DE1197561B - Elektrisches Festkoerperbauelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03f

Deutsche Kl.: 21g-35

Nummer: 1197 561

Aktenzeichen: A 38343 VIII c/21g

Anmeldetag: 16. September 1961

Auslegetag: 29. Juli 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Festkörperbauelement mit Röhrenfunktion und begrenzter Raumladung, z. B. eine dielektrische Triode, mit einem Festkörper, dessen dielektrische Eigenschaften infolge eines hohen spezifischen Wider-Standes vorherrschend gegenüber seinen Halbleitereigenschaften sind und bei dem eine elektrisch leitende Elektrode an einer Seite einer Platte aus solchem dielektrischen Material und an der anderen Seite der Platte zwei kammartig in Schenkel gegliederte elektrisch leitende Elektroden im ohmschen bzw. im gleichrichtenden Kontakt angebracht sind.

Unter normalen Bedingungen kann ein elektrischer Strom nun schwer durch ein dielektrisches Material fließen. Dies rührt in erster Linie von einer Sperr- ¹S schicht her, die an der Berührungsstelle zwischen dem dielektrischen Material und einer Elektrode aus elektrisch leitendem Material entsteht; zum anderen besitzt das dielektrische Material in seiner Kristallstruktur Unregelmäßigkeiten bzw. Unvollkommen- *° heiten, durch die jeder anfängliche Elektronenstrom in dem Material aufgehalten und dabei ein Raumladungsfeld aufgebaut wird, das einem weiteren Elektronenfluß hinderlich ist.

Kristalle aus dielektrischem Material, beispielsweise aus Kadmiumsulfid, lassen sich im wesentlichen frei von Gitterunvollkommenheiten herstellen, und mit derartigen Kristallen können Elektroden bestimmter Materialien ohne Bildung von Sperrschichten verbunden werden.

Wenn eine geeignete Elektrode im ohmschen Kontakt mit einer Oberfläche eines deratigen Kristalls steht und eine zweite Elektrode an der entgegengesetzten Oberfläche des Kristalls in gleichrichtendem Kontakt angeordnet ist, fließt ein Strom zwischen den Elektroden, der nur von der in dem Kristall induzierten Raumladung begrenzt wird, wenn die Elektroden an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen sind. Diese dielektrische Vorrichtung läßt sich mit einer Glühelektronenvakuumdiode vergleichen, in der der Strom von den Elektronen getragen wird, die das normalerweise isolierende Vakuum durchlaufen.

In der gleichen Weise, wie einer Glühelektronendiode ein Steuergitter beigefügt werden kann, läßt sich eine dritte Elektrode an dem dielektrischen Kristall anbringen, so daß eine dielektrische Triode entsteht.

Es ist eine dielektrische Triode bekannt, die aus einem etwa quaderförmigen Kristall aus dielektrischem Material besteht, mit dessen einer Fläche eine als Kathode dienende Elektrode und mit dessen gegenüberliegender Fläche eine als Anode dienende Elektrisches Festkörperbauelement

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Joseph Franks, Ealing, London;

James Vine, Harlow, Essex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 21. September 1960 (32 439)

Elektrode in Kontakt steht. Eine dritte, als Steuergitter arbeitende Elektrode ist in Schlitzen untergebracht, welche in der Kathodenfläche des Kristalls so eingeformt sind, daß die Steuerelektrode zwischen den beiden anderen Elektroden sitzt. Derartige Trioden sind schwierig herzustellen, da man vor der Einformung der Elektroden die Schlitze in der Kristalloberfläche sehr genau einätzen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Festkörperbauelement mit Röhrenfunktion anzugeben, welches sich wesentlich einfacher herstellen läßt und welches als dielektrische Triode bisher nicht erreichte, günstige Betriebseigenschaften aufweist.

Derartige Festkörperbauelemente mit Röhrenfunktion können auch mit mehr Elektroden als drei ausgestattet werden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß bei einem solchen elektrischen Festkörperbauelement die beiden kammartig in Schenkel gegliederten Elektroden in einer Ebene auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Fläche der Platte ineinandergreifend angeordnet sind. Auf beiden Plattenoberflächen können zwei kammartig ineinandergreifende Elektroden angeordnet sein.

Die Elektroden mit ineinandergreifenden Schenkeln auf gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers aus dielektrischem Material, können mit ihren Schenkeln auf den beiden Oberflächen zueinander ausgefluchtet sein, andererseits kann es zweckmäßig sein, die Elektroden auf einer Oberfläche des Körpers rechtwinklig zu denen auf der entgegengesetzten Oberfläche anzuordnen.

