist so angeordnet, daß sie sich während des Betriebes elektrochemisch auflöst.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, in einen mit einer Halbleiterfläche in Berührung stehenden Elektrolyt

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Elektroden einzutauchen, um dadurch die Oberflächen- oder durch eine Emitterelektrode, z. B. eine Punktladung an dem Halbleiterkörper zu ändern. Die Funktion kontakt- oder eine Legierungs-Verbindungselektrode bedes Elektrolyts besteht dabei in derjenigen eines Di- wirkt werden. Die Emitterelektrode kann durch eine elektrikums, welches das Zustandekommen einer kapazi- äußere Spannungsquelle oder durch das galvanische tiven Verbindung zwischen der Emitterelektrode und der 5 Element vorgespannt werden, z.B. mit Hilfe eines ge-Halbleiterfläche ermöglicht. Zwischen diesen Teilen wird eigneten Widerstandes in der Zuführung der Basiseine wesentliche Isolation aufrechterhalten. Die Aufgabe elektrode.

der bekannten Kombination erschöpft sich somit darin, Es ist im übrigen möglieh, einen zweiten Elektrolyt und

an die Oberfläche des Halbleiterkörpers ein Feld anzu- eine zweite Tauchelektrode in Verbindung mit dem Halblegen, welches seinerseits die elektrische Kennlinie des ¹⁰ leiterkörper vorzusehen, um eine Minderheitsladungs-Halbleiterkörpers steuert. Demgemäß findet ein Elektro- trägermodulation und damit eine Steuerung des Stroms lyt Verwendung, der weder mit dem Halbleitermaterial im Kollektorelektroden-Basiselektroden-Kreis hervorzunoch mit dem Material der Eingangselektrode eine bringen.

chemische Reaktion eingeht und sich nicht zersetzt. Der zweite Elektrolyt und die zweite Tauchelektrode

Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht die ¹S können so verbunden werden, daß die Kollektorelektro-Signalübertragungseinrichtung aus einem Halbleiter- denvorspannung erzeugt oder erhöht wird, körper, z. B. Germanium oder Silizium, mit einer als Bekanntlich beruht die Wirkung einer Kollektor-

ohmscher Kontakt ausgeführter Basiselektrode und Mit- elektrode darauf, daß die Impedanz der Kollektorelekteln für die Modulation der Minderheitsladungsträger, trode von der Konzentration der Minderheitsladungsz. B. einer Emitterelektrode zum Einbringen von Minder- 20 träger im Halbleiterkörper abhängt. Die Kollektorheitsladungsträgern in den Halbleiterkörper, sowie aus elektrodenimpedanz kann durch Vergrößerung und Vereiner Elektrode, die im Abstand vom Halbleiterkörper kleinerung der Minderheitsladungsträgerdichte vergrößert liegt und zusammen mit dem Halbleiterkörper und einem und verkleinert werden. Wenn die Wirkung bei einem dazwischen befindlichen Elektrolyt ein galvanisches anderen Kontakt eine Erhöhung der Minderheitsladungs-Element mit solcher Polarität bildet, daß die Minder- 25 träger über die normalerweise bei thermodynamischem. heitsladungsträger zur Grenzfläche zwischen Halbleiter- Gleichgewicht des Halbleiterkörpers vorhandene Konzenbereich und Elektrolyt hinfließen. tration darstellt, wird dieser Vorgang im allgemeinen als

