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Halbleiteranordnung
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Dadurch wird der Halbleiter mit Minoritätsträgern überschwemmt und die Spannung UD abgebaut, so dass man jetzt ohne grossen Spannungsaufwand von C nach B gelangt.
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erläutert werden. Die Dotierung der Zone I ist nicht homogen. Als Legierungspille wird erfindungsgemäss eine Mischung verwendet, die Donatoren und Akzeptoren gleichzeitig enthält. Dabei ist z. B. Indium mit einer Beimischung von etwa Wo Arsen für einen legierten pn-Übergang in p-Germanium gewählt. Man kann sich vorstellen, dass dann in derRekristallisationszone n-leitende (z. B. 14) und p-leitende (z. B. 13)
Gebiete nebeneinander entstehen.
Die n-leitendenGebiete geben eine Elektroneninjektion in die benachbarte Mittelzone, die p-leitenden Gebiete erzeugen einen ohmschen Nebenschluss, der mit wachsendem
Strom immer unwirksamer wird, da der Widerstand eines pn-Überganges in Flussrichtung mit wachsendem
Strom immer kleiner wird. Ein legierter Übergang dieser Art zeigt also ein starkes Anwachsen der Minoritätsträgerinjektion mit wachsendem Strom. Dieselben Eigenschaften zeigt auch ein Indium-Zinn-Kontakt, der zusätzlich eine n-Dotierung aufweist. Man kann sich auch in diesem Fall vorstellen, dass die Rekristallisationszone aus vielen Kristalliten besteht, die teils injizierenden, teils ohmschen Charakter haben.
Die erfindungsgemässe Anordnung hat grosse Vorteile gegenüber dembekanntenIndium-Zinn-Kontakt.
Durch die zusätzliche n-Dotierung zeigt die Zone I eine grosse Elektroneninjektion in die benachbarte Zone II, die bei kleinen Strömen sehr klein und erst kurz vor Erreichen der Durchbruchspannung stark ansteigt. Dadurch werden im Sperrbereich geringe Sperrströme und im niederohmigen Bereich geringe Restspannungen erzielt, eine Eigenschaft, die ein diffundierter pn-Übergang sehr gut zeigt, einen legierten pn-Übergang jedoch als Emitter in Schaltdioden bisher ungeeignet machte, da hier schon bei kleinsten Strömen eine grosse Injektion erfolgt.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäss der Erfindung dargestellt. Auf einem halbleitenden Körper 5 mit Störstellenleitung, insbesondere geringer Leitfähigkeit, ist durch Diffusion eine Schicht 6 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, aber insbesondere höherer Leitfähigkeit erzeugt. Die beiden Aussenzonen 7 und 8 sind durch Einlegieren gebildet. Ausserdem ist wenigstens die eine Aussenzone 8 zugleich n-und p-dotiert. Dabei besitzen die Zonenübergänge einen kleineren Querschnitt als der scheibenförmige Halbleiterkörpers. Auch die auf diesen Halbleiterkörper aufgebrachten Aussenzonen besitzen einen Querschnitt, der kleiner als der Halbleiterquerschnitt ist.
Ein Teil eines Ansatzes 9 des scheibenförmigen Halbleiterkörpers 5 ist auf seiner ganzen Fläche durch Eindiffusion einer Mittelzone 6 gebildet.
Eine beispielsweise Ausführungsform dieser Anordnung wird folgendermassen hergestellt : Als Ausgangs. materialwirdeinScheibchenausp-Germaniumvon2,7mmDuchmesserundeinerDickevon130 und einem spezifischen Widerstand von 8 bis 10 Ohm. cm verwendet. In dieses Scheibchen wird allseitig eine 5/l dicke Arsenschicht mit einer Oberflächenkonzentration von 5. 1017 Störstellen/cm3 eindiffundiert.
Die Oberfläche wird anschliessend kurz, d. h. etwa 5 Sekunden, mit Cl 4 = 1 Teil Brom gelost in 24 Tei-
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oige Flusssäure,handlung wird auf einer Seite des Scheibchens ein kreisförmiger Fleck abgedeckt und die ganze Anordnung etwa eine Minute in derselben Lösung geätzt. Auf diesen Fleck wird später eine dünne runde Aluminiumschicht von 1 mm Durchmesser aufgedampft und so einlegiert, dass der eindiffundierte pn-Übergang nicht durchstossen wird. Vorher wird auf der gegenüberliegenden Seite des Scheibchens eine Kugel mit 0, 9-1 mm Durchmesser aus 98 Gewichtsprozent Indium + 2 Gewichtsprozent Arsen aufgebracht und legiert. Die Legierungstemperatur wird zwischen 350 - 5000 C variiert. Die Legierungsdauer beträgt 4 - 6 min.
