DE1149460B

DE1149460B - Elektrische Halbleiteranordnung mit einem eigenleitenden Kristall aus Cadmiumsulfid,Cadmiumselenid, Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxyd

Info

Publication number: DE1149460B
Application number: DER28900A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruppel
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1959-10-19
Filing date: 1960-10-14
Publication date: 1963-05-30
Also published as: GB971942A; NL256979A; US3018426A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

R28900Vmc/21g

ANMELDETAG: 14. OKTOBER 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1963

Die Erfindung betrifft eine elektrische Halbleiteranordnung, wie z.B. Gleichrichter oder Kristallverstärker, mit einem eigenleitenden, praktisch isolierenden Kristall aus Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxyd.

Normalerweise kann ein elektrischer Strom nur schwer in und durch einen Körper aus den erwähnten Materialien fließen. Die Gründe hierfür sind entweder in Potentialschwellen an den Anschlußkontakten zu suchen, die eine nennenswerte Injektion von Elektronen und/oder Defektelektronen (Löchern) in den Kristallkörper verhindern, und andererseits in Unregelmäßigkeiten in der Kristallstruktur des Körpers, die Haftstellen bilden und jeden anfänglichen Elektronen- oder Defektelektronenfluß unterbinden, indem sie die Bildung eines negativen und/oder positiven Raumladungsfeldes, das dem Ladungsfluß entgegenwirkt, verursachen.

Wenn man einen Kristall verwendet, der genügend frei von Haftstellen bildenden Fehlstellen ist und durch Elektronen kontaktiert worden ist, die einen sperrfreien (ohmschen) elektrischen Kontakt mit dem Kristall bilden, ist sowohl die Größe des Elektronenstromes als auch die des Defektelektronenstromes im Kristall nur durch das Raumladungsfeld der im Kristall fließenden beweglichen Ladungsträger begrenzt. Elektrische Anordnungen dieser Art sollen hier als raumladungsstrombegrenzte Halbleiteranordnungen bezeichnet werden, da sie in vieler Hinsicht Vakuumröhren mit thermisch emittierender Kathode und raumladungsbegrenztem Strom entsprechen. Bei Vakuumröhren wird der raumladungsbegrenzte Strom nur von den durch das Vakuum wandernden Elektronen getragen. Raumladungsstrombegrenzte Halbleiteranordnungen sind vielseitiger als die Vakuumröhre, da der sie durchfließende Strom von Elektronen und/oder Defektelektronen getragen werden kann, außerdem ist eine Trägerinjektion ohne Anwendung von höheren Temperaturen möglich, ein Vakuum ist nicht erforderlich, und die elektrischen Eigenschaften der Anordnung lassen sich durch Änderung der körperlichen Parameter des Kristallkörpers variieren.

Das Problem, geeignete Halbleiterkörper für raumladungsstrombegrenzte Halbleiteranordnungen herzustellen, ist hauptsächlich eine Frage der Reinigung des verwendeten Materials und des Züchtens von Kristallen. Es sind Kristalle aus Cadmiumsulfid und ähnlichen Materialien verfügbar, die weniger als eine Haftstelle auf 10¹⁰ Gitterplätze besitzen. Derartige Kristalle weisen einen spezifischen Volumenwiderstand von mehr als 10¹⁰ Ohm-cm auf, d. h., daß sie praktisch isolieren.

Elektrische Halbleiteranordnung

mit einem eigenleitenden Kristall

aus Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid,

Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxyd

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld

und Dr. D. v. Bezold, Patentanwälte,

München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 19. Oktober 1959 (Nr. 847 166)

Wolfgang Ruppel, Hedingen (Schweiz), ist als Erfinder genannt worden

Es sind bereits Elektrodenwerkstoffe für Kristalle der hier interessierenden Art bekannt, die die Herstellung von Kontakten ermöglichen, welche bezüglich eines Elektronenstromes nicht sperren. Die bekannten Kontakte sind jedoch für einen Defektelektronenstrom gleichrichtend. Zur Herstellung der bekannten Kontakte wird an den Kristallkörper Indium- oder Galliummetall angepreßt. Eine Erhitzung oder Formierung ist nicht vorgesehen. Entfernt man die Kontakte wieder von der Kristalloberfläche, so zeigt diese keinerlei chemische oder mechanische Veränderungen durch die Kontaktierung.

