DE1208414B - Betriebsschaltung eines Mehrfach-Halbleiterbauelements aus einer Halbleiterscheibe und mehreren Elektroden auf der einen Hauptoberflaeche und Ausbildung des Halbleiterbauelements - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1208 414

Aktenzeichen: W 28973 VIII c/21 g

Anmeldetag: 22. November 1960

Auslegetag: 5. Januar 1966

Es ist ein Mehrfach-Halbleiterbauelement bekannt, das aus einer Halbleiterscheibe mit mindestens einem llächenhaften, zur Scheibenebene parallelen inneren pn-übergang zwischen zwei Halbleiterzonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps besteht und bei dem die eine Hauptoberfläche der Scheibe mit einer anschlußl'reien Elektrode belegt ist, die in ohmschem Kontakt mit der angrenzenden Halbleiterzone steht und eine Äquipotentialfläche längs der Hauptoberfläche bildet, und bei dem die andere Hauptoberlläche mehrere Elektroden aufweist, von denen mindestens zwei über weitere pn-Übergänge in nichtohmschem Kontakt und mindestens eine in ohmschem Kontakt mit der an sie angrenzenden HaIb-Jeiterzone stehen.

Dieses bekannte Bauelement weist mehr als drei Elektroden auf und dient als Halbleiteranordnung mit mehreren Ein- und Ausgängen, zwischen denen ein Transistoreffekt angestrebt wird. Durch die anschlußfreie Elektrode soll erreicht werden, daß die Stellung des Emitters zum Kollektor für die Transistorwirkung nicht kritisch ist, so daß auch mehrere Emitter mit größerem Abstand von den Kollektoren auf der gleichen Oberflächenseite der Halbleiteranordnung vorhanden sein können.

Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, daß es durch eine besondere Schaltung des erwähnten Mehrfach-Halbleiterbauelements möglich ist, besondere Schaltungsfunktionen hervorzurufen, die man bisher nur mit Hilfe mehrerer Halbleiterbauelemente hätte erzielen können.

Das bekannte Mehrfach-Halbleiterbauelement der angegebenen Art ist erfindungsgemäß so geschaltet, daß zwei der Elektroden auf der zweiten Hauptoberfläche der Halbleiterscheibe, darunter mindestens eine nichtohmsche Elektrode, als äußere Anschlüsse verwendet sind und daß zwischen diesen Anschlüssen eine solche Spannung angelegt ist, daß eine Reihenschaltung einer Vierschichtendiode und eines Flächentransistors auftritt und zwei pn-Übergänge Minoritätsladungsträger sammeln und emittieren.

Es hat sich gezeigt, daß beim Betrieb dieser Schaltung Sägezahnimpulse auftreten, deren Breite und Frequenz durch die angelegte Spannung und die Eigenschaften des äußeren Stromkreises verändert werden können.

Durch entsprechende Auswahl je zweier Elektroden als Anschlüsse lassen sich die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Reihenschaltung mühelos ändern bzw. umschalten.

Das Mehrfach-Halbleiterbauelement kann in der Betriebsschaltung je nach dem gewünschten Ver-

Betriebsschaltung eines
Mehrfach-Halbleiterbauelements aus einer
Halbleiterscheibe und mehreren Elektroden
auf der einen Hauptoberfläche und Ausbildung
des Halbleiterbauelements

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Gene Strull, Pikesville, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Dezember 1959
(859 191)

wendungszweck verschiedene Ausbildungen erfahren. Beispielsweise steht eine nichtohmsche Elektrode über zwei pn-Übergänge und die andere nichtohmsche Elektrode über mindestens einen pn-übergang mit der angrenzenden Halbleiterzone in der Halbleiterscheibe in Verbindung. Hierbei kann die HaIbleiterscheibe nur aus den beiden Halbleiterzonen und dem pn-übergang zwischen ihnen bestehen, oder die Halbleiterscheibe besteht aus drei Halbleiterzonen, zwischen denen sich pn-Übergänge befinden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin ist F i g. 1 eine Schnittansicht einer Halbleiterscheibe, die zur Herstellung des Bauelements verwendbar ist, F i g. 2 eine Schnittdarstellung der Scheibe nach F i g. 1 im Zwischenzustand,