Dabei werden Legierungsfronten verschiedener Eindringtiefen und damit verschiedene Basisdicken erzielt. DieDicke der Halbleiterscheibe 5 macht sich in einer Änderung der Durchbruchspannung bemerkbar. Bei niedriger Legierungstemperatur und Dicken von 100 g erhält man Durchbruchspannungen von 100 bis 150 V, bei höheren Legierungstemperaturen und Dicken von 25/l solche von 20 bis 30 V.
Wesentlich für das Auftreten eines instabilen Gebietes ist die Zusammensetzung der Legierungskugel.
Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von reinstem Indium als put Kontakt keine Emitterwirkung zeigt.
Wesentlich ist der Zusatz eines n-dotierenden Materials wie z. B. Arsen.
In Fig. 5 ist die typische Kennlinie einer erfindungsgemässen Anordnung, die wie oben beschrieben hergestellt wurde, wiedergegeben. Die Kurve 10 zeigt die Abhängigkeit des Stromes von der Spannung in Durchlassrichtung. Schon bei kleinen Spannungen nimmt der Strom grosse Werte an. Die Kurve 11 zeigt die Stromspannungscharakteristik in gesperrtem Zustand. Bei einer Spannung von 100 V und einem Strom von etwa 2 mA erfolgt der Durchbruch. Die Spannung an der Anordnung geht auf den Durchlasswert von 0, 4 bis 0, 5 V zurück und der Strom steigt auf den durch den Belastungswiderstand gegebenen Wert an.
Der Anstieg der Kennlinie in durchlässige Zustand erfolgt sehr langsam. Bei 1 Volt fliessen 200 mA, bei I, 6 V 400 mA.
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Erfindungsgemäss wird diese stromabhängige Minoritätsträgerinjektion auch durch die in Fig. 6 darge- stellte Anordnung erreicht, bei der wenigstens eine Mittelzone, z. B. II, zwei benachbarte halbleitende
Aussenzonen hat, von denen je eine, z. B. I', den entgegengesetzten, die andere, z. B. I, den gleichen
Leitungstyp hat. Ausserdem hat die Aussenzone I eine höhere Leitfähigkeit als die ihr benachbarte Mittel- zone II. Der Indium-Zinn-Kontakt mit zusätzlicher n-Dotierung wird also in einen normalen pn-Über- gang l'und in einen ohmschen Kontakt 1 aufgeteilt. Der pn-Übergang l'wird z. B. durch Einlegieren von Zinnarsen erzeugt, der ohmsche Kontakt 1 durch Einlegieren von Indium oder Gold. Beide Kontakte sind im Falle einer der Fig. 6 entsprechenden Anordnung verbunden.
In der in den Fig. 3 und 3a darge- stellten Anordnung sind sie innig miteinander verschmolzen.
Der ohmsche Nebenschluss, der, wie weiter oben beschrieben, durch die p-leitenden Gebiete der Re- kristallisationszone erzeugt wird, kann auch durch Überbrückung einer der beiden Aussenzonen mit einem
Widerstand R hergestellt werden. Erfindungsgemäss wird daher weiter vorgeschlagen, dass mindestens eine der beiden Mittelzonen II bzw. III über einen insbesondere regelbaren Widerstand R mit der Aussenzone I bzw. IV verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass man mit verschiedenen Widerstandswerten für den ohm- schen Nebenschluss eine gewünschte Durchbruchspannung der Halbleiteranordnung einstellen kann. Dies ist sehr günstig, da es sehr schwierig ist, derartige Halbleiteranordnungen zu fertigen, die alle bei der gleichen Durchbruchspannung UD umschalten.
In Fig. 2 ist die Kennlinie 6 einer Anordnung gemäss der Erfindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, bei der der Übergang 3 mit dem WiderstandR überbrückt ist, gestrichelt gezeichnet. UD'ist die durch den Widerstand R erhöhte Durchbruchspannung. Beim Umpolen der Spannung wirkt der ohmsche Nebenschluss über den Widerstand R, wie die p-Gebiete der Rekristallisationszone in Fig. 3. Der in Fig. 3 überbrückte Übergang wirkt also auch beim Umpolen der äusseren Spannung nicht sperrend.
Man kann erfindungsgemäss auch eine niedrige Durchbruchspannung UD mit einer guten Flusskenn- linie kombinieren, wenn man an Stelle des Widerstandes R insbesondere einen Richtleiter verwendet, der den Strom durch den Nebenschluss unterbindet, wenn der pn-Übergang 1 in Flussrichtung liegt. Man erhält dann maximale Elektroneninjektion in III.
