<Desc/Clms Page number 1>
Freischwingende Kippschaltung
Die Erfindung betrifft eine freischwingende Kippschaltung (Multivibratorschaltung), bei der die aktiven und passiven Schaltelemente Teile eines aus Halbleitermaterial bestehenden Grundkörpers bil-. den.
Es sind bereits als"Solid State Devices" bezeichnete Anordnungen bekannt, bei denen die aktiven und passiven Bauelemente im Halbleitergrundkörper enthalten und durch besondere DiffusionsAufdampf- und Ätztechniken hergestellt sind.
Es ist das wesentliche Merkmal der Erfindung, dass der Festkörperschaltkreis aus zwei gleichen Halbleiter-Funktionselementen aufgebaut ist. Als Halbleiter-Funktionselement ist dabei der die passiven und aktiven Elemente der Schaltung enthaltende Halbleiterkörper bezeichnet.
Eine nähere Erläuterung der Erfindung wird an Hand der im folgenden beschriebenen Ausführungsbei- spiele gegeben :
EMI1.1
che Teile geteilt. Jeder Teil wird von einem Halbleiter-Funktionselement dargestellt, von denen einer in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist. In Fig. 3 sind zwei solche Halbleiter-Funktionselemente in Drauf sicht dargestellt. Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der beiden Halbleiter-Funktionselemente.
Die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist bekannt, so dass sich eine nähere Erläuterung erübrigt.
Das in Fig. 2 dargestellte Halbleiter-Funktionselement besteht aus einem Halbleiterkörper 1, z. B. aus n-leitendem Silicium, der auf seiner Unterseite mit drei ohmschen Kontakten K, Fund A versehen ist. Der Widerstand des Halbleiterkörpers zwischen F und K ergibt den Arbeitswiderstand Rl. Der Widerstand R des Kopplungsgliedes wird in analoger Weise durch den Widerstand des zwischen F und A liegenden Halbleiterkörpers gebildet. Gegenüber dem grossflächigen ohmschen Anschluss K liegt auf der oberen Seite des Halbleiterkörpers die Mesastruktur des Transistors mit der Emitterelektrode E, die als kleine Scheibe ausgebildet ist, und der ringförmigen Basiselektrode B. Die z. B. p-leitende Schicht 5 bildet die Basisschicht eines Transistors, dessen Kollektor-pn-Übergang mit 2 bezeichnet ist.
Die ebenfalls p-dotierte Zone 4 bildet mit dem Halbleiterkörper 1 den pn-Übergang 3. Bekanntlich hat ein pn-Übérgang eine bestimmte Kapazität, so dass durch den pn-Übergang 3 eine kapazitive Verbindung zwischen den Anschlüssen K und A hergestellt werden kann, wenn man, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, eine leitende Verbindung zwischen der den pn-Übergang 3 auf der Oberseite des Halbleiterkörpers kontaktierenden ohmschen Elektrode C und dem ohmschen Anschluss A schafft. Durch diese leitende Verbindung wird erreicht, dass der pn-Übergang 3 immer in Sperrichtung liegt.
Gemäss einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung bildet die mit K bezeichnete, auf der Unterseite des Halbleiterkörpers 1 angebrachte ohmsche Elektrode gleichzeitig den Kollektoranschluss und den Anschluss für die Kapazität des Kopplungsgliedes. Dieses in Fig. 2 im Schnitt dargestellte HalbleiterFunktionselement erfüllt somit die Schaltfunktion der halben in Fig. 1 dargestellten Kippschaltung.
<Desc/Clms Page number 2>
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die einzelnen Halbleiter-Funktionselemente tra- pue. förmig aufgebaut und ergänzen sich, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, bei mechanischem Zusam menbau, der z. B. durch Aufkleben auf eine Keramikscheibe mittels Silikonlack vorgenommen wird, zu einem Rechteck. Die trapezförmige Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, da der die Kopplungskapazität bildende pn-Übergang 3 grossflächig ausgebildet werden kann und man auch bei relativ geringem Abstand von F und A hohe Widerstandswerte für IL erhält.
Durch Verbinden der Emitterelektrode E'des einen Transistors mit der Emitterelektrode E" des andern sowie der Basiselektrode B'mit dem ohmschen Kontakt A" und der Basiselektrode B"mit dem ohmschen Kontakt A' erhält man einen Festkörperschaltkreis, der die Schaltfunktion des in Fig. 1 dargestellten Multivibrators erfüllt.
Die Keramikscheibe, auf die die beiden Halbleiter-Funktionselemente aufgeklebt sind, weist an ihrem Rand Nuten auf, in die metallische Stifte eingelötet und nach unten weggeführt sind. Die Stifte sind jeweils mit der Emitterelektrode E" (Anschluss G), der ohmschen Elektrode F' (Anschluss F) und der Kollektorelektrode K" (Anschluss A) verbunden. Das ganze System ist dann mit Kunstharz vergossen. Die so hergestellte Schaltung weist beim Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 20 mm und eine Höhe von 4 mm auf. Diese Abmessungen können jedoch durch einen besseren Einbau noch weiter verkleinert werden. Die freischwingend Kippschaltung gibt eine Wechselspannung von etwa 100 kHz und 5-10 V ab.
