DE2125188C - Lichtempfindlicher Festkörper oszillator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen lichtempfindlichen Festkörperoszillator, Η-stehend aus einer Halbleiterscheibe bestimmter Leitfähigkeit, die auf der einen Oberfläche einen Bereich von der Halbleiterscheibe entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp und auf der anderen Oberfläche zwei voneinander getrennte Bereiche von der Halbleiterscheibe entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp trägt, wobei die letztere Oberfläche mit mindestens zwei ohmschen Elektroden versehen ist, die zur Zuführung einer Vorspannung dienen.

Ein solcher Festkörperoszillator. dessen Schwingfre quenz von der Belichtung abhängt, bildet den Gegen stand ' r älteren deutschen Patentanmeldung ¹P 19.65.7 14.8 35. Aufgabe der Erfindung ist es. den Schwingbereich und die Schwingleistung eines sol chen Festkörperoszillators weiter zu verbessern. Dies wird erfindungsgemäli dadurch erreicht, daß an der Oberfläche eines der voneinander getrennten Bereiche ein weiterer Bereich von gleichem Leitfähigkeltstvp wie die Halbleiterscheibe ausgebildet ist, sowie dab die eine Elektr )de an diesem Bereich und die andere Elektrode an dem davon getrennten Oberflächenbereich vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist.

Wenn .ur Erzeugung der Vorspannung eine Gleichspannungsquelle verwendet wird, soll diese so gepolt sein, daß die Grenzschicht zwischen demjenigen Bereich, an dessen Oberfläche der weiiere Bereich ausgebildet ist, und der Halbleiterscheibe in Sperrichtung belastet ist.

Einige Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines früher vorgeschlagenen Festkörperoszillators.

Fig. 2 bis 15 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Festkörperoszillators,

Fig. 16 und 17 Kennlinien eines solchen und

Fig. 18 das Schaltbild eines Anwendungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Festkörperoszillator.

Der in Fig. 1 dargestellte, früher vorgeschlagene lichtempfindliche Festkörperoszillator besteht aus einer n-leite.nden Halbleiterscheibe 1, die auf der einen Oberfläche mit einem p-leitenden Bereich 2 bedeckt ist. Auf der anderen Oberfläche befindet sich ein p-leitender Bereich 3. Diese Oberfläche trägt eine unmittelbar mit der Halbleiterscheibe verbundene ohinsche Elektrode 7 und eine mit dem Bereich 3 verbundene ohmsche Elektrode 6, Die beiden Elektroden stehen über einen Widerstand 8 mit einer Gleichspannungsquellc 9 in Verbindung.

F i £. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Festkörperoszillators. Die n-leitende Halbleiterscheibe 1 trägt auf der einen Oberfläche wieder einen p-leitenden Bereich 2. Auf der anderen Oberfläche sind zwei voneinander getrennte p-leitende Bereiche 3 und 4 ausgebildet. Innerhalb des p-leitenden Bereichs 3 befindet sich ein weiterer n-Ieitender Oberflächenbereich 5. Die ohmsche Elektrode 6 ist

2 125

an der Oberfläche dieses weiteren Bereiches 5 vorgesehen, während die zweite Elektrode 7 an der Oberfläche des p-leitenden Bereiches 4 angeordnet ist.

Die Elektroden 6 und 7 stehen über den Widerstand 8 mit der Gleichspannungsquelle 9 in Verbindung. Diese ist so gepolt, daß die Grenzschicht J₁ zwischen der p-leitenden Zone 3 und der n-leitenden Halbleiterscheibe 1 in Sperrichtung belastet ist.