F i g. 3 eine Draufsicht der Scheibe nach F i g. 1 in einem weiteren Zwischenzustand,

Fig.4 bis 6 Schnittdarstellungen verschiedener Halbleiterbauelemente,

F i g. 7 eine graphische Darstellung der Stromspannungskennlinien des Halbleiterbauelements im ersten Quadranten,

509 777/329

F i g. 8 eine schematische Darstellung einer Er- hobeln oder Abätzen oder auch mehrere dieser

satzschaltung, bestehend aus einer Diode und einem Arbeitsgänge entfernen,

damit in Reihe geschalteten Transistor, und In Fig. 2 ist eine Scheibe 110 dargestellt, bei der

F i g. 9 eine schematische Darstellung eines Halb- es sich um die p-Scheibe der F i g. 1 nach der Dif-

leiterbauelements mit sechs Bereichen. 5 fusion handelt, bei der die dotierenden Verunreini-

Zur Erläuterung wird die Erfindung nachstehend gungen nur in die Unterseite 14 der Scheibe ein-

an Hand der Herstellung eines Siliciumbauelements diffundiert sind. Die Scheibe 110 besteht aus einer

mit drei Schichten und der Zonenfolge n-p-n-p-n-p oberen p-Zone 16, einer unteren n-Zone 15 und

beschrieben. Die Erfindung ist jedoch in gleicher einem pn-übergang 18 zwischen den Zonen 15 und

Weise auf die Herstellung anderer Mehrfach-Halb- io 16. Die Zone 15 könnte übrigens auch durch die

leiterbauelemente anwendbar, bei denen eine Halb- bekannte Legierungstechnik hergestellt werden, wo-

leiterzone anschlußfrei ist. Der bei der Herstellung bei eine Folie aus einem Metall, wie Gold oder

des Bauelements verwendete Halbleiterwerkstoff Silber, mit einem dotierenden Material vom n-Typ

kann aus Silicium, Germanium, Siliciumcarbid oder auf die Fläche 14 aufgelegt und erhitzt wird, bis eine

einer stöchiometrischen Verbindung aus Elementen 15 Verschmelzung und Legierung stattfindet,

der III. und der V. Gruppe des Periodischen Systems Bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements

bestehen. Zu den verwendbaren Elementen der mit vier Schichten soll mindestens eine der inneren

III. Gruppe gehören z. B. Gallium, Aluminium und Zonen in der Scheibe durch Dampfdiffusion herge-

Indium und zu den Elementen der V. Gruppe z. B. stellt werden.

Arsen, Phosphor und Antimon. Beispiele für stö- 20 Die p-Zone 16 muß dick genug sein, um die Diffu-

chiometrische Verbindungen der angegebenen Art sion oder Anlegierung von Kontaktelektroden zu

sind Galliumarsenid, Galliumantimonid, Indium- gestatten, ohne daß diese bis zur n-Zonel5 hin-

arsenid und Indiumantimonid. durchreichen. Die p-Zone 16 soll aber nicht so dick

In F i g. 1 ist als Beispiel eine Siliciumscheibe 10 sein, daß der Vorwärtsspannungsabfall des fertigen

aus einem Einkristall mit p-Leitfähigkeit dargestellt. 25 Halbleiterbauelements wesentlich erhöht wird. Vor-

Die Scheibe 10 kann in bekannter Weise hergestellt zugsweise soll die Dicke etwa 0,0125 bis 0,125 mm

werden. Zum Beispiel kann ein Einkristallstab aus betragen. Insbesondere wurde eine Schichtdicke von

Silicium aus einer Schmelze gezogen werden, die etwa 0,025 mm für die p-Zone 16 bei der beschrie-