In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Schaltung gemäss der Erfindung dargestellt, bei der die Drahtverbindung zwischen den Elektroden C'und A'bzw. C" und A" durch einen einlegierten Metallstreifen 7 bzw. 8, der z. B. aus Aluminium besteht, ersetzt ist. Unter diesem Metallstreifen befindet sich eine dünne z. B. p-leitende Schicht, die mit dem Halbleiterkörper 1 einen pn-Übergang bildet. Der in Fig. 2 dargestellte pn-Übergang 3 setzt sich also bei der vorliegenden Ausführungsform unter den Metallstreifen bis zu dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel um den Halbleiterkörper ringförmig herumgezogenen ohmschen Kontakt A'bzw. A" fort und ist ebenfalls immer in Sperrichtung vorgespannt.
Im folgenden soll nun ein besonders günstiges Herstellungsverfahren für die Halbleiter-Funktionsele- mente beschrieben werden.
Der Halbleiterkörper l besteht z. B. aus n-leitendem Silicium von 20 Ohm. cm und weist eine Länge von 12 mm bei einer Breite von 1 bis 5 mm auf. Die Dicke des Halbleiterkörpers beträgt etwa 0,3 mm. Durch Diffusion wird eine oberflächliche p-Schicht erzeugt, die auf einer Seite des Halbleiterkörpers (Unterseite) wieder entfernt wird. Nun werden auf dieser Seite nach dem Presspulververfahren die drei ohmschen Kontakte K, F und A als Gold-Antimonstreifen anlegiert. Beim Presspulververfahren werden die Elektroden in Form dünner Scheibchen auf den Halbleiterkörper aufgebracht und in einer Form, in die nach Einbringen des Systems eine Graphitpille eingepresst wird, im Ofen so hoch erhitzt, dass sie mit dem Halbleiterkörper legieren.
Nach diesem Verfahren werden auch auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers die ohmschen Kontakte und der Emitter-pn-Übergang hergestellt. Die Emitterelektrode besteht dabei z. B. aus Gold-Antimon, das n-dotierend wirkt und beim Einlegieren in die p-dotierte Zone eine n-dotierte Emitterzone erzeugt. Der Basisring und der ohmsche Kontakt C bestehen z. B. aus Aluminium.
Nach Anbringen der Emitterelektrode und der ohmschen Kontakte werden die Oberseite des Transistors und die ohmsche Elektrode C mit Picein abgedeckt. Die nicht abgedeckten Teile der Diffusionsschicht werden abgeätzt, wodurch der die pn-Übergänge 2 und 3 trennende Einschnitt entsteht und die Diffusionsschicht von den unabgedeckten Teilen der Oberseite und von den Seitenflächen des Halbleiterkörpers 1 wieder entfernt wird. Nach dem Entfernen dieser Teile werden die Piceintropfen wieder abgelöst. Die benötigten Verbindungen werden vorteilhafterweise mittels Golddraht, z. B. durch Thermokompression hergestellt, indem bei erhöhter Temperatur der Kontaktierungsdraht mittels eines in einer Schneide auslaufenden Stempels gegen die Kontaktierungsstelle gedrückt und der Kontaktierungsdraht so mit den Elektroden verbunden wird.
Zum Herstellen einer Schaltung gemäss Fig. 4 werden auf der Oberseite vor dem Abätzen aber nach der Bildung der dünnen Diffusionsschicht die z. B. aus Aluminium bestehenden Metallstreifen 7 bzw. 8 mit dem Halbleiterkörper nach dem Presspulververfahren legiert und dadurch die beim Ausfdhrungsbei- spiel p-leitende Diffusionsschicht sperrfrei kontaktiert. Ausserdem wird der Kontakt A'bzw. A" nicht nur auf der Unterseite aufgebracht, sondern um den ganzen Halbleiterkörper herumgeführt. Vor dem Ätzen werden dann auf der Oberseite des Halbleiterkörpers 1 auch die Metallstreifen 7 bzw. 8 abgedeckt, so dass der Halbleiterkörper zu beiden Seiten des Metallstreifens abgeätzt und damit die durch Diffusion erzeugte Schicht an diesen Stellen entfernt wird.
Der ohmsche Kontakt A, der dann um den ganzen Halb- leiterkörper herumgeführt ist, wird vorzugsweise nach dem Ätzen aufgebracht und einlegiert.
Die Halbleiter-Funktionselemente werden dann gemeinsam in ein gasdichtes mit Stromzuführungen
<Desc/Clms Page number 3>
versehenes Gehäuse, wie es z. B. zum Einbau von Halbleiteranordnungen bekannt ist, eingebaut.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Freischwingend Kippschaltung, bei der die aktiven und passiven Schaltungselemente Teile eines aus Halbleitermaterial bestehenden Grundkörpers bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung aus zwei gleichen Halbleiter-Funktionselementen aufgebaut ist.