Schaltet man in der Anordnung nach Fig. 3 einen Kondensator parallel, so kann man die Diode zur Schwingungserzeugung benutzen.
Eine Änderung der Durchbruchspannung bewirkt auch der in Fig. 4 in die Zuleitung des p Kontakts geschaltete Widerstand R. Er kann, wenn sein Wert insbesondere veränderlich ist, wiederum zur Regelung der Durchbruchspannung der Anordnung verwendet werden. Ausserdem kann der Widerstand auch wieder durch einen Richtleiter ersetzt sein, der den Strom durch den Kontakt l'unterbindet, wenn der Kontakt 1 in Flussrichtung liegt. In diesem Fall erhält man maximale Elektroneninjektion in das Gebiet II. Durch Einfügen eines RC-Gliedes ist es ausserdem möglich, die Anordnung zum Schwingen zu bringen. Schliesslich kann der Widerstand R durch eine andere Grösse gesteuert werden, so dass man mit dieser Anordnung verstärken kann.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn der Wert des Widerstandes R in der Grössenordnung des Flusswiderstandes des überbrückten pn-Übergangs liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Halbleiteranordnung mit vier hintereinanderliegenden halbleitenden Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Aussenzonen (I bzw. IV) mit Störstellen, die den gleichen Leitungstyp, und solchen, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie die benachbarte Mittelzone (II bzw. III) erzeugen, dotiert ist, wobei die Konzentration der letzteren Störstellen so gewählt ist, dass der äussere Übergang (1 bzw. 3) in einer Richtung Minoritätsträger in die benachbarte Mittelzone (II bzw. III) injiziert, in der andern Richtung aber keine Sperrwirkung aufweist.
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Semiconductor device
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As a result, the semiconductor is flooded with minority carriers and the voltage UD is reduced, so that you can now get from C to B without great stress.
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explained. The doping of zone I is not homogeneous. According to the invention, the alloy pill used is a mixture which contains donors and acceptors at the same time. It is z. B. Indium with an admixture of about Wo arsenic was chosen for an alloyed pn junction in p-germanium. One can imagine that then in the recrystallization zone n-type (e.g. 14) and p-type (e.g. 13)
Areas arise next to each other.
The n-conducting regions give an injection of electrons into the adjacent central zone, the p-conducting regions generate an ohmic shunt, which increases with increasing
Current becomes more and more ineffective, since the resistance of a pn-junction in the flow direction increases with
Electricity is getting smaller and smaller. An alloyed junction of this kind shows a strong increase in minority carrier injection with increasing current. The same properties are also shown by an indium-tin contact, which also has n-doping. In this case, too, one can imagine that the recrystallization zone consists of many crystallites, some of which have an injecting and some ohmic character.
The arrangement according to the invention has great advantages over the known indium-tin contact.
As a result of the additional n-doping, zone I shows a large electron injection into the adjacent zone II, which increases very small with small currents and only rises sharply shortly before the breakdown voltage is reached. As a result, low reverse currents are achieved in the blocking area and low residual voltages in the low-resistance area, a property that a diffused pn junction shows very well, but has made an alloyed pn junction unsuitable as an emitter in switching diodes, since even the smallest currents cause a large injection he follows.
In Fig. 4 an embodiment of an arrangement according to the invention is shown. On a semiconducting body 5 with impurity conduction, in particular low conductivity, a layer 6 of the opposite conductivity type, but in particular higher conductivity, is produced by diffusion. The two outer zones 7 and 8 are formed by alloying. In addition, at least one outer zone 8 is n- and p-doped at the same time. The zone transitions have a smaller cross section than the disk-shaped semiconductor body. The outer zones applied to this semiconductor body also have a cross section which is smaller than the semiconductor cross section.
A part of a shoulder 9 of the disk-shaped semiconductor body 5 is formed over its entire surface by diffusion of a central zone 6.
An example embodiment of this arrangement is produced as follows: As an output. The material is made from p-germanium with a diameter of 2.7 mm and a thickness of 130 and a specific resistance of 8 to 10 ohms. cm used. A 5/1 thick layer of arsenic with a surface concentration of 5,1017 defects / cm3 is diffused into this disc on all sides.
