DE1130079B - Halbleiterbauelement zum Schalten mit einem Halbleiterkoerper aus drei Zonen abwechselnden Leitfaehigkeitstyps - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

T17373 Vmc/21g

ANMELDBTAG: 21. OKTOBER 1959

BEKANNTMACHUNG
DEH ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. MAI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement zum Schalten mit einem Halbleiterkörper aus drei hintereinanderliegenden Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, einer ersten und einer zweiten niederohmigen nichtgleichrichtenden Elektrode an den äußeren beiden Zonen und einer dritten, gleichrichtenden Elektrode an der mit der zweiten Elektrode verbundenen äußeren Zone nahe an der mittleren Zone.

Es sind Flächentransistoren dieser Art bekannt, bei denen zur Erzielung besonderer Eigenschaften, beispielsweise eines negativen Widerstands oder zur Überlagerung von Signalen, zusätzliche gleichrichtende Elektroden an einer oder beiden äußeren Zonen angebracht sind.

Bei einem bekannten Halbleiterbauelement der eingangs angegebenen Art ist die dritte Elektrode ein Golddraht, der in einem Abstand von 0,05 bis 0,127 mm von der mittleren Zone an der einen äußeren Zone anlegiert ist. Dadurch wird ein Hook-Transistor geschaffen, dessen Stromverstärkung größer als 1 ist. Bei Verwendung einer geeigneten Rückkopplung kann dann eine Flip-Flop-Schaltung gebildet werden, die sich selbsttätig in dem einen oder dem anderen von zwei stabilen Zuständen hält, in den sie durch einen kurzzeitig angelegten Impuls gebracht wird.

Demgegenüber ist das Ziel der Erfindung ein Halbleiterbauelement, das die Eigenschaften eines Thyratrons besitzt und daher besonders zum Schalten geeignet ist.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Halbleiterbauelement der eingangs angegebenen Art dadurch erreicht, daß der kürzeste auftretende Abstand zwischen dem pn-übergang an der dritten, gleichrichtenden Elektrode und dem benachbarten pn-übergang der mittleren Zone etwa gleich einer Diffusionslänge für die Minoritätsträger in der mit der dritten Elektrode verbundenen äußeren Zone ist, und daß zur Erzielung eines thyratronähnlichen Verhaltens zum Zünden ein Spannungsimpuls zwischen der ersten und dritten Elektrode angelegt wird und zum Löschen die Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode unterbrochen wird.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement ein ausreichend großer Impuls zwischen der ersten und der dritten Elektrode angelegt wird, entsteht ein Stromfluß, der im wesentlichen durch den äußeren Stromkreis bestimmt wird und durch die Spannung an der zweiten Elektrode nicht beeinflußbar ist. Dieser Vorgang kann daher mit dem Zünden eines Thyratrons verglichen werden. Der Zündpunkt kann

Halbleiterbauelement zum Schalten

mit einem Halbleiterkörper aus drei Zonen

abwechselnden Leitfähigkeitstyps

Anmelder:

Texas Instruments Incorporated,
Dallas, Tex. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E.Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Oktober 1958 (Nr. 769 473)

Chester Cameron Allen, Grapevine, Tex.,

Tillery Townsend, Carrolton, Tex.,

und William Nunley, Richardson, Tex. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

durch die Spannung an der zweiten Elektrode verschoben werden.
Durch kurzzeitige Wegnahme der an der ersten Elektrode zugeführten Spannung wird das Bauelement in den Ruhezustand zurückgebracht. Dies entspricht dem Löschen eines Thyratrons. Das Löschen des Halbleiterbauelementes ist auch durch Anlegen eines sehr großen Impulses an die zweite Elektrode möglich.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ermöglicht somit das Schalten beträchtlicher Ströme, mit denen beispielsweise Relais direkt betrieben werden können. Für solche Schalter besteht in der Technik ein großer Bedarf.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung.

Das in der Zeichnung gezeigte Halbleiterbauelement besteht aus einem Körper 10 aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium oder Germanium, in

5" Form eines Stabes, der aus einem gewachsenen Einkristall erhalten wurde. Geeignete Verfahren zur Herstellung gewachsener Einkristalle sind allgemein

209 601/354

bekannt. Der Körper 10 besitzt zwei äußere Zonen 11 und 12 des Leitfähigkeitstyps n, die als Kollektor bzw. als Basis dienen, sowie eine verhältnismäßig schmale mittlere Zone 13 des Leitfähigkeitstyps p, die zwischen den Zonen 11 und 12 liegt. Beim Wachsen des Halbleiterkristalls werden die pn-Übergänge 14 und 14' nach irgendeinem brauchbaren Verfahren gebildet, beispielsweise durch Doppeldotierung, Geschwindigkeitswachstum oder Diffusionswachstum. Zur Bildung der Zone 13 wird vorzugsweise Indium als Akzeptormaterial verwendet. Infolge seines niedrigen Diffusionskoeffizients gewährleistet die Verwendung von Indium einen scharfen pn-übergang 14. Eine erste Metallelektrode 15 steht in niederohmigem nichtgleichrichtendem Kontakt mit der Kollektorzone

11 des Typs n, und eine gleichartige zweite Elektrode 16 steht in niederohmigem nichtgleichrichtendem Kontakt mit der Basiszone 12 des Typs n. Eine dritte Elektrode 17, welche die Emitterelektrode darstellt, steht in gleichrichtendem Kontakt mit der Basiszone

12 in einem kritischen Abstand von dem benachbarten pn-übergang 14'.