Der Körper aus dielektrischem Material hat zweckmäßig die Form einer Platte oder eines platten-

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artigen Kristalls aus Kadmiumsulfid oder Kadmiumselenid.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ein Ausfuhrungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, in der die

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Festkörperbauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt und

F i g. 2 ein Schnitt durch das in F i g. 1 gezeigte Bauelement ist,

F i g. 3 einen Schnitt durch ein Bauelement entsprechend einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung darstellt,

F i g. 4 einen Schnitt durch ein Bauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Elektrische Festkörperbauelemente gemäß der Erfindung enthalten einen Körper aus dielektrischem Material, beispielsweise in Plattenform aus Kadmiumsulfid oder Kadmiumselenid, bei dem die Elektroden auf gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers vorgesehen sind. Eine ohmsche Elektrode kann entweder als Anode oder Kathode des Bauelementes dienen und besteht vorzugsweise aus Indium oder Zinnoxyd. Eine Elektrode, die entweder als Gitter oder als Anode benutzt wird, bildet einen gleichrichtenden Kontakt mit der gleichen Oberfläche des Körpers und besteht vorzugsweise aus einer Schicht aus Gold oder Tellur. Diese Elektroden besitzen eine Anzahl von Schenkeln, die auf einer Oberfläche der Platte kammartig ineinandergreifen. Auf einer weiteren Oberfläche des Körpers befindet sich eine weitere Elektrode, die entweder einen ohmschen oder gleichrichtenden Kontakt mit der Oberfläche bildet und als Anode, Kathode oder Gitterelektrode dient, je nachdem, welche von den zuerst genannten Elektroden nicht auf der ersten Oberfläche vorgesehen ist. Außerdem kann eine weitere Elektrode vorgesehen werden, die entweder einen ohmschen oder einen gleichrichtenden Kontakt mit der weiteren Oberfläche bildet. Diese weitere Elektrode kann ebenfalls als Kathode, Gitter oder Anode dienen, sofern die Vorrichtung immer wenigstens eine Anode, wenigstens ein Gitter und wenigstens eine Kathode besitzt. Die Elektroden werden zweckmäßig durch Aufdampfen des Elektrodenmaterials im Vakuum hergestellt. Die räumliche Anordnung der Elektroden kann mittels einer Drahtmaske erreicht werden, die auf die Oberfläche des Körpers gelegt wird; auch kann für diesen Zweck die Lage der Verdampfungsquelle relativ zur Maske beim Aufdampfen entsprechend gewählt werden.

Bei der Ausfuhrungsform nach den F i g. 1 und 2 besitzt ein plattenartiger Kristall aus dielektrischem Material 1 eine Gitterelektrode und eine Kathode auf einer Oberfläche. Die Kathode 2 besitzt eine Anzahl Schenkel 3; in gleicher Weise besitzt die Elektrode, die als Gitter 4 vorgesehen ist, eine Anzahl Schenkels, die in die Zwischenräume zwischen den Schenkeln 3 der Kathode hineinragen. Die Elektrode 6 auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Kristalls bildet entweder einen ohmschen oder einen gleichrichtenden Kontakt und dient als Anode. Diese Elektrode hat die Form eines Streifens, der im wesentlichen rechtwinklig zu den Schenkeln 3 und 5 verläuft.

Ein Festkörperbauelement entsprechend dieser Ausführungsform mit einem Kristall aus Kadmiumsulfid mit 10 μ Dicke und einer Kathodenfläche von 1 mm², bei dem die Schenkel des Gitters und der Kathode 5 μ voneinander entfernt liegen, besitzt eine Steilheit von etwa 36 mA/V, ferner einen Verstärkungsfaktor der Größenordnung von 0,33 und einen Arbeitswiderstand von etwa 9 Ohm, wenn an der Gitterelektrode eine Vorspannung von —5 V und an der Anode 10 V liegen.

Bei der Ausführungsform nach der F i g. 3 sind die als Kathode und Gitter dienenden Elektroden auf

ίο einer Oberfläche eines plattenförmigen Kristalls aus dielektrischem Material 1 vorgesehen, und besitzen jeweils eine Anzahl von ineinandergreifenden Schenkeln 7 bzw. 8. Die die Anode des Bauelementes darstellende Elektrode liegt auf der gegenüberliegenden Oberfläche des flachen, plattenförmigen Kristalls. Die Elektrode, die entweder einen ohmschen oder einen gleichrichtenden Kontakt mit dem Kristall bildet, ist mit einer Anzahl von Schenkeln 9 versehen. Eine weitere Elektrode, die ebenfalls sowohl einen ohmsehen als auch einen gleichrichtenden Kontakt mit dieser Oberfläche des Kristalls bilden kann, besitzt eine Anzahl Schenkel 10 und dient als zweites Gitter, wobei die Schenkel 9 und 10 ineinandergreifen. Die Anode und die Kathode auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Kristalls sind so angeordnet, daß ihre Schenkel 7 bzw. 9 miteinander ausgefluchtet sind. In gleicher Weise stehen die Schenkel der Gitterelektroden 8 und 10 miteinander in Übereinstimmung. Die Elektroden auf der ersten Oberfläche der Platte können auch rechtwinklig zu denen auf der zweiten Oberfläche verlaufen.

