DE1960370C - Electronic solid-state switching element - Google Patents
Electronic solid-state switching elementInfo
- Publication number
- DE1960370C DE1960370C DE1960370C DE 1960370 C DE1960370 C DE 1960370C DE 1960370 C DE1960370 C DE 1960370C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor
- switching element
- layers
- solid
- connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Description
auch aus der .Zeitschrift für Angewandte Physik«, Rd 28 1969, H. 3, S. 143 bis 148, bekannt. BdDer' Umschalteffekt in den Glashalbleitern kann nach O ν s h i η s k y auf eine »Lücke« in der Beweg-SchkeH der Ladungsträger zwischen dem Energie- und dem Leitfähigkeitsband beruhen, wie in dem Artikel »Simple Band Model for Amorphous Semiconducting Alloys« in »Physical Review Letters«, Mai 1969, S. 1065 bis 1068, ausgeführt ist. In diesem Energiebereich s.nd die Elektronen nahezu unbeweg-Hch. Die Ladungsträger werden deshalb leicht em- »efangen. Sobald die Energiezustände zwischen dem Kngsband und dem Fermi-Niveau aufgefüllt sind schaltet das Element in den niederohm.gen Zustand um, weil die zusätzlich injizierten Elektronen,sich im Energiezustand oberhalb der Beweghchke.tslucke be- also from the "Zeitschrift für Angewandte Physik", Rd 28 1969, no. 3, pp. 143 to 148, known. Bd The 'switching effect in the glass semiconductors the charge carriers between the energy and the conduction band, after O ν shi η sky on a "gap" in the Move-SchkeH based, as in the article "Simple Volume Model for Amorphous Semiconducting Alloys" in " Physical Review Letters, May 1969, pp. 1065-1068. In this energy range the electrons are almost immobile. The load carriers are therefore easily received. Once the energy states between the Kngsband and the Fermi level are filled on the element in the state to niederohm.gen because the additionally injected electrons, is sawn in the energy state above the Beweghchke.tslucke
«-KIÄSIS auch dadurch«-KIÄSIS because of that too
Die folgenden ^gJ
wandern und erhohen
des k The following ^ gJ
hike and increase the k
stehend .S6/1*™^J körperschaltelementenStanding .S 6/1 * ™ ^ J body-switching elements
stern ann^™^£
parallel zu den star ann ^ ™ ^ £
parallel to the
körper kann ·™ gleichen Materialsbody can · ™ same material
1515th uonlschcn Fe* Scbaltprozeß wenig- *!Halbleiterfläche solcher Halbleiter-Schichten des toen die Potentialdurch Zusätze eines By adding a small amount of semiconductor surface to such semiconductor layers, the potential is increased by the addition of a
ind.ind.
solchen Halbleiterkörpers ffkt. Es ist deshalb für den Halbwesentlichsuch a semiconductor body ffkt . It is therefore essential for the semi-essential
^s^hcrsteimr ist, und es .st SuSücnnrtewd ausreichend. Eiterung der Erfindung d.enen d,e ^ s ^ hcrsteim r is, and it .st SuSücnnrtewd sufficient. Suppuration of the invention d.enen d, e
Ass r lI^käAss r lI ^ kä
kungen unterliegen, wie in Fig. 2 schemat.sch veranschaulicht ist. Dort ist die Energie E der Ladungsiger ineiner Schnittebene des Halbleiterkörpers m Abhängigkeit von ihrer Entfernung χ von einer der Ekroden des Halbleiterkörpers aufgetragenen* band Ev und Leitungsband Ec haben unterschiedliche SLn über der Ausdehnung des Halbleiterkörpers. Das Fermi-Niveau ist mit Er bezeichnet. Im hochohmigen Gebiet kann zunächst der Energiezustand zwischen der maximalen Energie E1 und dem Ferm,-Niveau Ep aufgefüllt werden. Hier ist die Beweglichkeitsehf gering Bei größerer Injektion von Ladungs-are subject to, as shown in Fig. 2 schemat.sch is illustrated. There the energy E is the charge tiger in a sectional plane of the semiconductor body m depending on its distance χ from one of the electrodes of the semiconductor body applied * band E v and conduction band E c have different SLn over the extent of the semiconductor body. The Fermi level is marked Er . In the high-resistance area, the energy state between the maximum energy E 1 and the Ferm, level Ep can first be filled. The range of motion is low here.
er mr ktfode eines Schalt-he mr ktfode of a switching
° Erfindung in einem Diagramm° Invention in a diagram
a5 wird desa 5 becomes des
3»3 » hat einen eshas a it
S1 S ÄiÄS 1 S ÄiÄ
»SS. W der bereits ein“SS. W the already one
zium3 und nlzium3 and nl
Jnrtt. vorzugsweise durch %asförmigen Verbindung der S^ hübewndeie Germa- ^0R H1GeCl4 und SiIift Wasserstoff H1SiCl, Silizium Ldabstand als Germanium, und Potentialschwelle der aufgebrachtenJnrtt. preferably by the as- shaped connection of the S ^ hübewndeie Germa- ^ 0 RH 1 GeCl 4 and SiIif t hydrogen H 1 SiCl, silicon distance as germanium, and potential threshold of the applied
Tunnel-Tunnel-
. Die bekannten Schalte emenu mit .·. The known switch emenu with.