Die Emitterelektrode 17 ist vorzugsweise ein Aluminiumdraht, dessen Ende 19 unter Bildung eines gleichrichtenden Übergangs 20 so mit der Basiszone 12 verschmolzen ist, daß der Abstand 18 zwischen dem pn-übergang dieser Elektrode und dem benachbarten pn-übergang 14' einer Diffusionslänge der von dem Aluminium gelieferten Ladungsträger, d. h. Löcher, entspricht. Im Fall von Aluminium liegt dieser Abstand 18 von einer Diffusionslänge zwischen 0,005 und 0,008 mm. Der Aluminiumdraht könnte auch in dem kritischen Abstand von 0,005 bis 0,008 mm von dem Übergang 14' um den Umfang der Zone 12 herumgewickelt sein, doch wird die Bildung des Kontaktes durch Anschmelzen des Drahtendes bevorzugt.

Andere geeignete Emitterelektroden 17 können durch Verwendung eines Gold-Galliumdrahtes oder eines Indiumflecks erhalten werden. Auf jeden Fall ist es wesentlich, daß die Emitterelektrode 17 in einem gleichrichtenden Kontakt mit der Basiszone 12 steht, der so verläuft, daß die Emitterzone des Typs ρ von dem pn-übergang 14' in einem Abstand liegt, der gleich einer Diffusionslänge ihrer Ladungsträger, also der Minoritätsträger in der Basiszone 12 ist.

Wenn eine konstante Basisspannung anliegt, wird das Bauelement durch einen negativ gerichteten Signalimpuls von vorbestimmter Spannung, der zwischen dem Emitter und dem Kollektor zugeführt wird, eingeschaltet bzw. gezündet, und sie bleibt eingeschaltet, bis der Basiszone eine sehr viel größere Spannung zugeführt wird oder bis die Kollektorspannung vollständig fortgenommen wird.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß ein gewachsener Flächentransistor verwendet wird, denn es können auch aus anderen in der Technik bekannten Halbleiterbauelementen pnpn-Anordnungen mit drei Elektroden gebildet werden. Hierzu gehören Anordnungen, in denen durchFeststoffdiffusion dreiSchichten in einer dotierten Scheibe aus Halbleitermaterial gebildet werden. Bei einer anderen brauchbaren Anordnung werden zwei Zonen durch Feststoffdiffusion und eine weitere Zone durch Legierung gebildet.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Halbleiterbauelement zum Schalten mit einem Halbleiterkörper aus drei hintereinanderliegenden Zonen abwechselnden Leitfähigkeitstyps, einer ersten und einer zweiten niederohmigen nichtgleichrichtenden Elektrode an den äußeren beiden Zonen und einer dritten, gleichrichtenden Elektrode an der mit der zweiten Elektrode verbundenen äußeren Zone nahe an der mittleren Zone, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzeste auftretende Abstand (18) zwischen dem pn-übergang (20) an der dritten Elektrode (17) und dem benachbarten pn-übergang (14') der mittleren Zone (13) etwa gleich einer Diffusionslänge für die Minoritätsträger in der mit der dritten Elektrode (17) verbundenen äußeren Zone (12) ist, und daß zur Erzielung eines thyratronähnlichen Verhaltens zum Zünden ein Spannungsimpuls zwischen der ersten Elektrode (15) und der dritten Elektrode (17) angelegt wird und zum Löschen die Spannung zwischen der ersten Elektrode (15) und der zweiten Elektrode (16) unterbrochen wird.

2. Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der ersten Elektrode (15) verbundene äußere Zone (11) als Kollektorzone und die mit der zweiten Elektrode

(16) verbundene äußere Zone (12) als Basiszone dienen.

3. Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode

(17) als Emitterelektrode dient.

4. Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (17) ein Aluminiumdraht ist, der an die Oberfläche der mit der zweiten Elektrode (16) verbundenen äußeren Zone (12) an einer Stelle anlegiert ist, die etwa 0,005 bis etwa 0,008 mm von der mittleren Zone (13) entfernt ist.

5. Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Zonen (11,12) den Leitfähigkeitstyp η haben.

6. Halbleiterbauelement gemäß Anspruch^, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung scharfer pn-Übergänge zwischen den Zonen die mittlere Zone (13) mit einem Akzeptormaterial dotiert ist, das einen kleinen Diffusionskoeffizienten hat.

7. Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Zone (13) mit Indium dotiert ist.

8. Halbleiterbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ein gewachsener Germaniumkristall ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 949 512, 956 434;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1060498, W11064 VHIa/21a² (bekanntgemacht am 23. 8.1956);
belgische Patentschrift Nr. 540 342;
USA.-Patentschriften Nr. 2709787, 2 852677.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©209 601/354 5.62