Silicium und mindestens ein Element der III. Gruppe benen Ausführungsform als sehr günstig befunden,

des Periodischen Systems enthält, z.B. Bor, Alu- 30 Wie aus Fig. 3 hervorgeht, werden nun eine Perle

minium, Gallium oder Indium. Die Scheibe 10 wird 20 und ringförmige Folien 22 und 24 vom p-Typ auf

dann z. B. mit einer Diamantsäge von dem Stab die Oberseite 12 der Scheibe 110 aufgebracht. Die

abgeschnitten. Der Querschnitt kann kreisförmig, Perle 20 ist in der Mitte der Oberseite 12 angebracht,

rechteckig oder sonstwie sein. Die dargestellte Scheibe Die Folie 24 ist auf der Scheibe 110 so angebracht,

10 hat z. B. kreisförmigen Querschnitt. Ihre Ober- 35 daß ihr Umfang sich nicht über die Außenkante der

flächen können nach dem Absägen geläppt oder Scheibe 110 hinaus erstreckt und vorzugsweise noch

geätzt oder beides werden, um eine glatte Oberfläche ein Stück innerhalb derselben bleibt. Die Folie 22

zu erzielen. Die Scheibe 10 soll vorzugsweise so befindet sich ungefähr in der Mitte zwischen der

dotiert werden, daß eine Konzentration von 10¹⁴ Perle 20 und der Folie 24.

bis 10¹⁸ Trägern je Kubikzentimeter Silicium herrscht. 40 Die Perle 20 und die Folien 22 und 24 bestehen

Der spezifische Widerstand der Scheibe 10 soll etwa aus einem dotierenden Material oder einer Legie-

im Bereich von 0,1 bis 10000 Ohm · cm liegen. Die rung eines Akzeptors von einem oder mehreren EIe-

Scheibe hat eine Oberseite 12 und eine Unterseite 14, menten der Gruppe III des Periodischen Systems,

die normalerweise parallel sind, aber auch gegen- z. B. Bor, Aluminium und Indium, oder Legierungen

einander geneigt sein können. Die Scheibe 10 kann 45 oder Gemischen von Elementen der Gruppe III des

auch ein Abschnitt eines dendritischen Kristalls Periodischen Systems und eines neutralen Metalls

sein. (z. B. Gold), die beim Aufschmelzen auf den Bereich

Die Scheibe 10 wird nun in einen Diffusionsofen 16 eine Halbleiterzone vom p-Typ erzeugen können,

eingebracht. Die heißeste Zone des Ofens befindet Das Akzeptormaterial der Perle 20 und der Folien

sich auf einer Temperatur zwischen etwa 1000 und 50 22 und 24 muß also imstande sein, sich mit dem

1250° C und besitzt eine Atmosphäre aus dem Dampf Material der p-Zone 16 so zu vereinigen, daß eine

eines Donators zum Dotieren, z. B. Phosphor, Arsen Zone entsteht, die eine Trägerkonzentration von

oder Antimon. Die Zone des Ofens, in der sich ein 10¹⁷ bis 10²⁰ Trägern je Kubikzentimeter des SiIi-

Tiegel mit dieser Donatorverunreinigung befindet, ciums aufweist. Geeignete Legierungen hierfür sind

kann eine Temperatur von 200 bis 1250° C auf- 55 z.B. eine Gold-Bor-Legierung mit 98 bis 99,9»/0

weisen, je nachdem, wie es für den gewünschten Gold oder eine Gold-Bor-Wismut-Legierung, die bis

Dampfdruck und die gewünschte Oberflächen- zu 1 °/o Wismut und 0,1 bis 2 % Bor enthält,

konzentration des Diffusionsmittels am Tiegel er- Ferner werden ringförmige Folien 26 und 28 aus

forderlich ist. Die Verunreinigung diffundiert in die einem Donatormaterial auf die Oberseite 12 der Unterseite 14 des p-Kristalls 10. Um eine Diffusion 60 Scheibe 110 aufgelegt. Die Donatorfolie 26 vom

durch alle Seiten der Scheibe zu verhindern, müssen η-Typ befindet sich in der Mitte zwischen der Akzep-

die Seitenwände und die Oberseite der Scheibe ab- torperle 20 vom p-Typ und der Akzeptorfolie 22

