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Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung die einen Körper besitzt, in dem ein mit einem Kontakt versehener halbleitender Teil einer bestimmten Leitungsart, als Basis bezeichnet, durch einander nahe gegenüberliegende Grenzschichten von wenigstens zwei mit Kontakten versehenen halbleitenden Teilen entgegengesetzter Leitungsart, als Emitterzone bzw. Kollektorzone bezeichnet, getrennt ist, wobei ausgehend von einer Begrenzungsoberfläche des neben dem Emitterkontakt liegenden Körpers ein nicht leitender Teil, z. B. ein Einschnitt, in die Basis eindringt.
Es ist bekannt, dass in der Umgebung einer Grenzschicht zwischen zwei halbleitenden Teilen entgegengesetzter Leitungsart eine Erschöpfungsschicht auftritt, in der die Dichte der freien Ladungsträger klein ist gegenüber der Dichte an einer in einem Abstand von der Grenzschicht entfernten Stelle. Es ist weiterhin bekannt, dass beim Anlegen eines Spannungsunterschiedes in des Sperrichtung zwischen den beiden halbleitenden Teilen die Erschöpfungsschicht sich bei Zunahme des Spannungsunterschiedes ausdehnt, wobei die Ausdehnung umso grösser ist, einen je höheren spezifischen Widerstand das halbleitende Material besitzt. Es ist möglich, die Ausdehnung der Erschöpfungsschicht im wesentlichen in einem der beiden halbleitenden Teile erfolgen zu lassen, nämlich indem der eine halbleitende Teil hochohmig gegenüber dem andern gewählt wird.
Die Erfindung, welche von der Wirkung einer Erschöpfungsschicht Gebrauch macht, bezweckt unter anderem eine Halbleitervorrichtung bzw. einen Transistor zu schaffen, der negative Widerstandseffekte aufweist und in einfacher und reproduzierbarer Weise herstellbar ist.
Bei der Halbleitervorrichtung nach der Erfindung verengt der nicht leitende Teil den Stromweg zwischen dem Emitter und dem Basiskontakt stellenweise indem er sich dem Kollektor bis auf einen Abstand nähert, der kleiner ist als der Mindestabstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor, das eine und das andere in der Weise, dass ein negativer Differentialwiderstand in der Kennlinie auftritt, welche den Zu- samenhang zwischen dem Kollektorstrom und dem Spannungsunterschied in der Sperrichtung zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt bei konstantem Spannungsunterschied in der Vorwärtsrichtung zwischen dem Emitterkontakt und dem Basiskontakt darstellt. Mit Emitter und Kollektor wird hier die wirksame Oberfläche der Grenzschicht bezeichnet, die die Emitterzone bzw. die Kollektorzone von der Basis trennt.
Unter einem nicht-leitenden Teil ist ein Teil zu verstehen, dessen Leitfähigkeit so gering ist, dass durch diesen Teil kein praktisch nennenswerter Strom fliesst. Ferner wurde vorausgesetzt, dass sich der Basiskontakt in einem Abstand von dem Kollektor befindet, der grösser Ist als der Abstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor, wie es bei Transistoren üblich ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei dieser Halbleitervorrichtung durch Ausdehnung der Erschöpfungsschicht des Kollektors infolge des Vorhandenseins eines Spannungsunterschieds in der Sperrichtung zwischen dem Basiskontakt und dem Kollektorkontakt in Zusammenwirkung mit dem obenbeschriebenen nicht-leitenden Teil dieverbleibendeDurchlassöffnung im Stromweg zwischen dem Emitter und dem Basiskontakt wesentlich herabgesetzt werden kann, so dass der Basiswiderstand zwischen dem Emitter und dem Basiskontakt bei Zunahme des Spannungsunterschieds zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt wesentlich zunimmt,
wodurch bei einem konstant gehaltenen Spannungsunterschied [n der Vorwärtsrichtung zwischen dem Emitterkontakt und dem Basiskontakt der Spannungsabfall an der
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Emittergrenzschicht und somit die Zahl der emittierten Ladungsträger abnimmt, so dass der Kollektorstrom bei Zunahme des Spannungsunterschieds in der Sperrichtung zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt abnehmen und ein negativer Differentialwiderstand auftreten kann. Der Effekt wird umso deut- licher auftreten je grösser bei einer bestimmten Zunahme des Spannungsunterschieds zwischen dem Basiskontakt und dem Kollektorkontakt die Zunahme des Basiswiderstandes ist.
Um eine merkliche Basiswiderstandsänderung zu bewirken, muss die Ausdehnung der Erschöpfungsschicht grösstenteils in der Basis erfolgen. Wenn der spezifische Widerstand der Basis hoch ist gegenüber dem spezifischen Widerstand der Kollektorzone, so erfolgt die Ausdehnung der Erschöpfungsschicht im wesentlichen in der Basis. Zur Erzielung eines gewünschten Verlaufs der Eindringtiefe der Erschöpfungsschicht in die Basis als Funktion des angelegten Spannungsunterschiedes an dieser Erschöpfungsschicht, kann man den spezifischen Widerstand des Halbleiters beiderseits der Grenzschicht in Abhängigkeit vom Abstand zur Grenzschicht ändern.
Ferner wird der Abstand zwischen dem nicht-leitenden Teil und dem Kollektor vorzugsweise so gross gewählt, dass der nicht-leitende Teil innerhalb des Bereiches der Erschöpfungsschicht liegt. In diesem Falle ist je bei einer gegebenen Form des nicht-leitenden Teiles die Basiswiderstandsänderung ein Maximum. Angenommen wird, dass der nicht-leitende Teil innerhalb des Bereiches der Erschöpfungsschicht liegt, wenn bei einem zur praktischen Anwendung geeigneten Spannungsunterschied zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt die Erschöpfungsschicht des Kollektors bis zum nicht-leitenden Teil durchdringen kann. Dieser Spannungsunterschied muss jedenfalls kleiner sein als die Durchschlagspannung der Erschöpfungsschicht des Kollektors.
Besonders geeignet ist eineHalbleitervorrichtung. bei der jede mögliche Verbindungslinie in der Basis von dem Emitter zum Basiskontakt sich dem Kollektor bis auf einen Abstand nähert, der kleiner ist als der Mindestabstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor. Hiebei ist der nicht-leitende Teil nicht zur Basis gerechnet.
Bei dieser Halbleitervorrichtung ist nämlich der Stromweg von dem Emitter zum Basiskontakt über den Kollektor in. sämtlichen Richtungen stellenweise zusammengedrängt. Wenn ausserdem in sämtlichen Richtungen die Durchlasshöhe in der örtlichen Verengung innerhalb des Bereiches der Erschöpfungsschicht des Kollektors liegt, so hat die Halbleitervorrichtung die besondere Eigenschaft, dass beim Anlegen eines bestimmten Spannungsunterschiedes zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt, die sogenannte Abklingspannung, der Stromweg von dem Emitter zum Basiskontakt völlig unterbrochen werden kann.
