DE1168569B - Unipolartransistor mit teilweise negativer Charakteristik und Vorrichtungen zu seinem Herstellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIl

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 g -11/02

T 20739 VIII c/21g
9. September 1961
23. April 1964

Die Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente vom Typ des Unipolartransistors, welche insbesondere für die Verwendung als Kippschwinger oder für ähnliche Anwendungen entwickelt worden sind.

Der Unipolartransistor wird insbesondere in den deutschen Patentschriften 1 013 796 und 1 066 667 beschrieben. Ihm liegt das Prinzip zugrunde, den Widerstand eines Gebietes eines Halbleiterkörpers mittels eines zentripetalen elektrischen Feldes zu modulieren, und er besteht aus einem stabförmigen Halbleiterkörper von kreisförmigem Querschnitt mit einer Quellenelektrode an der einen und einer Saugelektrode an der anderen Stirnfläche, welche auch als Anode und Kathode bezeichnet werden, wenn der Leitfähigkeitstyp des Halbleiterkörpers bekannt ist, einer Einschnürung im Mittelteil und einer ringförmigen Steuerelektrode um diesen Mittelteil, welche eine geringere Länge als die Einschnürung aufweist und zur Modulation dient. Ein solcher Unipolartransistor wird im wesentlichen als Verstärker, als Schwingungserzeuger oder als Frequenzumformer benutzt. Andererseits kann er auch unter gewissen Bedingungen eine Charakteristik mit negativem Widerstand haben und ist dann zur Realisierung von monostabilen, bistabilen Schaltungen (Kippschaltungen) und astabilen Schaltungen (Multivibratoren) mit bemerkenswerter Einfachheit und sehr guter Funktionsfähigkeit geeignet.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei den zuletzt genannten Anwendungsgebieten die Form des Unipolartransistors zweckmäßig derart geändert werden müßte, daß gewisse Teile der Bauweise, denen bei der Funktion als Verstärker oder als Schwingungserzeuger im Ersatzschaltbild ungünstig wirkende Schaltungselemente äquivalent sind und die man deshalb möglichst unschädlich zu halten trachtete, im Gegenteil betont werden müssen. Das Gegenteil gilt für solche Teile, die im Ersatzschaltbild ein günstiges Verhalten zeigten.

Im besonderen stellt der Widerstand der Quelle, d. h. des Teiles zwischen der Steuerelektrode und der die Ladungsträger emittierenden Quelle (Kathode im Fall eines Halbleiters vom η-Typ) einen schädlichen Widerstand dar, wenn der Transistor als Verstärker arbeitet. Dieser Widerstand ist nun im Gegenteil wesentlich, wenn er als Multivibrator oder als Kippschwingungserzeuger arbeiten soll, denn er bestimmt den Spannungssprung zwischen der Steuerelektrode und der Kathode, also das Niveau der inneren Polarisation und folglich die Amplitude der Schwingspannung bei dem Betrieb als Multivibrator oder die Amplitude der Stufe beim Betrieb als Kipp-Unipolartransistor mit teilweise negativer
Charakteristik und Vorrichtungen zu seinem
Herstellen

Anmelder:

Dr. Stanislas Teszner, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Schliebs, Patentanwalt,

Darmstadt, Büchnerstr. 14

Als Erfinder benannt:

Dr. Stanislas Teszner, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 15. September 1960 (838 680),
vom 12. August 1961 (870 891)

Schaltung. Andererseits muß der innere Widerstand des äquivalenten Zweipols vor dem Kippen hoch und nach dem Kippen gering sein. Sonst würde der Kathodenwiderstand einen integrierenden Bestandteil der Schaltung bilden und schädlich sein, wenn er nach dem Kippen konstant bleiben würde. Man muß demgemäß diesen Widerstand nach Ermessen so bemessen können, daß er genügend hoch vor dem Kippen ist und sich durch den Kippvorgang beträchtlich auf einen genügend kleinen Wert nach dem Kippvorgang ändert. Hierin besteht die Aufgabe der Erfindung.