gedeckt werden, was z. B. mit einer nicht reagieren- vom p-Typ. Die Donatorfolie 28 vom η-Typ befindet

den Metallschicht, einer Oxydschicht od. dgl., durch sich in der Mitte zwischen der Akzeptorfolie 22 und die keine Diffusion stattfindet, geschehen kann. Man 65 der Akzeptorfolie 24 vom p-Typ. In allen Fällen

kann auch das Diffusionsmittel auf allen Seiten in trennt ein erheblicher Zwischenraum die Ringe 20,

die Scheibe eindringen lassen und dann die unge- 22, 24, 26 und 28 voneinander und von der Perle 20,

wünschten dotierten Teile durch Abschneiden, Ab- so daß kein Kurzschluß auftreten kann.

Die Donatorfolien 26 und 28 enthalten ein oder mehrere Elemente, Legierungen oder Gemische mit neutralen Metallen von Elementen der Gruppe V des Periodischen Systems, die eine Halbleiterzone vom η-Typ in dem betreffenden Bereich der p-Zone 16 erzeugen können, wenn sie auf dieselbe aufgeschmolzen werden. Zu diesen Elementen der Gruppe V gehören Phosphor, Arsen und Antimon. Die Folien 26 und 28 vom η-Typ können aus einer

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist ein aus drei Zonen bestehendes Halbleiterbauelement, das als Kombination eines negativen Widerstandes mit Hyperleitfähigkeit und eines Transistors wirkt, wenn zwei beliebige Anschlüsse, die mit zwei einander nicht benachbarten Bereichen entgegengesetzter Leitfähigkeit verbunden sind, verwendet werden.

Das Halbleiterbauelement nach F i g. 4 kann in verschiedener Weise betrieben werden. Wenn z. B.

Legierung mindestens eines Elements der Gruppe V to nur die Elektroden 36 und 38 mit einer Spannungsdes Periodischen Systems und einem neutralen Metall, quelle verbunden sind, wird die n-Zone 126 durch

z. B. Gold, bestehen. Beispiele hierfür sind eine Gold-Antimon-Legierung mit 98 bis 99,9 % Goldgehalt und eine Gold-Arsen-Legierung mit 98 bis 99,9 °/o Gold.

Eine Lehre oder
einem indifferenten Werkstoff, z. B. Graphit, kann

die Elektrode 36 gegenüber der p(+)-Zone 124 negativ vorgespannt, da diese mit der positiven Elektrode 38 verbunden ist. Die gut leitende Elektrode 34 ist mit keinem äußeren Anschluß verbunden. Die

eine andere Vorrichtung aus aus der Zone 126 in die Zone 16 injizierten Träger

werden von der Zone 15 gesammelt und durch die ohmsche Elektrode 34 geführt, dann aus der Elektrode 34 und der Zone 15 wieder durch die Zone 16

zur Halterung der Perle und der Folien auf der Oberseite 12 der Scheibe 110 dienen. Die aufgelegten

Teile 22 bis 28 werden auf die Oberseite 12 dadurch 20 hindurchemittiert, von der Zone 128 gesammelt und

aufgeschmolzen, daß die Scheibe 110 in einem

wieder in die Zone 15 emittiert und gelangen schließlich in die außen angeschlossene Schaltung durch die Zone 124 und den positiven Anschluß 38. Die Pfeile in F i g. 4 zeigen diesen von den Minoritätsladungs-

Schmelzofen unter Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre erhitzt wird, z. B. unter einem Vakuum von 10-- bis 10~⁵ mm Hg, oder unter Argon oder

Helium bei einer TeinpeKatur von 650 bis 750° C. 25 trägern zurückgelegten Weg.