Die Anordnung arbeitet in folgender Weise. Überschreitet die Spannung der Gleichspannungsquelle 9 einen bestimmten Schwellenwert, so setzen Schwingungen ein, die zum Auftreten einer Schwingspannung V_x am Ausgangswiderstand 8 führen. Schon bevor aber die Gleichspannung den erwähnten Schwellenwert erreicht, beginnt der Oszillator zu schwingen, wenn die Oberfläche der Halbleiterscheibe, auf der sich die Elektrode 6 befindet, von einer j ichtquelle L bestrahlt wird. Der innere Widerstand i::s Oszillators wird nämlich durch die Belichtung ge- ;· . iert. Die Schwingfrequenz / hängt von der Lichtiniisität L ab. wie Fig. 17 zeigt. Der Zusammenhang wischen der Schwingspannung V_x und der Strom- -,uirke / ist aus Fig. 16 ersichtlich. Durch die Berahlung mit einer konstanten Lichtintensität L er-': 'm die Sperrschicht j_x viederholte Lawinendurchr tiche. wodurch leitende und nichtleitende Perioden !.· rascher Folge miteinander abwechseln. In den leitenden Perioden wird die Stromstärke / durch die spannung der Spa'mungsquelle 9 und den Außenwderstand 8 bestimmt, während in den nichtleitenden P:rioden die Stromstärke / praktisch auf Null absinkt und nahezu die ganze Spannung V_x an der Sperrschicht abfallt. Dadurch ergäbt sich ein ideales Oszillatorverhalten.

Ein Beispiel möge das Gesagte belegen. Eine n-leitende Halbleiterscheibe 1 mit einem spezifischen Widerstand von etwa 40 Ohm-cm wurde durch Eindiffundieren von Bor auf der ganzen einen Oberfläche und auf einem Teil der anderen Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 12μ und einer Konzentration von 4 χ 10'7cm³ so behandelt, daß die p-leitenden Halbleiterbereiche 2, 3 und 4 entstanden. Dann wurde in die Oberfläche des p-leitenden Bereichs 3 Phosphor bis zu einer Tiefe von etwa 6/t und einer Konzentration von etwa 5 χ 10²⁰/cm³ eindiffundiert, so daß ein n-!eitender Halbleiterbereich 5 entstand. Nun wurden die Oberflächen der Bereiche 4 und 5 vernickelt, um die ohmscuen Elektroden 6 und 7 zu bilden. Eine Gleichspannung V_x wurde über einen Ausgangswiderstand 8 von 4 Ohm an die beiden Elektroden 6 und 7 angelegt. Wenn die Spannung V_x gesteigert wird, treten ohne Belichtung bei einem Schwellenwert von etwa 15OVoIt Schwingungen auf. Wenn dagegen die Spa .nung V_x auf dem konstanten Wert von 100 Volt gehalten wird und die Elektrode 6 belichtet wird, beginnt bei einer bestimmten Behchtungsintensität die Anordnung zu schwingen. Bei weiter zunehmender Lichtintensität wird die Schwingfrequenz höher, wie Fig. 17 zeigt.

Es hat sich gezeigt, daß statt der Gleichspannungsquelle 9 praktisch ebensogut eine Wechselspannungsquelle verwendet werden kann. Dies gilt auch für die übrigen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele.

F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier ist eine ohmsche Hilfselektrode 10 an dem p-leitenden Oberfl ächenbereich 2 angebracht. Zwischen den Elektroden 7 und 10 ist eine Hilfsgleichspannungsquelle 11 eingeschaltet. Die Schwingungen lassen sich nahezu unabhängig von der Spaunung der Hauptspannungsquelle 9 durch entsprechende Wahl der Vorspannung der Hilfsspannungsquelle 11 anfachen, wobei letztere normalerweise in einem Bereich von etwa 0,1 bis 10 Volt liegt Durch diese Hüfsspannung kann auch die Schwingfrequenz unabhängig von der Belichtung verändert werden. Andererseits läßt sich die Hilfsspannung so wählen, daß

ίο im Dunkeln die Anordnung noch nicht schwingt, daß aber bereits bei einer sehr geringen Lichtintensität die Schwingungen einsetzen. Die Lichtempfindlichkeit der Anordnung kann also erheblich gesteigert werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist statt der Spaniiungsquelle 11 ein Kondensator 12 zwischen Hilfselektrode 10 und Hauptelektrode 7 eingeschaltet. Die Schwingfrequenz kann durch Änderung der Kapazität des Kondensators beeinflußt werden, und zwar nimmt die Schwingfrequenz mit zunehmender Kapazität ab und umgekehrt.