Nach der Erfindung wird wenigstens der Hauptteil des Kathoden-Widerstands durch eine Einkehlung des Halbleiterstäbchens gebildet, welche derart angeordnet ist, daß sie buchstäblich in den Fluß der Minoritätsladungsträger taucht, der von der Sperr-Schicht der in Flußrichtung gepolten Steuerelektrode ausgeht und in der direkten Richtung fließt. Auf diese Weise liegt dieser Widerstand in der unmittelbaren Nähe des entsprechenden Endes der Steuerelektrode. Die Länge der Einkehlung ist kurz gegenüber der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in dem benutzten Halbleiterkörper, und ihr Querschnitt ist klein gegenüber dem des von der Sperrschicht ausgehenden Ladungsträgerflusses, welcher durch die Sperrschicht fließt.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen Unipolartransistor mit teilweise negativer Charakteristik und mit einem stabförmigen Halbleiterkörper von

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kreisförmigem Querschnitt mit einer Quellenelek- Einzelheiten der Erfindung und ihrer Vorteile trode an der einen und einer Saugelektrode an der werden zum besseren Verständnis an Hand der anderen Stirnfläche, einer Einschnürung im Mittel- Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen teil und einer ringförmigen Steuerelektrode um die- F i g. 1 und 2 eine Kippschaltung mit einem Unisen Mittelteil, welche eine geringere Länge als die 5 polartransistor sowie die Stromspannungscharakte-Einschnürung aufweist, insbesondere zur Verwendung ristik beim Kippvorgang,

in monostabilen, bistabilen oder astabilen Schaltungen. Fig. 3 und 4 Aufbau und Ersatzschaltbild bei Gemäß der Erfindung wird bei einem solchen Uni- dem Betrieb des Unipolartransistors in einer Kipppolartransistor ein solcher Widerstand dadurch er- schaltung,

zeugt, daß eine ringförmige Einkehlung in dem ein- io F i g. 5 die schematische Ausbildung eines Unigeschnürten Mittelteil des stabförmigen Halbleiter- polartransistors nach der Erfindung, körpers in unmittelbarer Nähe des der Quellen- F i g. 6 eine Abwandlung der Ausführungsform elektrode zugewandten Randes der Steuerelektrode nach F i g. 5,

angebracht ist, d. h. an der Seite der Kathode bei F i g. 7 eine schematische Schaltung für die elekeinem Halbleiterkörper vom η-Typ oder an der Seite 15 trolytische Behandlung des Unipolartransistors,

der Anode bei einem Halbleiterkörper vom p-Typ. F i g. 8 eine andere Schaltungsmöglichkeit für die

Bei einem bekannten Halbleiterbauelement wird elektrolytische Behandlung,

die Mittelelektrode durch einen Punktkontakt oder F i g. 9 eine schematische Darstellung zur ergän-

eine Flächenverbindung mit der Einschnürung eines zenden Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung. Halbleiterstäbchens gebildet, an dessen Stirnflächen 20 In der F i g. 1 ist die einfachste Ausführungsform

die Basis- und die Kollektorelektrode angebracht einer Schaltung mit einem Unipolartransistor zum

sind und in dem ein intensives Feld erzeugt wird, Betrieb als Kippschaltung gezeigt. Der Unipolar-

um die Laufzeit der Ladungsträger abzukürzen, und transistor 1 weist eine ringförmige Steuerelektrode 2,

zwischen Emitter- und Kollektorelektrode ist eine eine Kathode 3 und eine Anode 4 auf. Es wird unterzusätzliche Einkehlung angebracht. Jedoch handelt 25 stellt, daß es sich bei dem Halbleiterkörper beispiels-

es sich hierbei um einen Bipolartransistor, und der weise um einen solchen vom η-Typ handelt. Mit 5

Ausgangsscheinwiderstand des Transistors, der durch ist die Stromquelle zur Speisung der Anode bezeich-

den ohmschen Widerstand der Einschnürung bedingt net und 6 diejenige zur Polarisation der Steuerelek-

ist, wird durch die Einkehlung vergrößert, während trode 2, und 7 ist ein in den Stromkreis eingefügter der Einkehlung nach der Erfindung, wie erläutert, 30 Widerstand.