Hierbei muß darauf geacntet werden, daß die Perle Die Anordnung arbeitet also wie eine HaIb-

20 und die Folien 22 bis 28 nicht dadurch die ganze leiterdiode mit sechs Schichten in der Reihenfolge

p-Zone 16 hindurchwandern und in Berührung mit n-p-n-p-n-p.

der n-Zone 15 kommen. Bei einer anderen Betriebsv/eise der Anordnung

In F i g. 4 ist die Scheibe 110 der F i g. 2 nach dem 30 nach F i g. 4 geschieht die Verbindung mit dem

Anschmelzen der Perle 120 und der Folien 122 bis J 28 an die Oberseite 12 der Scheibe dargestellt. Die Scheibe umfaßt nun eine erste Schicht mit der p-Zone 16, eine zweite Schicht mit der n-Zone 15 und den

äußeren Stromkreis über die ohmsche Elektrode 40 an der Zone 122. Bei dieser Anschlußart hat die Anordnung die Eigenschaften einer Vierschichtendiode. Hierbei wird von der Sammlung und Wieder-

pn-Übergang 18 zwischen den Zonen 15 und 16. 35 einführung von Minoritätsladungsträgern durch die Ferner ist nun eine dritte Schicht vorhanden, die aus Zone 15 zusammen mit der Reflexion von der

anschlußfreien ohmschen Elektrode 34 Gebrauch

gemacht.
Beide Betriebsarten

des Halbleiterbauelements

der aufgeschmolzenen Perle 120 und den konzentrischen "Ringen 122bis 128 besteht.Einep( + )-Zone
120 befindet sich in der Mitte der Oberseite 12 der
Scheibe. Sie wird rings umgeben von einer n-Zone 40 nach Fig. 4 können abwechselnd durchgeführt wer-126. Zwischen der n-Zone 126 und der p-Zone 16 den. Es können also mehrere getrennte Schaltungen befindet sieb ein pn-übergang 30. Eine weitere mit einem einzigen Bauelement gesteuert werden.
p(—)-Zone-122 umgibt die n-Zone 126. Diese wird Bei Verwendung des Bauelements nach Fig. 4

wieder von einer n-Zone 128 umgeben. Zwischen als Sechsschichtendiode lassen sich veränderbare der n-Zone 128 und der p-Zone 16 existiert ein 45 Impulsfrequenzen mit den Eigenschaften eines negapn-Übergang 32. Am Umfang der Oberseite 12 der tiven Widerstands mit Hyperleitfähigkeit und eines Scheibe befindet sich schließlich noch eine p(+)- Transistors in Kombination erzeugen. Außerdem Zone 124. kann auch infolge der Rückkopplung und der Par-

Während des Aufschmelzen der Perle 120 und allelwege in dem einkristallinen Aufbau der Anordder Folien 122 bis 128 wird eine ohmsche Elektrode ₅o nung gemäß der Erfindung eine Wellenform, die einer 34 an der Unterseite 14 der Scheibe angebracht. Dies Sinuswelle nahekommt, leicht erzeugt werden,
kann durch Schmelzen, Weich- oder Hartlöten oder Das Halbleiterbauelement nach F i g. 4 kann mit

sonstwie geschehen. Die Elektrode 34 kann aus entsprechender Vorspannung Sägezahnimpulse ausirgendeinem gut leitenden neutralen Metall oder senden und durch entsprechende Wahl der zwischen einer Legierung bestehen, z. B. aus Gold, Silber oder ₅₅ zwei Zonen angelegten Spannung ist es möglich, die Blei oder Legierungen und Gemischen derselben. Sie Breite und Frequenz der erzeugten Impulse zu verkann auch aus einer stark degenerierten Halbleiter- ändern, wie weiter unten noch gezeigt wird,
zone bestehen, die den gleichen Halbleitertyp wie die In F i g. 5 ist ein Halbleiterbauelement 200 darangrenzende Halbleiterzone aufweist. Die Elektrode gestellt, das aus vier Schichten besteht und sieben 34 ist notwendig, um eine Reflexion der Minderheits- 60 Zonen aufweist. Das Bauelement 200 kann irr ähnträger während des Betriebs der Anordnung zu licher Weise hergestellt werden, wie es oben an Hand bewirken. des Bauelements nach F i g. 4 besprochen wurde. Die