Es ist ferner bekannt, bei der Kontaktierung von Cadmiumselenidkristallen Indiumkontakte durch elektrolytischen Niederschlag, durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Löten unter Ultraschalleinwirkung anzubringen. Bessere Kontakte sollen sich mit Platin herstellen lassen, das in einer Argonatmosphäre durch Kathodenzerstäubung aufgebracht wird. Es sind außerdem Versuche zur Sichtbarmachung der Elektronen- bzw. Defektelektronenleitung in Kristallen für den physikalischen Unterricht bekannt, bei denen ein Kaliumhalogenidkristall, der entweder

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Kalium oder das Halogen im Überschuß enthält, zwischen zwei Elektroden geklemmt und unter Spannung gesetzt wird. Die Wanderung der Träger wird dabei durch das Fortschreiten der entsprechenden Farbzentren im Kristall sichtbar. Bei einer Abwandlung dieser Experimente wird zur gleichzeitigen Vorführung der Elektronenüberschußleitung und der Elektronenersatzleitung ein auf etwa 620° C erhitzter KJ-Kristall verwendet, der zwischen zwei an etwa 300 V Gleichspannung liegende Spitzen geklemmt ist.

Es sind ferner Halbleiteranordnungen mit mehreren Übergängen, z. B. Flächentransistoren, aus Germanium oder Silizium bekannt, die einen Halbleiterkristall mit einer eigenleitenden Zone aufweisen.

Weiter sind Halbleiteranordnungen mit einem langgestreckten Halbleiterkörper bekannt, an dessen Enden zwei sperrfreie Elektroden angebracht sind. Zwischen den sperrfreien Elektroden sind am Halbleiterkörper eine oder zwei sperrende Elektroden angebracht. Im Betrieb solcher Halbleiteranordnungen, die häufig als »Unipolartransistoren« bezeichnet werden, wird ein zwischen den beiden sperrfreien Elektroden fließender Strom durch Spannungen gesteuert, die zwischen der einen der sperrfreien Elektroden und den sperrenden Elektroden in deren Sperrrichtung angelegt werden.

Es ist schließlich bekannt, daß man sperrfreie Kontakte an Halbleiteranordnungen, die einen Kristallkörper aus einem p-leitendem Tellurid eines zweiwertigen Metalls (Zn, Cd, Hg, Sn, Pb) enthalten, durch Auflegieren einer Tellurelektrode herstellen kann.

Es sind bisher jedoch noch keine Möglichkeiten bekannt, an eigenleitenden Halbleiterkörpern aus Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxyd Kontakte anzubringen, die für einen Defektelektronenstrom sperrfrei sind. Durch die Erfindung soll dieses Problem gelöst werden.

Eine elektrische Halbleiteranordnung, wie z.B. Gleichrichter oder Kristallverstärker, mit einem eigenleitenden, praktisch isolierenden Kristall aus Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxyd ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kristall eine aus Tellur bestehende und für eine Defektelektronenstrom nicht sperrende erste Elektrode und in einem gewissen Abstand von der Tellurelektrode eine zweite, für einen Elektronenstrom sperrfreie Elektrode angebracht sind.

Mit solchen Tellurelektroden können gute sperrfreie Kontakte für raumladungsbegrenzte Defektelektronenströme an Körpern aus den erwähnten halbleitenden Verbindungen hergestellt werden, welche im Inneren praktisch frei von Ladungsträgern sind. Solche Halbleiterkörper, die praktisch kerne freien Ladungsträger enthalten, können als isolierend bezeichnet werden. Für die spezifischen Widerstände läßt sich jedoch keine scharfe Grenze angeben. Cadmiumsulfid wird beispielsweise den Isolatoren zugerechnet, wenn der spezifische Widerstand über 10¹⁰ Ohm-cm beträgt, während dieses Material bei einem spezifischen Widerstand zwischen 10³ und 10¹⁰ Ohm-cm als Halbleiter bezeichnet wird. Mit Tellur können im gesamten Widerstandsbereich Kontakte, die für Defektelektronenströme sperrfrei (ohmsch) sind, hergestellt werden, also bei spezifischen Widerständen größer oder gleich 10³ Ohm-cm.

