DE757216C

DE757216C - Halbleiterwiderstand

Info

Publication number: DE757216C
Application number: DES137304D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Rer Nat Klarmann
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Priority date: 1939-06-04
Filing date: 1939-06-04
Publication date: 1953-02-23

Description

Halbleiterwiderstand Als Halbleiterwerkstoffe werden in der Technik fast ausschließlich Metalloxyde verwendet. Die Leitfähigkeit dieser Metalloxyde, die im reinen Zustand zu den Isolatoren zählen, muß für den technischen Gebrauch meistens um viele Zehnerpotenzen erhöht werden.
Um dies zu erreichen, ist es bekannt, durch künstlichen Einbau von Störstellen in das Kristallgitter Leitfähigkeitselektronen zu erzeugen. Am einfachsten ist das durch Störung des stöchiometrischen Aufbaues zu erreichen, z. B. durch Entzug von Sauerstoff bei den Überschußhalbleitern (Ti 02) bzw. durch Einbau von überschüssigem Sauerstoff bei den Mangelhalbleitern (Ni 0). Nach diesem Verfahren werden die heute in der Technik verwendeten Halbleiter hergestellt.
Die spezifische Leitfähigkeit der verwendeten Heißleiterwerkstoffe ist aber, allgemein gesehen, schlecht, so daß beliebige Widerstandswerte für die verschiedenen Verwendungszwecke nicht gefertigt werden können. Es ist nun bereits bekannt, zur Vergrößerung der Leitfähigkeit eines Stoffes Mischungen des Stoffes mit besser leitenden Stoffen herzustellen, indem man z. B. ein schlecht leitendes Metalloxyd mit einem gut leitenden Oxyd vermischt. Als solcher gut leitender Zusatz kann Kadmiumoxyd (Cd O) verwendet werden, das als eines der bestleitenden Metalloxyde bekannt ist. Als Heißleiterwerkstoff kam dem Kadmiumoxyd bisher jedoch keine Bedeutung zu, da ihm die für die Technik wichtigste Eigenschaft der Halbleiter, nämlich die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit, fast völlig fehlt. Demgegenüber ist aber die Wärmeleitfähigkeit von Kadmiumoxyd größer als bei sauerstoffgeregelten Widerständen, was für die Beimischung oder Verwendung in Heißleitern von großem Vorteil wäre. Kadmiumoxvd ist ein reiner Elektronenleiter mit einem spezifischen Widerstand von der Größenordnung von o,oi Ohm/cm, außerdem ist es an der Luft bis etwa goo° C beständig, erst oberhalb dieser Temperatur tritt Sublimation ein.
Stellt man in bekannter Weise Mischungen aus Heißleiterwerkstoffen und aus Kadmiumoxyd her, dann macht man die Beobachtung, daß zwar deren spezifische Leitfähigkeit weitgehend vergrößert ist, eine Temperaturabhängigkeit jedoch nicht vorhanden ist, so daß man mit Recht derartige Mischungen bereits als temperaturunabhängige Widerstandsstoffe vorgeschlagen hat.
Bei eingehenden Versuchen zeigt sich nun die überraschende Tatsache, daß eine Temperaturunabhängigkeit nicht bei allen Mischungsverhältnissen zwischen Kadmiumoxyd und Heißleiterwerkstoffen gegeben ist, sondern von bestimmten Mischungsverhältnissen an die Temperaturabhängigkeit des Heißleiterwerkstoffes nahezu vollkommen erhalten bleibt, wobei der Übergang, bei welchem der Mischkörper von der Eigenschaft des Kadmiumoxyds zu der des Heißleiterwerkstoffes übergeht, nicht etwa allmählich, sondern sprunghaft erfolgt.
Diese Tatsache macht sich nun die Erfindung zunutze, wonach die Regel gegeben wird, zur Erzielung größerer Leitfähigkeiten den Heißleiterw erkstoffen Kadmiumoxyd höchstens in einem solchen Verhältnis zuzumischen (z. B, 9o o/a Heißleiterwerkstoff + i o 1/o Kadmiumoxyd), daß der Temperaturbeiwert der schlecht leitenden Metalloxyde im wesentlichen erhalten bleibt.
In Durchführung des Erfindungsgedankens werden beispielsweise reinem Zinkoxyd einige Prozent Kadmiumoxyd beigemischt. Nach erfolgter Sinterung zeigt ein Widerstandskörper aus diesem Gei nisch einen Widerstand, der zwischen dem des Zinkoxyds ohne Zusatz und dem des reinen Kadmiumoxyds liegt, aber eine Abhängigkeit von der Temperatur, die im wesentlichen der des reinen Zinkoxyds entspricht, aufweist. In der Zeichnung sind die Widerstandskurven in Abhängigkeit von der Temperatur für zwei erfindungsgemäß hergestellte Widerstandskörper dargestellt.
So zeigt die Kurve I den Widerstand eines Stäbchens von 2 mm Durchmesser und io mm Länge, bestehend aus Zinkoxyd-- ioo/o Kadmiumoxy d in Abhängigkeit von der Temperatur. Die gleiche Kurve I' für Zinkoxyd ohne Zusatz ist ebenfalls dargestellt; wie ersichtlich. liegt sieein.ige Zehnerpotenzenhöher. Wie aus der Kurve I ferner hervorgeht, ist die Temperaturabhängigkeit des neuen Widerstandes ungefähr die gleiche wie bei Zinkoxyd ohne Zusatz. Bei Zimmertemperatur entspricht sie ungefähr der des Kupferoxyds. Bei höheren Temperaturen ist die Temperaturabhängigkeit größer als bei Kupferoxyd, wobei der neue Widerstand gegenüber dem Kupferoxyd noch den weiteren Vorteil der höheren Temperaturbelastbarkeit besitzt.
Die Kurve II zeigt die Temperaturabhängigkeit für einen anderen Mischkörper gemäß der Erfindung. Es handelt sich um ein Gemisch aus Nickeloxyd + io % Kadmiumoxyd. Die Dimensionen des Meßstäbchens sind die gleichen wie beim vorgenannten Beispiel. Wie die Kurve II zeigt, ist der Widerstand dieses Gemisches um nahezu eine Größenordnung kleiner als ohne Zusatz, während die Temperaturabhängigkeit im wesentlichen der des Nickeloxyds ohne Zusatz nach Kurve 11' entspricht.
Wie Dauerbelastungsversuche ergeben haben, betrug bei einer Belastung mit 3 Watt, was einer Widerstandserniedrigung um den Faktor 5oo entspricht, bei einem Zinkoxvdgemischwiderstand die Änderung nach 7o 17agen mehr als 2o1/o. Bei einem Nickeloxvdgemischwiderstand dagegen, der bei einer Belastung mit 1,5 Watt bereits eine Widerstandsänderung um den Faktor ioß aufweist. betrug die Änderung in der gleichen Zeit noch keine 5 °/o.
Der große Wert der Erfindung besteht darin. daß es nunmehr in einfachster Weise durch Mischung möglich ist, den Widerstand von temperaturabhängigen Halbleitern jeder Art einzustellen. Bei sauerstoffgeregelten Widerständen ist das nicht so einfach und nur näherungsweise möglich,

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwiderstandes mit negativer Temperaturabhängigkeit, der aus einem Gemisch von schlecht leitenden 1Tetalloxyden und gut leitendem Kadmiumoxyd besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die schlecht leitenden Metalloxyde mit Kadmiumoxyd in einem solchen Verhältnis (z. B. 9o o/o + i o °/o) gemischt werden, daß der Temperaturbeiwert der schlecht leitenden Metalloxyde im wesentlichen erhalten bleibt. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 366 626, 381 576.