Der Elektrolyt wird so gewählt, daß er einen gleich- Ladungsträgereinbringung bezeichnet. Eine Verringerung richtenden Kontakt mit dem Bereich des Halbleiter- der Konzentration der Minderheitsladungsträger unter körpers bildet; die Elektrode besteht aus einem Material, 3o den Gleichgewichtswert kann als Ladungsträgerverarmung das in bezug auf den Elektrolyt reversibel ist, und weist bezeichnet werden. Wichtig ist, daß die Impedanz der ein Normalpotential auf, das je nach dem Leitfähigkeits- Kollektorelektrode durch Änderung der Minderheitstyp des Halbleiterkörpers höher oder niedriger als das ladungsträgerkonzentration moduliert werden kann, sei es Potential ist, bei dem der Halbleiter in Lösung in den durch Verarmung oder Einbringung. Im übrigen kann Elektrolyt geht. Bei einer besonderen Kombination, bei 35 man, wenn die Kollektorelektrodenimpedanz und deren der der Halbleiterkörper aus N-Typ-Germanium besteht, Modulation groß genug sind, während die Impedanz, über können ein Elektrolyt aus wässerigem Kaliumhydroxyd, die die Ladungsträgerkonzentration geändert oder moduz. B. eine 10°/₀ige Normallösung, und eine Elektrode aus liert wird, klein genug ist, eine Leistungsverstärkung Silber—Silberoxyd verwendet werden. Wenn das Ger- erreichen, gleichgültig, ob der Vorgang Verarmung oder manium und die Elektrode verbunden werden, entsteht 40 Einbringung ist. Insbesondere hat man gefunden, daß ein Potential an dem galvanischen Element. Die innere ein elektrolytischer Kontakt benutzt werden kann, um elektromotorische Kraft liegt in der Größenordnung von die Minderheitsladungsträgerdichte in solcher Weise zu i:Volt. Der Strom durch das galvanische Element fließt modulieren, daß diese ihrerseits die Impedanz einer in solcher Richtung, daß die Germaniumoberfläche Kollektorelektrode moduliert und damit eine Übertraanodisch vorgespannt wird. 45 gungseinrichtung bildet. Eine in diesem Sinne ausge-

Der maximale Strom, der durch das galvanische EIe- führte Anordnung enthält zwei elektrolytische Kontakte, ment fließen kann, ist der Sättigungsstrom in Sperrichtung die beide als Kollektorelektroden vorgespannt sind, welche des gleichrichtenden Kontakts, der an der Grenzfläche in Wettbewerb um die Minderheitsladungsträger treten, zwischen Halbleiterkörper und Elektrolyt gebildet wird. Wenn der Stromvervielfachungsfaktor α an jeder Ober-Wenn jedoch Minderheitsladungsträger in den Halbleiter- 50 fläche etwas größer als Eins ist, bildet diese Kombination körper eingebracht werden, wird ein wesentlicher Teil der- eine Einrichtung, bei der die eine Kollektorelektrode eine selben zur Grenzfläche zwischen Halbleiterbereich und niedrige Impedanz und die andere eine hohe Impedanz in Elektrolyt gezogen und dort gesammelt. Hierdurch wird bezug auf die Basiselektrode hat und bei der ein Signal eine Änderung des Oberflächenpotentials verursacht, so von geeigneten Vorzeichen und geeigneter Größe an der daß sich eine Vergrößerung des Stroms des galvanischen 55 einen oder der anderen Kollektorelektrode die Einrich-Elements ergibt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der tung auf das andere Extrem umschaltet. Stromvervielfachungsfaktor der Kombination etwa Eins Allgemein kann die Erfindung bei Einrichtungen ver-

oder größer ist, d. h., jede elektronische Einheitsladung, wendet werden, bei denen das galvanische Element entdie durch die Grenzfläche zwischen Germanium und weder im Eingangsteil oder im Ausgangsteil oder in beiden Elektrolyt gesammelt wird, veranlaßt eine oder mehrere 60 Teilen enthalten ist. Zum Beispiel kann das galvanische elektronische Einheitsladungen dazu, in dem Kreis des Element im Kollektorelektrodenkreis enthalten sein, und galvanischen Elements zu fließen. Da die Wechselstrom- die Emitterelektrode kann die übliche Form haben und impedanz der Kollektorelektrode im Vergleich zur Emit- entweder durch das galvanische Element gemäß der Erfinterelektrodenimpedanz groß ist, so wird eine Leistungs- dung oder durch eine äußere elektrische Spannungsquelle verstärkung erzielt. Diese Arbeitsenergie und diese Ver- 65 vorgespannt sein. Nach einem weiteren Ausführungsstärkung haben ihre Ursache in der elektrochemischen beispiel kann das galvanische Element im Emitter-Wirkung. Die Kombination stellt somit eine Signalüber- elektrodenkreis enthalten sein, und die Kollektorelektrode übungseinrichtung mit eigener Stromversorgung dar. kann die übliche Form haben und durch eine äußere Das Einbringen von Minderheitsträgern kann durch elektrische Spannungsquelle oder durch das galvanische einen auf den Halbleiterkörper auffallenden Lichtstrahl 70 Element gemäß der Erfindung vorgespannt sein. Ferner