Tälern ausbildet und nicht über die gesamte Flache verteilen kann. Die Folge ist eine übermäßige br: wärmung des Halbleiterkörpers im'. ^0.^^ " größeren Leistungen, die zum Schmelzen des dünnenForms valleys and cannot distribute them over the entire area. The result is an excessive br: heating of the semiconductor body in '. ^ 0. ^^ "greater powers, leading to the melting of the thin
"CeI0K iS!gtedahTrndie Aufgabe zugrunde, di Γ BelasTbarkeit der bekannten Schaltelemente fur "CeI 0 K iS! Gt e n dahTr the object of di Γ carrying capacity of the known switching elements for
wmmmwmmm £> eo die Dielektrizitätskonstante χ ^ Boltzmannkonstonte T die absolute Temperatur Elementarladung und „D die Donatorendichte £> eo the dielectric constant χ ^ Boltzmann constant T the absolute temperature elementary charge and “ D the donor density
1Ig1Ig
3SMS Sl=SSMS3SMS Sl = SSMS
3S3S
fertigen Halbleiterkörper gegen mechanische Beschädigung oder Kriechströme zu schützen. Zu diesem Zweck kann das Schaltelement beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet oder von einem selbsthärtenden Kunststoff eingeschlossen sein. Der Halbleiterkörper kann beispielsweise etwa 100 Schichten unterschiedlicher Bandbreite enthalten, deren Dicke d beispielsweise etwa jeweils 1 μ betragen kann. Die Länge des gesamten Halbleiterkörpers wird deshalb im allgemeinen 100 μ nicht wesentlich überschreiten.to protect finished semiconductor bodies against mechanical damage or leakage currents. For this purpose, the switching element can, for example, be arranged in a housing or enclosed by a self-hardening plastic. The semiconductor body can contain, for example, about 100 layers of different bandwidth, the thickness d of which can be, for example, about 1 μ in each case. The length of the entire semiconductor body will therefore generally not significantly exceed 100 μ.
Die Breite d und die Anzahl der Siliziumschichten 3 bestimmen die Schaltspannung l/» des Schaltelementes. Sein Schaltstrom 1, ist gegeben durch die Beweglichkeit der Ladungsträger und durch den Abstand o, der Leitungsbandkanten von Silizium und Germanium. 1st das Verhältnis der verbotenen Bänder E^\Eat und somit im allgemeinen auch die EnergiedifTerenz O1 zu groß, so kann die Siliziumschicht 3 auch durch eine Silizium-Germanium-Legierung ersetzt werden. Mit einer solchen lückenlosen Mischkristallreihe, deren Bandabstand in F i g. 5 schematisch veranschaulicht ist, kann der erforderliche Schaltstrom kontinuierlich geändert und somit auch ein gewünschter Schallstrom Is eingestellt werden. Dort ist die Breite der verbotenen Zone /!Ein Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der Legierungen Silizium und Germanium in einem Diagramm aufgetragen. Die Breite der verbotenen ZoneAE beträgt für reines Silizium 1,1 eV und für reines Germanium 0,6 eV. Bei einem Silizium-Germanium-Mischkristall mit z. B. 80% Germanium und 20% Silizium ist die Breite AE um einen Wert höher, der in der Figur mit einer Strecke α dargestellt ist, und den Bandabstand nach F i g. 5 um die Anteile O1 und a2 vergrößert, da a = α, + Ox gilt. Bei n-leitendem Halbleitermaterial bestimmt der Abstand α, die Größe des Schaltstromes /».The width d and the number of silicon layers 3 determine the switching voltage I / »of the switching element. Its switching current 1 is given by the mobility of the charge carriers and by the distance o between the conduction band edges of silicon and germanium. If the ratio of the forbidden bands E ^ \ E at and thus generally also the energy difference O 1 is too great, the silicon layer 3 can also be replaced by a silicon-germanium alloy. With such a gapless mixed crystal row, the band gap of which in FIG. 5 is illustrated schematically, the required switching current can be changed continuously and thus a desired sound current I s can also be set. There the width of the forbidden zone /! A dependence on the mixing ratio of the alloys silicon and germanium is plotted in a diagram. The width of the forbidden Zone AE is 1.1 eV for pure silicon and 0.6 eV for pure germanium. In a silicon-germanium mixed crystal with z. B. 80% germanium and 20% silicon, the width AE is higher by a value, which is shown in the figure with a distance α , and the band gap according to FIG. 5 increased by the proportions O 1 and a 2 , since a = α, + O x applies. In the case of n-conducting semiconductor material, the distance α determines the magnitude of the switching current / ».
Die Halbleiterkörper können aus Halbleiterelementen oder Verbindungen der Elemente der III. und V. sowie II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems hergestellt werden. Gut geeignet sind vorzugsweise Halbleiter mit hoher Trägerbeweglichkeit von etwa μ > 100cm2/Vsec und die Mischkristalle bilden. Diese Eigenschaften haben beispielsweise Galliumarsenid GaAs und Galliumphosphid GaP. In n-leitenden Mischkristallen ist im allgemeinen die Beweglichkeit der Elektronen größer als die Beweglichkeit der Defektelektronen. Mit einer lückenlosen Mischkristallreihe nach F i g. 5 kann mit dem Anteil der beiden Materialien die Höhe der Potentialschwelle kontinuierlich eingestellt werden, weil der Schaltstrom /„ von der Höhe der Potcntialschwelle im Leitungsband bestimmt wird.The semiconductor bodies can consist of semiconductor elements or compounds of the elements of III. and V. as well as II. and VI. Group of the Periodic Table. Semiconductors with a high carrier mobility of about μ> 100 cm 2 / Vsec and which form mixed crystals are particularly suitable. Gallium arsenide GaAs and gallium phosphide GaP, for example, have these properties. In n-type mixed crystals, the mobility of the electrons is generally greater than the mobility of the defect electrons. With a gapless mixed crystal row according to FIG. 5, the level of the potential threshold can be continuously adjusted with the proportion of the two materials, because the switching current / "is determined by the level of the potential threshold in the conduction band.
Neben Galliumarsenid und Galliumphosphid sind auch andere Halbleiterverbindungen, die Mischkristalle bilden, beispielsweise Indiumarsenid InAs und Indiumphosphid InP, geeignetIn addition to gallium arsenide and gallium phosphide, there are also other semiconductor compounds, the mixed crystals form, for example, indium arsenide InAs and indium phosphide InP, suitable
Die einzelnen Schichten können vorzugsweise durch die bekannte Epitaxie oder auch durch Aufdampfen im Vakuum auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden. Auch das Aufsprühen eines das Halbleitermaterial enthaltenden Lösungsmittels ist möglich.The individual layers can preferably be produced by the known epitaxy or also by vapor deposition be applied to the semiconductor body in a vacuum. Also the spraying on of the semiconductor material containing solvent is possible.
S Außerdem ist auch das Aufstäuben, insbesondere Kathodenzerstäubung, zum Aufbringen der einzelnen Halbleiterschichten geeignet.S In addition, sputtering, especially cathode sputtering, is also used to apply the individual Semiconductor layers suitable.
Silizium und Germanium können vorzugsweise durch Abscheidung aus einer gasförmigen Halogen-Silicon and germanium can preferably be separated from a gaseous halogen
xo verbindung, insbesondere durch Hochtemperaturreduktion des Germanium- bzw. Siliziumtetrachlorids mit Wasserstoff als Trägergas:xo compound, in particular through high temperature reduction of germanium or silicon tetrachloride with hydrogen as carrier gas:
SiCI4 + 2H2-Si+ 4HCiSiCl 4 + 2H 2 -Si + 4HCi
gewonnen werden.be won.
Zu diesem Zweck kann jeweils abwechselnd ein das Halbleitermaterial enthaltender Gasstrom über den Halbleiterkörper geleitet werden. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, dem Gasstrom mit der gasförmigen Halbleiterverbindung, beispielsweise der gasförmigen Germaniumverbindung, stoßweise eine gasförmige Siliziumverbindung zuzuführen. Dann wird jeweils abwechselnd eine Schicht GermaniumFor this purpose, a gas stream containing the semiconductor material can alternate via the Semiconductor bodies are conducted. Under certain circumstances, it can be useful to flow the gas with the gaseous semiconductor compound, for example the gaseous germanium compound, intermittently one feed gaseous silicon compound. Then alternate a layer of germanium
as und als weitere Schicht eine Germanium-Silizium-Verbindung abgeschieden.as and as a further layer a germanium-silicon compound deposited.
Die AmBv-Verbindungen ergänzen die Elemente Germanium und Silizium durch Halbleiterstoffe mit ähnlichen Eigenschaften, wobei die verbotenen Zonen im wesentlichen unterhalb derjenigen von Germanium und oberhalb derjenigen von Silizium liegen. Galliumarsenid und Galliumphosphid bilden ebenfalls eine lückenlose Mischkristallreihe. Diese Verbindungen können deshalb vorteilhaft zur Herstellung von Schaltelementen nach der Erfindung verwendet werden. Wie im Ausführungsbeispiel für Germanium und Silizium erläutert, kann von solchen A1ILBV-Verbindungen ebenfalls jeweils abwechselnd eine Schicht, vorzugsweise Galliumarsenid GaAs, und eine folgende Schicht mit dem gleichen Element der III. Gruppe und einer anderen der V. Gruppe, vorzugsweise Galliumphosphid GaP, aufgebiacht werden. Ferner kann die zweite Schicht ebenfalls das Material der ersten Schicht und zusätzlich eine weitere Halbieitervcrb-..-dung enthalten, die zur Hersteilung der Potentialsch «vellen zugesetzt wird und vorzugsweise dem Gasstrom des Materials der ersten Schicht stoßweise zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann nach der Erfindung ein Halbleiterkörper mit abwechselnden Schichten aus Galliumarsenid GaAs und Galliumarsenid mit Galliumphosphid GaAsP hergestellt werden.The A m B v compounds supplement the elements germanium and silicon with semiconductor materials with similar properties, the forbidden zones being essentially below that of germanium and above that of silicon. Gallium arsenide and gallium phosphide also form a seamless series of mixed crystals. These connections can therefore be used advantageously for the production of switching elements according to the invention. As explained in the embodiment of germanium and silicon compounds may be of such 1IL A B V also alternately one layer, preferably gallium arsenide, GaAs, and a subsequent layer of the same element of the III. Group and another of the V group, preferably gallium phosphide GaP, are applied. Furthermore, the second layer can also contain the material of the first layer and, in addition, a further semiconductor compound which is added to produce the potential waves and which can preferably be fed in bursts to the gas flow of the material of the first layer. In this way, according to the invention, a semiconductor body with alternating layers of gallium arsenide GaAs and gallium arsenide with gallium phosphide GaAsP can be produced.
Im Ausführungsbeispiel wurde zur Erläuterung der Erfindung ein η-leitender Halbleiterkörpet gewählt,In the exemplary embodiment, an η-conductive semiconductor body was selected to explain the invention,
SS weil im allgemeinen die Beweglichkeit der Ladungsträger in η-leitenden Halbleitermaterialien größer ist Es sind jedoch auch p-leitende Materialien geeignet.SS because in general the mobility of the charge carriers in η-conducting semiconductor materials is greater However, p-type materials are also suitable.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (10)
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2913068C2 (en) | ||
| DE1292256B (en) | Drift transistor and diffusion process for its manufacture | |
| DE3588114T2 (en) | Superconducting arrangement | |
| DE1005194B (en) | Area transistor | |
| EP0140095A1 (en) | Semiconductor diode | |
| EP1010204A1 (en) | Semiconductor structure comprising an alpha silicon carbide zone, and use of said semiconductor structure | |
| DE102021125928A1 (en) | semiconductor device | |
| DE69132972T2 (en) | Superconducting field effect transistor with inverse MISFET structure and method for its production | |
| DE1514337B1 (en) | Unipolar transistor | |
| DE69119190T2 (en) | Superconducting device with extremely thin superconducting channel made of oxidic superconducting material and method for its production | |
| DE69218348T2 (en) | Superconducting device with extremely thin superconducting channel and manufacturing process | |
| DE3526826A1 (en) | STATIC INDUCTION TRANSISTOR AND SAME INTEGRATED CIRCUIT | |
| DE3850632T2 (en) | Superconductor element and method for its production. | |
| DE69123271T2 (en) | Device with stacked Josephson junction made of oxide superconductor material | |
| DE1163459B (en) | Double semiconductor diode with partially negative current-voltage characteristic and method of manufacture | |
| DE1150456B (en) | Esaki diode and process for its manufacture | |
| DE2215878A1 (en) | MAGNETICALLY CONTROLLED SOLID SWITCHING ELEMENT | |
| DE1960370C (en) | Electronic solid-state switching element | |
| DE2417248A1 (en) | SOLID ELECTRONIC CONTROL DEVICE AND CIRCUIT FOR THIS | |
| DE69306316T2 (en) | Superconducting device of the field-effect type | |
| DE68917197T2 (en) | Bipolar power semiconductor device and method for its production. | |
| DE2228931C2 (en) | Integrated semiconductor arrangement with at least one material-different semiconductor junction and method for operation | |
| DE69230698T2 (en) | Superconducting field effect transistor and method for producing a multilayer structure for this transistor | |
| DE3528562A1 (en) | TUNNEL INJECTION TYPE STATIC INDUCTION TRANSISTOR AND COMPREHENSIVE INTEGRATED CIRCUIT | |
| DE3880443T2 (en) | Field effect transistor. |