AT223236B

AT223236B - Flächentransistor

Info

Publication number: AT223236B
Application number: AT603760A
Authority: AT
Original assignee: Telefunken Gmbh
Priority date: 1959-08-06
Filing date: 1960-08-05
Publication date: 1962-09-10

Description

Flächentransistor
Es ist bereits eine Tetrodenanordnung angegeben worden, deren Grundkörper aus n-leitendem Sill- cium besteht. In diesen Halbleitergrundkörper vom n-Typ sind zwei Diffusionsschichten eindiffundiert, u. zw. eine n-Schicht und eine dieser n-Schicht vorgelagerte p-Schicht. Die diffundierte n-Schicht stellt die Emitterzone der Tetrode dar, während die der n-Schicht vorgelagerte Zone vom p-Leitungstyp die
Basiszone der Tetrode bildet. Die Störstellenkonzentration der n-Schicht ist dabei grösser gewählt als die der p-Schicht. Zur Herstellung der Hilfsbasis-und Steuerbasiselektrode sind p-dotierende streifenförmige
Elektroden durch beide Diffusionsschichten durchlegiert, während die Emitterzone durch eine zwischen den beiden Basiselektroden flach in die Emitterzone einlegierte Elektrode kontaktiert ist.

Durch Anlegen einer geeigneten Gleichspannung zwischen Hilfsbasis- und Steuerbasiselektrode kann bei dieser bekannten Tetrodenanci dnung längs der Basiszone ein elektrisches Feld erzeugt werden, welches die Emission der Tetrode auf einen schmalen Bereich der Emitterzone beschränkt, welcher der Steuerbasiselektrode unmittelbar benachbart ist. Die bekannte Anordnung hat den Vorteil, dass der äussere Basiswiderstand, der zwischen der einlegierten Steuerbasiselektrode und dem Anfang der unmittelbar angrenzenden Emitterzone auftritt. vernachlässigbar gering ist.

Da der im Bereich der emittierenden Zone wirksam werdende innere Basiswiderstand bei der bekannten Anordnung ebenfalls kleingehalten werden kann. u. zw. durch entsprechende Verkleinerung der Breite der emittierenden Zone mit Hilfe des Längsfeldes in der Basiszone, weist die bekannte Anordnung bei entsprechender Bemessung und Dotierung der Basiszone den kleinsten Basiswiderstand aller bekannten Transistoranordnungen auf.

Der bekannten Tetrodenanordnung haften jedoch auch grundsätzliche Nachteile an, die mit technologischen Schwierigkeiten verbunden sind, so dass das Hochfrequenzverhalten dieser bekannten Anordnung nicht besser als das der andern bekannten Hochfrequenz-Transistoranordnungen ist.

Diese Nachteile der bekannten, mesaförmig ausgebildeten Tetrodenanordnung sind vor allem darauf zurückzuführen, dass im Gegensatz zu bekannten Transistoranordnungen auf der Emitterseite drei Elektroden angeordnet sind. Hinzu kommt, dass zur Erzielung kleiner Kollektorkapazitäten bereits bei Anordnungen, die für eine Betriebsfrequenz von einigen hundert MHz gedacht sind, die Breite des pn-Überganges nicht wesentlich grösser als xi sein darf, so dass der gegenseitige Abstand der Zuleitungsdrähte bei der bekannten Tetrodenanordnung nicht grösser als 25-30 gemacht werden kann. Für höhere Frequenzen sind entsprechend kleinere Abstände erforderlich. Es leuchtet ein, dass der geringe Abstand der emitterseitig angeordneten Elektroden deren Kontaktierung erheblich erschwert.

Der geringe Elektrodenabstand hat ausserdem noch zur Folge, dass als Elektrodenzuleitungen nur sehr dünne Drähte Verwendung finden können, die jedoch relativ hohe Zuleitungswiderstände und Zuleitungsinduktivitäten aufweisen, welche sich vor allem bei hohen Frequenzen sehr störend bemerkbar machen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass bei einem Flächentransistor mit einer Emitter-, Basis- und Kollektorzone auf der Emitterseite zwei Elektroden vorgesehen sind, dass die erste dieser Elektroden mit der Basiszone ohmisch verbunden ist, und dass die zweite Elektrode zur Begrenzung der Emission auf den der ersten Elektrode benachbarten Teil der Emitterzone durch Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Basiszone ebenfalls mit der Basiszone ohmisch verbunden ist und mit der Emitterzone einen schwach sperrenden oder ohmschen Kontakt bildet.

Die erfindungsgemässe Anordnung, welche in verschiedenen Ausführungsformen in den Fig. 1-5 dar-

gestellt ist, soll am Beispiel eines Transistors mit p-n-p-Zonenfolge näher beschrieben werden, obwohl natürlich auch analoge Ausführungsformen mit n-p-n-Zonenfolge möglich sind. Es soll bereits hier darauf hingewiesen werden, dass eine spezielle Ausführungsform der Erfindung gemäss den Fig. 3-5 eine Transistoranordnung vorsieht, bei der zwischen Basis- und Kollektorzone eine schwach dotierte bzw. intrinsisch leitende Zwischenzone vorgesehen ist. Es erweist sich sogar als vorteilhaft, eine solche p-n-i-p-bzw. n-p-i-n- Transistoranordnung mit Tetrodeneigenschaften gemäss einer Weiterbildung der Erfindung in an sich bekannter Weise mesaförmig auszubilden.

Ein Halbleiterkörper ist bekanntlich dann mesaförmig ausgebildet. wenn die Fläche des zwischen Basis-und Kollektorzone vorhandenen pn'-Überganges durch seitliches Abtragen von Halbleitermaterial verkleinert wird. Bei einer solchen Abtragung behält im wesentlichen nur die Kollektorzone ihre ursprüngliche Fläche, während der übliche Teil des Halbleiterkörpers sich von der Kollektorzone zur Emitterzone verjüngt, da die Abtragung des unerwünschten Halbleitermaterials durch Ätzen von der emitterseitigen Oberfläche zur Kollektorzone hin erfolgt.

Die,-wie bereits oben ausgeführt, im folgenden zu betrachtende Transistoranordnung mit p-n-p-Zonenfolge soll am Beispiel eines Halbleiterörpers aus Germanium erläutert werden, obwohl natürlich auch andere Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Silicium oder die AIIIBV-Verbindungen, Verwendung finden können. Die Emitterzone 3 eines solchen p-n-p-Transistors ist sehr stark mit p-Störstellen dotiert, während die relativ dünne Basiszone 4 stark mit n-Störstellen versetzt ist, jedoch nur so stark, dass die Störstellendichte'in der Basiszone kleiner ist als die Störstellendichte der Emitterzone. Eine derartige Störstellendichte in der Emitter- und Basiszone ist bereits bekannt. Die an die Basiszone 4 angrenzende Kollektorzone 5 ist zur Erzielung eines p-Leitungstyps wie die Emitterzone mit p-Störstellen dotiert.

In die-emitterseitige Oberfläche dieses p-n-p-Transistors sind nun im Gegensatz zur bekannten Tetrodenanordnung nur zwei Elektroden einlegiert. Das Legierungsmaterial fürdiesebeidenlegierungselektroden ist derart gewählt, dass durch die Legierung stark n-dotierte, zu den Legierungselektroden 1 und 2 gehörende Halbleiterzonen 6 und 7 entstehen. Diese und die folgenden Überlegungen gelten natürlich auch in analoger Weise für Transistoren mit umgekehrter Schichtenfolge.

Die erfindungsgemässe Anordnung wird nun wie ein normaler Transistor geschaltet und besitzt wie dieser nur insgesamt drei Elektrodenzuleitungen, nämlich die die Kollektorelektrode 9 kontaktierende Kollektorelektrodenzuleitung 10. die die Legierungselektrode 1 kontaktierende Elektrodenzuleitung 11 und die Elektrodenzuleitung 12. welche mit der Legierungselektrode 2 verbunden ist. Im Betriebszustand des Transistors fliesst nun durch die Elektrodenzuleitung 12 ausser dem Emissionsstrom noch ein weiterer Strom von der Legierungselektrode 2 zur Legierungselektrode l durch die Basiszone, der wie bei einer Tetrode das zur Einengung der Emission erforderliche Längsfeld in der Basiszone erzeugt. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht somit darin, dass der Tetrodeneffekt durch eine Dreielektroden-Anordnung erzielt wird.

Durch eine starke Dotierung der Emitterzone S und der daran angrenzenden, zur Legierungselektrode 2 gehörenden Halbleiterzone 7 lässt sich erreichen, dass der durch diese Halbleiterzone und die Emitterzone im Übergangsbereich gebildete pn-Übergang eine sehr niedrige Zenerdurchbruchsspannung, die kleiner als 0, 5 V ist bzw. die Kennlinie einer sogenannten "Backward -Diode" aufweist. Bei einer solchen Charakteristik des durch die Emitterzone 3 und durch die Halbleiterzone 7 der Legierungselektrode 2 gebildeten pn-Überganges kann wie im Falle der Anordnung nach Fig. 1 der Strom zum Emitter über diesen pn-Übergang zugeführt werden, so dass für die Emitterzone3 keine mit der Legierungselektrode 2 ohmisch verbundene Metallabdeckung erforderlich ist.

Transistoren dieser Bauart sind relativ einfach herzustellen und zeigen bei einigen hundert MHz befriedigende Verstärkungseigenschaften.

Stellt man jedoch an die beschriebene Halbleiteranordnung höhere Anforderungen, vor allem hinsichtlich der Frequenzgrenze, so macht sich der Widerstand in der Emitterzone 3 zwischen der Legierungselektrode 2 und der emittierenden Stelle 13 störend bemerkbar. Es ist daher vorteilhaft, wie in Fig. 2 gezeigt, auf die Emitterzone 3 einen metallischen Belag 14 aufzubringen, welcher mit der Elektrode 2, jedoch nicht mit der Elektrode 1 metallischen Kontakt hat.

Der metallische Belag 14 wird vorteilhaft so weit ausgedehnt, dass lediglich ein Sicherheitsabstand zwischen metallischem Belag 14 und der Elektrode 1 zur Vermeidung eines Kurzschlusses gewahrt bleibt, d. h. für das HF-Verhalten des erfindungsgemässen Transistors ist es günstig, wenn die Emitterzone möglichst weitgehend, bis auf einen gewissen, technologisch bedingten Sicherheitsabstand von der Elektrode 1 mit Metall bedeckt ist.

Die Tatsache, dass die erfindungsgemässe Anordnung trotz Tetrodencharakter nur zwei Elektrodenzuleitungen auf der Emitterseite benötigt, lässt die Möglichkeit zu, die Elektrodenzuleitungen stärker als im Falle von drei emitterseitig vorhandenen Elektrodenzuleitungen auszubilden und infolgedessen nieder- ohmig und induktionsarm auszuführen. Fig. 2 zeigt beispielsweise eine Anordnung mit streifenförmig ausgebildeten Elektrodenzuleitungen 11 und 12, deren Breite senkrecht zur Zeichenebene etwa gleich der

entsprechenden Länge der Elektrodenstreifen l bzw. 2 gewählt werden kann.

Die Elektrode 2 kann auch, wie in Fig. 5 gezeigt, so ausgeführt werden, dass sie die Elektrode 1 vollständig, beispielsweise ringförmig umschliesst. Ausser dem Vorteil, dass bei dieser Anordnung kein Oberflächenleckstrom vom Kollektor auf die Elektrode 1 gelangen kann, lassen sich die Elektrodenzuleitungen 10, 11 und 12 entsprechend der Fig. 5 so ausführen, dass der Transistor leicht in eine koaxiale Leitung eingebaut werden kann, wobei die Emitterzuleitung 12 an den Aussenleiter gelegt wird.

Es hat sich herausgestellt, dass vor allem der Kollektorvorwiderstand der bekannten Tetrodenanordnung wesentlich dazu beiträgt, dass die bekannte Anordnung für sehr hohe Frequenzen unbrauchbar ist.

Eingehende Rechnungen haben nämlich gezeigt, dass bei sehr hohen Frequenzen die Verluste in der Kollektorzone 5 den Hauptbeitrag zum Realteil des Ausgangsleitwertes einer solchen Tetrode liefern und damit die Schwinggrenze stark herabsetzen. Zur Vermeidung dieser Verluste wird als Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Kollektorzone 5 in an sich bekannter Weise sehr hoch zu dotieren, beispiels-
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zone 5 eine intrinsisch leitende Zone 8 vorzusehen.

Diese Zwischenzone 8 kann auch schwach n-oder p-leitend sein für den Fall, dass sich eine solche schwache n-oder p-Dotierung leichter technologisch realisieren lässt. Jedoch darf eine etwaige n-Dotierung der Zone 8 nur so hoch sein, dass zumindest im Emissionsbereich 13 die Raumladungszone des kollektorseitigen pn-Überganges sich über die gesamte Breite der hochohmigen Zone 8 erstreckt, wenn zwischen Kollektor und Basis die niedrigste vorgesehene Betriebsspannung angelegt wird.

Die geringsten Verluste und gleichzeitig spannungsunabhängige Rückwirkungs-und Ausgangskapazitäten erhält man, wenn der Übergang zwischen der stark dotierten Kollektorzone 5 und der hochohmigen Zone 8 möglichst abrupt verläuft und die hochohmige Zwischenzone 8 so gering dotiert ist, dass sich die Raumladungszone der Kollektorsperrschicht durch die gesamte Zone 8, d. h. vom hochdotierten Gebiet der Basiszone 4 bis zum hochdotierten Gebiet der Kollektorzone 5 erstreckt.

Für viele Anwendungszwecke ist es erwünscht, dass nicht nur die Realteile der Ausgangs- und Rückwirkungsleitwerte klein sind, was nach obigem Vorschlag durch eine gleichmässige, d. h. gleich breite intrinsische Zwischenzone 8 erreicht wird, sondern auch deren Blindanteile. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass gemäss einer Weiterbildung der Erfindung der Abstand zwischen Basis-und Kollektorzone, d. h. also die Breite der intrinsischen Zone an der Stelle kleiner gemacht wird als in den übrigen Bereichen der intrinsischen Zone, an der die Emission im wesentlichen erfolgt. Dies besagt also, dass die Breite der intrinsischen Zone variieren und im Bereich der bevorzugt emittierenden Stelle 13 kleiner sein muss als in den übrigen Bereichen, wenn die Blindanteile reduziert werden sollen.

Diese Forderung lässt sich gemäss Fig. 4 einmal dadurch verwirklichen, dass die Basiszone bei sich nicht ändernder Breite der Kollektorzone im Emissionsberejch i3 tiefer gelegt wird als in den übrigen Berei- chen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kollektorzone 5 gemäss Fig. 5 nicht gleichmässig, sondern verschieden breit auszubilden, u. zw. derart, dass der Abstand zwischen Basis- und Kollektorzone an den Emissionsstellen 13 geringer ist als in den übrigen Bereichen. Mit andern Worten soll also die intrinsische Zone 8 in diesem speziellen Fall an den Emissionsstellen dünner ausgebildet sein als in ihren übrigen Bereichen.

Eine geschlossene ringförmige Ausbildung der Elektrode 2 verhindert bei einer solchen Anordnung, bei der die Zwischenzone 8 im äusseren Bereich dicker ist als im inneren Bereich, die Gefahr eines Oberflächendurchbruches.

Es soll in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen werden, dass die soeben beschriebenen Massnahmen, nämlich Einfügung einer intrinsischen Zone zwischen Kollektor- und Basiszone und verschiedenartige Bemessung der Breite dieser intrinsischen Zone sich auch auf normale Transistoranordnungen ohne Tetrodeneffekt ebenfalls anwenden lassen und auch bei diesen Anordnungen eine wesentliche Verbesserung der Schwinggrenze durch Herabsetzung des Ausgangsleitwertes ergeben.

Die zuletzt beschriebenen Massnahmen betrafen die Vermeidung von HF-Verlusten. Bei Höchstfrequenztransistoren ist jedoch auch darauf zu achten, dass die Stromverstärkung 8 in Emitter-Basisschaltung möglichst gross ist. Bezeichnet man mit fi diejenige Frequenz, bei welcher die Stromverstärkung 8 auf den Wert 1 abgefallen ist, so gilt bekanntlich die Beziehung :
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TC ist dabei die Laufzeit der Minoritätsladungsträger durch die Kollektorsperrschicht, TB ihre Laufzeit durch die Basiszone. Die weiteren Grössen TE und TR stellen die Zeitkonstanten der Parallelschaltung des Emissionswiderstandes mit der statischen Emitterkapazität (TE) bzw. der Randkapazität (TR) dar.

Die

Randkapazität entsteht an der Grenze zwischen der Emitterzone 3 und der Halbleiterzone 6 der Elektrode 1.

Die Kollektorlaufzeit TC ist proportional zur Kollektorsperrschichtdicke wSC und umgekehrt proportional zur mittleren Driftgeschwindigkeit der Minoritätsladungsträger. Da dieAusgangsleitwerte des Tran-
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esDieser Effekt kann jedoch verhindert werden, wenn man die Emitterzone nicht höher als die Entartungsdichte bei Zimmertemperatur T2 (bei Ge etwa 1019 Störstellen pro cm3) dotiert und wenn die maximale BasisdotierungNBm gleich oder kleiner ist als das TZ/TD-fachc der Eigenleitungsdichte ni bei derjenigen Temperatur TD, bei welcher die Basiszone durch Diffusion hergestellt wird. TZ und TD sind dabei in Kelvingraden gemessen. Anschliessend soll möglichst rasch abgekühlt werden.