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können galvanische Elemente sowohl im Emitterelek- Die Erfindung sowie ihre obengenannten und andere

trodensystem als auch im Kollektorelektrodensystem ent- Merkmale werden aus der ins einzelne gehenden Erläutehalten sein. Weiter können bei einer anderen Ausführung rung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständdie galvanischen Elemente zum Teil durch die Endzonen lieh. In der Zeichnung zeigt

eines Verbindungstransistors gebildet werden, wobei der 5 Fig. 1 einen teilweise im Schnitt dargestellten Aufriß Elektrolyt oder die Elektrolyte so beschaffen sind, daß sie einer Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach der im wesentlichen ohmsche Kontakte an der Endzone oder Erfindung,

den Endzonen bilden. Fig. 2 und 3 Ausführungsformen von Verstärkern nach

Die Bedingungen, unter denen die elektrischen Eigen- der Erfindung,

schäften einer Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Halb- i° Fig. 4 einen Oszillator mit einer nach der Erfindung leiterbereich ohmisch oder gleichrichtend sind, sollen aufgebauten Übertragungseinrichtung,
nachfolgend geschildert werden. Wenn eine Vorspannung Fig. 5 eine Ausführungsform, bei der sowohl der

in solchem Sinne angelegt wird, daß an der Halbleiter- Emitterelektrodenteil als auch der Kollektorelektrodenoberfläche eine Schicht aus Ionen mit dem gleichen Vor- teil galvanische Elemente enthalten,
zeichen wie das der Mehrheitsladungsträger im Halbleiter- 15 Fig. 6 eine Ausführungsform, bei der nur der Emitterkörper entsteht, wird unter dem Einfluß einer solchen elektrodenteil ein galvanisches Element enthält,
Ionenschicht ein Oberflächen- (Raumladungs-) Gebiet im Fig. 7 eine nach der Erfindung aufgebaute Übertra-

Halbleiter mit einem Leitfähigkeitstyp gebildet, der dem- gungseinrichtung, bei der ein fester Elektrolyt verwendet jenigen des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist. Diese wird,

Bedingung wird durch eine anodische Vorspannung bei 20 Fig. 8 die Anwendung der Erfindung bei einem Ver-N-Typ-Halbleitern oder durch eine kathodische Vor- bindungstransistor,

spannung bei P-Typ-Halbleitern erfüllt. Bei der er- Fig. 9 eine graphische Darstellung, welche die Arbeits-

wähnten Vorspannungsrichtung fließt bekanntlich der kennlinien einer nach der Erfindung aufgebauten KoI-Strom zum großen Teil als Minderheitsladungsträger in lektorelektrodenverbindung veranschaulicht,
den Halbleiter, so daß die Oberfläche gleichrichtende 25 Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung besteht aus einer Eigenschaften hat. Bei entgegengesetzter Vorspannungs- Scheibe 10 aus elektronischem Halbleitermaterial, wie richtung (anodisch beim P-Typ, kathodisch beim N-Typ) Germanium oder Silizium, mit einer als ohmscher Kontakt fließt bekanntlich der Strom zum großen Teil als Mehr- ausgeführten Elektrode 11 und einer Emitterelektrode 9. heitsladungsträger, so daß der Kontakt im wesentlichen Letztere kann in verschiedener Weise ausgeführt sein,

ohmisch ist. Es sei ferner bemerkt, daß in Reihe mit der 30 Bei der gezeichneten Form weist der Halbleiterkörper Impedanz, die der Halbleiter zur Grenzflächenimpedanz N-Typ auf, und die Emitterelektrode ist durch Aufbeiträgt, eine zusätzliche Impedanz vorhanden ist, die schmelzen eines Akzeptors, z. B. Indium, hergestellt, um durch die Eigenschaften der ionischen Doppelschicht ent- dadurch eine P-Typ-Zone 12 zu bilden,
steht. Diese zusätzliche Impedanz ist in anodischer Rieh- An der der Emitterelektrode gegenüberliegenden Fläche

tung bei Germanium und einem wässerigen Elektrolyt 35 ist an der Scheibe 10 ein Gehäuse 13 befestigt, z. B. ein niedrig, vorausgesetzt, daß die Oxydationsprodukte gelöst Glashohlkörper, der an die Scheibe angekittet ist. Das und nicht als isolierender Film niedergeschlagen werden. Gehäuse bildet mit der Scheibe einen Behälter, der einen Ein Weg zur Erzielung dieses Zustandes besteht darin, Elektrolyt 14 enthält, in den eine als Kollektorelektrode es so einzurichten, daß der Elektrolyt alkalisch ist. dienende Elektrode 15 eintaucht.