Für die Halbleiteranordnungen nach der Erfindung werden jedoch vorzugsweise Kristalle mit höheren spezifischen Widerständen, vorzugsweise größer oder gleich 10¹⁰ Ohm-cm verwendet. Der Kristallkörper soll möglichst wenig Verunreinigungen und Haftstellen bildende Fehlstellen enthalten. Die Kristallkörper der vorliegenden Halbleiteranordnungen sollen keine Quellen für freie Ladungsträger besitzen, sondern lediglich ein Medium bilden, in dem sich freie

ίο Ladungsträger fortbewegen und miteinander in Wechselwirkung treten können und dessen Eigenschaften in mancher Hinsicht denen eines Vakuums ähneln.
Die Halbleiteranordnung nach der Erfindung hat eine weitere Elektrode, beispielsweise aus Indium, Gallium, Zinn, Blei oder Kombinationen davon, die für einen Elektronenstrom in dem Körper einen ohmschen Kontakt darstellt. Solche Anordnungen, bei denen die beiden Elektroden in der Flußrichtung vorgespannt sind, so daß in den Kristall sowohl Löcher als auch Elektronen injiziert werden, ergeben einen maximalen Strom infolge einer gegenseitigen Neutralisation der Raumladungen in dem Kristall in der Nähe der Elektroden durch die injizierten Ladungsträger. Wenn der Kristall geeignet gewählt ist, erfolgt die Rekombination der injizierten Ladungsträger unter Strahlungsemission in Form einer dem Bandabstand entsprechenden Elektroluminiszenz. Man kann den Kristallkörper der im vorstehenden erwähnten Anordnungen auch mit Steuerelektroden versehen. Derartige Elektroden können, wenn sie in der Sperrichtung vorgespannt sind und mit einer geeigneten Signalspannung beaufschlagt werden, den Elektronen- und/oder Defektelektronenstrom durch Steuerung der Größe der dem Stromfluß durch den Kristall entgegenwirkenden Raumladung modulieren. Steuerelektroden, die für Elektronenströme geeignet sind, bestehen aus einem Material, das sich für die Injektion von Defektelektronen eignet. Elektroden zur Steuerung eines Defektelektronenstromes bestehen dagegen aus einem Material, das einen zur Injektion von Elektronen geeigneten Kontakt bildet. Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Halbleiteranordnung nach der Erfindung mit der dazugehörigen Schaltung;

Fig. 2 zeigt die Stromspannungskennlinie der in Fig. 1 dargestellten Anordnung;

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform;

Fig. 4 a und 4 b zeigen in Seitenansicht bzw. Aufsicht eine Anordnung, die mit einer Elektrode zur Steuerung eines Elektronenstromes versehen ist; Fig. 5 a und 5 b zeigen in Seitenansicht bzw. Aufsieht eine Anordnung, die mit einer Elektrode zur Steuerung eines Defektelektronenstromes versehen ist, und

Fig. 6 a und 6 b zeigen in Seitenansicht bzw. Aufsicht eine Anordnung, die Steuerelektroden sowohl für den Elektronenstrom als auch für den Defektelektronenstrom besitzt.

In den Zeichnungen sind gleiche Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine einfache Anordnung gemäß der Erfindung mit dem Kontakt aus Tellur. Die Anordnung umfaßt einen Einkristall 21 aus Cadmiumsulfid, der ungefähr 0,01 mm dick ist und einen spezifischen Volumenwiderstand von etwa 10¹² Ohm-cm besitzt.

Der Kristall 21 besitzt zwei gegenüberliegende ebene Flächen und ist durch irgendein geeignetes Verfahren hergestellt worden, beispielsweise durch Kristallisation aus der Dampfphase, wie es in dem Aufsatz von R.H. Bube und S.M.Thomsen im »Journal 5 of Chemical Physics«, Bd. 23 (1955), S. 15, beschrieben ist. Eine Scheibe 23 aus Tellur mit einer ebenen Oberfläche ist mit Silberpaste 27 oder einem anderen elektrisch leitenden Verbindungsmittel an einem ersten Messingträger 29 befestigt. An die Stirnfläche eines zweiten Messingträgers 31 wird ein Indiumkörper 25 von ungefähr 0,1mm Radius angedrückt. Gegen die eine Fläche des Kristalls 21 wird beispielsweise durch eine Feder 33 die ebene Fläche der Tellurscheibe 23 und gegen die andere Feder des Kristalls der Indiumkörper 25 durch eine Feder 34 mit einer Kraft von etwa 100 Pond gedrückt.