In dem Ausführungsbeispiel nach F. g. 5 sind ein Kondensator 12 und ein Widerstand 13 in Reihe zwischen Hilfselektrode 10 und Hauptelektrode 7 eingeschaltet. Die Schwingfrequenz kann durcli die Kapazität des Kondensators und den Wert des Widerstandes beeinflußt werden. Sie nimmt mit abnehmender Kapazität und höherem Widerstandswert zu und umgekehrt.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform sind ein Kondensator 12 und ein ohmscher Widerstand 13 parallel zueinander zwischen Hilfselektrode 10 und Hauptelektrode 7 eingeschaltet. Die Schwingfrequenz nimmt mit zunehmender Kapazität und mit zunehmendem Widerstandswert ab und umgekehrt.

5 Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ist ein Widerstand 13 allein zwischen Hilfselektrode 10 und Hauptelektrode 7 eingeschaltet. Auch hier nimmt die Schwingfrequenz mit zunehmendem Widerstandswert ab und umgekehrt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist eine ohmsche Steuerelektrode 14 an dem p-leitenden Halbleiterbereich 3 angebracht. Die Elektrode 14 ist über eine Hilfsspannungsquelle 15 unmittelbar oder über den Widerstand 8 mit der Hauptelektrode 6 verbun-

,5 den. Durch die Hilfsspannung kann der Schwellenwert des Schwingungseinsatzes erheblich verringert werden. Die Schwingfrequenz kann bei konstanter Hauptspannung V_x durch die Hilfsspannung derart verändert werden, daß die Schwingfrequenz mit der

ίο Hilfsspannung zunimmt.

Eine Abänderung der Anordnung nach F i g. 8 ist in F ι g. 9 dargestellt. Sie zeigt zusätzlich eine ohm<che Hilfselektrode 10 an dem p-leitenden Oberflächenbereich 2 und eine Vorspannungsquelle 11 zwi-

ii sehen der Hauptelektrode 7 und der Hilfselektrode 10. Durch diese Vorspannung kann die Schwingfrequenz geändert u~d die Lichtempfindlichkeit des Oszillators gesteigert werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 10 ist die Spannungsquelle 11 wie in Fig. 4 durch den Kondensator 12 ersetzt. Die Schwingfrequenz sinkt mit zunehmender Kapazität dieses Kondensators. In Fig. 11 ist dem Kondensator i?. noch ein Widerstand 13 vorgeschaltet. Die Schwingfrequenz kann hier nicht nur

μ durch den Kondensator, sondern auch durch den Widerstand 13 beeinflußt werden, und zwar steigt sie mit zunehmendem Widerstandswert und umgekehrt.
In Fig. 12 ist ausgehend von Fig. 10 dem Kon-

5 6

iensator 12 ein Widerstand 13 parallel geschaltet. Unendlich im gesperrten Zustand zum Wert Null .m

nie Schwinefreauenz sinkt hier mit zunehmendem leitenden Zustand reicht.

Die bcnwingirequenz sm* ^ _{Leitfähigkeitstypen der} verschiedenen Bereiche

Widerstandswe _{widerstand 13 allein zwischen} können vertauscht werden, d.h. statt der n-leitenden Hilfselektrode 0 und Hauptelektrode 7 eingeschaltet. . Bereiche können p-leitende und gleichzeitig statt der

W nn d r Widerstandswei erhöht wird, nimmt die p-leitenden η-leitende Bereiche verwendet werden.

oT · F »„, ah i.nH umgekehrt Ferner können in den Ausfuhrungsformen nach

^&i7d?^t.ngifÄiS" Fig. .4 ist zwi- Fig. 3 bis 7 und 9 bis 13 die an die Hilfselektrode

sehen der Steuereleklrode^ und der Verbindung*- 10 angeschlossenen Bauelemente (Widerstand Konstdted« WdSande 8 mit der Spannungsquelle 9 to densator, Hufsspannungsquelle) mit der ersten H aupt_

nur der Widerstand 16 eingeschaltet. Im Schwingzu- elektrode 6 statt mit der zweiten Hauptelektrode 7

stand wird hier die Schwingfrequenz durch zunehmen verbunden sein.