Durch Verwendung des Halbleiters als eine der Elek- 40 Zwecks leichterer Übersicht ist in allen Figuren die troden eines galvanischen Elements kann man es ein- Basiselektrode mit B, die Emitterelektrode mit E und die richten, daß der Vorstrom, der notwendig ist, um der Kollektorelektrode mit C bezeichnet.
Halbleiteroberfläche die gewünschten elektrischen Eigen- Der Elektrolyt 14 bildet zusammen mit der Scheibe 10

schäften zu geben, ohne äußere Stromversorgung geliefert und der Elektrode 15 ein galvanisches Element, dessen wird. Die innere elektromotorische Kraft des galvani- 45 elektromotorische Kraft durch die Differenz zwischen den sehen Elements ist die Differenz zwischen den Normal- Normalpotentialen des Halbleiters und des Elektrodenpotentialen der beiden Elektroden. Die Richtung des materials bestimmt ist. Bei einem typischen Aufbau beStroms durch einen an die Elektroden des galvanischen stand die Scheibe 10 aus N-Typ-Germanium, die Elek-Elements angeschlossenen Widerstand hängt davon ab, trode 15 war ein Silber-Silberoxyd-Netz, und als Elektrowelches Normalpotential höher ist. Wenn z. B. das Nor- 50 lyt diente eine 10%ige wässerige Normallösung aus malpotential der zweiten Elektrode kleiner als das Poten- Kaliumhydroxyd. Die innere elektromotorische Kraft tial ist, bei dem der Halbleiter reversibel in oxydierter des galvanischen Elements betrug etwa 0,6 Volt, und die Form in Lösung geht, dann fließt durch Anschließen eines Polarität war derart, daß das Germanium anodisch vorWiderstandes zwischen die Elektroden des Elements ein gespannt war.

Strom in solchem Sinne, daß der Halbleiter anodisch vor- 55 Im übrigen ist die Verbindung Halbleiterkörper— gespannt wird. Hierdurch entsteht ein gleichrichtender Elektrolyt gleichrichtend, und die Sperrimpedanz ist Kontakt an N-Typ-Halbleitern und ein im wesentlichen hoch. Bei der erwähnten typischen Einrichtung lag die ohmscher Kontakt an P-Typ-Halbleitern. Wenn anderer- Wechselstromimpedanz der Verbindung in Sperrichtung seits die zweite Elektrode weniger edel als der Halbleiter in der Größenordnung von 100 000 Ohm. Die asymrneist, wobei der Elektrolyt so beschaffen ist, daß er den 60 irische Kennlinie beruht vermutlich auf der Bildung einer Halbleiter mit einem Überzug versieht, fließt ein Strom Umkehrschicht, d. h. einer Schicht mit P-Leitfähigkeit in solchem Sinne, daß der Halbleiter kathodisch vorge- auf der mit dem Elektrolyt in Berührung stehenden spannt wird, wobei ein gleichrichtender Kontakt entsteht, Fläche. Die Bildung einer solchen Umkehrschicht läßt wenn der Halbleiter P-Typ aufweist, dagegen ein ohmscher sich auf folgende Weise erklären: Wenn das Germanium Kontakt, wenn er N-Typ aufweist. 65 anodisch vorgespannt wird, erhält man eine Schicht aus

Die zur Bezeichnung des Vorzeichens des Normalpoten- negativen Ionen auf der Oberfläche, wodurch eine positive tials einer Elektrode verwendeten Worte »höher« und Raumladungsschicht im Germanium entsteht. Damit '-niedriger«· bedeuten »weniger edel« und »edler«. Die werden die Energieniveaus im Verhältnis zum Fermi-Worte »Anode« und »Kathode« beziehen sich auf Elek- niveau nach oben gebogen, und zwar so weit, daß die troden, bei denen Oxydation bzw. Reduktion auftritt. 70 N-Leitfähigkeit an der Oberfläche des Halbleiterkörpers

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in P-Leitfähigkeit umgekehrt wird. Wenn erst einmal die Ionendichte, z. B. an der Grenzfläche zwischen Halbleiter-Umkehrschicht gebildet ist, wird durch eine Erhöhung körper und Elektrolyt, beeinflussen die Arbeitsgeschwindes Vorstroms die Verbindung zwischen der P-Typ-Ober- digkeit nicht. Der Elektrolyt 14 und die Ausgangsflächenschicht und dem N-Typ-Hauptteil des Körpers in elektrode 15 bilden in einer Hinsicht einen Anschluß zur Sperrichtung vorgespannt, so daß der Differentialwider- 5 Kollektorelektrodenverbindung an der Grenzfläche zwistand der Grenzfläche zwischen Germanium und Elektro- sehen Halbleiterkörper und Elektrolyt. Somit kann ein lyt sehr groß wird. Betrieb bei hohen Frequenzen verwirklicht werden.

