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Baueinheit, bei der Teile eines aus einem hochisolierenden kristallinen Festkörper bestehenden Trägers durch Formgebung und physikalisch-chemische Strukturierung als Bestandteile aktiver und passiver Elemente, wie z. B. Transistoren, Dioden
Widerstände und Kondensatoren, der Baueinheit ausgebildet sind
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baueinheit, bei der Teile eines aus einem hochisolierenden kristallinen Festkörper bestehenden Trägers durch Formgebung und physikalisch-chemische Strukturierung als Bestandteile aktiver und passiver Elemente, wie z. B. Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren, der Baueinheit ausgebildet sind.
Gemäss der Erfindung sind die durch Formgebung und physikalisch-chemische Strukturierung veränderten Teile des Trägers - zumindest teilweise, soweit sie Halbleiterbauelemente bilden-derart vakuumdicht abgeschlossen, dass der Träger einen Teil des Abschlusses bildet.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass mindestens ein der Baueinheit angehöriger Transistor derart in einer Vertiefung des Trägers angeordnet ist, dass ein Halbleitereigenschaften des einen Leitungstyps aufweisender Teil in der Vertiefung des Trägers als Kollektor und ein angrenzender mit einer Emitter- und Basiselektrode versehener, den entgegengesetzten Leitungstyp aufweisender Teil als Basiszone ausgebildet ist und dass ferner die Vertiefung bis auf Stellen an der Oberfläche der Emitter- und Basiselektrode mitIsolierstoffmasse und die auf dieser frei gelassenen Stellen der Emitter- und Basiselektrode durch eine Metallisierung abgeschlossen sind.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist bei einem als Transistor dienenden Teil der Baueinheit der Emitter- und Kollektorelektrode in je einer auf zwei einander gegenüberliegenden Vertiefungen des an dieser Stelle halbleitenden und die Basiszone des Transistors bildenden Trägers angeordnet, wobei die Vertiefung durch die Elektrode kontaktierende, gegen die übrigen Teile des Transistors isolierte Metallplatten gasdicht abgeschlossen sind.
In den Fig. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen der Träger aus hochohmigem Halbleitermaterial besteht und teilweise vakuumdichten Abschluss für die aufgebrachte Halbleiteranordnung bildet.
In Fig. 1 ist ein Transistor dargestellt, dessen Kollektor durch einen Teil des Trägers 20 gebildet ist. Die Vertiefung wird in den, vorteilhafterweise dicken Träger so eingeätzt, dass ein Teil 21 des Halbleiterkörpers nicht angegriffen wird. In diesen Teil wird dann in der bei MESA-Transistoren bekannten Art und Weise durch Diffusion eine Basisschicht 22, die mit der Basiselektrode 23 sperrfrei kontaktiert ist, und der Emitter-pn-Übergang 35, der gegebenenfalls auch durch Einlegieren hergestellt sein kann, hergestellt. Dann wird die Vertiefung bis auf Teile der Elektroden 23 und 26 mit Kunststoff oder Wachs vergossen.
Durch den nun aufgebrachten Metallfilm 27 werden diese Elektroden kontaktiert und die Verbindung zu den übrigen Bauelementen, etwa zu den beispielsweise als Widerstände wirksamen, gegendotierten Teilen 28 und 29 des Trägers hergestellt. Die elektrische Verbindung des Kollektors mit den entsprechenden Bauelementen erfolgt über den Träger selbst.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden z. B. als Emitter und Kollektor dienenden Elektroden 29 und 30 durch Einlegieren in den mit Vertiefungen 31 und 32 versehenen
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Träger 20 hergestellt. Durch die Metallplatten 33 und 34 wird das Halbleiterbauelement gasdicht verschlossen und die Verbindung mit den gegendotierten, z. B. als Widerstände oder Kondensatoren wirksamen Teilen des Trägers 20 hergestellt. Die Basisschicht des Transistors wird durch den Träger selbst gebildet, und die elektrische Verbindung der Basis mit den entsprechenden Bauelementen erfolgt über den Träger. In der oben beschriebenen Art können auch andere Halbleiteranordnungen, z. B. Dioden, durch den Träger vakuumdicht verschlossen werden.