die Aufgabe zukommt, in der Nachbarschaft der Die Stromspannungscharakteristik ähnelt einer Steuerelektrode einen durch die Injektion der Pentode mit sehr starker Sättigung. Dabei entsteht Minoritätsladungsträger deutlich veränderbaren Wi- durch den Spannungsabfall zwischen Steuerelekderstand zu erzeugen. trode 2 und Kathode 3 eine innere Polarisation. Die In Weiterbildung der Erfindung wird eine solche 35 Spannungsquelle 6 soll diese Polarisation kompen-Breite der ringförmigen Einkehlung gewählt, daß sich sieren, indem sie den Betriebspunkt des Unipolaran ihr eine so große Feldstärke ausbildet, daß die transistors nahe zum Polarisationspunkt Null verBeweglichkeit der Ladungsträger kleiner ist als bei schiebt. Die Steuerelektrode ist indessen noch im kleinen Feldstärken. umgekehrten Sinn polarisiert, und der Strom in ihrer Die Erfindung betrifft ferner noch eine Vorrich- 40 Sperrschicht liegt nahe bei Null; der Widerstand des tung zur elektrolytischen Behandlung des Halbleiter- Steuerkreises liegt sehr hoch. In dem Augenblick, in Stäbchens, mit der die gewünschte Einkehlung des dem ein positiver Impuls von relativ kleiner Amplimittleren eingeschnürten Teiles auf einer gewünsch- tude an die Enden des Widerstands 7 gelegt wird, ten kurzen Länge und in gewünschter Tiefe auf der kann eine Umkehr des Polarisationssinns auftreten; Seite der Quellenelektrode erhalten wird. Insbeson- 45 die Sperrschicht wird dann an eine Spannung in dere werden auch spezielle Mittel angegeben, um Durchlaßrichtung gelegt, ihr Widerstand fällt darauf das Anwachsen des schädlichen Widerstands des bis auf einen geringen Wert ab, und der Widerstands-Kanals durch eine während der elektrolytischen Be- wert des äußeren Stromkreises mit dem Widerstand 7 handlungunerwünscht entstehende Querschnittsminde- wird praktisch durch den Kathodenwiderstand berung an dem der Saugelektrode zugewandten Rand der 50 stimmt, d.h. durch denjenigen des Halbleiterkörpers Steuerelektrode auf ein Minimum zu beschränken. zwischen Kathode 3 und der Steuerelektrode 2, wel-Bei dieser elektrolytischen Vorrichtung wird das eher selbst wiederum durch die Wirkung der Injek-Entstehen einer unerwünschten Querschnittsvermin- tion der Minoritätsladungsträger infolge der Polariderung des Halbleiterkörpers an dem der Saug- sation des gleichrichtenden Kontaktes der Steuerelektrode zugewandten Rand der Steuerelektrode 55 elektrode in Durchlaßrichtung wesentlich herabgegenüber der Ausbildung der gewünschten Quer- gesetzt wird.

Schnittsverminderung an dem der Quelle zugewand- Die F i g. 2 zeigt die Strom-Spannungs-Kurve im

ten Elektrodenrand dadurch unterdrückt, daß eine [///-Diagramm beim Kippvorgang. Der Ast 9 ent-

Hilfsgleichspannungsquelle benutzt wird, um die spricht dem Betrieb vor dem Kippen. Im Hauptteil

Potentialdifferenz zwischen der Steuerelektrode und 60 dieses Astes ist die Steuerelektrode im inversen Sinn

der Saugelektrode gegenüber der Potentialdifferenz polarisiert; der Strom ist dann negativ. Der kleine

zwischen der Quellen- und der Steuerelektrode her- Teil dieses Astes, wo der Strom leicht positiv ist

abzusetzen. Außerdem wird die Verbindung der — der Widerstand bleibt indessen sehr hoch —, ruft