Wenn man die Scheibe 10, den Elektrolyt 14 und die Es können außer der oben besonders beschriebenen Elektrode 15 als Diode betrachtet, stellt der Sättigungs- Kombination von Halbleiterkörper, Elektrolyt und Kolstrom in Sperrichtung der beschriebenen Verbindung io lektorelektrode auch verschiedene andere Kombinationen nominell das Maximum dar, das durch das galvanische verwendet werden. Beispiele sind: Element fließen kann. Es wurde jedoch gefunden, daß

das Oberflächenpotential an der Grenzfläche zwischen Halbleiterkörper 10

Halbleiterkörper und Elektrolyt beeinflußt werden kann,

um einen größeren Strom zu erreichen. Insbesondere 15

Elektrolyt 14

H₂SO₄

KCl
NH₁Cl

Kollektorelektrode 15

Pb — PbO

Hg₂Cl₂-HgCL

MnO,

wurde festgestellt, daß die Verbindung eine wirksame £~i7^p'-f?

Kollektorelektrode für Minderheitsladungsträger ist, die JN-iyp-bmzium in den Halbleiterkörper eingebracht werden, und daß eine

gesteuerte Einbringung solcher Träger einen gesteuerten In den Fig. 2 und 3 sind typische Verstärkerschaltungen

Ausgang zur Folge hat, wobei eine Leistungsverstärkung 20 mit nach der Erfindung aufgebauten Signalübertragungs-

erzielt wird. einrichtungen dargestellt. Bei der ersteren liegt eine Be-

Kollektorelektrodenkennlinien für die typische oben lastung 16, die aus den angegebenen Gründen vorteilbeschriebene Einrichtung, bei der die Scheibe 10 eine hafterweise transformatorgekoppelt ist, in Reihe mit dem Dicke von 0,25 mm und eine quadratische Fläche von Vorspannungswiderstand 17 zwischen der Basiselektrode 6,35 mm besaß und die Emitterelektrode aus einer 25 11 und der Ausgangselektrode 15. Die Emitterelektrode Indiumlegierung bestand, sind in Fig. 9 wiedergegeben. kann durch die Spannungsquelle 18 in Flußrichtung vor-Auf der Abszisse ist der Kollektorelektrodenstrom in gespannt sein, und es können zwischen der Emitter-Mikroampere, der an einem zwischen die Basiselektrode 11 elektrode 12 und der Basiselektrode 11 durch eine ge- und die Kollektorelektrode 15 geschalteten Widerstand eignete, mit 19 bezeichnete Spannungsquelle Signale aufgemessen wird, aufgetragen und auf der Ordinate die 30 gedrückt werden.

Kollektorelektrodenspannung, insbesondere der Span- Der Verstärker der Fig. 3 entspricht grundsätzlich dem-

nungsabfall an dem Widerstand. Die verschiedenen jenigen nach Fig. 2. Jedoch wird die Emitterelektroden-Kurven gelten für verschiedene Emitterelektrodenströme, vorspannung einem Abgriff an einem geeigneten Punkt wobei die Größe dieser Ströme an jeder Kurve in Mikro- des Basiselektrodenwiderstandes 17 entnommen, ampere angegeben ist. Die gestrichelten Linien sind die 35 Wenn auch der Transistor bei den Fig. 2 und 3 in der Belastungsgeraden für verschiedene Werte des Wider- sogenannten Schaltung mit geerdeter Basiselektrode darstandes, die in der Darstellung angegeben sind. Der gestellt ist, so können selbstverständlich ebenfalls die Kollektorelektrodenstrom kann dann als Funktion des Schaltungen mit geerdeter Emitterelektrode und mit Emitterelektrodenstroms entlang jeder Belastungsgeraden geerdeter Kollektorelektrode verwendet werden, bestimmt werden. 40 Die Erfindung kann auch bei Oszillatoren angewandt

Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß sich die Kurven der werden, von denen eine typische Form in Fig. 4 dargestellt Abszissenachse im wesentlichen senkrecht nähern, so daß ist. Wie ersichtlich, ist dort ein die Frequenz bestimoffensichtlich der Wechselstromkollektorelektrodenwider- mender abgestimmter Kreis, der aus dem Kondensator 20 stand hoch ist, z. B. 100 000 Ohm und höher. Ferner ist und der Primärwicklung eines Transformators 21 besteht, die Stromverstärkung der Einrichtung im wesentlichen 45 zwischen die Basiselektrode 11 und die Kollektorelektrode gleich Eins. Ein besonders geeigneter Arbeitspunkt liegt 15 geschaltet. Die Sekundärwicklung des Transformabei einem Vorspannungswiderstand von 2000 Ohm. Dieser tors 21 liegt zwischen der Basiselektrode 11 und der Wert ist selbstverständlich klein im Vergleich zur KoI- Emitterelektrode.

lektorelektrodenimpedanz, die in der Größenordnung von Wie oben angegeben, kann das galvanische Element im

100 000 Ohm angegeben wurde. Er führt somit nicht zur 50 Eingangsteil der Übertragungseinrichtungen enthalten optimalen Wechselstromleistungsübertragung. Jedoch sein. Ein typischer Aufbau ist in Fig. 5 dargestellt. Die kann eine Belastung über einen geeigneten Transformator Halbleiterscheibe 10 ist hochkant in einem Gefäß 130 an den Kollektorelektrodenkreis angekoppelt werden, so festgelegt und mit drei Wänden des Gefäßes so verbunden, daß die Belastungsimpedanz effektiv die gleiche Größe daß dieses in zwei Abteilungen unterteilt wird. In einer wie die Kollektorelektrodenimpedanz aufweist. 55 der Abteilungen sind der Elektrolyt 14 und die Ausgangs-

Die Kollektorelektrodenimpedanz ist im Vergleich zur elektrode 15 angeordnet, die ebenso wirken, wie es in Emitterelektrodenimpedanz hoch, so daß eine Leistungs- Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die andere verstärkung entsteht, wenn man bedenkt, daß sich die Abteilung enthält einen zweiten Elektrolyt 144 und eine Stromverstärkung dem Wert Eins nähert. Für die zweite Elektrode 15/1, die zusammen mit dem Halbleitertypische Einrichtung wurde beim Emitterelektroden- 60 körper 10 ein zweites galvanisches Element bilden. Ein strom Null eine Leistungsverstärkung von etwa 20 Dezibel typischer Stoff für den Elektrolyt 144 ist eine 10°/₀ige erreicht. Die Verstärkung ist für Vorspannungen an der wässerige Kaliumchlorid-Normallösung, und die Elek-Emitterelektrode in Flußrichtung höher. Die Leistung trode 154 kann aus Silber—Silberchlorid bestehen. Bei zur Erzielung der Verstärkung wird dem galvanischen diesen Stoffen hat das galvanische Element eine innere Element entnommen, welches durch den Elektrolyt, den 65 elektromotorische Kraft von annähernd Null, und die Halbleiterkörper und die Ausgangselektrode 15 gebildet Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Halbleiterkörper wird. bildet ein Mittel zur Modulation der Minderheitsladungs-

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der Über- trägerkonzentration im Halbleiterkörper, tragungsvorgang nur Elektronen und Löcher umfaßt, die Wie in Fig. 6 dargestellt ist, ist ein galvanisches

beide eine hohe Beweglichkeit haben. Änderungen der 70 Element lediglich an der Emitterseite der Übertragungs-

•einrichtung vorgesehen, wobei die Kollektorelektrode eine bekannte Form hat, z. B. als Punktkontakt 150 ausgebildet sein kann. Das galvanische Element kann zur Lieferung einer geeigneten Kollektorelektrodenvorspannung über einen Basiselektrodenwiderstand 17 verwendet werden oder auch zur Erhöhung der Vorspannung einer getrennten Quelle.