den Wert des Widerstandes 16 erhöht und umge- Fig. 18 zeigt ein Anwendungsbe.sp.el des beschneit ehrt Wunn der Wert des Widerstandes 16 klein ist, benen lichtempfindlichen Festkorperoszillators. hs muß die zur Auslösung der Schwingungen erforderliche M handelt sich um die Zündschaltung einer Gasentla-Uchtintensität g oß sein, während bei großem Wider- dungsröhre 17. die über eine Drossel 8 von einer standswert dta L chtintensität geringer sein kann. Wechselspannungsquelle 23 gespeist wird. Parallel zu Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 befindet der Gasentladungsrohre 17 hegt die Senenschaliung sich zwischen der Steuerelektrode 14 und der Verbin einer Diode 19 und einer symmetrischen Schaltdiode dungssteile des Widerstandes 8 mit der Spannungs- 2<> 20. In einem weiteren Parallelzwe.g der Gascntlaauelle 9 nur die Hilfsspannungsquelle 15. Ferner ist dungsröhre befinden sich zwei Widerstände 21 und dem Widerstand 8 ein Kondensator 12 parallel ge 22, an deren Klemmen der Festkörperoszillator in schaltet Durch entsprechende Wahl des Kondensa- der dargestellten Weise angeschlossen ist. In denjcnitors und des Widerstandes lassen sich Pulsbreite. gen Halbwellen der Speisespannung, welche die ange-Pulshöhe und Schwingfrequenz leicht verändern. Die 21 gebene Polarität haben, fließt der Strom nur durch Schwinefreauenz wird hauptsächlich durch die Kapa- den Oszillato-Vreis und nicht durch den Kreis der zität des Widerstandes 12 derart bestimmt, daß mit Schaltdiode, weil diese durch die Diode 19 gesperrt zunehmender Kapazität die Frequenz abnimmt und ist, so daß der Oszillator schwingt. Durch den umeekehrt Wenn andererseits die Kapazität des Kon- Schwingstrom wird im Zusammenwirken mit dor Hpntators 'l2 konstant bleibt, kann die Frequenz w DrosselJ8 eine Stoßspannung erzeugt, die auf die durch einen höheren Widerstandswert verringert wer- beiden tiektroden der uasentiadungsiampe i7 p^eden und umgekehrt. Die Pulsbreite kann weitgehend ben wird.

durch erößeren Kapazitätswert erhöht werden. Fer- In denjenigen Halbwellen, in denen die Netzs^n

ner nimmt die Pulsbreite auch mit zunehmender Vor- nung umgekehrte Polarität hat, fließt dagegen ucr snannune der Spannungsquelle 15 zu. So läßt sich 3! Netzstrom nur durch den Kreis der Schaltdiode. J;i

eine eewünschte Pulsbreite mittels des Kondensators der Oszillatorstrom durch die Sperrschicht J₂ /v.i

in einen großen Bereich grob einstellen und dann mit- sehen den Halbleiterbereichen 1 und 4 gesperrt i-.t.

tels der Vorspannung genau auf den gewünschten Wenn in diesem Falle die Momentanspannung "·

Wert einregeln Die Impulshöhe, d.h. die Scheitel- Durchbruchsspannung der Schaltdiode 20 übcrstn '. Stromstärke der Schwingung, nimmt mit zunehmen- -w wird die letztere leitend und ein Vorheizstrom flio.·!

der KapSät des Kondensators 12 zu. durch die Glühelektroden der Gasentladung*^;,·

Ein Hauptvorteil der beschriebenen Anordnung 17. ..„.....„„

liegt darin daß die Schwellenspannung des Schwin- Demgemäß werden die hohe Stoßspannung u>"