Hilfsgleichspannungsquelle mit der Saugelektrode die eigentliche Wirkung des Unipolartransistors her-

durch eine Elektrode mit großen Abmessungen her- 65 vor und beruht auf dem fortschreitenden Verschwin-

gestellt, damit durch den Elektrolyten ein Teil des den der Einschnürung des von der Steuerelektrode

Stromes zwischen der Steuerelektrode und der Saug- umgebenen Kanals mit dem Übergang von inversen

elektrode fließt. zum direkten Stromverlauf, auf der Steigerung des

den Halbleiterkörper durchsetzenden Stromes und auf dem Spannungsabfall zwischen Steuerelektrode und Kathode. Dies erklärt die Erscheinung, daß für leicht positive Ströme die Spannung mit dem Strom anwächst bis zur Kuppe 10, wo der Kippvorgang eintritt.

Auf den Kippunkt folgt in der Charakteristik ein Zweig 11 mit stark negativem Widerstand bis zur Senke 12, die der geringen Restspannung, auch Talspannung genannt, entspricht. Anschließend setzt sich die Kurve in einem schwach ansteigenden Ast 13 fort. Die wichtigsten charakteristischen Parameter der dargestellten Kurve sind: der differentielle inverse Widerstand R_t, der durch die Neigung des Astes 9 gegeben ist, die Kippspannung U_b, die Talspannung U_v, der differentielle negative Widerstand R_n, gegeben durch die Neigung des Astes 11, und der differentielle Widerstand R_d, gegeben durch die Neigung des Astes 13.

Es ist wichtig, daß die Verhältnisse U_b/U_v und Ri/Ra so hoch wie möglich liegen, und dafür ist es notwendig, daß R₁ so groß wie möglich ist und ebenso das Verhältnis der Widerstände Steuerelektrode—Kathode R_gc vor und nach dem Kippvorgang. In der Tat ist der Wert R_gc vor dem Kipp-Vorgang der bestimmende Faktor von U_b, wie bereits oben ausgedrückt wurde, da R_gc nach dem Kippvorgang gegen R_d strebt und dann U_x, bestimmt.

Wenn man die normale Bauart des Unipolartransistors gemäß der F i g. 3 betrachtet, sieht man, daß man die Widerstandskette, aus der er sich zusammensetzt, unter der Voraussetzung des Betriebes als Kippschaltung gemäß Fig. 4 auflösen kann. Diese Kette enthält:

a) einen kathodenseitigen Widerstand 14, der verhältnismäßig veränderbar ist; dies ist der Widerstand des Endkontaktes 3 und des genügend weit von der Steuerelektrode entfernten Teiles des Halbleiterstabes mit genügend großem Querschnitt, damit die Wirkung des Flusses der injizierten Minoritätsladungsträger nicht sehr spürbar ist. Sie wird es um so weniger sein, je entfernter der betrachtete Teil ist;

b) einen Widerstand 15 in der Nachbarschaft der Steuerelektrode 2 und deutlich veränderbar durch die Injektion der Minoritätsladungsträger; ⁴^ dieser Widerstand ist konstant, solange die Steuerelektrode an eine inverse Spannung gelegt wird und fällt stark ab, sobald sie an eine direkte Spannung gelegt wird;

c) den Widerstand 16 des von der Steuerelektrode 2 bedeckten Teiles des Halbleiterkörpers, welcher beim Anlegen von negativer Spannung wächst und bei positivem Potential schnell abfällt; endlich

d) den Widerstand 17, anodenseitig, der einen festen Wert hat. Die Teile des Halbleiterkörpers, denen die Widerstände 14 bis 17 entsprechen, sind mit den Bezugszeichen 14' bis 17' versehen. Die horizontalen, ansteigenden oder abfallenden Pfeile der F i g. 4 geben die Konstanz oder den Sinn der Änderung des Widerstands in Abhängigkeit von der Polarisation der Steuerelektrode wieder.

Der Widerstand 17 trägt wesentlich zum Gesamtbeitrag der Kette bei. Der Widerstand 14 ist noch schädlicher, da er außerdem den Widerstand R_d und die Spannung U_v ungünstig beeinflußt. Es ist begreif-

60 lieh, daß man danach streben muß, die Widerstandskette so weit wie möglich auf die Widerstände 15 und 16 entsprechend den Teilen 15' und 16' zurückzuführen.