Wenn auch bei den bisher beschriebenen Ausführungen flüssige Elektrolyte genannt wurden, so können ebenfalls feste oder gallertartige Elektrolyte verwendet werden. Wie z. B. in Fig. 7 dargestellt ist, kann eine Masse 140 aus Kieselgur, die einen geeigneten Elektrolyt enthält, auf einer der Flächen des Halbleiterkörpers 10 vorgesehen und die Kollektorelektrode 150 aus geeignetem Material in die Masse eingebettet sein. Die Emitterelektrode kann verschiedene Formen annehmen, z. B. aus einem Punktkontakt 120 bestehen.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung der Erfindung ist ein galvanisches Element vorgesehen, welches einen Teil der Signalübertragungseinrichtung bildet und nur als Primärquelle für die Kollektorelektrodenvorspannung dient. Der Transistor ist ein Verbindungstransistor und besteht aus einem Halbleiterkörper 100 mit einer Zone 22 mit N-Typ-Leitfähigkeit, die zwischen den Emitterelektroden- und Kollektorelektrodenzonen 23 und 24 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp liegt. Der Körper 100 ist in eine Wand 25 des Gefäßes 130 eingebaut und durch diese Wand hindurchgeführt, wobei das Gefäß 130 einen Elektrolyt 1405 enthält, in den eine Kollektorelektrode 1505 eintaucht. An den Basis- und Emitterelektrodenzonen 22 und 23 sind ohmsche Anschlüsse 11 und 12 A angebracht.

Die Kollektorelektrodenverbindung ist durch die elektrolytische Zelle in Sperrichtung vorgespannt, die durch die Zone 24, den Elektrolyt 1405 und die Kollektorelektrode 1505 gebildet wird. Der Elektrolyt 1405 bildet einen im wesentlichen ohmschen Anschluß an der Ausgangselektrodenzone 24. Eine typische Kombination mit einem Halbleiterkörper aus Germanium besteht aus einem Elektrolyt 1405 aus einer Kaliumhydroxydlösung und einer Kollektorelektrode 1505 aus Silber—Silberoxyd. Sie liefert eine Vorspannung in Sperrichtung von etwa 0,6 Volt an die Kollektorelektrodenverbindung.

Der Emitterelektrodenverbindung kann in Flußrichtung eine getrennte Spannungsquelle vorgespannt werden. Andererseits kann sie wie bei den anderen oben beschriebenen Ausführungen über einen geeigneten Vorspannungswiderstand durch das galvanische Element vorgespannt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung, die einen festen, mit einer Basiselektrode versehenen Körper aus Halbleitermaterial, wie Germanium oder Silizium, enthält und zwei weitere Elektroden, die Emitter- und Kollektorelektrode, aufweist, die außerhalb des Halbleiterkörpers mit der Basiselektrode schaltungsmäßig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Emitter- oder Kollektorelektrode und einem von der Basiselektrode abgelegenen Bereich des Halbleiterkörpers ein mit diesem Bereich in Berührung stehender Elektrolyt befindet, in welchen die von dem Halbleiterkörper in Abstand gehaltene Emitter- oder Kollektorelektrode eintaucht, daß dieser Bereich des Halbleiterkörpers und die eingetauchte Elektrode zusammen mit dem Elektrolyt ein galvanisches Element bilden und daß die eingetauchte Elektrode des galvanischen Elements so angeordnet ist, daß sie sich während des Betriebes elektrochemisch auflöst.

2. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mit dem Bereich des Halbleiterkörpers einen gleichrichtenden Kontakt bildet.

3. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanische Element so gepolt ist, daß ein Fließen von Minderheitsladungsträgern zur Grenzfläche zwischen Halbleiter und Elektrolyt stattfindet.

4. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter- und die Kollektorelektrode in je einen Elektrolyt eintauchen und die Elektrolyte je mit einem Bereich des Halbleiterkörpers, der von der Basiselektrode getrennt und abgelegen ist, in Berührung stehen.

5. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mit der Emitterelektrode ein galvanisches Element bildet, welches die Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Halbleiterkörper in Flußrichtung vorspannt, und daß der Elektrolyt mit der Kollektorelektrode ein galvanisches Element bildet, welches die Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Halbleiterkörper in Sperrrichtung vorspannt.

6. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt mit der Kollektorelektrode eine solche Zusammensetzung aufweist, daß auf der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Halbleiterkörper eine halbleitende Schicht entsteht, deren Leitfähigkeitstyp demjenigen des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist.

7. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus N-Typ-Germanium, der Elektrolyt aus einer wässerigen Kaliumhydroxydlösung und die eingetauchte Elektrode aus Silberoxyd besteht.

8. Halbleiter-Signalübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt fest ist und aus Kaliumhydroxyd in Kieselgur besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 282 854; USA.-Patentschrift Nr. 2 524 034.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen