AT308197B - Integrierte schwingschaltanordnung - Google Patents

Integrierte schwingschaltanordnung

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AT308197B
AT308197B AT1143768A AT1143768A AT308197B AT 308197 B AT308197 B AT 308197B AT 1143768 A AT1143768 A AT 1143768A AT 1143768 A AT1143768 A AT 1143768A AT 308197 B AT308197 B AT 308197B
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AT
Austria
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zone
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capacitance
emitter
switch arrangement
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AT1143768A
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Dieter Dipl Chem Millner
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Halbleiterwerk Frankfurt Oder
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft eine integrierte Schwingschaltanordnung auf Halbleiterbasis, der eine Kippschaltung zugrundeliegt und die eine Folge aufeinanderfolgender Zonen mit abwechselndem Leitfähigkeitstyp und an den Endabschnitten ohmsche Kontakte und an wenigstens einem der Abschnitte zwischen den pn-Zonen einen ohmschen Zusatzkontakt aufweist. 



   Es sind in vielfältiger Art Schwingschaltanordnungen bekannt, die jeweils für einen bestimmten Bedarfsfall ausgebildet werden. Zur Verbesserung ihrer Kenndaten und der Herstellungsmöglichkeit in miniaturisierter Form sind spezielle elektronische Bauelemente und Schaltungen entwickelt worden. Ihre Integration mit Hilfe der Dünnfilmtechnik erfolgt durch Aufdampfen der passiven Bauelemente auf ein Substrat und anschliessendes Einsetzen der individuell gefertigten aktiven Elemente. Im Gegensatz dazu sind nach Integration durch Anwendung der Halbleitertechnik alle Bauelemente ein unteilbarer und unveränderlicher Teil des Halbleitermaterials, in dem sie geschaffen wurden. Die wahrscheinlich günstigste Lösung des Miniaturisierungsproblems bietet jedoch die Mikroelektronik.

   Die auf der Basis dieser Technik hergestellten Bausteine erfüllen eine elektronische Funktion, ohne dass sich in ihnen die konventionellen Schaltungen und Bauelemente erkennen lassen. Infolge Fehlens umfangreicher Induktivitäten spielen in den integrierten Schwingschaltanordnungen die Kippschwingkreise eine grosse Rolle. Doch auch sie besitzen in den bekannten Ausführungen den Nachteil eines relativ hohen Schaltungs- und Bauelementeaufwandes, wodurch die Integrierung infolge der erforderlichen komplizierten Halbleitervielschichtstrukturen erschwert wird. Demzufolge ist die Ausbeute an funktionstüchtigen bzw. typengerechten integrierten Schwingungsgeneratoren sowie deren Lebensdauer nicht zufriedenstellend und die Störanfälligkeit noch zu gross.

   Um ausserdem der Forderung gerecht zu werden, die elektrischen Parameter, insbesondere den Wirkungsgrad, zu verbessern, sind umfangreiche fertigungstechnische Massnahmen notwendig. 



   Nach der österr. Patentschrift Nr. 224690 wird eine Schaltdiode, die eine pnpn-Zonenfolge und an den Endabschnitten ohmsche Kontakte und an einer Zone einen ohmschen Zusatzkontakt aufweist, durch Hinzuschalten von Widerständen und Kondensatoren zur Schwingungserzeugung benutzt. Das bedeutet, dass bei einer Integrierung die vorhin geschilderten Nachteile ebenfalls vorliegen, denn die erforderlichen Widerstände und Kondensatoren müssen ähnlich wie bei der monolytischen Halbleiterschaltung nach der USA-Patentschrift Nr. 3, 160, 835 im Halbleiterblock zusätzlich erzeugt werden. Gleiches gilt für ein schaltendes Halbleiterbauelement nach der deutschen Auslegeschrift 1164575. Ausserdem sind diese   Schwingschaltanordnungen   trotz des verhältnismässig hohen Aufwandes hinsichtlich der Art und der Frequenz der zu entnehmenden Schwingungen begrenzt. 



   Zweck der Erfindung ist es, den Produktionsaufwand und den Raumbedarf für ein die Erfindung betreffendes Erzeugnis zu vermindern und dessen qualitätsgerechte Erzeugung zu erhöhen. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schwingschaltanordnung zu schaffen, die mit einer geringen Anzahl von Schichtanordnungen in Halbleitertechnik auszubilden und vorteilhaft in der Mikroelektronik anzuwenden ist, durch die kritische Basisdicken sowie der zusätzliche Einsatz von herkömmlichen Bauelementen vermieden werden und mit der bei verbessertem Wirkungsgrad und höherer Leistungsfähigkeit unterschiedliche Schwingungsformen, Frequenzen sowie Tastverhältnisse zu erzielen sind. 



