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Durch ein Magnetfeld steuerbare Halbleiteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit zwei sperrfreien, an verschiedenen Potentialen liegenden Basisanschlüssen und einen an dem Halbleiterkörper zwischen den Basisanschlüssen vorgesehenen Emitter, die durch ein zusätzlich erzeugtes konstantes oder veränderliches magnetisches Feld, dessen Kraftlinien die Halbleiteranordnung mindestens teilweise durchsetzen, gesteuert wird. Eine Halbleiteranordnung, die aus einem halbleitenden Körper, insbesondere einem Halbleitereinkristall, besteht, an dessen Enden bzw. an zwei einander gegenüberliegenden Seiten seiner Oberfläche je ein Basisanschluss vorgesehen ist und der zwischen den Basisanschlüssen mindestens eine sperrende oder gleichrichtende Emitterelektrode aufweist, wird in der Literatur als Doppelbasisdiode bezeichnet.
Eine solche Doppelbasisdiode wird beispielsweise als Schaltelement verwendet. Die übliche Steuerung dieser Anordnung erfolgt dabei in der Weise, dass durch eine Änderung der Emittervorspannung, beispielsweise durch einen Spannungsimpuls, der vorher in Sperrichtung vorgespannte Emitter in Flussrichtung kippt und dann Minoritätsträger in den Halbleiterkörper injiziert oder der in Flussrichtung liegende Emitter durch einen entgegengesetzt gerichteten Spannungsimpuls wieder in Sperrichtung zurück kippt.
Neben diesem durch direkte Strombeeinflussung des Emitters wirkenden Steuerverfahren gibt es, wie gemäss der Erfindung erkannt wurde, noch ein anderes Prinzip, den elektrischen Schaltvorgang bei einer Doppelbasisdiode auszulösen bzw. zu steuern. Dieses Prinzip wird bei der Anordnung gemäss der Erfindung angewandt.
Demgemäss besteht die vorliegende Erfindung bei einer Halbleiteranordnung mit zwei sperrfreien, an verschiedenen Potentialen liegenden Basisanschlüssen, die durch ein zusätzlich erzeugtes konstantes oder veränderliches magnetisches Feld, dessen Kraftlinien die Halbleiteranordnung mindestens teilweise durchsetzen, gesteuert wird, darin, dass sich durch das Einschalten bzw. Verändern der steuernden Feldstärke die in dem beispielsweise n-leitenden Halbleiterkristall zwischen den beiden Basisanschlüssen verlaufenden elektrischen Äquipotentialflächen verlagern und somit der von einem an dem Halbleiterkörper zwischen den Basisanschlüssen vorgesehenen Emitter gelieferte Strom steuerbar ist.
Bekanntlich wird in einem stromdurchflossenen Halbleiter, der senkrecht zur Flussrichtung des Stromes von einem Magnetfeld durchsetzt ist, eine Hallspannung erzeugt, die an den senkrecht zur Stromrichtung und dem Magnetfeld liegenden Flächen des Halbleiterkörpers abgenommen werden kann. Diese Hallspannung entspricht einem elektrischen Potentialfeld, das sich dem durch den Stromfluss im Halbleiterkörper erzeugten Potentialfeld überlagert und somit eine Verschiebung der resultierenden Äquipotentialflächen bewirkt. Diese Erscheinung wird gemäss der Erfindung ausgenutzt, indem durch das Einschalten bzw.
Verändern eines die Halbleiteranordnung mindestens teilweise durchsetzenden magnetischen Feldes bei der Anordnung gemäss der Erfindung eineverlagerung der elektrischen Äquipotentialflächen im Innern des Halbleiters bewirkt wird, der zufolge die Potentialdifferenz zwischen dem Emitter und dem Halbleiterkristall, also mit andern Worten die am p-n-Übergang des Emitters liegende Spannung, gesteuert wird.
Hiedurch wird die Anzahl der in den Halbleiterkörper vom Emitter injizierten Minoritätsträger nach Massgabe dieser Steuerung beeinflusst. Die auf diesem Prinzip beruhende Steuerung des Emitterstromes ist aber nur deswegen möglich, weil bei der Anordnung gemäss der Erfindung, wie es bei Doppelbasisdioden stets der Fall ist, ein n-bzw. p-leitender Halbleiterkörper verwendet wird, bei dem also eine Trägersorte im Überschuss vorhanden ist, so dass sich im Halbleiterkörper durch das Anlegen des
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Ersichtlich wird der Wirkungsgrad der Anordnung gemäss der Erfindung am grössten, wenn der Emitter D an der Stelle der maximalen, durch das Magnetfeld bewirkten Verschiebung der Äquipotentialflächen am
Halbleiterkristall 1 angebracht ist.
Für die Anwendung einer Halbleiteranordnung gemäss der Erfindung gibt es verschiedene Schaltungs- möglichkeiten. Es kann beispielsweise die Zuleitung der Emitterelektrode mit einem Vorwiderstand ver- sehen werden. Bei entsprechender Bemessung hat dies zur Folge, dass der Stromfluss im Kristall. nach
Abschalten des Magnetfeldes aufhört. Diese Anordnung möge als monostabile Schaltung bezeichnet werden.