Die Ausführungsform gemäß der F i g. 5 dient zur Lösung dieser Forderung. Man sieht, daß im Bereich des eingeschnürten Teiles 18, dessen Oberfläche von der üblichen Steuerelektrode 2 des Unipolartransistors umgeben ist, eine Hohlkehle 19 vorgesehen ist, und zwar so nahe wie möglich an einem Rand der Elektrode 2. Es handelt sich um den Rand, welcher an der Kathodenseite bei einem η-Halbleiter bzw. an der Anodenseite bei einem p-Halbleiter liegt. Die Teile 20, 21 des Halbleiterkörpers und folglich die parasitären Widerstände kathoden- bzw. anodenseitig sind auf das kleinste Maß zurückgeführt.

Es ist praktisch unmöglich, eine solche Ausführungsform nach der F i g. 5 zu realisieren, welches elektrolytische Verfahren man auch zur Erzeugung der Hohlkehle 19 und zur Schlußreinigung der Oberfläche des Halbleiterkörpers anwendet, weil sich eine weitere Hohlkehle etwa symmetrisch zur Hohlkehle 19 in bezug zur Steuerelektrode bildet, welche den parasitären Anodenwiderstand und damit den Ruhestrom vergrößert. Man vermeidet in gewissem Maße das Anwachsen des Widerstands durch eine konische Ausbildung der Steuerelektrode nach der bereits zitierten deutschen Patentschrift 1 066 667. Man erhält dann die Ausführungsform, welche in der F i g. 6 schematisch dargestellt ist. Die konische Steuerelektrode 23, welche in dem verengten Bereich 24 des Halbleiterkörpers angebracht ist, wird an den Enden durch Hohlkehlen 25 an der Seite der Quellenelektrode und 26 an der Seite der Saugelektrode begrenzt. Diese letztere liegt an dem Ende des konischen Teiles mit größerem Durchmesser, so daß der durch sie hervorgerufene zusätzliche Widerstand von geringerer Bedeutung ist. Indessen ist es wichtig, ihn auf ein Minimum herabzusetzen; das nachfolgend beschriebene Verfahren führt zu diesem Ergebnis, ohne die Reinigung der Oberfläche des Halbleiterkörpers zu verschlechtern, was wiederum eine unerwünschte Herabsetzung des inversen Widerstands des Unipolartransistors hervorrufen würde.

Das Herstellungsverfahren unterscheidet sich von demjenigen des normalen Unipolartransistors mit zylinderförmiger oder konischer Steuerelektrode dadurch, daß auf die elektrolytische Reinigungsbehandlung die Erzeugung einer Hohlkehle in dem eingeschnürten Teil des Halbleiterstabes folgt.

Die allgemeine Reinigung des Halbleiterkörpers, welcher beispielsweise aus Germanium vom n-Typ besteht, wird wie folgt durchgeführt: In einer sehr verdünnten Pottasche- oder Sodalösung, z. B. 1 g auf 11 destillierten Wassers, wird der Halbleiterstab im Innern einer ringförmigen Elektrode angeordnet, mit der die Zuleitung zu seiner Steuerelektrode verbunden ist. Diese Elektroden sind wiederum an den negativen Pol einer Gleichspannungsquelle gelegt, während die beiden äußeren Enden des Halbleiterkörpers gemeinsam mit dem positiven Pol verbunden sind. Die angewandte Spannung liegt in der Größenordnung von 7 V, während der Strom die Größenordnung von 30 mA hat. Die Behandlungsdauer beträgt etwa 2 Minuten,

Dieser allgemeine Reinigungsvorgang wird durch eine elektrolytische Behandlung abgelöst, um die