Bei einer Tempera-
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die Eigenleitungsdichte niStörstellen pro cm3, so dass eine maximale Basisdotierung von etwa 1 1018 Störstellen pro cm3 möglich ist.

Setzt man als Beispiel für den Basisschichtverlauf ein näherungsweise linear abfallendes Profil mit 1018 Störstellen pro cm3 Maximaldotierung und eine Basisschichtdicke wg von l, 5. 10-5cm an, so errech- net sich daraus nach bekannten Beziehungen eine Basislaufzeit TJ3 gleich 3, 8. 10-12 sec.

Der spezifische Flächenwiderstand RB der Basiszone ist jedoch relativ hoch. Als spezifischen Flä- chenwiderstand bezeichnet man den Widerstand eines an den Stirnseiten kontaktierten Quadrates der leitenden Basisschicht. Ausserdem nehmen die Emitterstromdichten jE bei hohen Grenzfrequenzen ft erhebliche Werte an und bedingen dadurch einen hohen spezifischen kapazitiven Querleitwert zwischen Emitter und Basis. Dies hat zur Folge, dass die zwischen Basisschicht und Emitter liegende hochfrequente Wechselspannung mit zunehmendem Abstand vom Basisanschluss stark abnimmt.

Als wirksame Emitterbreite BEW kann man das 0, 7-fache desjenigen Abstandes vom Rand des Emitters bezeichnen, in wel-
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Emitterzone dünn ausgebildet wird, so dass die Grenzfläche zwischen der ersten Elektrode und der Emitterzone gleich oder kleiner als die emittierende Fläche ist.

Weiterhin ist es günstig zwischen der Halbleiterzone 6 der Elektrode 1 und der Emitterzone 3 einen allmählich verlaufenden pn-Übergang herzustellen. Dies geschieht am besten dadurch, dass man die Emitterzone 3 nur etwa 3-10 mal so hoch dotiert wie die Basiszone 4 und die Zone 6 mindestens doppelt so hoch wie die Emitterzone.

Stellt man nun die endgültige Dicke WB der Basiszone 4 erst nach erfolgter Legierung der Elektroden l und 2 durch kurzzeitiges Tempern bei einer Temperatur her, welche nur wenig unterhalb der maximalen Legierungstemperatur liegt, so diffundieren die leicht beweglichen Donatoren der Halbleiterzone 6 in die Emitterzone 3 und ergeben einen flach verlaufenden pn-Übergang.

Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass die vorstehenden Beziehungen für einen Transistor mit sehr breiter emittierender Fläche abgeleitet sind. Emittiert nur ein schmaler Streifen des Emitters, wie bei der erfindungsgemässen Anordnung, so wird die Stromverstärkung kleiner.

Bezeichnet man mit BEE den Abstand von der Halbleiterzone 6 der Elektrode l, in welchem die Emission der Emitterzone 3 auf den 2, 7-ten Teil abgefallen ist, so wird im ungünstigsten Fall, nämlich

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Bei der mesaartigen p-n-i-p-Anordnung gemäss Fig. 3 sind Halbleiterscheiben herzustellen welche im Innern sehr stark p-dotiert sind und eine gleichmässig dünne, je nach Transistortyp zirka 1-10bol starke, schwach n-dotierte Oberflächenschicht besitzen.

Solche Scheiben erhält man am einfachsten, wenn man auf dickere Scheiben von der gewünschten schwachen n-Dotierung der Oberflächenschicht nach den bei Leistungsgleichrichtern angewendete Verfahren eine. nahezu über die ganze Scheibe reichende grossflächige Elektrode (z. B. mit In) einlegien.

Die Legier- und Abkühlbedingungen sind dabei so zu wählen, dass die Legierungsfront zegen das Grundmaterial möglichst eben und der einkristallin und homogen abgeschiedene Teil der rekristallisierten Germaniumschicht möglichst dick ist. Ausserdem soll die Legierungsfront nahe unter der gegen- überliegenden Scheibenoberfläche liegen.

Am Rand der Scheibe wird ein n-dotierender Hilfskontakt (Basis) einlegiert und ebenso wie die InElektrode mit Zuleitungsdrähten versehen und mit einem geeigneten Isolierlack abgedeckt. Die nicht
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trode und Hilfskontakt eine negative Spannung, so dass sich am Rückseitenkontakt eine Sperrschicht ausbildet, deren Dicke von der Dotierung des n-Materials und der Spannung am Rückseitenkontakt abhängt.

Zwischen Elektrolyt und Hilfskontakt wird eine Spannung angelegt, welche ebenfalls negativ, jedoch dem Betrag nach kleiner als die zwischen Rückseitenelektrode und Hilfskontakt liegende Spannung sein muss.

Auf die zu ätzende Scheibe wird mit einer starken Lichtquelle ein etwa lOOu breiter, über die ganze Scheibe gehender Lichtstreifen durch den Elektrolyt hindurchprojiziert, welcher langsam, senkrecht zu seiner Längsausdehnung, über die Scheibe bewegt wird.

An den beleuchteten Stellen wird das Germanium rasch abgeätzt. Die Ätzung hört jedoch von selbst auf, wenn an einer Stelle die Rückseitensperrschicht (genauer die Sperrschicht, welche der Spannungsdifferenz Rückseitenelektrode-Elektrolyt entspricht) erreicht ist.

Man kann also auf diese Weise hoch p-dotierte Scheiben herstellen, welche auf der Oberfläche eine schwach n-dotierte dünne Schicht genau vorgebbarer Dicke besitzen. Nach Ablösung der Abdeckung und der Metallschicht auf der Rückseite können diese Scheiben, wie bereits angegeben, mit einer Emitterund Basisschicht versehen werden.

Bei Halbleiteranordnungen nach Fig. 4 muss die intrinsische Zone 8 an den nicht emittierenden Stellen dicker sein als an den emittierenden Stellen. Dies kann man nach obigem Verfahren leicht dadurch erreichen, dass man zuerst die der geringeren Schichtdicke entsprechende Vorspannung einstellt und nur diejenigen Stellen der Halbleiterscheibe belichtet, an denen später die Schichtdicke der intrinsischen Zone geringer sein soll als an den übrigen Stellen. Anschliessend erhöht man die Vorspannung und ätzt auf die beschriebene Weise streifenweise die restliche Oberfläche bis zur gewünschten Schichtdicke der intrinsischen Zone ab.

Den in Fig. 5 gezeigten Schichtenverlauf kann man beispielsweise nach folgendem Verfahren erreichen. Zunächst legiert man in eine Scheibe aus schwach n-dotiertem Halbleitermaterial an denjenigen Stellen, die später eine dünnere hochohmige ZoneS ergeben sollen, etwa 10-15je tief p-dotierende Elektroden ein. Dann wird auf diese Oberfläche eine dünne Schicht p-dotierender Substanz, beispielsweise [n, aufgebracht, u. zw. derart, dass sie die gesamte Oberfläche bedeckt. Auf diese Schicht wird eine zweite Halbleiterscheibe gedrückt und dieses Gebilde auf Legierungstemperatur derart erhitzt, dass die zweite Halbleiterscheibe eine höhere Temperatur annimmt als die Ausgangsscheibe. Dadurch erhält man sinen Halbleiterkörper mit einer stark p-dotierten und einer n-dotierten Hälfte.

Anschliessend wird die l-dotierte Oberfläche nach dem beschriebenen Verfahren so weit abgetragen, dass die vorher einlegier- : en Stellen gerade als Erhebungen sichtbar werden. Ist dies der Fall, so wird der Ätzvorgang beendet.

Die erfindungsgemässe Anordnung kann natürlich auch nach dem Doppeldiffusionsverfahren oder auf mdere Weise hergestellt werden. Die gestrichelte Linie 15 deutet jeweils die Grenze der Emitterzone 3 /or dem Einlegieren der beiden Elektroden 1 und 2 an. Insbesondere kann man beim Doppeldiffusionsverwahren die Basisanschlüsse 6 und 7 dadurch herstellen, dass man vor der Emitterdiffusion diese Stellen z. B. nit einer Quarzschicht abdeckt. Bringt man nach Ablösen der Quarzschicht die Scheiben anschliessend in : ine geeignete Metallsalzlösung, wie sie z. B. zur Sichtbarmachung von pn-Übergängen häufig benutzt vird, so kann man auf den Zonen 6 und 7 die Metallkontakte 1 und 2 abscheiden.

Die ringförmige Anordnung gemäss Fig. 5 kann durch Anfdampfung der Legierungsmaterialien unter Verwendung geeigneter Blenden oder durch galvanische Abscheidung nach Abdecken der übrigen Halb- citeroberf1äche mit Photoresist hergestellt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 umgibt die Elektrode 2 die Elektrode 1. Es ist aber auch eine

Ausführungsform möglich, bei der die Elektrode 1 die Elektrode 2, insbesondere ringförmig, umgibt. Versuche haben ergeben, dass solche Anordnungen, bei denen eine Elektrode die andere vollkommen um- schliesst, die Verwendung besonders dünner Basisschichten 4 ermöglichen. Dies hat seinen Grund darin, dass die dünne Basiszone 4 bei diesen Anordnungen nirgends an die Oberfläche tritt und daher kein Oberflächendurchbruch über die dünne Basisschicht möglich ist.