Wenn ohne Vorwiderstand gearbeitet wird, bleibt im allgemeinen bei Abschaltung des Magnetfeldes der Stromfluss in der Kristalldiode weiter bestehen ; in diesem Fall arbeitet die Anordnung bistabil. Die
Abschaltung des Stromes muss durch besondere Mittel bewerkstelligt werden. Entweder kann z. B. ein dem ursprünglich angelegten Magnetfeld entgegengesetztes Feld verwendet werden, oder der ursprüng- liche Ruhestromzustand kann durch eine äussere Spannungsänderung, beispielsweise am Emitter, wieder erreicht werden ; auch eine Unterbrechung des Stromkreises der Basisanschlüsse ist möglich. Bei Vori handensein eines Vorschaltwiderstandes wird das Schalten in Flussrichtung erschwert und anderseits das
Zurückschalten in die Sperrichtung erleichtert.
Um diese Wirkung des Vorschaltwiderstandes zu mindern oder sogar umzukehren, wird der Vorwiderstand gemäss einer besonderen Ausbildung des Erfindungs- gedankens so gewählt, dass sein Widerstandswert von der Stärke des angelegten Magnetfeldes abhängig ist, z. B. dadurch, dass er selbst aus halbleitendem Material, insbesondere aus einer AIIIBV-Verbindung, besteht.
Eine besonders zweckmässige Ausführungsform der Anordnung gemäss der Erfindung besteht darin, dass auf einer oder zu beiden Seiten der Kristallscheibe Ferritscheibchen oder Eisenscheibchen angebracht werden. In manchen Fällen ist es zweckmässig, diese Scheibchen gegenüber dem Halbleiter zu isolieren.
Diese Scheibchen dienen dazu, um die mechanische Festigkeit des Kristalls zu erhöhen und das Magnetfeld zu verstärken.
Bei einer andern Ausführungsform einer Anordnung gemäss der Erfindung sind die Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Feldes so angeordnet, dass nur ein Teil der Fläche zwischen den beiden Basis- elektroden-wobei aber mindestens die nach einer Seite anschliessende Fläche zwischen Emitter und einer Basiselektrode, gegebenenfalls auch die Emitterzone, feldfrei bleibt-bei eingeschaltetem Magnetfeld von diesem durchsetzt ist und in diesem Teil eine elektrische Widerstandsänderung hervorruft, durch die die Äquipotentialflächen einer zwischen den Basiselektroden bestehenden Potentialdifferenz so ver- schoben werden, dass aus dem auf vorgegebenem Potential befindlichen Emitter Leitungsträger in die
Basisstrecke einfliessen können und dort einen Stromdurchbruch hervorrufen, also die Diode in Fluss- richtung zum Schalten bringen.
In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dieser Art der erfindungsgemässen Anordnung dargestellt.
Der n-leitende Halbleiterkristall 1 mit den beiden sperrschichtfreien Basiselektroden B1 und B2 und dem
Emitter D wird von den Kraftlinien eines Elektromagneten M durchsetzt, der im oberen Teil des Halb- leiterkörpers 1 im ganzen Bereich oder in einem Teil des Bereichs zwischen D und B l ein Magnetfeld erzeugt.
An die Basiselektroden ist eine Spannung angelegt, wobei die Basiselektrode B2 gegenüber der Basis- elektrode B1 auf positivem Potential gehalten ist. Die Emitterelektrode D soll ebenfalls gegenüber der
Basiselektrode B1 ein positives Potential besitzen, das aber kleiner, vorzugsweise wenig kleiner als die zum Sperren des Emitters notwendige Spannung sein soll. In diesem Zustand ist die Diode gesperrt, d. h. es erfolgt kein Stromfluss zwischen D und Bl. Durch Einschalten des Magnetfeldes erhöht sich der Wider-
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und B1 werden aufgrund des erhöhten Potentialabfalles stärker in dem Gebiet zwischen B2 und D zusammengedrängt und dadurch die Spannung am p-n-Übergang des Emitters D so weit erniedrigt, dass dieser in Flussrichtung kippt.
In die Zuleitungsstrecke zur Emitterelektrode D kann ein Vorwiderstand R geschaltet sein, der so bemessen ist, dass nach Abschalten des Magnetfeldes der Emitter D wieder in den Sperrzustand zurückschaltet.
Innerhalb des vom Feld erfassten Bereichs können auch ein oder mehrere p-n-Übergänge angeordnet sein, wodurch beispielsweise eine exponentielle Abhängigkeit des Widerstandes von der Feldstärke erzielt werden kann.
Die Anordnung gemäss der Erfindung kann durch zusätzliche, an sich bekannte Mittel weiter ausgestaltet werden. Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, den Steuermechanismus gemäss der Erfindung mit dem bekannten Steuermechanismus durch Trägerinjektion über den Emitter, wie sie bereits beschrieben
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