Mit den obersten p- und η-Zonen können Elek- verwendeten Halbleiterwerkstoffe, dotierenden und troden36 bis 44 verbunden werden. Es werden er- Kontaktmaterialen entsprechen den oben angefindungsgemäß jedoch jeweils nur zwei Elektroden 6g gebenen.

zugleich als Anschlüsse verwendet. Die Elektroden Das Bauelement 200 enthält eine unterste Schicht,

können als Druckkontakte ausgeführt sein oder die vollständig aus einer n-Zone 210 besteht. Sie dauernd angelötet oder sonstwie angebracht werden. wird abgeschlossen durch eine ohmsche Elektrode

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212 aus Metall. An der Oberseite dieser η-Zone stimmten Potential liegt. Die Anordung 500 ist also schließt eine zweite Schicht an, die ganz aus einer aus sechs Zonen in der Reihenfolge n-p-n-p-n-p zup-Zone214 besteht. Zwischen den Zonen 210 und sammengesetzt.

214 besteht ein pn-übergang 216. An die Oberseite Der Fachmann wird sofort erkennen, daß es dieser zweiten Schicht schließt eine dritte Schicht 5 kaum möglich ist, eine Sechszonenanordnung der in an, die aus den n-Zonen 218 und 220 besteht. Zwi- F i g. 9 dargestellten Art praktisch herzustellen. Ein sehen den Zonen 214 und 218 besteht ein pn-Über- Versuch zur Bildung abwechselnder p- und n-Zonen gang 222, ebenso zwischen den Zonen 214 und 220 in einer einzigen Halbleiterscheibe durch Legierungsein pn-übergang 224. Die Zonen 218 und 220 be- oder Dampfdiffusion wäre eine nahezu unlösbare rühren sich gegenseitig nicht. Auf der dritten Schicht io Aufgabe, da es einerseits außerordentlich schwierig, befindet sich eine vierte Schicht, die aus den p-Zonen wenn nicht unmöglich wäre, die verschiedenen 226 und 228 besteht. Zwischen den Zonen 218 und Dicken der Zonen, insbesondere der inneren Zonen, 226 befindet sich ein pn-übergang 230 und zwischen zu beherrschen, und andererseits ein Versuch der den Zonen 220 und 228 ein pn-übergang 232. An Kontaktherstellung mit den inneren p- und n-Zonen den Zonen 226 und 228 sind Elektroden 234 und 236 15 äußerst schwierig wäre,
angebracht. Dagegen sind die oben beschriebenen Herstellungs-

Bei einer Betriebsart dieses Bauelements werden schritte zur Bildung der Halbleiterbauelemente mit

beispielsweise in die Zone 228, die gegen die Zone den erfindungsgemäßen Schichten und Zonen nicht

226 negativ vorgespannt ist, Minoritätsladungsträger schwierig. Statt der beschriebenen Legierungs-

hineingeschickt. Die Minoritätsladungsträger gehen 20 Schmelz-Technik kann auch die Dampfdiffusion Ver-

durch die Zonen 228, 220 und 214 hindurch, werden wendung finden. In diesem Fall kann es erforderlich

von der Zone 210 gesammelt und wieder in die Zone sein, bestimmte Stellen an der Oberseite der Scheibe

214 emittiert. Sie gehen dann durch die Zonen 214, abzudecken und dann dotierende Materalien vom

218 und 226 hindurch. Aus der Zone 226 gelangen n- oder p-Typ in Form eines Dampfes eindiffun-

sie wieder in den äußeren Stromkreis. Die Sammlung 35 dieren zu lassen. Nach der Diffusion werden die

und Wiedereinführung der Minoritätsladungsträger bereits behandelten Stellen abgedeckt, und man läßt

kommt davon her, daß die mit dem pn-übergang 216 die p- oder η-Verunreinigungen durch die vorher

und der Metallelektrode 212 abgeschlossene Zone abgedeckten Teile eindiffundieren.

210 elektrisch auf keinem bestimmten Potential liegt. Das nachfolgende Beispiel soll zeigen, wie die

Das Bauelement 200 verhält sich also wie eine Diode 30 Herstellung des Halbleiterbauelements tatsächlich

mit sieben Bereichen p-n-p-n-p-n-p. vor sich geht.

In F i g. 6 ist ein weites Bauelement 300 aus vier Es wurde von kreisförmigen Scheiben aus ein-

Schichten mit sieben Zonen dargestellt. Es ist ahn- kristallinem Silicium vom p-Typ ausgegangen, die

lieh wie das Bauelement nach F i g. 4 aufgebaut, hat eine dotierende Konzentration von 10¹³ bis 10¹⁷

jedoch eine zusätzliche Schicht. An der Unterseite 35 Träger je Kubikzentimeter Silicium und einen spe-

einer an die untere Hauptoberfläche angrenzenden zifischen Widerstand von 0,1 bis 1000 Ohm · cm auf-

n-Zone312 befindet sich eine anschlußfreie Elek- wiesen. Sie hatten jeweils einen Durchmesser von

trode310. Sie kann wieder aus einem Metall oder 12,5 mm und eine Dicke von 0,125 mm. Jede Scheibe

einer stark degenerierten Halbleiterzone bestehen wurde an ihrem Außenrand und an der Oberseite

und macht die Sammlung und Wiedereinführung von 40 mit einer Oxydschicht abgedeckt. Dann wurde sie

Minoritätsladungsträgern durch die Zone 312 mög- in einen Diffusionsofen eingebracht. Der Diffusions-

lich, die auf keinem bestimmten Potential liegt. Die ofen befand sich auf einer Maximaltemperatur von

Schicht 314 ist eine p-Zone, während die Schicht 316 1200° C, und die Atmosphäre enthielt Phosphor,

eine η-Zone darstellt. Die Schicht 318 besteht aus Der Phosphor konnte in die Unterseite der Scheibe

getrennten n-Zonen 320, 324, 328 und 332 und 45 bis zu einer Tiefe von 0,025 mm eindiffundieren.

p-Zonen 322, 326 und 330. Dann wurde die Scheibe aus dem Diffusionsofen ent-

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Bauelemente nommen und die abdeckende Schicht vom Rand und

ist in F i g. 7 beispielsweise die Stromspannungskenn- der Oberseite entfernt.

linie des Bauelements nach Fig.4 dargestellt, wenn Hierauf wurde ein Scheibchen mit einem Durch-

die Spannung V an die Elektroden 36 und 38 ange- 50 messer von 2,25 mm und einer Dicke von 0,025 mm

legt wird. Die Stromstärke / ist in Horizontalrichtung auf die Mitte der Oberseite der Scheibe aufgelegt,

und die Spannung V in Vertikalrichtung aufgetragen. Das Scheibchen bestand aus 99 Gewichtsprozent

Die Kennlinie ist eine Kombination der Kennlinie Gold und 1 Gewichtsprozent Bor. Eine Ringfolie

eines Transistors und einer Vierschichtendiode mit mit einem Außendurchmesser von 12,25 mm und

der Schichtenfolgen n-p-n-p und Hyperleitfähigkeit. 55 einem Innendurchmesser von 10 mm wurde auf den

Die Kurve AB ist typisch für einen Transistor und Rand der Oberseite der Scheibe aufgelegt. Diese

die Kurve CD typisch für eine derartige Vier- Folie enthielt ebenfalls 99 % Gold und 1⁰Zo Bor.

schichtendiode. Eine weitere Folie aus dem gleichen Material mit

In F i g. 8 und 9 ist schematisch die soeben be- einem Außendurchmesser von 7,25 mm und einem

schriebene Betriebsweise im Vergleich mit einer 60 Innendurchmesser von 5,0 mm wurde in der Mitte

Schaltung aus bekannten Teilen dargestellt. Wenn zwischen dem Mittelscheibchen und dem Außenring

eine Vierschichtendiode 450 und ein Transistor 460 aufgelegt. Eine andere Folie mit einem Außendurch-

gemäß F i g. 8 in Reihe geschaltet wären, würde das messer von 4,75 mm und einem Innendurchmesser