Euneseinsatzes ohne Belichtung stark verringert wer- der Vorheizstrom abwechselnd auf die Gasen! ' Ium den kann z.B. mittels der Hilfsspannungsquelle bis ·». lampe gegeben, wodurch diese in kürzester Zeit zu.·

auf 2 bis 3 Volt Ferner kann die Schwingfrequenz det. Die charakteristischen Werte der einzelnen Bau

mittels der Hilfsspannung in einem sehr großen Be- elemente sind so gewählt, daß der Zweig der Scha!:

reich verändert werden, beispielsweise zwischen diode und der Oszillatorzweig bei der Brennspannu··.;

0 05 kHz und mehreren hundert kHz. Weiter läßt sich der Gasentladungslampe nicht ansprechen, so d ν- ιΛ

eine erhöhte Schwing'.eistung abnehmen, weil der in- so nach dem Zünden der Lampe die Zündschaltung sui!

nere Widerstand der Anordnung nahezu vom Wert gelegt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Lichtempfindlicher Festkörperoszillator, bestehend aus einer Halbleiterscheibe bestimmter Leitfähigkeit, die auf der einen Oberfläche einen Bereich von der Halbleiterscheibe entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp und auf der anderen Oberfläche zwei voneinander getrennte Bereiche von der Halbleiterscheibe entgegengesetztem Leitfanigkeitstyp trägt, wobei die letztere Oberfläche mit mindestens zwei ohmschen Elektroden versehen ist, die zur Zuführung einer Vorspannung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche eines der voneinander getrennten Bereiche (3) ein weiterer Bereich (5) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die is Halbleiterscheibe (1) ausgebildet ist, sowie daß die eine Elektrode (6) an diesem Bereich und die ander? Elektrode (7) an dem davon getrennten Oberflächenbe, t ch (4) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist.

2. Festkörperoszillator nach Anspruch 1, bei dem die beiden Elektroden mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspaniiungsquehe (9) so gepolt ist, daß die Grenzschicht (/,) 7/ischen der Halbleiterscheibe (1) und demjenigen Oberflächenbereich (3). an dessen Oberfläche der weitere Bereich (5) ausgebildet ist. in Sperrichtung belastet ist.

3. Festkörpenjszillator nach Anspruch 1 oder 3u 2. dadurch gekennzeichnet, daß Jer auf der ersten Oberfläche der Halbleiterscheibe ausgebildete Oberflächenbereich (2) von e tgegengesetztem Leitfähigkeitstyp mit einer ohmschen Hilfselektrode (10) versehen ist.

4. Festkörperoszillator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine zwischen der Hilfselektrode (10) und einer der beiden Hauptelektroden (6, 7) angelegte Vorspannungsquelle (II).

5. Festkörperoszillator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zwischen die Hilfselektrode (10) und eine der beiden Hauptelektroden eingeschalteten Kondensator (12).

6. Festkörperoszillator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen mit dem Kondensator in Reihe geschalteten Widerstand (13).

7. Festkörperoszillator nach Anspruch 5. gekennzeichnet durch einen mit dem Kondensator parallel geschalteten Widerstand (13).

8. Festkörperoszillator nach Anspruch 3. gekennzeichnet durch einen zwischen die Hilfselektrode (10) und eine der beiden Hauptelektroden (6, 7) eingeschalteten Widerstand (13).

9. Festkörperoszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an demjenigen Oberflächenbereich (3), an dessen Oberfläche der weitere Halbleiterbereich (5) ausgebildet ist, angebrachte Steuerelektrode (14), die über eine Vorspannungsquelle (15, 16) mit der an dem weiteren Oberflächenbereich (5) angebrachten 6« Elektrode (6) in Verbindung steht.

10. Festkörperoszillator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle eine Gleichspannungsquelle (15) ist und/oder durch den Spannungsabfall an einem Widerstand (16) gebildet ist.

11. Festkörperoszillator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung durch den Spannungsabfall an der Parallelschaltung eines Widerstandes (8) und eines Kondensators (12) entsteht