In Serie mit den Messingträgern 29 und 31 ist eine Batterie 37, ein Polwender 36 und ein veränderlicher Widerstand 35 geschaltet, so daß die Tellurscheibe 23 und die Indiumschicht 25 an entgegengesetzten Polen der Batterie liegen. Die Rußrichtung der Anordnung — also Injektion von Defektelektronen von dem Tellurkontakt 23 und Injektion von Elektronen von dem Indiumkontakt 25 — entspricht einer positiven Polarität des Tellurkontakts 23 und einer negativen Polarität des Indiumkontakts 25.

Die Kurve 39 in Fig. 2 zeigt eine typische Stromspannungskennlinie einer Anordnung nach Fig. 1. Der Polwenderschalter 36 wird zuerst so eingestellt, daß der Kristall 21 in der Sperrichtung vorgespannt ist, und die angelegte Spannung wird mittels des Widerstandes 35 verändert. Der Gesamtstrom ist im ganzen Spannungsbereich unterhalb der Durchschlagsspannung in Sperrichtung sehr niedrig. Wenn die Kontakte 23 und 25 in Sperrichtung gepolt sind, findet an keinem der Kontakte eine Injektion statt. Von den Kontakten diffundieren keine Träger in den Isolator, und der Strom entspricht dem in einem Isolator, an den sperrende Kontakte angelegt sind.

Nach dem Umlegen des Schalters 36 wird der Kristall 21 nun in der Flußrichtung vorgespannt, und die angelegte Spannung wird durch den veränderlichen Widerstand 35 variiert. Im Bereich niedriger Spannungen in Flußrichtung bleibt der Strom noch klein. Der Strom ist ein ohmscher Strom, der von freien Ladungsträgern getragen wird, die durch Temperaturanregung im Kristall entstanden sind. Der ohmsche Strom ist eine im wesentlichen lineare Funktion der angelegten Spannung. Wenn der Wert der in Flußrichtung gepolten Spannung eine Höhe erreicht, um eine ausreichende Injektion von Defektelektronen und/oder Elektronen in den Cadmiumsulfidkristall 21 zu ermöglichen, steigt der Gesamtstrom steil an und überschreitet den Wert des ohmsehen Stromes um mehrere Größenordnungen. Der steil ansteigende Teil der Kurve 39 hat seine Ursache in injizierten Ladungsträgern, dieser Bereich soll als der Bereich raumladungsbegrenzten Stromes bezeichnet werden. Die Injektion von Ladungsträgern beginnt, sobald die Kontakte in Flußrichtung vorgespannt werden, und erreicht nennenswerte Beträge bei ungefähr 200 Volt. Bei ungefähr 50 Volt ist der raumladungsbegrenzte Strom in der Größenordnung von einem Milliampere oder 0,4 A/cm². Der raumladungsbegrenzte Strom ist nur durch die Raumladung der in den Kristall 21 injizierten Träger begrenzt.

In der Flußrichtung ist der raumladungsbegrenzte Strom unter Umständen von einer dem Bandabstand entsprechenden Lichtemission (Elektrolumineszenz) begleitet. Bei Cadmiumsulfidkristallen ist das Licht beispielsweise grün, das Maximum dieser Lichtemission befindet sich bei Zimmertemperatur etwa bei 5200 Ä. Man nimmt an, daß die injizierten Elektronen und Löcher über die Bandlücke des Kristalls rekombinieren und pro Rekombinationsvorgang ein Photon frei wird. Es ist möglich, die Einrichtungen so auszubilden, daß sich ein höherer Wirkungsgrad für die Elektrolumineszenz ergibt.