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Hohlkehle 19 zu erzeugen und eine Schlußreinigung diese Weise zwischen dem Abschnitt 23 bis 31 und des Halbleiterkörpers zu bewirken. Dieses Verfahren dem Widerstand 38 einerseits und zwischen dem Abwird in einem kleinen Behälter durchgeführt, welcher schnitt 23 bis 32 und dem Widerstand 39 andererkeine Elektrode aufweist und mit kochendem kon- seits. Folglich wachsen die tatsächlich an diesen Abzentriertem Wasserstoffsuperoxyd gefüllt ist, dessen 5 schnitten liegenden Spannungen nach Maßgabe der Konzentration ungefähr 30% beträgt. Der ein- Tiefen der kleinen Hohlkehlen 25 und 26 an, was fachste Aufbau, den man für diese Behandlung an- ein unsymmetrisches Angreifen des Elektrolyten zur wenden kann, besteht darin, die Zuleitungen zur Folge hat.

Steuerelektrode und zur Kathode des Unipolar- Die Verwendung einer Elektrode 32 mit großer transistors mit den negativen und positiven Polen to Oberfläche und einer Elektrode 31 mit kleiner Obereiner Gleichspannungsquelle zu verbinden. Die fläche für die elektrolytische Behandlung zur Erzeu-Anodenzuleitung bleibt isoliert. Der Behälter wird gung der Hohlkehle und zur Reinigung trägt zusamstark beleuchtet. Die angewandte Spannung liegt in men mit der Schaltung nach F i g. 7 bzw. derjenigen der Größenordnung von 20 V. Die Behandlungs- nach F i g. 8 zu einer Kleinhaltung der unerwünschdauer beträgt im allgemeinen zwischen 30 Sekunden 15 ten Hohlkehle 26 bei. Dies ist in der Fig. 9 erläutert, und 3 Minuten je nach dem Kathodenwiderstand Da die Steuerelektrode 23 an einem negativen Poten- und der gewünschten Tiefe der kleinen Hohlkehle 19. tial in bezug zu den Endelektroden 31 und 32 liegt, Der hauptsächliche Nachteil dieser Schaltung be- fließt ein erheblicher Teil des Stromes zwischen der steht darin, daß mit der Hohlkehle 19 auch eine wei- Elektrode 32 und der Elektrode 23 durch den Elektere Hohlkehle entsteht, die symmetrisch zur Steuer- 20 trolyten entsprechend den dargestellten Linien 34, elektrode liegt. Diese weitere Hohlkehle ist von einer ohne den Halbleiter zu durchqueren. Andererseits geringeren Tiefe, die jedoch nicht vernachlässigbar fließt praktisch der gesamte Strom von der Elektrode ist. Außerdem kann die Variation des Kathoden- 21 durch den von der Elektrode 23 umgebenen Teil Widerstands während des Verfahrens nicht gesteuert des Halbleiterkörpers. Daraus ergibt sich, daß die werden. Diese Nachteile können vermieden werden, 25 kleine Hohlkehle 26 in Breite und Tiefe wesentlich indem man eine Hilfsspannungsquelle benutzt, um schwächer ausgebildet wird als die Hohlkehle 25.
einen Steuer- und Polarisationsstrom in dem Halb- Unter diesen Bedingungen ist die Vergrößerung leiterkörper aus Germanium zu injizieren, wie es in des durch die Hohlkehle 26 hervorgerufenen schädder deutschen Patentschrift 1 013 796 erklärt ist. liehen Anodenwiderstands praktisch vernachlässig-Man gibt den Zwischenelektroden, mit denen dieser 30 bar bei einer kegelstumpfförmigen Ausbildung des Steuer- und Polarisationsstrom durch den Halbleiter mittleren Teils entsprechend den F i g. 6 bis 9 und geschickt wird, geeignete Abmessungen. bleibt in annehmbaren Grenzen bei einer zylinder-

Die Fig. 7 stellt schematisch ein erstes Ausfüh- förmigen Steuerelektrode.

rungsbeispiel einer solchen Schaltung dar, bei der Die Daten des auf diese Weise herstellbaren Uni-

diese Bedingungen bei einem Unipolartransistor mit 35 polartransistors mit negativem Widerstand sind

kegelstumpfförmigem Steuerteil gemäß F i g. 6 erfüllt folgende:

sind. Die Steuerelektrode 23 ist mit dem negativen jj_b (Kippspannung) bis zu 40 V entsprechend dem