The surface is then short, i. H. about 5 seconds, with Cl 4 = 1 part of bromine dissolved in 24 parts
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In the above hydrofluoric acid treatment, a circular spot is covered on one side of the disc and the entire arrangement is etched in the same solution for about a minute. A thin, round aluminum layer with a diameter of 1 mm is later evaporated onto this spot and alloyed in such a way that the diffused pn junction is not pierced. Before this, a ball with a diameter of 0.9-1 mm made of 98 percent by weight indium + 2 percent by weight arsenic is placed on the opposite side of the disc and alloyed. The alloy temperature is varied between 350 and 5000 C. The alloying time is 4 - 6 minutes.
Alloy fronts of different penetration depths and thus different basic thicknesses are achieved. The thickness of the semiconductor wafer 5 is reflected in a change in the breakdown voltage. At low alloy temperatures and thicknesses of 100 g, breakdown voltages of 100 to 150 V are obtained; at higher alloy temperatures and thicknesses of 25/1, breakdown voltages of 20 to 30 V.
The composition of the alloy ball is essential for the occurrence of an unstable area.
It has been shown that the use of the purest indium as a put contact shows no emitter effect.
It is essential to add an n-doping material such as B. Arsenic.
In FIG. 5, the typical characteristic curve of an arrangement according to the invention, which was produced as described above, is shown. The curve 10 shows the dependence of the current on the voltage in the forward direction. Even at low voltages, the current takes on high values. The curve 11 shows the voltage characteristics in the blocked state. The breakdown occurs at a voltage of 100 V and a current of around 2 mA. The voltage on the arrangement goes back to the forward value of 0.4 to 0.5 V and the current increases to the value given by the load resistance.
The rise of the characteristic in the permeable state takes place very slowly. At 1 volt 200 mA flow, at 1.6 V 400 mA.
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According to the invention, this current-dependent minority carrier injection is also achieved by the arrangement shown in FIG. 6, in which at least one central zone, e.g. B. II, two adjacent semiconducting
Has outside zones, one of which, e.g. B. I ', the opposite, the other, e.g. B. I, the same
Has line type. In addition, the outer zone I has a higher conductivity than the central zone II adjacent to it. The indium-tin contact with additional n-doping is therefore divided into a normal pn junction 1 ′ and an ohmic contact 1. The pn junction 1 'is z. B. generated by alloying tin arsenic, the ohmic contact 1 by alloying indium or gold. Both contacts are connected in the case of an arrangement corresponding to FIG. 6.
In the arrangement shown in FIGS. 3 and 3a, they are intimately fused to one another.
The ohmic shunt, which, as described above, is generated by the p-conducting regions of the recrystallization zone, can also be achieved by bridging one of the two outer zones with a
Resistance R can be made. According to the invention, it is therefore further proposed that at least one of the two central zones II or III is connected to the outer zone I or IV via an in particular controllable resistor R. This has the advantage that a desired breakdown voltage of the semiconductor arrangement can be set with different resistance values for the ohmic shunt. This is very favorable, since it is very difficult to manufacture such semiconductor arrangements which all switch over at the same breakdown voltage UD.
In FIG. 2, the characteristic curve 6 of an arrangement according to the invention, as shown in FIG. 3, in which the transition 3 is bridged with the resistor R, is shown in broken lines. UD 'is the breakdown voltage increased by the resistor R. When the voltage is reversed, the ohmic shunt acts via the resistor R, like the p-regions of the recrystallization zone in FIG. 3. The transition bridged in FIG. 3 does not have a blocking effect when the external voltage is reversed.
According to the invention, a low breakdown voltage UD can also be combined with a good flow characteristic if, instead of the resistor R, a directional conductor is used, which prevents the current through the shunt when the pn junction 1 is in the flow direction. One then obtains maximum electron injection in III.
If a capacitor is connected in parallel in the arrangement according to FIG. 3, the diode can be used to generate vibrations.
A change in the breakdown voltage is also caused by the resistor R connected to the supply line of the p contact in FIG. In addition, the resistor can also be replaced again by a directional conductor which prevents the current through the contact 1 'when the contact 1 is in the direction of flow. In this case, maximum electron injection is obtained into region II. By inserting an RC element, it is also possible to make the arrangement vibrate. Finally, the resistance R can be controlled by a different variable, so that this arrangement can be used for amplification.
Particularly favorable conditions arise when the value of the resistance R is of the order of magnitude of the flow resistance of the bridged pn junction.
PATENT CLAIMS:
1. Semiconductor arrangement with four consecutive semiconducting zones of different conductivity, characterized in that at least one of the two outer zones (I or IV) with impurities that have the same conductivity type and those that have the opposite conductivity type as the adjacent central zone (II or III ), is doped, the concentration of the latter impurities being chosen so that the outer transition (1 or 3) injects minority carriers in one direction into the adjacent central zone (II or III), but has no blocking effect in the other direction .