Fig. 3 zeigt eine etwas anders aufgebaute Anordnung. Auf eine Fläche eines Kristalls 21a aus isolierendem Cadmiumsulfid ist eine etwa 10 Mikron dicke Schicht 23 a aus Tellur aufgedampft. Der Tellurkontakt besitzt eine Fläche von ungefähr 1,0 mm². Die Tellurschicht 23 α kann man etwa dadurch herstellen, daß man etwas Tellur in ein Schiffchen einbringt, den Kristall etwa 20 cm über dem Schiffchen anordnet und dann bei einem Druck von etwa 10 ~⁵ Torr das Tellur so weit über seinen Schmelzpunkt erhitzt, daß es verdampft, z.B. auf etwa 500° C. Anschließend wird eine Schicht 25 a aus Indium auf die gegenüberliegende Fläche des Kristalls 21a aufgedampft. Elektrische Verbindungen werden durch Federklemmen 33 a und 34 a hergestellt, die an den aufgedampften Schichten 23 α bzw. 25 α anliegen. Die Anordnung wird wie die in Fig. 1 dargestellte Anordnung betrieben. In der Flußrichtung beträgt der Strom im Gleichgewichtszustand bei 5VoIt etwa 4,0-10-³A (0,4 A/cm²) und etwa 4,0-10-¹⁰A (4,0 · 10-⁸ A/cm²) in der Sperrichtung. Die Anordnung stellt also einen mit einem guten Wirkungsgrad arbeitenden Gleichrichter dar, der einen verhältnismäßig geringen Rückstrom aufweist.

Ohmsche Kontakte, die es ermöglichen, einen Defektelektronenstrom in Kristallen sehr hohen Widerstandes fließen zu lassen, können durch Verwenden der kristallinen Modifikation des Tellurs erhalten werden. Das Tellur sollte so rein wie möglich sein. Manche Stoffe, wie etwa Selen oder Schwefel, beeinträchtigen jedoch die Wirksamkeit des Tellurs als ohmscher Kontakt für Defektelektronenströme nicht, wenn sie in verhältnismäßig kleinen Mengen vorhanden sind.

Die Tellurelektrode in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann in einer beliebigen Form und unter Verwendung eines beliebigen, gewöhnlichen und bekannten Verfahrens hergestellt werden, z.B. durch Walzen, Pressen oder Stanzen. In der einfachsten Form besteht die Elektrode nur aus Tellur, welches in die gewünschte Form gebracht wurde. Das Tellur kann andererseits auch als Überzug oder Plattierung auf ein anderes, als Träger dienendes Material aufgebracht sein. So ergeben beispielsweise geeignet geformte Nickelbleche mit einer Tellurschicht auf der einen Seite gute ohmsche Kontakte.

Nachdem die Tellurelektrode in die gewünschte Form gebracht worden ist, wird sie mit ihrer Oberfläche an den Kristall angelegt. Es ist dabei nur erforderlich, daß sich die zwei Flächen in engem körperlichem Kontakt miteinander befinden. Ist das Elektrodenmaterial weich genug im Vergleich zum Kristall, so ergibt ein einfaches Aneinanderlegen der Flächen schon bei einem minimalen Druck sowohl einen guten ohmschen elektrischen Kontakt als auch einen guten körperlichen Kontakt. In anderen Fällen wird man

Druck und Hitze anwenden, um leichter einen innigen körperlichen Kontakt zwischen den Flächen herbeizuführen. Die Erwärmung wird vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre vorgenommen. Nachdem der Kontakt hergestellt ist, ist eine Einwirkung von Wärme und Druck nicht mehr erforderlich. Es mag hierbei bemerkt werden, daß die Anwendung von Hitze zur Erzeugung guter Kontakte nur dazu dient, einen innigen körperlichen Kontakt zwischen der

Elektrode werden außerdem kleine positive und negative Spannungen zugeführt. Eine Signalspannung aus einer Quelle 51 wird über einen Kopplungstransformator 53 an die Steuerelektrode 41 angekoppelt. Die 5 Signalspannung erzeugt im Kristall 21 ein veränderliches Feld im negativen Raumladungsbereich vor dem elektroneninjizierenden Kontakt 25. Das durch die Steuerelektrode 41 erzeugte elektrische Feld verstärkt oder verringert die in diesem Bereich herr-

Elektrode und der Kristalloberfläche herzustellen und io sehende negative Raumladung, was wiederum zu entnicht um Elektrodenmaterial in den Kristall zur Ein- sprechendenÄnderungen des Elektronenstromes führt, diffusion zu bringen. Wird eine einen guten ohmschen die in den Klemmen 49 als Spannung am Arbeits-Kontakt bildende Elektrode wieder vom Kristall ab- widerstand 47 abgenommen werden können. Die Eingenommen, so können an der Kristalloberfläche richtung liefert gegenüber ihrem Eingang am Auskeinerlei Spuren des früheren Kontaktes wahrge- 15 gang sowohl eine Stromverstärkung als auch eine nommen werden, und die ursprüngliche Kontaktfläche Leistungsverstärkung. Das Eingangssignal an der ist auch nicht bevorzugt für einen neuen Kontakt Steuerelektrode erscheint im Ausgang der Anordnung, geeignet. Fig. 5 a zeigt eine Seitenansicht, Fig. 5 b eine Drauf-