Pol einer Gleichspannungsquelle 35 verbunden, Aufbau und entsprechend der Spannung zwi-

deren positiver Pol mit der Elektrode 31 in Verbin- sehen Anode und Kathode

dung steht. Die Elektrode 31 hat eine kleine Ober- ₄o _υ (Restgleichspannung an den Außenelektroden

fläche im Verhältnis zur Kathode 3. Außerdem ist _{für einen Strom} steuerelektrode—Kathode

eine Hilfsgleichspannungsquelle 36 mit ihrem posi- _von 20 mA) 0 5 bis 1 8 V

tiven Pol mit der Elektrode 31 und zugleich mit der _{R (inverser wi(}k_rstand)' ₌ '_{15 bis 50} Megohm,

Kathode3 und mit ihrem negativen Pol mit der ^ _(direkter Widerstand) = 15 bis 40 Ohm
Anode 4 des Unipolartransistors über eine Elektrode 45

32 von großer Ausdehnung verbunden. Die Elek- Zeit des Kippens und der Umkehr: 25 · 10~⁹ Setrode 32 hat beispielsweise die Form einer Scheibe künden, welche sich wie folgt zusammensetzt:
mit wesentlich größerem Durchmesser als derjenige Anstiegzeit 20 · ΙΟ"⁹ Sekunden

der Anode 4. Die Bedeutung dieser Ausbildung wird Abfallzeit 2 · 10~⁹ Sekunden

im folgenden erläutert werden. Man sieht, daß die 5° Rückkehrzeit 3 · 10~⁹ Sekunden
Spannungsquelle 36 die Aufgabe hat, die an der Seite

der Anode 4 vorhandene Spannung zu reduzieren, so Die charakteristischen Abmessungen eines Uni-

daß damit die Tiefe der Hohlkehle 26 in dem Halb- polartransistors mit negativem Widerstand und mit

leiterkörper herabgesetzt wird. zylinderförmiger Steuerelektrode können etwa wie

Die Schaltung nach Fig. 8 kann in gleicher Weise 55 folgt angegeben werden, wobei Germanium vom

bei einem Unipolartransistor, wie er in der Fig. 6 η-Typ mit einem Widerstand von 8 Ω/cm zugrunde

dargestellt ist, angewandt werden. In diesem Fall gelegt wird,

liegt die von der Spannungsquelle 35 gelieferte Span- Benutzbare Länge des Halbleiter-

nung symmetrisch zwischen der Steuerelektrode 23 körpers 500 μ

und dem gemeinsamen Punkt 40 der beiden Wider- 60 Größter Durchmesser 500 μ

stände 38 und 39, welche bei 31 mit der Kathode 3 Außenbreite der Hauptkehle 200 μ

bzw. unter Zwischenschaltung der großflächigen Am Grund 120 μ

Elektrode mit der Anode 4 verbunden sind. Der Durchmesser der Hauptkehle am

positive Pol der Hilfsspannungsquelle 37 ist durch Grund 50 μ

die Elektrode 31 mit der Kathode 3 verbunden, wäh- 65 Breite der Steuerelektrode 80 μ

rend der negative Pol über die Elektrode 32 mit der Mittlere Breite der kleinen kathoden-

Anode 4 in Verbindung steht. Die von der Span- seitig gelegenen Kehle 20 μ

nungsquelle 37 gelieferte Spannung verteilt sich auf Mittlere Tiefe der kleinen Hohlkehle 12 μ