Im folgenden wird die Anwendung einer Baueinheit gemäss der Erfindung bei einer in einer einzigen entsprechend präparierten Halbleiterplatte ausgebildeten selbstschwingenden Kippschaltung näher erläutert.
In Fig. 3 ist das Schaltbild dieser selbstschwingenden Kippschaltung angegeben. Dabei sind die beiden komplementären Transistoren tel und T als Verstärker in Kette geschaltet, u. zw. derart, dass der Kollektor des ersten Transistors tel mit der Basis des zweiten Transistors T über einen Widerstand R, verbunden ist.
Der Kollektorkreis des zweiten Transistors wird über einen Verbraucher RV und die Spannungsquel- le, z. B. die Batterie, geschlossen. Zwischen der Kollektorelektrode des zweiten Transistors T2 und der Basis des ersten Transistors T ist die Rückkopplung, bestehend aus der Kapazität C und dem Entladewiderstand R, eingefügt. Der Vorspannwiderstand R2 befindet sich zwischen der Basis des Transistors kTl und dem Emitter des Transistors teder an den positiven Pol der Batterie angeschlossen ist.
Der Emitter des ersten Transistors ist mit dem negativen Pol der Spannungsquelle und zugleich an die
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Der Transistor T schaltet, den Verbraucher RV, während der Transistor tel den Transistor T2 steuert und die Phase phasenrichtig dreht.
Die Grösse des Kondensators C des Rückkopplungsgliedes bestimmt zusammen mit den Widerstän-
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bleiben soll.
Die Reihenfolge von R und C kann dabei selbstverständlich vertauscht werden. Ausserdem kann der Schalter S in den Batteriekreis verlagert werden, wodurch die Möglichkeit einer direkten Verbindung von R2 mit dem Emitter des Transistors T gegeben wird. Auch der Widerstand R. ist in der Schaltung, wie bereits oben ausgeführt, nicht unbedingt erforderlich. Damit ergibt sich für den zu integrierenden Teil der Schaltung das in Fig. 4 dargestellte Schaltbild.
Eine wesentliche Verkleinerung des räumlichen Aufbaues ergibt sich bereits durch die Vereinigung beider Transistoren auf einer Halbleiterplatte, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung bildet ein hochohmiger Halbleiterkörper 1, der z. B. aus Germanium oder Silizium oder sonstigem, im Ausführungsbeispiel n-leitendem Halbleitermaterial besteht, den Träger, in dem z. B. durch Diffusion die schraffiert-gezeichneten p-leitenden Bereiche hergestellt werden, die die Basis 2 des ersten Transistors und den Kollektor 3 sowie den Emitter 4 des zweiten Transistors bilden. Während der Diffusion werden die übrigen Teile der Oberfläche des Trägers gegebenenfalls durch eine Oxydmaskierung abgedeckt.
Der Emitter 5 des zweiten Transistors kann z. B. in einem nachfolgenden Diffusionsverfahren unter geeigneter Abdeckung der Oberfläche durch Diffusion einer p-dotierenden Verunreinigung hergestellt werden.
Selbstverständlich können die einzelnen Schichten auch unter Anwendung der bekannten Legierungsund Aufdampftechnik hergestellt werden. Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung wird der Kollektor 6 des ersten Transistors und die Basis 7 des zweiten Transistors direkt durch den Halbleiterkörper, der als Träger dient, gebildet, so dass sie auch direkt durch den Träger elektrisch verbunden sind. Die übrigen Bauelemente und Drahtverbindungen der Schaltung sind bei dieser Anordnung noch ausserhalb des Trägers angebracht.
In Fig. 6 ist eine Draufsicht auf den Träger 1 nach der Herstellung der beiden, auf einer als Träger dienenden Halbleiterplatte vereinigten Transistoren dargestellt.
Als weiteres Ausführungsbeispiel wird im folgenden eine Anordnung beschrieben, bei der alle Halbleiterbauelemente in einer Trägerplatte verankert sind und nur einzelne Punkte durch Drahtkontakte verbunden sind.
Bei diesem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Träger 8 wieder aus hochohmigem, im vorliegenden Fall n-leitendem Silizium oder Germanium oder einem sonstigen Halbleiter-
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material. Die p-Bereiche sind wieder schraffiert dargestellt.
Bei der Herstellung einer derartigenAnordnung geht manvon einem n-leitendenTräger 8 aus, der wie bei dem oben behandelten Beispiel, den Kollektor des ersten Transistors und die Basis des zweiten Transistors bildet. Anschliessend wird die Oberfläche des Trägers mit einer Oxydschicht versehen. Aus dieser Oxydschicht werden die in Fig. 7 schraffiert gezeichneten Bereiche und der Emitterbereich 5 des ersten Transistors und gegebenenfalls auch der mit 9 bezeichnete Kapazitätsbereich ausgespart und durch Diffusion einer p-dotierenden Verunreinigung umdotiert. Aus einer im folgenden auf die entsprechenden p-dotierten Bereiche aufgebrachte Oxydschicht werden dann die Gebiete 5 und 9 ausgespart und durch Diffusion einer n-dotierenden Verunreinigung in n-leitende Bereiche umgewandelt. Statt dieser zweiten Diffusion kann auch ein Legierungsverfahren, z.
B. eine Folienlegierung oder eine Bedampfung, angewendet werden.
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Im vorliegenden Fall wird die Kapazität C durch einen in Sperrichtung liegenden pn-Übergang gebildet. Die Kapazität kann aber auch durch Aufbringen einer Isolationsschicht, z. B. durch Oxydation des Trägers, und nachträgliches Aufdampfen eines Metallbelagea gebildet werden.
Die Verbindung des Widerstandsbereiches 11 mit dem Kapazitätsbereich 9 sowie des Widerstandsbereiches 10. mit dem Emitterbereich 4 des zweiten Transistors, der ebenso wie in Fig. 5 z. B. durch Diffusion einer p-dotierenden Verunreinigung auf der Unterseite des Trägers gebildet ist, kann z. B. durch Aufpressen von dünnen, z. B. aus Gold, Kupfer, Aluminium oder Platin bestehenden Drähten 12 und 13 mittels einer Schneide auf den wenigstens an diesen Stellen erwärmten Träger erfolgen.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem jegliche Drahtverbindungen vermieden werden. Der Träger 14 besteht dabei z. B. wieder aus hochohmigem, n-leitendem Silizium und bildet den Kollektor des ersten Transistors und die Basis des zweiten Transistors. Aus der auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachten Oxydschicht werden nun wieder, wie bereits oben beschrieben, die Bereiche, die in einem ersten Diffusionsverfahren p-dotiert werden sollen, ausgespart und umdotiert.
In der vorliegenden Anordnung muss dabei die Leitbahn 19, die den Widerstand R bildet, um den Träger herumgeführt werden und mit dem Emitter 4 des zweiten Transistors, der auf der Untersei- te des Trägers liegt, verbunden werden.
In der Oxydmaske muss also vor der p-Diffusion auch diese Aussparung vorgesehen sein. Die Leitbahn dieses Widerstandes liegt teilweise auf der Unterseite des Trägers und ist in Fig. 8 deshalb ebenso wie der Emitter 4 des zweiten Transistors gestrichelt gezeichnet. Nach der p-Diffusion werden der p-Bereich 17 und der ebenfalls p-dotierte Basisbereich 2 des ersten Transistors durch eine Oxydschicht abgedeckt und der als Emitter 5 des ersten Transistors dienende Bereich und der Bereich 9 ausgespart und diese Teile des p-Bereiches durch Diffusion von n-leitenden Verunreinigungen umdotiert. Der n-leitende Bereich 5 stellt dann den Emitter des ersten Transistors dar, während die Kapazität C durch den pn- Übergang gebildet wird, der zwischen dem p-leitenden Bereich 16 und dem n-leitenden Bereich 9 entsteht.