Für die Injektion von Löcherströmen geeignete sieht auf eine Anordnung, die eine Elektrode zur ohmsche Kontakte an Kristallen können auch da- 20 Steuerung des raumladungsbegrenzten Defektelekdurch erhalten werden, daß man die Tellurelektrode tronenstromes der Anordnung zeigt. Die Einrichtung direkt auf dem Kristall mittels irgendeines geeig- in Fig. 5 b entspricht im Aufbau und in der Arbeitsneten bekannten Verfahrens herstellt. So kann die weise der in Fig. 4 b dargestellten Anordnung und Tellurelektrode beispielsweise durch Aufdampfen, enthält einen Einkristall 21c aus isolierendem Cad-Auf spritzen oder Aufsprühen auf den Kristall erzeugt 25 miumsulfid, der am einen Ende mit einem elektronenwerden. injizierenden Indiumkontakt 25 c, der für Elektronen-

Die ohmschen Kontakte für Kristalle zur Injektion ströme ohmsch ist, und mit einem defektelektronenvon Elektronen können ähnlich wie die Tellurkon- injizierenden Tellurkontakt 23 c, der für Defektelektakte hergestellt werden, mit der Ausnahme, daß ein tronenströme ohmsch ist, kontaktiert ist. Wie Fig. 5 b anderes Material an die Stelle des Tellurs tritt. 30 zeigt, sind mit den ohmschen Kontakten 23 c und 25 c Ohmsche Kontakte für die Injektion von Elektronen- Batterien 43 a und 45 a und ein Arbeitswiderstand strömen können im wesentlichen aus Metallen wie 47 a so in Serie geschaltet, daß die Kontakte in der Indium, Gallium, Zinn, Blei oder Kombinationen Flußrichtung vorgespannt sind, wobei gleichzeitig sodieser Stoffe bestehen. Die Verwendung von Indium wohl Elektronen als auch Defektelektronen injiziert für diesen Zweck ist bereits bekannt. Man kann 35 werden. In der Nähe des Kontaktes 23 c ist eine Elekauch andere Arten von Kontakten verwenden, die trade 61 zur Steuerung des Defektelektronenstromes sich sperrfrei bezüglich eines Elektronenstromes in am Kristall angebracht, die beispielsweise aus Indium Kristallen verhalten. oder Gallium bestehen kann.

Die Anordnungen nach der Erfindung können auch Im Betrieb wird die den Defektelektronenstrom

an dem Kristall angebrachte weitere Elektroden zur 40 steuernde Elektrode 61 mittels einer Batterie 75 Steuerung des raumladungsbegrenzten Elektronen- gegenüber dem Kristall 21 c in der Sperrichtung vor- oder Defektelektronenstromes enthalten. Fig. 4 a zeigt gespannt, so daß keine Injektion von Trägern statteine Seitenansicht und Fig. 4 b eine Draufsicht auf findet. Der positiven Steuerelektrode 61 wird ein Sieine Anordnung mit einer Elektrode zur Steuerung gnal aus einer Quelle 71 über einen Kopplungstransdes raumladungsbegrenzten Elektronenstromes in 45 formator 73 zugeführt. Die Signalspannung erzeugt einer etwa Fig. 1 entsprechenden Anordnung. im Kristall 21c ein schwankendes elektrisches Feld

Die in Fig. 4 a und 4b dargestellte Anordnung ent- im positiven Raumladungsbereich. Das durch die hält einen Einkristall 21 b aus isolierendem Cad- Elektrode 61 erzeugte Feld erhöht oder verringert miumsulfid, der am einen Ende durch einen elek- die positive Raumladung in demBereich, die wiederum troneninjzierenden Indiumkontakt 25 b, der ohmsch 50 den Defektelektronenstrom entsprechend ändert. Das für Elektronenströme ist, und am anderen Ende Ausgangsmaterial kann an den Klemmen 49 a als

Spannung am Arbeitswiderstand 47 a abgenommen
werden, ähnlich wie bei der in Fig. 4 b beschriebenen
Anordnung.