Die Ausführungsform entsprechend der F i g. 4 gleicht der in der F i g. 3 gezeigten mit der Ausnahme, daß die Schenkel der Anode 9 und der Gitterelektrode 8, die auf den beiden entgegengesetzten Oberflächen auf der Platte 1 angeordnet sind, miteinander ausgefluchtet sind, und daß in gleicher Weise die Schenkel der Gitterelektrode 10 und der Kathode 7 ebenfalls miteinander ausgerichtet sind.

Die Kennlinien für ein Bauelement entsprechend dieser Ausführungsform lassen sich mit einer Steilheit von 13 mA/V einem Verstärkungsfaktor von 16 und einem Arbeitswiderstand von 1200 Ohm angeben, wenn die Gittervorspannung — 0,2 V, die Anodenspannung 10 V und die Fläche der Kathodenelektrode 1 mm² beträgt.

Wenn das Bauelement mit mehr als einem Gitter ausgestattet ist, kann es mit einem festliegenden Potential betrieben werden, das an einer der Gitterelektroden angelegt ist, während der anderen Gitterelektrode ein Steuerpotential zugeführt wird. Auf diese Weise können die Kapazitäten zwischen den Elektroden verringert und die Betriebseigenschaften verbessert werden.

Ein elektrisches Festkörperbauelement mit Röhrenfunktion gemäß der Erfindung unterscheidet sich deutlich von einem Halbleiterbauelement. Bei einem Halbleiterbauelement besteht der eigentliche Körper aus einem halbleitenden Material mit einer wesentliehen Anzahl von Ladungsträgern bestimmten Vorzeichens. Die Steuerung eines Stroms erfolgt durch Injektion von Minoritätsladungsträgern, also Ladungsträgern anderen Vorzeichens. Demgegenüber ist das bei einem elektrischen Festkörperbauelement für den eigentlichen Körper verwendete Material ein dielektrisches Material mit einer vernachlässigbaren Anzahl von Ladungsträgern. Wenn in dieses Material Elektronen eingeführt werden, kann der Elek-

tronenfluß durch angelegte Potentiale gesteuert werden, wobei die sehr geringe Anzahl von Ladungsträgern innerhalb des Materials auf den Elektronenfluß keinen Einfluß hat.

Demzufolge sind die Eigenschaften eines solchen Bauelementes von denen eines Halbleiterbauelementes auf Grund der Unterschiede in den Eigenschaften der verwendeten Materialien verschieden. Der Elektronenfluß durch das Festkörperbauelement wird durch die in dem Körper des Bauelementes induzierte Raumladung gesteuert, so daß der Elektronenfluß dem in einer Glühelektronenröhre entspricht.

Die Eigenschaften eines solchen dielektrischen Materials können selbstverständlich in solche eines Halbleitermaterials verändert werden, wenn man die Temperatur des Materials verändert oder indem man beispielsweise in das Material Verunreinigungen einführt, jedoch werden bei dem Bauelement nach der Erfindung vorwiegend die dielektrischen Eigenschaften des Materials ausgenutzt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Festkörperbauelement mit Röhrenfunktion und begrenzter Raumladung mit einem Festkörper, dessen dielektrische Eigenschäften infolge eines hohen spezifischen Widerstandes vorherrschend gegenüber seinen Halbleitereigenschaften sind und bei dem eine elektrisch leitende Elektrode an einer Seite einer Platte aus solchem dielektrischen Material und an der anderen Seite der Platte zwei kammartig in Schenkel gegliederte elektrisch leitende Elektroden im ohmschen bzw. im gleichrichtenden Kontakt angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kammartig in Schenkel gegliederten Elektroden in einer Ebene auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Fläche der Platte ineinandergreifend angeordnet sind.

2. Festkörperbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Plattenoberflächen je zwei kammartig ineinandergreifende Elektroden angebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1017 648,
938, 1034 272, 1092569;

USA.-Patentschriften Nr. 2 810 052, 2 854 611,
859;

»Journal of the British IRE«, Vol. 20, Nr. 5,
Mai 1960, S. 337 bis 350;

»Hdb. der Physik«, Bd. XX, 1957, S. 3/4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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