PATENTANSPRÜCHE : ]. Flächentransistor für hohe Frequenzen mit einer Emitter-, Basis-und Kollektorzone, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Emitterseite eine mit der Basiszone ohmisch verbundene Basiselektrode (1) und eine Eruttterelektrode (2) vorgesehen sind und dass die Emitterelektrode (2) neben der ohmschen Verbindung mit der Basiszone mit der Emitterzone (3) einen schwach sperrenden oder ohmschen Kontakt bildet.

Claims

2. Flächentransistor nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone (3) mit einem metallischen Belag (14) bedeckt ist und dass dieser metallische Belag mit der zweiten Elektrode (2) auf der Emitterseite metallisch verbunden ist.

3. Flächentransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da die Emitterzone (3) so weit mit dem Metallbelag (14) bedeckt ist, dass nur der erforderliche Sicherheitsabstand zur Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen Metallbelag (14) und Basiselektrode (1) gewährt bleibt.

4. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die EMI8.1

5. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Basiszone (4) und der Kollektorzone (5) in an sich bekannter Weise eine schwach dotierte oder intrinsisch leitende Zone (8) vorgesehen ist.

6. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zonen des Halbleiterkörpers in an sich bekannter Weise derart dotiert sind, dass eine p+n+ip+ - bzw. n-p-'-in+ - Zonenfolge entsteht, wobei die zuerst genannte Zone die Emitterzone (3) darstellt.

7. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen der Kollektorzone (5) und der hochohmigen bzw. intrinsisch leitenden Zone (8) abrupt verläuft.

8. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hochohmige bzw. intrinsisch leitende Zone (8) verschieden stark und derart ausgebildet ist, dass der Abstand zwischen BÅasis- und Kollektorzone (4 bzw. 5) im Bereich des emittierenden Teiles der Emitterzone (3) kleiner ist als im übrigen Bereich des Halbleiterkörpers.

9. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorzone (5) zur Erzielung eines geringen Kollektorvorwiderstandes in an sich bekannter Weise sehr stark, beispielsweise mit 10-1020 Störstellen pro cm3, dotiert ist und dass im Betriebszustand zumindest im Emissionsbereich die Raumladungszone des kollektorseitigen pn-Überganges sich über die gesamte Breite der hochohmigen bzw. intrinsisch leitenden Zone (8) erstreckt.

10. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper in an sich bekannter Weise mesaförmig ausgebildet ist und infolge der Mesastruktur die Fläche der Basiszone (4) kleiner oder höchstens gleich der Fläche der Kollektorzone (5) ist.

11. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche zwischen der Basiselektrode (1) und der Emitterzone (3) gleich oder kleiner als die emittierende Fläche ist.

12. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kollektorsperrschicht derart gewählt ist, dass die Stromverstärkung in Emitter-Basis-Schaltung bei hohen Frequenzen zur Hälfte oder mehr von der Kollektorlaufzeit bestimmt wird.

13. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorspannung grösser als ein Drittel der Durchbruchsspannung der Kollektor-Basisstrecke ist.

14. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Emitterspannung derart gewählt ist, dass die Emitterstromdichte in der emittierenden Zone gleich der Hälfte der maximal möglichen Emitterstromdichte ist.

15. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierende Fläche 0, 5-3 mal so breit wie die hochfrequenzmässig wirksame Fläche bei der Betriebsfrequenz ist.

16. Flächentransistor nach einem der'vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pn-Übergang zwischen Emitter- und Basiszone (3 bzw. 4) abrupt ausgebildet ist. <Desc/Clms Page number 9>

17. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Störstellenkonzentrationsyerlauf derart gewählt ist, dass zwischen der Ba (j clcktrode (1) und der Emitter- zone (3) zur Erzielung einer geringen Sperrschichtkapazität ein flach verlaufender pn-Übergang entsteht.

18. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungstiefe der in die Basis-bzw. Kollektorzone einlegierten Basiselektrode (1) kleiner oder gleich der halben Kollektorsperrschichtdicke ist.

19. Flächentransistor nach einem-der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht der Basiselektrode (1) stärker dotiert ist als die Basiszone (4).

20. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiszone (4) grössenordnungsmässig mit 1018 Störstellen pro cm3 versetzt ist.

21. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone 3-10 mal so hoch wie die Basiszone dotiert ist.

22. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Emitterzone zwischen den beiden emitterseitigen Elektroden 10-100u beträgt.

23. Flächentransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiselektrode die Emitterelektrode (oder umgekehrt die Emitterelektrode die Basiselektrode), beispiels- weise ringförmig, umschliesst.

24. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der vorbergehendenansprücbe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterplättchen zunächst mit einer Emitterzone und einer darunterliegenden dünnen Basiszone versehen wird, und dass dann die Basiselektrode durch die Emitterzone durchlegiert wird.

25. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzone durch Legierung unter Verwendung einer zur Herstellung der Basiszone zusätzlich einen kontradotierenden Stoff enthaltenden Legierungssubstanz hergestellt wird, und dass dann die Basiszone durch Diffusion aus dieser Emitterzone bzw. aus der flüssigen Emitterlegierung erzeugt wird.

26. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitter- und Basiszone durch gleichzeitige oder nacheinander erfolgende Diffusion aus der Gasphase bzw. durch Diffusion aus einem nichtlegierenden, auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachten Stoff hergestellt werden.

27. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionstiefe bei der Herstellung der Basiszone durch Diffusion kleiner als die endgültige Dicke der Basiszone gewählt wird, und dass nach Einlegierung der emitterseitigen Elektrode der Halbleiterkörper bei einer etwas unterhalb der Legierungstemperatur liegenden Temperatur so lange getempert wird, bis die endgültige Dicke der Basiszone hergestellt ist.

28. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute Mindesttemperatur zur Herstellung der Basiszone durch Diffusion sich zur absoluten Zimmertemperatur verhält wie die intrinsische Konzentration bei der Diffusionstemperatur zur gewünschten Maximalkonzentration der Basisdotierung.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper nach der Herstellung der Basiszone durch Diffusion rasch abgekühlt und bei der weiteren Behandlung nicht mehr so stark erhitzt wird, dass merkliche Diffusion auftritt.

30. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in ein Halbleiterplättchen zunächst die Basiszone eindiffundiert wird und dass vor der Diffusion der Emitterzone diejenigen Stellen der Halbleiteroberfläche in an sich bekannter Weise mit einem die Eindiffusion der Störstellen verhindernden Stoff abgedeckt werden, an denen die beiden emitterseitigen Elektroden vorgesehen sind.

31. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die abgedeckten Stellen nach Ablösung des Abdeckmaterials chemisch oder galvanisch mit Metall überzogen werden.

32. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das als Ausgangsmaterial verwendete Plättchen stark dotiert wird und dass unter einer Oberfläche des Halbleiterplättchens eine schwach dotierte Schicht erzeugt wird.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer p-n-ip-Anordnung die gewünsche Dicke der hochohmigen Schicht durch ein an sich bekanntes elektrochemisches Atzverfahren hergestellt wird und dass zu diesem Zweck während des Ätzvorganges die stark p-dotierte Zone stärker <Desc/Clms Page number 10> negativ gegen die schwach n-dotierte Schicht vorgespannt wird als der Elektrolyt.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer hochohmigen Schicht verschiedener Dicke durch elektrolytisches Ätzen zunächst die an den pn-Übergang gelegte Vorspannung so eingestellt wird, dass die Raumladungsschicht gleich der Dicke der hochohmigen Schicht an der dünnsten Stelle entspricht, dass dann die hochohmige Schicht nur an denjenigen Stellen belichtet und damit bevorzugt abgeätzt wird, an denen die dünneren Stellen entstehen sollen, und dass schliesslich die an den pn-Übèrgang gelegte Vorspannung erhöht und der nicht bevorzugt abgeätzte Teil der hochohmigen Schicht bis zur gewünschten Schichtdicke abgeätzt wird.

35. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Halbleitersysteme gleichzeitig aus einem Halbleiterplättchen hergestellt und zueinander sternförmig angeordnet werden, dass sämtliche Aussenelektroden durch eine mit einer Bohrung versehene Metallscheibe und alle Innenelektroden gemeinsam durch einen zylinder-oder kegelförmigen Innenleiter kontaktiert werden.

36. Verfahren zur Herstellung eines Flächentransistors nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Halbleitersysteme in ein und demselben Halbleiterplättchen hergestellt und mit einer gemeinsamen Basiselektrode auf der einen Oberfläche des Halbleiterplättchens versehen werden und dass die übrigen Elektroden ringförmig um die gemeinsame Basiselektrode angeordnet werden.