Der durch diese kleine Hohlkehle eingeführte Widerstand kann einen Spannungsabfall in der Größenordnung von 15 bis 20 V im Bereich der Hohlkehle hervorrufen. Bei einer Breite von 20 μ entspricht das einer Feldstärke von 7500 bis a 10 000 V/cm. Bekanntlich ist bei Germanium vom η-Typ die Grenzgeschwindigkeit der Ladungsträger 6 · 10⁶ cm/sec. Andererseits ist die Geschwindigkeit der Ladungsträger das Produkt aus Trägerbeweglichkeit und elektrischer Feldstärke. Mithin zeigt sich, daß die Trägerbeweglichkeit, als Quotient aus Geschwindigkeit und Feldstärke, von ihrem Nominalwert von 3900 cm²/V je Sekunde bei dem betrachteten Spannungsabfall an der Hohlkehle auf einen Wert zwischen 800 und 600 cm²/V je Sekunde sinkt. Bei den angegebenen Abmessungen der Hohlkehle ergibt sich dann bei dieser verringerten Trägerbeweglichkeit ein Widerstand der Hohlkehle zwischen etwa 15 und 20 k/Ohm.

Für eine Ausführung mit konischer Steuerelektrode sind die charakteristischen Abmessungen dieselben bis auf den Durchmesser des Grundes der Kehle, welcher durch zwei Durchmesser zu ersetzen ist entsprechend den beiden Rändern der Steuerelektrode — hier sind es etwa 45 und 70 μ — und bis auf die Tiefe der kleinen kathodenseitigen Hohlkehle, die nur auf 10 μ begrenzt ist.

Die Erfindung ist im einzelnen für den Fall erläutert, daß das Halbleitermaterial aus Germanium besteht. Selbstverständlich kann an Stelle von Germanium auch ein anderes geeignetes Halbleitermaterial benutzt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Unipolartransistor mit teilweise negativer Charakteristik und mit einem stabförmigen Halbleiterkörper von kreisförmigem Querschnitt mit einer Quellenelektrode an der einen und einer Saugelektrode an der anderen Stirnfläche, einer Einschnürung im Mittelteil und einer ringförmigen Steuerelektrode um diesen Mittelteil, welche eine geringere Länge als die Einschnürung aufweist, insbesondere zur Verwendung in monostabilen, bistabilen und astabilen Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Einkehlung (25) in dem eingeschnürten Mittelteil des Halbleiterkörpers in unmittelbarer Nähe des der Quellenelektrode (3) zugewandten Randes der Steuerelektrode (23, Fig. 5 bis 9) angebracht ist.

2. Unipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der ringförmigen Einkehlung so klein gewählt ist, daß sich an der Einkehlung eine so große Feldstärke ausbildet, daß die Beweglichkeit der Ladungsträger kleiner ist als bei kleinen Feldstärken.

3. Unipolartransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung für die Steuerelektrode konisch ausgebildet ist und daß der Durchmesser der Einschnürung von der der Quellenelektrode (3) zugewandten Seite zu der der Saugelektrode (4) zugewandten Seite anwächst.

4. Vorrichtung zum Herstellen eines Unipolartransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bad mit stark beleuchtetem Wasserstoffsuperoxyd verwendet wird, in welches der Unipolartransistor getaucht wird, daß für den Fall eines n-Halbleiterkörpers seine Steuerelektrode bzw. wenigstens seine Quellenelektrode mit dem negativen bzw. dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle (35) verbunden sind und daß zwischen Quellenelektrode und Saugelektrode eine von einer Hilfsgleichspannungsquelle (36) gelieferte Polarisationsspannung mittels zweier die Quellen- und Saugelektrode berührende Elektroden (31, 32) von unterschiedlichen Abmessungen angelegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Quellenelektrode und Saugelektrode des Unipolartransistors durch eine Reihenschaltung von Widerständen (38, 39) verbunden sind, deren gemeinsamer Punkt an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle (35) geführt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Anlegen der Polarisationsspannung an Quellenelektrode und Saugelektrode benutzten Elektroden (31, 32) derart ausgebildet sind, daß die erste Elektrode (31) kleine Abmessungen und die zweite Elektrode (32) große Abmessungen hat, derart, daß der Stromanteil, welcher direkt von den Elektroden zur Steuerelektrode (23) durch den Elektrolyten fließt, auf der Seite der Saugelektrode (4) größer ist als auf der Seite der Quellenelektrode (3).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 066 667;
USA.-Patentschrift Nr. 2 502 479.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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