Wenn zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt ein Spannungsunterschied angelegt ist, der gleich oder grösser als die Abklingspannung ist, so hat der Kollektorstrom einen Wert, der nahezu der Sperrkennliniedes Systems zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt entspricht.
Der nicht-leitende Teil muss sich dem Kollektor bis auf einen Abstand nähern, der kleiner ist als der Mindestabstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor, einerseits um eine wesentliche Basiswiderstandsänderung zu ermöglichen und anderseits um zu vermeiden, dass, bevor die ganze oder teilweise Unterbrechung des Stromweg von dem Emitter zum Basiskontakt erfolgt, die Erschöpfungsschicht des Kollektors den Emitter erreicht und somit diese Teile kurzschliesst.
Bei einer einfachen, besonders geeigneten Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung umgibt der nicht-leitende Teil in an sich bekannter Weise ringförmig die Emitterzone, dabei von der Körperoberfläche rings um den Emitterkontakt ausgehend, und der Basiskontakt ist auf einem Teil der Körperoberfläche angebracht, der ausserhalb der von diesem ringförmigen Bereich eingeschlossenen Körperoberfläche liegt. Diese Konfiguration kann durch elektrolytisches Ätzen in einfacher Weise erzielt werden, wobei der nicht-leitende Teil in die Basis- und die Emitterzone eindringt, ausgehend von einem Teil der Körperoberfläche, der in der Nähe der Stelle liegt, an der die Emitterzone an die Oberfläche des Körpers tritt.
In einem bestimmten Falle kann es vorteilhaft sein, die Kollektorzone gleichfalls von einem nichtleitenden Teil zu umgeben.
Wegen ihrer elektrischen Eigenschaften eignet sich die Halbleiter Vorrichtung nach der Erfindung zur Anwendung in der Schalttechnik, wo es von grosser Wichtigkeit seir. kann, die Halbleitervorrichtung sehr schnell von einem Zustand in den andern umschalten zu können, z. B. von einem Stromzustand in einen nahezu stromlosen Zustand. Vorzugsweise wird dann für die Halbleitervorrichtung ein halbleitendes Material gewählt, in dem die Ladungsträger eine Lebensdauer haben, die kurz gegenüber der bei der Anwendung gewünschten Schaltzeit ist.
Bei der Halbleitervorrichtung nach der Erfindung wird vorzugsweise von den bisher für Transistoren üblichen Halbleitern, nämlich Germanium und Silizium, Silizium verwendet, da mit diesen Halbleitern
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ein niedrigerer Sperrstrom als mit Germanium erreicht werden kann und ausserdem Silizium wegen seiner geringeren Temperaturempfindlichkeit günstiger ist.
Der nicht-leitende Teil kann von einem Einschnitt gebildet werden, der durch Ätzen oder durch eine mechanische Bearbeitung, z. B. durch Sägen, Schleifen oder Bohren, im Körper vorgesehen ist. Die Möglichkeit besteht, dass die mechanische Bauart der Halbleitervorrichtung durch den Einschnitt wesentlich geschwächt ist. Die Halbleiter Vorrichtung ist dann vorzugsweise mit einem Isoliermaterial, z. B. Silikonlack umgeben, der die Bauart verstärkt, die Wirkung der Halbleitervorrichtung aber nicht beeinträchtigt.
Der nicht-leitende Teil kann jedoch auch aus einem halbleitenden Teil bestehen. der gegenüber der halbleitenden Basis hochohmig ist.
Ein besonderes Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung der obenerwähnten Art, bei der von an sich bekanntem Ätzen Gebrauch gemacht wird, besteht darin, dass, nachdem wenigstens die Emitterzone und der Emitterkontakt auf der Basis angebracht sind, das Ganze einer elektrolytischen Ätzbehandlung unter Verwendung eines Ätzmittels unterworfen wird, welches einen niederoh- migen Übergang mit dem Material der Emitterzone und einen hochohmigen Übergang mit dem Material der Basiszone bildet, wobei der Emitterkontakt als Elektrode verwendet wird und ein Teil der Emitterzone und eine angrenzende Schicht der Basis weggenommen wird.
Auf diese Weise kann ein Einschnitt rings um die Fmitterzone erzielt werden, welcher in die Basis von einem Teil der Körperoberfläche aus eindringt, der sich in der Nähe der Stelle befindet, an der die Emitterzone an die Körperfläche tritt. Hiebei kann entsprechend der Dauer der Ätzbehandlung sogar Material unter dem Emitterkontakt weggenommen werden. Selbstverständlich werden wänrend der Ätzbehandlung diejenigen Teile der Halbleitervorrichtung, welche vom Ätzmittel nicht chemisch angegriffen werden dürfen, z. B. der Basiskontakt, abgeschirmt.
Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung, deren halbleitende Emitterzone aus Silizium der p-Art besteht, wird vorzugsweise als Ätzmittel eine wässerige Fluorwasserstofflösung verwendet, wobei an
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nissen weniger selektiv auf das Silizium der p-Art beschränkt und der Einschnitt breiter wird und tiefer in die Basis eindringt. Eine günstige Zusammensetzung des Ätzbades ist z. B. 1 Volumenteil Äthylalkohol auf 1 Volumenteil48 %ige wässerige Fluorwasjerstofflösung.
Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung, deren Emitterzone aus Germanium der p-Art besteht, wird vorzugsweise eine wässerige Lösung vonKaliumhydroxyd verwendet, wobei an den Emitterkontakt eine gegenüber dem Ätzbad positive Spannung gelegt wird.
Es wurde ferner festgestellt, dass, wenn während der elektrolytischen Ätzbehandlung ausserdem zwischen dem Kollektorkontakt und uem Basiskontakt ein Spannungsunterschied in der Sperrichtung aufrechterhalten wird, wodurch die Erschöpfungsschicht des Kollektors über einen gewissen Abstand in die Basis eindringt, der Einschnitt nur in die Basis bis zur Erschöpfungsschicht einzudringen vermag.
Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung deren Stromweg von dem Emitter zum Basiskontakt bei einem für die Anwendung gewünschten, vorher bestimmten Spannungsunterschied über der Kollektorgrenzschicht unterbrochen werden können muss, wird dieser Effekt dadurch benutzt, dass während der elektrolytischen Ätzbehandlung dieser gewünschte Spannungsunterschied zwischen dem Basiskontakt und dem Kollektorkontakt aufrechterhalten wird, was gewöhnlich mittels einer besonderen Spannungsquelle erfolgen muss. Die Ätzbehandlung wird dann wenigstens so lange fortgesetzt, bis der Einschnitt die Erschöpfungsschicht erreicht hat.
Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn dieser Spannungsunterschied zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt aufrechterhalten wird, da der Spannungsabfall an der Emitterseite, die dann in der Vorwärtsrichtung polarisiert ist, vernachlässigbar ist.
Ein besonders einfaches Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass als Ätzspannung zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt ein Spannungsunterschied aufrechterhalten wird. der gleich der gewünschten Abklingspannung ist.
Neben der Eindringtiefe des Einschnitts in die Basis ist für die Wirkung der Halbleitervorrichtung die seitliche Ausdehnung des Einschnitts unter dem Emitterkontakt von Bedeutung, die bei der obenbeschriebenen elektrolytischen Ätzbehandlung nahezu unvermeidlich ist. Diese seitliche Ausdehnung muss im allgemeinen möglichst beschränkt werden, da sie eine Verkleinerung des Emitters bewirkt. Bei der elektrolytischen Ätzbehandlung, wobei durch Unterhaltung eines Spannungsunterschiedes an der Kollektor-Erschöpfungsschicht die zu erreichende Eindringtiefe festgelegt wird, kann eine Anzeige für diese seitliche Ausdehnung durch Prüfung des Stromes durch den Basiskontakt gefunden werden.
Um weitere unnötige
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seitliche Ausdehnung vom Moment ab, in dem der Einschnitt die Erschöpfungsschicht erreicht hat, zu vermeiden, wird die elektrolytische Ätzbehandlung im Zeitpunkt beendet, in dem der Strom durch den Basiskontakt nach einer anfänglich allmählichen Abnahme einen konstanten Wert annimmt.
In einem bestimmten Falle kann noch eine einfache Anzeige für die seitliche Ausdehnung im Ver- iauf des Ätzstromes bei. konstant gehaltener Ätzspannung gefunden werden, denn wenn sich zwischen der Elektrolytflüssigkeit und dem Material des Emitterkontakts eine elektrolytische Sperrschicht bildet, was z. B. bei Aluminium in einer wässerigen Fluorwasserstofflösung der Fall ist, kann diese Anzeige durch Prüfung des Verlaufs des Ätzstroms bei konstant gehaltener Ätzspannung gefunden werden, indem der Verlauf des Ätzstroms nach der Bildung der Sperrschicht dann im wesentlichen durch die Grösse der der Ätzbehandlung unterworfenen halbleitenden Oberfläche bedingt wird.
Die elektrolytische Ätzbehandlung einer Halbleitervorrichtung, von der ein dem Kollektor gegenüberliegender Teil der Emitterzone flach ist, in einem Ätzmittel, welches mit dem Material des Emitterkontaktes eine Sperrschicht bildet, wird vorzugsweise am Anfang des Zeitintervalls beendet, in dem der Ätzstrom zum zweiten Male wesentlich abnimmt. Dieser Fall tritt z. B. ein beim elektrolytischen Ätzen in einer wässerigen Fluorwasserstofflösung einer Halbleitervorrichtung deren Halbleiter aus Silizium besteht und deren Emitterzone und Emitterkontakt durch Auflegieren einer Aluminiummenge erzielt sind. Das eine und das andere wird noch im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf eine strahlungsempfindliche Vorrichtung. Sie bezweckt, eine strahlungsempfindliche Vorrichtung zu schaffen, die für Bestrahlung äusserst empfindlich ist und ein sehr günstiges Verhältnis des Kollektorstrom bei Bestrahlung zum Kollektorstrom ohne Bestrahlung aufweist.
Bei einer solchen Vorrichtung tritt an der Erschöpfungsschicht der Kollektorelektrode zeitweise ein solcher Spannungsunterschied auf, dass der Stromweg von der Emitterelektrode zum Basiskontakt bei Abwesenheit von Strahlung wenigstens teilweise unterbrochen ist. Ein solcher Spannungsunterschied an der Erschöpfungsschicht der Kollektorelektrode kann z. B. herbeigeführt werden, indem zwischen dem Basiskontakt und dem Kollektorkontakt oder zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt ein Spannungsunterschied unterhalten wird, der wenigstens gleich der Abklingspannung ist.
Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass bei einer Halbleitervorrichtung, in der der Stromweg vom Basiskontakt zur Emitterelektrode auf diese Weise unterbrochen ist, durch Bestrahlung mit Strahlung einer solchen Wellenlänge, dass in der Basis der Halbleitervorrichtung, insbesondere in der Kollektor-Erschöpfungsschicht, zusätzliche freie Ladungsträger erzeugt werden, der Sperrzustand beseitigt werden kann. Die Bestrahlung erfolgt vorzugsweise an der Emitterseite der Halbleitervorrichtung, auf der sich der nicht-leitende Teil befindet. Bn Kollektorkreis liegt vorzugsweise ein Widerstand.
Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere als strahlungsempfindliches Schaltrelais, wenn in den Basiskreis und bzw. oder den Kollektorkreis und bzw. oder den Emitterkreis ein Relais eingeschaltet ist.
Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei Schaltungen verwendet werden. in denen zeitweise ein so hoher Spannungsunterschied an der Kollektor-Erschöpfungsschicht auftritt, dass der Stromweg von der
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zwischen dem Emitterkontakt und dem Basiskontakt wesentlich zunimmt.
Die verschiedenen Aspekte der Erfindung werden an Hand mehrerer Beispiele näher erläutert, die durch skizzenmässige Figuren verdeutlicht sind.
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einige Kennlinien einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Fig. 6 zeigt einen Schnitt einer weiteren Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung, Fig. 7 zeigt Kennlinien der Halbleitervorrichtung nach Fig. 6. In den Fig. 8 und 9 sind eine Ansicht bzw. ein Querschnitt einer dritten Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Die Fig. 10 - 13 zeigen im Schnitt wieder andere AusfUbrungsformen einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung. Die Fig. 14 und 15 stellen schematisch Vorrichtungen zum elektrolytischen Ätzen einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung dar.
In Fig. 16 ist eine Graphik des Stromverlaufs während der Ätzbehandlung dargestellt. Fig. 17 zeigt ein Prinzipschema einer strahlungsempfindlichen Vorrichtung nach der Erfindung.
Der scheibenförmige halbleitende Teil der in Fig. 1 im Schnitt dargestellten Halbleitervorrichtung (Legierungstransistor) besteht aus der Basis 10 der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 3. Der Emitter 4 und der Kollektor 5 sind die wirksamen Grenzschichten, welche die Emitterzone 2 bzw. die Kollektorzone 3 von der Basis 1 trennen. Auf der Emitterseite der Scheibe ist der Basiskontakt 6 angebracht, an dem eine Zuleitung 7 befestigt ist. Kontakte mit der Emitterzone 2 und der Kollektorzone 3 werden von
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derschicht bereits ein Spannungsunterschied in der Sperrichtung auftritt. Von Vbc = Vo bis V = Vk wird ein Bereich von negativem Differentialwiderstand durchlaufen, in dem bei zunehmendem Vvc der Kollektorstrom abnimmt.
In diesem Bereich ist die Zunahme des B asiswiderstandes und die damit verbundene Abnahme des Kollektorstromes vorherrschend gegenüber den andern Faktoren, welche den Kollektorstrom erhöhen, wie z. B. der Abnahme der Basisstärke. Bei der Abklingspannung Vk ist der Stromweg vom Basiskontakt zur Emitterelektrode unterbrochen. Bei einem grösseren Kollektor-Basisspannungsunterschied als Vk durchläuft I als Funktion von Vbc eine Kennlinie, die der Sperrkennlinie des zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt befindlichen Sperrschichtsystems ähnlich ist.
Die unterbrechende Wirkung der Kollektor-Erschöpfungssehicht geht auch deutlich aus der Fig. 3 hervor, in der der Spannungsunterschied Veb in beliebigen Einheiten waagrecht abgetragen und der Emitterstrom Ie in beliebigen Einheiten senkrecht abgetragen ist. Die Kennlinien sind für verschiedene Werte des Spannungsunterschieds Vbc dargestellt. Die Kennlinie 20, die einem Spannungsunterschied Vbc entspricht, der zwischen Vb und V (s. auch Fig. 2) liegt, hat grosse Ähnlichkeit mit derjenigen einer üblichen Halbleitervorrichtung. Die Unterbrechwirkung der Erschöpfungsschicht ist kaum wahrnehmbar. Aus der Kurve 21, im Vergleich zur Kurve 20, ist ersichtlich, dass unter den Verhältnissen entsprechend der Kurve 21 der Widerstand zwischen dem Emitter und dem Basiskontakt zugenommen hat.
Diese Kurve gilt für einen Spannungsunterschied Vbc. der zwischen V 0 und Vk liegt. Die Kurve 22 beschreibt die Verhält- niasse, für welche Vbc grösser ist als Vks wobei der stromweg vom Emitter zum Basiskontakt infolge der Wirkung der Erschöpfungsschicht völlig unterbrochen ist. so dass mit Ausnahme eines geringen Sperrstromes vom Basiskontakt zum Kollektorkontakt nur derjenige Emitterstrom auftreten kann, den das Sperrscllichtsystem zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt durchlässt.
Die Basiswiderstandszunahme und Unterbrechung des Stromwegs von der Emitterelektrode zum Basiskontakt ist auch aus andern Kennlinien der Halbleitervorrichtung ersichtlich, wie z. B. denjenigen nach
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abgetragen, und von den einer Figur zugehörigen Kennlinien nimmt der Parameterwert in derselben Rei- henfolgezuwiedieReihenfolgeder Nummern (24. 25, 26 bzw. 27, 28, 29) die auf die Kennlinien verweisen.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der negative Differentialwiderstand bereits bei einem Spannungsunterschied zwischen dem Basiskontakt und dem Kollektorkontakt auftritt, der -kleiner als die Abklingspannung ist. Wenn man somit nur eine Halbleiter Vorrichtung mit einem negativenDifferentialwiderstand vor Augen hat, so ist es nicht notwendig, dass in der Halbleitervorrichtung der Stromweg vom Emitter zum Basiskontakt völlig unterbrochen werden kann. Zum Auftreten eines negativen Differentialwiderstandes ist nur erforderlich, dass die infolge der Zunahme des Basiswiderstandes auftretende Abnahme des Kollektorstromes grösser ist als die Zunahme des Kollektorstromes infolge anderer Faktoren. wie z.
B. der Verringerung der Basisstärke bei'Ausdehnung der Erschöpfungsschicht. des Avalanchemechanismus in der Erschöpfungschicht usw.
Die Grösse des negativen Differentialwiderstandes, das ist die Steilheit der Kennlinie nach Fig. 2, im Spannungsbereich zwischen V 0 und Vk wird unter anderem bedingt durch die Werte Vo, den Spannungsunterschied, bei dem der Kollektorstrom bei zunehmendem Vbc abzunehmen anfängt, und Vk. den Spannungsunterschied, bei dem der Kollektorstrom nach einer Abnahme wieder ansteigt.
Diese beiden Spannungen und die Grösse desDifferentialwiderstandes werden im wesentlichen durch zwei Faktoren bedingt : die Geometrie des Einschnitts und dem spezifischen Widerstand des Halbleiters beiderseits der Kollektorgrenzschicht, insbesondere den spezifischen Widerstand in demjenigen Teil der Basis, der bei völliger oder teilweiser Unterbrechung des Stromweges vom'Emitter zum Basiskontakt von der Erschöpfungsschicht besetzt wird. Die Spannung Vk ist umso niedriger, je grösser der spezifische Widerstand des zwischen dem nicht-leitenden Teil und dem Kollektor liegenden Teiles der Basis ist und je kleiner der Abstand zwischen dem nicht-leitenden Teil und dem Kollektor ist. Besondere Effekte können erreicht werden, indem z.
B. in der Basis der spezifische Widerstand abhängig vom Abstand zum Kollektor gewählt wird. Sokannmanz., B. denzwischendem Emitter und dem nicht-leitenden Teil liegenden Teil der Basis aus einer dünnen, verhältnismässig niederohmigen Schicht, die an den Kollektor grenzt, und einem verhältnismässig hochohmigen Teil bestehen lassen, der an den nicht-leitenden Teil grenzt.
Die Ausdehnung der Erschöpfungsschicht ist, solange diese im niederohmigen Teil verbleibt, gering und von geringem Einfluss auf den Basiswiderstand der Halbleitervorrichtung. während bei einem grösseren Spannungsunterschied als der Spannungsunterschied, bei dem die Erschöpfungsschicht den hochohmigen Teil
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erreicht. die Ausdehnung und somit der Einfluss der Erschöpfungsschicht auf den Basiswiderstand viel grösser sein kann.
Es kann auch vorteilhaft sein, einen nicht-leitenden Teil rings um den Kollektor anzubringen. Inder Halbleitervorrichtung (Transistor) nach Fig. 6 sind sowohl die Emitterzone 2 als auch die Kollektorzone 30 von Einschnitten 10 bzw. 31 umgeben, wobei der Einschnitt 10 rings um den Emitter im Bereich der Kol- lektor-Erschöpfungsschicht liegt. Der zwischen dem Emitter 4 und dem Kollektor 32 liegende Teil der Basis 1 besteht aus einem verhältnismässig niederohmigen Teil 33 und einem verhältnismässig hochohmigen Teil 34. Der niederohmige Teil 33 der Basis ist seitlich völlig vom Einschnitt 31 umgeben, der sich auf der Kollektorseite befindet.
Die anfängliche Ausdehnung der Erschöpfungsschicht, die im niederohmigen Teil 33 verhältnismässig klein ist, hat keinen Einfluss auf den Basiswiderstand, so lange die Erschöpfungsschicht in diesem niederohmigen Teil verbleibt. Sobald die Erschöpfungsschicht jedoch in den hoch- ohmigen Teil 34 eindringt, beeinflusst die Ausdehnung der Kollektor-Erschöpfungsschicht den Basiswiderstand. Die Halbleitervorrichtung nach Fig. 6 kann dann auch lc - Vbc - Kennlinien bei verschiedenen Werten von Veb aufweisen, wie es in Fig. 7 schematisch dargestellt ist. In dieser Figur sind sämtliche Grössen in beliebigen Einheiten abgetragen.
Diese Kennlinien 40, 41 und 42, deren entsprechender Veb - Wert in dieser Reihenfolge zunimmt, stimmen in einem grösseren Bereich, nämlich zwischen Vb und
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Im allgemeinen kann angenommen werden, dass jeder gewünschte funktionelle Zusammenhang zwischen der Ausdehnung der Erschöpfungsschicht in der Basis und dem angelegten Spannungsunterschied an der Erschöpfungsschicht dadurch erreicht werden kann, dass der spezifische Widerstand des Halbleiters in der Basis und in der Kollektorzone in einer bestimmten Weise ortsabhängig gewählt wird. Dadurch, dass gleichzeitig die Form des Einschnitts auf die richtige Weise gewählt wird, kann ein negativer Differentialwiderstand jeder gewünschten Grösse erzielt werden.
Es werden nunmehr noch einige weitere Ausführungsbeispiele von Halbleitervorrichtungen (Transistoren) nach der Erfindung beschrieben.
In den Fig. 8 und 9 sind eine Ansicht bzw. ein Querschnitt einer Halbleitervorrichtung dargestellt. deren Emitterkontakt 8 und Emitterzone 45 von einem Einschnitt 46 umgeben sind, der über einen kurzen Abstand an der vom Basiskontakt 6 abgekehrten Seite unterbrochen ist. Bei Ausdehnung der Erschöpfungsschicht bis zum Einschnitt 46 ist der Stromweg vom Emitter 47 zum Basiskontakt 6 nicht völlig, jedoch nahezu völlig unterbrochen. Die Abnahme des Kollektorstromes bei Zunahme von Vbc erfolgt in diesem Falle langsamer als wenn der Emitterteil völlig vom Einschnitt umgeben ist, wie es in Fig. 1 der Fall ist.
Bei der Halbleitervorrichtung nach Fig. 10 umgibt der aus einem Isoliermaterial oder einem intrinsischen Halbleiter bestehende nicht-leitende Teil 50 ringförmig die Emitterzone 51, wobei sich dieser Teil dem Kollektor 5 bis zu einem Abstand nähert, der kleiner ist als der Abstand vom Emitter 52 zum Kollektor 5. Im Gegensatz zur Halbleitervorrichtung nach Fig. 1 befindet sich hier der nicht-leitende Teil völlig in der Basis l.
Bei der Halbleitervorrichtung nach Fig. 11 ist die Basis 55 neben dem Emitterkontakt 56 von der Emitterseite der Halbleitervorrichtung her teilweise weggenommen, z. B. durch Ätzen. Auf dem stellenweise dünnen Teil der Basis ist der Basiskontakt 57 in einem Abstand vom Kollektor 58 angebracht, der grösser ist als der Mindestabstand zwischen dem Kollektor und dem Einschnitt 59. Der Stromweg vom Emitter 60 zum Basiskontakt 57 ist unterbrochen, sobald die Erschöpfungsschicht des Kollektors 58 sich bis zur gestrichelten Linie 61 ausgedehnt hat.
In Fig. 12 ist eine Halbleitervorrichtung dargestellt, bei der ein Einschnitt 65 die Emitterzone 66 durchbohrt. Der Emitterkontakt 67 ist auf dem Mittelteil 68 der Emitterzone angebracht, so dass nur die Grenzschicht 69 dieses Teiles der Emitterzone mit der Basis als Emitter wirksam ist. Der Stromweg zwi- schen dem Emitter 69 und dem Basiskontakt 6 wird im Augenblick, in dem die Erschöpfnngsschicht des Kollektors 70 die gestrichelte Linie 61 erreicht, unterbrochen.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist der Basiskontakt immer als örtlicher Kontakt dargestellt. Der Basiskontakt kann naturgemäss vielerlei Formen haben, z. B. die Ringform oder U-Form. Ausserdem kann sich der Basiskontakt meist sowohl an der Emitterseite als an der Kollektorseite der Halbleitervorrichtung befinden.
Um den Abklingeffekt zu erreichen, braucht die Kollektorzone oder der Kollektorkontakt nicht grösser zu sein als die Emitterzone oder der Emitterkontakt, vorausgesetzt, dass der nicht-leitende Teil so tief unter den Emitterteil eindringt, dass der Abstand zwischen dem nicht-leitenden Teil und dem Kol-
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lektor kleiner ist als der Abstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor. Bei der Halbleitervorrichtung nach Fig. 13 ist der Emitterteil, sowohl die Emitterzone 75 als auca der Emitterkontakt S. grösser als der Kollektorteil, die Kollektorzone 3 und der Kollektorkontakt 9, jedoch der Einschnitt 76 dringt so tief un- ter die Emitterzone ein, dass der Abstand zwischen dem Einschnitt 76 und dem Kollektor 5 wesentlich kleiner ist als der Abstand zwischen dem Emitter 77 und dem Kollektor 5.
Zur Bildung eines Einschnittes wird vorzugsweise vom Ätzen Gebrauch gemacht. Es ist möglich, den
Einschnitt im halbleitenden Körper vorzusehen, bevor die verschiedenen Zonen und Kontakte z. B. durch
Diffusion oder Legieren angebracht werden. Es ist jedoch einfacher, zunächst die verschiedenen
Zonen und Kontakte anzubringen, wenigstens die Emitterzone und den Emitterkontakt. und dann das Gebilde einer Ätzbehandlung zu unterwerfen.
Dabei kann mit grossem Vorteil der Umstand benutzt werden. dass gewisse Ätzmittel mit einem Halbleitmaterial einer bestimmtenLeitungsart einen niederohmigen Übergang und mit dem gleichen Material entgegengesetzter Leitungsart einen hochohmigen Übergang bilden. Dies kann deutlich an Hand eines Beispiels, nämlich einer wässerigen Fluorwasserstofflösung, erläutert werden, die mit Silizium der p-Art einen niederohmigen Kontakt und mit Silizium der n-Art einen hochohmigen Kontakt bildet. Während der Ätzbehandlung eines p-n-p Transistors, dessen Halbleiter aus Silizium besteht, wird an den Emitterkontakt eine positive Spannung gegenüber dem Ätzbad gelegt.
Die selektive Ätzung kann dann vermutlich wie folgt erklärt werden : Die Fluorionen bewegen sich zur positiven Elektrode, wo sie sich durch Kombination mit einem Loch entladen und sich dann mit stellenweise vorhandenem Silizium zu Siliziumfluorid verbinden können, welches in der Elektrolytflüssigkeit lösbar ist.' Das Ätzen erfolgt, also im wesentlichen an der Stelle. wo viele Löcher vorhanden sind und somit an der Oberfläche der Emitterzone, die ja aus Silizium der p-Art besteht. und ferner in einer an die Emitterelektrode grenzenden Basisschicht, da in dieser Schicht vom Emitter Löcher injiziert werden, indem an der Emittergrenzschicht während der Ätzbehandlung eine Spannung in der Vorwärtsrichtung unterhalten wird. Nötigenfalls kann die Kollektorzone markiert werden, um eine Ätzung der p-Art-Kollektorzone zu vermeiden.
Bei der Bildung des Einschnitts kann man auch in an sich bekannter Weise vom Umstand Gebrauch machen, dass durch stellenweise Bestrahlung eines Halbleiters mit Strahlung einer geeigneten Wellenlänge an der Auftreffstelle, der Strahlung eine grössere Zahl von Ladungsträgern. unter ihnen Löcher und Elektronen, erzeugt werden. Diese Ladungsträger können die ätzenden Ionen entladen und an dieser Stelle die Ätzung ermöglichen.
Obzwar die obenstehende Erläuterung für das Spezialbeispiel von Silizium in einer wässerigen Fluorwasserstofflösung beschrieben wurde, gilt sie viel allgemeiner, z. B. im Falle von Ätzen eines p-n-pTransistors, dessen Halbleiter aus Germanium besteht, mit Hilfe einer wässerigen KOH-Lösung.
Beim Ätzen von p-n-p-Transistoren, deren Halbleiter aus Silizium besteht, in einer wässerigen Fluorwasserstofflösung, wurde ferner festgestellt, dass die Breite des Einschnitts und die Eindringtiefe des Einschnitts in die Basis umso grösser wird, je mehr Äthylalkohol dem Ätzbad zugesetzt ist.
Wenn eine Halbleitervorrichtung hergestellt werden soll, in der bei einer bestimmten Spannung an der Kollektor-Erschöpfungsschicht der Stromweg zwischen dem Emitter und dem Basiskontakt unterbrochen werden kann, kann während der Ätzbehandlung zwischen dem Basiskontakt und dem Kollektorkontakt oder'zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt dieser Spannungsunterschied meistens mit Hilfe einer getrennten Spannungsquelle angelegt werden. Der Einschnitt kann dann nur bis zur Erschöpfungsschicht eindringen und die Halbleitervorrichtung hat dann eine Abklingspannung, die gleich oder nahezu gleich dem während der Ätzbehandlung zwischen dem Basiskontakt und dem Kollektorkontakt oder zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt angelegten Spannungsunterschied ist.
Ferner muss im allgemeinen die seitliche Ausdehnung unter dem Emitterkontakt möglichst beschränkt werden. Die Ätzbehandlung wird vorzugsweise beendet, sobald der Einschnitt die Erschöpfungsschicht erreicht hat. Eine Anzeige dieses Augenblicks kann dadurch getunden werden. dass der Basisstrom während der Ätzbehandlung geprüft wird. An Hand der schematischen Fig. 14 wird ein Beispiel einer elektrolytischen Ätzbehandlung erläutert, bei dem neben der Einstellung der Eindringtiefe der Kollektor-Erschöpfungsschicht mittels einer getrennten Spannungsquelle gleichzeitig eine Prüfung des Basisstroms erfolgt.
In das Ätzbad 80, welches z. B. aus 1 Vol. -Teil 48 %iger Fluorwasserstofflösung auf 2 Vol.-Teile Äthylalkohol besteht, ist ein p-n-p-Silizium-Legierungstransistor eingetaucht. Die Zuleitungsdrähte zur Halbleitervorrichtung sind maskiert, z. B. mittels einer Lösung von Polystyrol in Toluol, ebenso wie die Halbleitervorrichtung mit Ausnahme des Emitterkontaktes 81 und der Seite 82 der Halbleitervorrichtung, an der sich dieser Emitterkontakt befindet. Die Maskierung ist mit punktierten Linien dargestellt. Zwi-
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schen dem Emitterkontakt 81 und einer Platinelektrode 83 wird die Ätzspannung angelegt, wobei der
Emitterkontakt mit der positiven Klemme der Spannungsquelle 84 verbunden wird.
Mittels einer getrenn- ten Spannungsquelle 85 wird zwischen dem Kollektorkontakt 86 und dem Basiskontakt 87 ein Spannungsunterschied angelegt, der die Eindringtiefe des Einschnitts bestimmt und gleich der gewünschten Abklingspannung der Halbleitervorrichtung ist. Der Einschnitt kann nur bis zur Erschöpfungsschicht eindringen, auch wenn die Ätzbehandlung längere Zeit fortgesetzt wird. Nacndem der Einschnitt die Erschöpfung- schicht erreicht hat, dehnt sie sich nur noch seitwärts unter dem Emitterkontakt aus, da zwischen dem Emitterkontakt und der Erschöpfungsschicht die Emitterzone und die angrenzende Basisschicht immer weiter weggeätzt werden.
Zur Erzielung einer Anzeige des Augenblicks, in dem der Einschnitt die Erschöpfungsschicht erreicht, liegt zwischen dem Basiskontakt 87 und dem Emitterkontakt 81 eine Spannungsquelle 88, die einen konstanten Spannungsunterschied aufrechterhält, in Reihe mit einem Strommesser 89, der den Basisstrom anzeigt. Der Emitterkontakt ist hiebei gegenüber dem Basiskontakt positiv geschaltet.
Je mehr sich der Einschnitt der Erschöpfungsschicht nähert, wird der Basiswiderstand grösser und der Basisstrom immer kleiner. Von dem Augenblick an, da der Einschnitt an seinem ganzen Umfang die Erschöpfungsschicht berührt, ist der Stromweg zwischen Emitter und Basiskontakt unterbrochen und der Basisstrom nimmt einen nahezu konstanten Wert an. Die Ätzbehandlung wird daher vorzugsweise in dem Augenblick beendet, in dem der Basisstrom nach allmählicher Abnahme einen konstanten Wert annimmt.
Bemerkt wird, dass die Prüfung des Basisstromes und die Bestimmung des Augenblicks, in dem die Ätzbehandlung beendet werden muss, auf gleiche Weise erfolgen kann, wenn die Ätzspannung zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt angelegt wird und statt der Platinelektrode 83 der dann nicht masker- te Koilektorkontakt als Kathode verwandt wird.
Wenn bei der Ätzbehandlung einer Halbleitervorrichtung das Ätzmittel und bzw. oder das Material des Emitterkontaktes derart gewählt sind, dass sich während der Ätzbehandlung zwischen diesen eine elektrolytische Sperrschicht bildet, so kann noch eine andere einfache Anzeige über die seitliche Ausdehnung im Verlauf des Ätzstromes bei konstanter Ätzspannung gefunden werden.
Dies wird in der schematischen Fig. 15 an Hand eines Beispiels erläutert, bei dem ein Silizium-p-n-p-Transistor elektrolytisch geätzt wird, dessen Emitterkontakt und Emitterzone durch das Auflegieren einer Aluminiummenge erzielt sind.
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Äthylalkohol besteht, befindet sich ein Silizium-p-n-p-Transistor, der auf die oben bereits ausführlich besprochene Weise hergestellt ist und dessen Zuleitungsdrähte aus dem Ätzbad nach aussen geführt sind.
Mit Ausnahme eines Teiles des Kollektorkontaktes 86, des Emitterkontaktes 81 und der neben dem Emitterkontakt liegenden Halbleitervorrichtungsoberfläche 82 ist die Halbleitervorrichtung mit ihren Zulei- tungsdrähten mit einer Maskierung bedeckt, die in Fig. 15 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Zwischen dem Emitterkontakt 81 und dem Kollektorkontakt 86 wird als Ätzspannung die gewünschte Abklingspannung, z. B. 15 V, aufrechterhalten, wobei der Emitterkontakt 81 positiv gegenüber dem Kollektorkontakt 86 ist. Der auftretende Ätzstrom ist aus drei Beiträgen aufgebaut.
Erstens dem nützlichen Ätzstrom, der vom Zuleitungsdraht 93 und vom Emitterkontakt aus in die Emitterzone und die Basiselektrode eindringt, darauf über die neben dem Emitterkontakt liegende Begrenzungsoberfläche 82 der Halbleitervorrichtung das Ätzbad 92 erreicht und über dieses Ätzbad zum Kollektorkontakt 86 strömt. Dieser Beitrag steht in geradem Verhältnis zur halbleitenden Oberfläche, welche der Ätzbehandlung unterworfen ist. Ferner gibt es einen direkten Strom durch das Ätzbad vom Emitterkontakt 81 zum Kollektorkontakt 86. Dieser Beitrag ist beim Einschalten sehr gross, nimmt aber in 10 Sekunden, welche nötig sind, um den Aluminiumdraht mit einer sperrenden Aluminiumoxydhaut zu versehen, auf einen weiterhin konstanten Wert ab, der im vorliegenden Falle etwa 8 mA beträgt.
Schliesslich gibt es noch einen Schwebestrom durch die Halbleitervorrichtung vom Emitterkontakt zum Kollektorkontakt jedoch ist die Grösse dieses Beitrages (im vorliegenden Falle etwa 1/10 l A) gegenüber den übrigen Beiträgen verschwindend klein. Der Verlauf des gesamten Ätzstromes während der Ätzbehandlung bei einem konstant angelegten Spannungsunterschied zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt wird, wenn sich zwischen dem Emitterkontakt und dem Ätzbad eine elektrolytische Sperrschicht gebildet hat, ausschliesslich durch die Geometrie des Emitterteiles der Halbleitervorrichtung bedingt. Der Kollektorteil (9,3) aus Fig. 1 ist ein Beispiel eines Aluminiumlegierungskontaktes auf Silizium.
Das Ganze hat die Form eines abgestumpften Kegels bzw. einer Pyramide, von dem bzw. von der eine auf der flachen Oberseite und auf der Seite liegende dünne Schicht 3 die wiederkristallisierte halbleitende Zone darstellt, während der verbleibende Teil 9 vom stromleitenden, aus Aluminium mit einem SiliziumgehaJLt bestehenden Kontakt eingenommen wird. In Fig. 16 ist die Ätzkurve zum Ätzen eines solchen Aluminiumkontaktes der Emitterelektrode bei konstanter Spannung dargestellt, wobei die Dauer der Ätzbehandlung in Sekunden waag-
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recht und die Grösse des gesamten Ätzstromes in mA senkrecht abgetragen ist. Während des Zeitinter- valls A nimmt der Ätzstrom verhältnismässig schnell ab, was auf die Bildung der dünnen Oxydschicht auf dem Aluminiumkontakt der Emitterelektrode zurückzuführen ist.
In diesem Zeitintervall erfolgt ausserdem die Anätzung der Emitterzone und der angrenzenden Basiszone. Während der weiteren Dauer der Ätzbe- handlung wird die Form der Ätzkurve nur noch durch den Beitrag des nützlichen Ätzstromes bedingt, da die übrigen Beiträge konstant geworden sind. Am Anfang des Zeitintervalls B ist das Ätzen bis etwa ein
Viertel der Seitenflanken der Emitterzone fortgeschritten. Während des Zeitintervalls B (10-100 Sekun- den) werden die Emitterzone und die Basisschicht bis zum flachen Teil der Emitterzone weggeätzt. Der Ätzstrom nimmt langsam ab infolge der allmählichen Abnahme der der Ätzbehandlung unterworfenen
Oberfläche. Vom Augenblick an, in dem die Ätzung unterhalb der Emitterzone anfängt, nimmt der Ätzstrom wesentlich schneller ab, da die der Ätzbehandlung unterworfene Oberfläche schneller kleiner wird.
Dabei wird bemerkt, dass die Breite der bereits geätzten Rinne nahezu konstant bleibt. Am Ende des Zeit- intervalls C ist der Emitterkontakt völlig von der Basis losgeätzt.
Auf Grund des Vorstehenden ist es einleuchtend, dass die Ätzbehandlung vorzugsweise am Anfang des
Zeitintervalls C beendet wird, in dem der Ätzstrom zum zweiten Male wesentlich abnimmt.
Bemerkt wird, dass, obwohl die in der Ätzkurve nach Fig. 16 gegebenen genauen Werte nur für den oben beschriebenen Fall gelten, die Form der Ätzkurve im allgemeineren Fall ermittelt werden kann, in dem eine Halbleitervorrichtung, deren Emitterzone zu einem wesentlichen Teil flach ist, in einem Ätzmittel geätzt wird, welches mit dem Material des Emitterkontaktes eine Sperrschicht bildet. Dasselbe Merkmal kann dann für die Bestimmung des Augenblicks benutzt werden, in dem die Ätzbehandlung vorzugsweise beendet wird.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass diese Anzeige auch nicht auf den Fall beschränkt ist, in dem die Ätzspannung zwischen dem Emitterkontakt und dem Kollektorkontakt angelegt wird, sondern auch in einem allgemeineren Fall anwendbar ist, z. B. wenn statt des Kollektorkontaktes 86 eine Platinelektrode als Kathode und der Emitterkontakt als Anode verwendet wird.
Die Wirkungsweise der strahlungsempfindlichen Vorrichtung nach der Erfindung kann an Hand des Prinzipschema nach Fig. 17 erläutert werden. Zwischen den Kollektorkontakt 100 und den Basiskontakt 101 einer Halbleitervorrichtung 102 nach der Erfindung, die von der p-n-p-Art angenommen wird, ist ein so grosser Spannungsunterschied in der Sperrichtung angelegt, dass bei Abwesenheit von Strahlung die Erschöpfungsschicht des Kollektors den nicht-leitenden Teil 103 erreicht (z. B. in der punktierten Lage) und der Stromweg zwischen dem Emitter 104 und dem Basiskontakt 101 unterbrochen ist. Zwischen dem Emitterkontakt 104 und dem Basiskontakt 101 wird ein Spannungsunterschied in der Vorwärtsrichtung aufrechterhalten. Im Kollektorkreis, im Emitterkreis und im Basiskreis sind die Belastungen 105,106 bzw. 107 dargestellt.
Die Halbleitervorrichtung befindet sich in unterbrochenem Zustand ; es fliesst nahezu kein Emitterstrom. Kollektorstrom oder Basisstrom.
Von einer Strahlungsquelle 108 aus lässt man Strahlung auf die Emitterseite der Halbleiter Vorrichtung auftreten, auf der sich der nicht-leitende Teil befindet. Infolge der Strahlung werden zusätzliche freie Ladungsträger in der Basis erregt, so dass der Kollektorstrom Ic zunimmt. Diese Zunahme von Is bewirkt einen erhöhten Spannungsabfall an der Belastung 105, so dass der Spannungsunterschied an der Erschöpfungsschicht des Kollektors abnimmt. Dies führt zu einer Verringerung der Ausdehnung der Erschöpfungsschicht und somit auch zu einer Abnahme des innerenBasiswiderstandes der Halbleitervorrichtung. Da auch der Spannungsabfall am inneren Basiswiderstand abnimmt, nimmt der Spannungsunterschied an der Emittergrenzschicht zu, so dass der Emitterstrom anfänglich zunehmen kann.
Die Erhöhung des Emitterstromes bewirkt eine Zunahme des Kollektorstromes und letzterer seinerseits eine Zunahme des Spannungsabfalls an der Belastung 105, die wieder zu einer Abnahme des inneren Basiswiderstandes führt, usw. Dieser Mechanismus führt schliesslich zu einem Gleichgewichtszustand, in dem die Unterbrechung der Halbleitervorrichtung völlig beseitigt sein kann und wesentlich grössere Ströme als im Abklingzustand auftreten können.
Bei Entfernung der Strahlungsquelle 108 fällt der Beitrag der erregten Ladungsträger zum Kollektorstrom weg. Der Spannungsabfall an der Belastung 105 nimmt somit ab und die Ausdehnung der Erschöpfungsschicht nimmt zu, usw. Der obenbeschriebene Mechanismus wiederholt sich dann in umgekehrter Reihenfolge, bis der ursprüngliche gesperrte Zustand erreicht ist.
Abgesehen von der Anwendung als Detektor, ist die strahlungsempfindliche Vorrichtung nach der Erfindung insbesondere als strahlungsempfindlicher Schalter geeignet. In den Kollektorkreis oder Emitterkreis, oder in die beiden Kreise, und'gegebenenfalls auch in den Basiskreis werden dann ein oder mehrere Relais aufgenommen, die von den im Abklingzustand auftretenden niedrigen Strömen nicht erregt und
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von den im nicht-unterbrochenen Zustand auftretenden verhältnismässig hohen Strömen erregt werden können. Der obenbeschriebene Mechanismus wird in sehr günstigem Sinne beeinflusst, wenn im Kollek-
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im Basiskreis niedrig gehalten wird.
Der erzielte negativeDifferentialwiderstand in den Kennlinien nach den Fig. 2 und 7 kann für vielerlei bekannte Zwecke, wie zum Entdämpfen elektrischer Leitungen, zum Erzeugen von Schwingungen, z. B. sinusförmiger, zahnförmiger oder impulsförmige Gestalt, zum Verwirklichen bistabiler bzw. monostabiler Tickerschaltungen, zur Kombination eines Verstärkers und einer Tickerschaltung usw. verwendet werden. Auch kann man durch eine geeignet gewählte Kollektorspannung die Halbleitervorrichtung entweder verstärken lassen, oder sie bei Überschreitung der Abklingspannung Vk derart sperren, dass gleichzeitig der Basiskontakt entkoppelt wird.
Dieser Differentialwiderstand ist kurzschluss-stabil, d. h. dass Selbstschwingen eintritt, wenn der zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt liegende Widerstand einen vorgeschriebenen Wert überschreitet. Dies soll selbstverständlich nicht heissen, dass die Halbleitervorrichtung lediglich in gemeinsamer Basisschaltung betrieben werden kann. Auch in gemeinsamer Emitterschaltung können ähnliche
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aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Halbleitervorrichtung, die einen Körper enthält, in dem ein mit einem Kontakt versehener halb- leitender Teil einer bestimmten Leitungsart, als Basis bezeichnet, durch nahe einander gegenüberliegende Grenzschichten von wenigstens zwei mit Kontakten versehenen halbleitenden Teilen entgegengesetzter
Leitungsart, als Emitterzone bzw. Kollektorzone bezeichnet, getrennt ist, wobei ausgehend von einer Be- grenzungsoberfläche des neben dem Emitterkontakt liegenden Körpers ein nicht leitender Teil, z.
B. ein Einschnitt. in dje Basis eindringt. dadurch gekennzeichnet, dass dieser nichtleitende Teil (10,46, 50,59,
65,76, 103) den Stromweg zwischen dem Emitter (4, 47, 52, 60, 69, 77, 104) und dem Basiskontakt (6, 57, 101) stellenweise verengt, indem er sich dem Kollektor (5, 32, 58, 70) bis auf einen Abstand nähert, der kleiner als der Mindestabstand zwischen dem Emitter und dun Kollektor ist, das eine und das andere derart, dass ein negativer Differentialwiderstand in der Kennlinie auftritt, in der der Zusammenhang zwischen dem Kollektorstrom (Ic) und dem Spannungsunterschied (Vbc) in der Sperrichtung zwischen dem Kollektorkontakt und dem Basiskontakt bei konstantem Spannungsunterschied in der Vorwärtsrichtung zwischen dem Emitterkontakt und dem Basiskontakt dargestellt ist.