Bei dieser zweiten Diffusion wird auch durch n-Dotierung die Verbindung zwischen dem Widerstandsbereich 15 und dem Kapazitätsbereich 9 hergestellt.
Eine gewisse Schwierigkeit entsteht dabei dadurch, dass in dem zwischen den schraffierten Gebieten liegenden und mit A bezeichneten Bereich eine Verbindung zwischen der einen mit 9 bezeichneten n-leitenden Schicht des den Kondensator bildenden pn-Übergangs und dem Kollektorbereich des ersten Transistors bzw. dem Basisbereich des zweiten Transistors entsteht. Es gibt verschiedene Möglichkeiten,
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in zwei durch die Bereiche 15 und 16 gegebene Widerstände aufteilen und dadurch den Kurzschluss zwischen dem Kollektorbereich des ersten Transistors und dem Basisbereich des zweiten Transistors verringern.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Abstände zwischen A und dem Basisbereich des zweiten Transistors bzw. dem Kollektorbereich des ersten Transistors möglichst gross zu machen, gegebenenfalls durch Einätzen eines Loches in den Träger, um Umwege zu schaffen. Man kann auch die Rückseite der Platte in dem entsprechenden Bereich dünnätzen und so die Widerstände vergrössern. Eine weitere in Fig. 8 dargestellte Möglichkeit besteht darin, von einem praktisch intrinsischleitenden Silizium auszugehen und den Kollektor des ersten und den Basisbereich des zweiten Transistors durch n-Diffusion in einem begrenzten, in Fig. 8 gestrichelt gezeichneten Gebiet herzustellen. In dieser Form lässt sich gegebenenfalls auch der Widerstand R, besonders leicht dimensionieren.
Die Gefahr des durch die Verbindung A auftretenden Nebenschlusses lässt sich schliesslich auch da-
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Widerstandsbereich 15 reicht und auf die die Kondensatorplatte mit einer Verbindung zu diesem Widerstandsbereich 15 aufgedampft ist.
Die in Fig. 8 mit J bezeichnete Verbindung zwischen der Zuleitung des n-Gebietes der Kapazität und dem Widerstandsbereich 15 ist in Form eines pn-Überganges vorhanden, der aber in Flussrichtung liegt und daher nur einen unwesentlichen Widerstand darstellt. Dieser lässt sich zusätzlich dadurch reduzieren, dass man eine Leitbahn über diese Verbindungsstelle dampft. Eine gewisse Injektionswirkung, die dieser pn-Übergang aufweist, lässt sich durch hinreichend grossen Abstand der Stelle J von der Basis des zweiten Transistors und dem Kollektor des ersten Transistors unwirksam machen. Man kann diese Injektionswirkung ausserdem auch durch lokale Erhöhung der Oberflächenrekombination durch bekannte Mittel, z.
B. durch Ätzen, erheblich reduzieren.
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zweiten Transistors auf die Oberseite und den Kollektor des zweiten Transistors auf der Unterseite der Halbleiterplatte anbringt. In diesem Fall ist die Verbindung von C nach R, um die Plattenkante her- umzuführen, wogegen die Verbindung von Riz mit dem Emitter des zweiten Transistors in einer Ebene bleibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Baueinheit, bei der Teile eines aus einem hochisolierenden kristallinen Festkörper bestehenden Trägers durch Formgebung und physikalisch-chemische Strukturierung als Bestandteile aktiver und passiver Elemente, wie z. B. Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren, der Baueinheit ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Formgebung und physikalisch-chemische Strukturierung veränderten Teile des Trägers, zumindest teilweise soweit sie Halbleiterbauelemente bilden, derart vakuumdicht abgeschlossen sind, dass der Träger einen Teil des Abschlusses bildet.
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