Ergebnis das gleiche wie bei der Anordnung nach von 2,5 mm, die aus 99 Gewichtsprozent Gold und

Fig. 4 sein. Wenn die p-Zone452 der Diode 450 65 1 Gewichtsprozent Arsen bestand, wurde in der Mitte

und die p-Zone 462 des Transistors 460 vereinigt zwischen dem Mittelscheibchen und der zuletzt er-

werden, ergibt sich eine Anordnung 500 gemäß wähnten Folie auf die Oberseite der Scheibe aufge-

F ig. 9, bei der ein Mittelbereich M auf keinem be- bracht. Erne weitere Folie der gleichen Art mit einem

Außendurchmesser von 9,75 mm und einem Innendurchmesser von 7,5 mm wurde in der Mitte zwischen der am Umfang befindlichen Folie und der gleichartigen Mittelfolie aufgelegt. Die Scheibe mit den verschiedenen aufgebrachten Folien wurde dann auf eine Temperatur von etwa 700° C erhitzt, so daß die Folien mit der Scheibe verschmolzen.

Während des Schmelzvorganges wurde eine Elektrode von 99 Gewichtsprozent Gold und 1 Gewichtsprozent Antimon mit einer Dicke von 0,02 mm und einem Durchmesser von 12,5 mm gleichzeitig auf die Unterseite der Siliciumscheibe aufgeschmolzen.

An die verschiedenen an der Oberseite der Scheibe aufgeschmolzenen Folien wurden dann ohmsche Elektroden aus Zinn angeschmolzen.

Wenn das so hergestellte Bauelement an eine äußere Schaltung angeschlossen wurde, wobei der Kontakt mit den verschiedenen Folien auf der Oberseite der Scheibe hergestellt wurde, so ergaben sich die obenerwähnten Betriebsmöglichkeiten. So wurden z. B. Sägezahnschwingimgen verschiedener Form erzeugt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Betriebsschaltung eines Mehrfach-Halbleiterbauelements aus einer Halbleiterscheibe mit mindestens einem flächenhaften, zur Scheibenebene parallelen inneren pn-übergang zwischen zwei Halbleiterzonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, bei dem die eine Hauptoberfläche der Scheibe mit einer anschlußfreien Elektrode belegt ist, die in ohmschem Kontakt mit der angrenzenden Halbleiterzone steht und eine Äquipotentialfläche längs der Hauptoberfläche bildet, und bei dem die andere Hauptoberfläche mehrere Elektroden aufweist, von denen mindestens zwei über weitere pn-Übergänge in nichtohmschem Kontakt und mindestens eine in ohmschem Kontakt mit der an sie angrenzenden Halbleiterzone stehen, dadurch gekennzeichnet,, daß zwei der letzteren Elektroden (36,38,40,42,44), darunter mindstens eine nichtohmsche Elektrode (36 oder 44), als äußere Anschlüsse verwendet sind und daß zwischen diesen Anschlüssen eine solche Spannung angelegt ist, daß eine Reihenschaltung einer Vierschichtendiode und eines Flächentransistors auftritt und zwei pn-Übergänge (18, 32) Minoritätsladungsträger sammeln und emittieren.

2. Mehrf ach-Halbleiterbauelement zur Verwendung in Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nichtohmsche Elektrode (234 oder 236) über zwei pn-Übergänge und die andere nichtohmsche Elektrode über mindestens einen pnübergang mit der angrenzenden Halbleiterzone (214) der Halbleiterscheibe in Verbindung steht.

3. Mehrfach-Halbleiterbauelement zur Verwendung in Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe nur aus den beiden Halbleiterzonen (15, 16; 210, 214) und dem pn-übergang zwischen ihnen besteht.

4. Mehrfach-Halbleiterbauelement zur Verwendung in Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe aus drei Halbleiterzonen (312, 314, 316) besteht, zwischen denen sich pn-Übergänge befinden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1063 279;
französische Patentschriften Nr. 1210 880,
593, 1244 613.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 ΠΊΒ29 12.65 © Bundesdruckerei Berlin