Bei der in Fig. 6 a und 6 b dargestellten Anordnung
sind sowohl die Steuermaßnahmen der Einrichtung
nach Fig. 4 b als auch die nach der Fig. 5 b getroffen.
Im Aufbau und in der Arbeitsweise entspricht die
Anordnung nach Fig. 6 b den Einrichtungen nach

in der Nähe des elektroneninjizierenden Kontaktes 60 Fig. 4 b und 5 b, sie enthält einen Einkristall 21 d aus b, jedoch von diesem isoliert, ist der Kristall 21 b isolierendem Cadmiumsulfid, einen defektelektronenmit einer Elektrode 41 zur Steuerung des Elektronen- injizierenden Kontakt 23 d, einen elektroneninjiziestromes, die aus einem Tellurkontakt besteht, ver- renden Kontakt 25 a", eine negative Steuerelektrode sehen. Im Betrieb ist die zur Steuerung des Elek- 41 b und eine positive Steuerelektrode 616. Die Antronenstromes dienende Elektrode 41 in bezug auf 65 Ordnung ist ebenso geschaltet und wird ebenso beden Kristall 21 & in der Sperrichtung vorgespannt, trieben wie die Anordnungen nach Fig. 4b und 5 b. beispielsweise mittels einer Batterie 55, und injiziert Die injizierenden Kontakte 23 d und 25 a" sind so vordaher nicht. Dieser in Sperrichtung vorgespannten gespannt, daß gleichzeitig Elektronen und Defekt-

durch einen defektelektroneninjizierenden Tellurkontakt 23 b, der ohmsch für Defektelektronenströme
ist, kontaktiert. Wie aus Fig. 4 b ersichtlich ist, sind
Batterien 43 und 45 und ein Arbeitswiderstand 47 in 55 Serie zwischen die injizierenden Kontakte 23 und 25
geschaltet, so daß die Kontakte für eine gleichzeitige
Injektion von Elektronen und Defektelektronen in
der Flußrichtung vorgespannt sind. An einer Stelle

elektronen injiziert werden. Die Elektrode 41b zur Steuerung des Elektronenstromes und die Elektrode 61b zur Steuerung des Defektelektronenstromes sind mit Mitteln zur Zuführung eines Signals an eine oder beide Elektroden 41 δ und 61b verbunden, die Batterien 55 b und 75 b, einen Kopplungstransformator 85 mit einem veränderlichen Mittelabgriff 87 an der Sekundärseite und eine Eingangssignalquelle 81 enthalten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Halbleiteranordnung, wie z. B. Gleichrichter oder Kristallverstärker, mit einem eigenleitenden, praktisch isolierenden Kristall aus Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Zinksulfid, Zinkselenid oder Zinkoxyd, dadurch gekennzeich net, daß an dem Kristall eine aus Tellur bestehende und für einen Defektelektronenstrom nicht sperrende erste Elektrode und in einem gewissen Abstand von der Tellurelektrode eine zweite, für einen Elektronenstrom sperrfreie Elektrode angebracht sind.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus kristallinem Tellur besteht.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall aus einem Cadmiumsulfideinkristall mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10¹⁰ Ohm-cm besteht, der praktisch frei von Haftstellen ist.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite

Elektrode in überwiegendem Anteil mindestens eines der Metalle Gallium, Zinn, Blei oder Indium enthält.

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine dritte, zwischen der Tellurelektrode und der zweiten Elektrode am Kristall angebrachte Steuerelektrode.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode zur Steuerung des Defektelektronenstromes aus Indium, Gallium, Zinn, Blei oder Mischungen dieser Stoffe besteht.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Kristall zwischen der Tellurelektrode und der zweiten Elektrode eine dritte, den Defektelektronenstrom steuernde und eine vierte, den Elektronenstrom steuernde Elektrode angebracht sind.

8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Cadmiumsulfideinkristall eine erste Elektrode aus kristallinem Tellur und im Abstand davon eine zweite Elektrode aus Indium angebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche AuslegeschriftenNr. 1035 787,1042 760; USA.-Patentschrift Nr. 2 865 794;
»IRE Transactions on Component Parts«, Dezember 1957, S. 129 bis 132;

»Handbuch der Physik«, Bd.

XX, 1957, S. 3 und 4;

R.W.

Pohl, »Elektrizitätslehre«, Springer-Verlag Göttingen,

15. Auflage, 1955, S. 273 und 291.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen