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Unipolartransistor
Die Erfindung betrifft einen Unipolartransistor, der aus einem Halbleiterkörper mit zwei im wesent- lichen sperrfrei aufgebrachten Hauptelektroden und zwei mit Steuerelektroden verbundenen Halbleiter- zonen (Steuerzonen) auf den beiden Seiten des Stromweges besteht, wobei der Leitfähigkeitstyp der Steuer- zonen entgegengesetzt dem des Halbleiterkörpers zwischen den Hauptelektroden ist.
Bekanntlich wird bei einem Unipolartransistor der Widerstand des Stromweges zwischen den beiden
Hauptelektroden durch Variation des wirksamen Querschnittes gesteuert. Die sich an der Steuerzone. die gegen den Halbleiterkörper in Sperrichtung vorgespannt ist, ausbildende Raumladungszone ändert ihre
Eindringtiefe abhängig von der an ihr angelegten Spannung. Die Steuerwirkung wird noch verstärkt, wenn zwei einander gegenüberliegende Steuerzonen auf dem stromführenden Halbleiterkörper angebracht sind.
In Fig. 1 ist ein bekannter Unipolartransistor dargestellt. Längs eines verhältnismässig hochohmigen n-oder p-leitenden Halbleiterstäbchens 8 werden einen pn-Übergang bildende Zonen 3 und 4 angebracht und diese gegenüber dem Halbleiterstäbchen in Sperrichtung vorgespannt. Je nach Grösse der Vorspannung breiten sich die Raumladungszonen 17 und 18 der pn-Übergänge mehr oder weniger in den Strompfad hinein aus und können diesen schliesslich vollkommen überdecken. Da die Raumladungszone stets hochohmig gegenüber dem Halbleiterstrompfad ist, bedeutet eine Veränderung der Raumladungsbreite eine Verengung oder Erweiterung des Strompfades. Die beiden Hauptelektroden werden als Quellenelektrode 1 und als Saugelektrode 2 bezeichnet und 3 und 4 sind die Steuerelektroden.
Der zwischen 1 und 2 fliessende, von der Spannungsquelle 7 gespeiste Majoritätsträgerstrom wird durch die von der Steuerspannung der Spannungsquelle 6 abhängigen Raumladungen vor den Steuerzonen nach Art einer Stromengensteuerung moduliert.
Durch die Erfindung wird eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Unipolartransistors vorgeschlagen, bei dem die eine Steuerzone als Kreisscheibe ausgebildet und eine ihrer Stirnflächen von einer dünnen, durch Diffusion erzeugten hochohmigen Zone bedeckt ist und die zweite Steuerzone und die beiden Hauptelektroden in an sich bekannter Weise zentralsymmetrisch auf dieser Zone aufgebracht sind.
Es ist bereits ein Unipolartransistor bekannt, bei dem eine ringförmige Elektrode mittleren Durchmessers auf der einen Seite eines halbleitenden Grundkörpers und eine entsprechende Elektrode gleichen Durchmessers auf der gegenüberliegenden Seite die Steuerelektroden bilden, während eine kleine und eine grössere ringförmige Elektrode, die nur die eine Steuerelektrode konzentrisch in einem gewissen Abstand umgeben, einen sperrfreien Kontakt mit dem halbleitenden Grundkörper bilden.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Anordnung vor allem dadurch, dass die eine Steuerelektrode durch den Halbleiterkörper selbst und der in seiner Dicke durch die sich vor der Steuerzone ausbildenden Raumladungszone gesteuerte Strompfad durch eine dünne, auf den als Steuerelektrode dienenden Halbleiterkörper aufgebrachte hochohmige Zone gebildet wird. Die Dicke dieser Zone ist also nicht, wie bei der bekannten Anordnung, durch die mechanische Stabilität, die wegen der Sprödigkeit des Halbleitermaterials bei dünnen Halbleiterschichten sehr gering ist, nach unten begrenzt.
Auch ist der Aufbau der Anordnung gemäss der Erfindung wärmemässig entschieden gunstiger als bei der bekannten Unipolaruansistoranordnung.
Eine nähere Erläuterung der Erfindung wird im folgenden durch die Beschreibung eines in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels gegeben.
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Dort ist eine zentralsymmetrische Ausführungsform eines Transistors dargestellt, bei dem die eine
Steuerzone 4 als Kreisscheibe ausgebildet und eine ihrer Stirnflächen von einer dünnen, durch Diffusion erzeugten, beispielsweise eine Dicke von 0, 1 bis 100 aufweisenden hochohmigen Zone 9 bedeckt ist. Die zweite Steuerzone 3 sowie die beiden Hauptelektrodenl bzw. 2 sind zentralsymmetrisch auf dieser
Zone 9 aufgebracht. Quellenelektrode und Saugelektrode können bei dieser Anordnung vertauscht werden.
Die eine Hauptelektrode in der Mitte besteht z. B. aus einem einlegierten Aluminiumdraht. Die zweite Hauptelektrode aus einem aufgedampften und einlegierten Aluminiumring und die zweite Steuerzone 3 aus einem Gold-Antimon-Ring, der ebenfalls aufgedampft und dann einlegiert wird. Hiebei lassen sich die durch die Geometrie bedingten inhomogenen Feldverhältnisse längs des Strompfades nutzbringend verwerten und man vermeidet in einfacher Weise störende Randzonen der Steuerzonen 3 und 4. Liegt z. B. die Quellenelektrode 1 im Zentrum und die Saugelektrode 2 als Ring an der Peripherie. dann kann man erreichen, dass die Zuschnürung längs des Strompfades auf einer breiten Zone unterhalb der als Ring ausgebildeten Steuerzone 3 erfolgt, wodurch die Steilheit der Anordnung erhöht wird.
Umgekehrt führt ein Anbringen von l an der Peripherie und 2 im Zentrum zu einem besonders kleinen eingangsseitigen Serienwiderstand R.
Statt eines Diffusionsverfahrens ist zum Erzeugen der dünnen Zone 9 auch ein Abdampfverfahren anwendbar. Voraussetzung ist dabei. dass das Halbleitermaterial einen hinreichend leicht verdampfbaren Dotierungspartner enthält.
Die Steuerelektrode 3 kann auch durch Diffusion aufgebracht werden, nachdem die Bereiche der Halbleiteroberfläche, die unverändert bleiben sollen, nach bekannten Verfahren durch Maskierung, z. B. mittels einer Oxydschicht, abgedeckt worden sind.
Bei der in der Fig.2 dargestellten Ausführungsform kann man die Unterlage 4 mit der äusseren Steuerzone 3 koppeln, um eine grössere Steuerwirkung zu erzielen, oder man gibt ihr eine feste Gleichspannung in Sperrichtung gegenüber dem Strompfad. Durch Variation dieser Sperrvorspannung wird die Steuerwirkung der äusseren Steuerzone modifiziert, wodurch ein Regelvorgang nach Art einer Regelröhre (mit variabler Gittersteigung) herbeigeführt werden kann. Schliesslich kann man äussere Steuerzone 3 und Unterlage 4 mit Wechselspannungen verschiedener Frequenz beaufschlagen und so eine Frequenzmischung vornehmen.
Die Anordnung gemäss der Erfindung hat den Vorteil, dass störende Serienwiderstände kleingehalten werden können. Zu diesen gehören der Widerstand auf der Eingangsseite zwischen Quellenelektrode 1 und Steuerzone, der in Fig. l mit R. bezeichnet ist, und der entsprechende Widerstand auf der Ausgangsseite R, zwischen Saugelektrode 2 und der Steuerzone. R, beeinträchtigt die Grenzfrequenz, während R die erforderliche Saugspannung, die durch die Spannungsquelle 7 geliefert werden muss, und die Verlustleistung erhöht.