   Erfindungsgemäss wird die Aufgabe auf der Grundlage einer Kippschaltung und unter Anwendung einer Folge aufeinanderfolgender Zonen mit abwechselndem Leitfähigkeitstyp dadurch gelöst, dass eine Kapazitäts-, eine Emitter-Basis- und eine   Kollektor-Basis-pn-Zone   elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Abstand zwischen der Emitter-Basis- und der   Kollektor-Basis-pn-Zone   ist grösser als die in diesem Gebiet mögliche Diffusionslänge der Minoritätsträger und der Abstand zwischen der Emitter-Basis- und der Kapazitäts-pn-Zone ist grösser als die in diesem Gebiet mögliche Driftlänge der Minoritätsträger. 



   In dem Abschnitt, der sich zwischen der   Kapazitäts- und   der Emitter-Basis-pn-Zone befindet, ist bei Bedarf zur Erzielung einer höheren Schwingungsfrequenz ein Gebiet mit höherer Rekombinationsgeschwindigkeit als die des umgebenden Halbleitermaterials enthalten. Bevorzugt zur Verringerung der Baugrösse ist in dem gleichen Abschnitt ein Gebiet mit höherer Stromleitfähigkeit als die des umgebenden Halbleitermaterials enthalten. 



   Die Schwingungen sind jeweils an zwei der insgesamt existierenden Kontaktelektroden der integrierten Schwingschaltanordnung oder an einem gegebenenfalls zusätzlich vorhandenen Aussenwiderstand abzunehmen. 



  Bei der Herstellung dieser integrierten Schwingschaltanordnung können   pn-Übergänge   auch durch einen Übergang zwischen dem Halbleiter und einem Metall gebildet werden (Schottky-Übergang). 



   Unter einer Kapazitäts-pn-Zone ist ein in Sperrichtung gepolter einzelner pn-Übergang oder der Teil eines pn-Überganges, dessen kapazitive Wirkung ausgenutzt werden soll, zu verstehen. Die ebenfalls in Sperrichtung vorgespannte   Kollektor-Basis-pn-Zone   besitzt, wie üblich, die Aufgabe, die von dem in Durchlassrichtung gepolten Emitterübergang injizierten Minoritätsträger zu sammeln. Es ist zu beachten, dass die   Kapazitäts- und   die Kollektor-Basis-pn-Zone nur eine begrenzte Sperrfähigkeit aufweisen. 



   In einem auf der Erfindung basierenden Schwingungsgenerator sind mit Ausnahme der Spannungsquelle sämtliche notwendige Bauelemente enthalten. Die Schwingungsform, die Frequenz und das Tastverhältnis lassen sich durch Änderung der elektrischen und geometrischen Werte der verschiedenen Schichten sowie durch die an diesen Schichten und pn-Zonen anliegenden Spannungen und gegebenenfalls durch einen in den Zuleitungen zur 

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 Spannungsquelle liegenden Aussenwiderstand variieren. Es können sowohl Kipp- als auch sinusähnliche Schwingungen erzeugt und mit einem externen Signal getriggert oder synchronisiert werden. Da die beschriebene Halbleiterstruktur keine schwierig herzustellenden bzw. nur wenige Schichten aufweist, kann man sie in grosser Stückzahl mit reproduzierbarer Qualität herstellen.

   Es besteht die Möglichkeit, die Schwingschaltanordnung sowohl in bekannter Weise in einem Halbleiterblock oder auf einem Substrat als auch in Form eines Funktionsblockes der Mikroelektronik zu erzeugen. 



   Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen   zeigen : Fig. 1   die der Erfindung zugrundeliegende Kippreihenschaltung, Fig. 2 eine Form der integrierten Schwingschaltanordnung, Fig. 3 eine molekularelektronische Variante der integrierten Schwingschaltanordnung. 



   Die Wirkungsweise des Kippkreises nach   Fig. 1,   bestehend aus dem elektronischen Schalter der Gleichspannungsquelle--2--, dem   Kondensator--3--und   dem Widerstand--4--, ist bekannt und bedarf keiner weiteren Erläuterung. 



   Mit Ausnahme der Gleichspannungsquelle--2--sind alle Bauelemente der Schaltung nach   Fig. 1   in dem Halbleiterblock --5-- der Fig.2 nachgebildet. Der   Kondensator --3-- und   der   Widerstand --4-- werden   durch die Kapazität und den ohmschen Übergangswiderstand der   Kapazitäts-pn-Zone--6--ersetzt,   während die Aufgabe des Schalters--l--von der   Emitter-Basis-pn-Zone--7--und   der   Kollektor-Basis-pn-Zone   - übernommen wird.

   über die ohmschen Kontakte-9 und   10-ist   die Verbindung zur   Gleichspannungsquelle--2--hergestellt.   Zur Gewährleistung der Funktion der   Kapazitäts-pn-Zone--6--   dürfen von der   Emitter-Basis-pn-Zone--7--während   des Betriebes keine Minoritätsträger in das Gebiet der   Kapazitäts-pn-Zone--6--gelangen.   Diese Bedingung wird erfüllt, wenn der Mindestabstand zwischen den beiden Zonen-6 und 7-- grösser als die in diesem Abschnitt mögliche Driftlänge der Minoritätsträger ist. 



  Befindet sich weiterhin die   Emitter-Basis-pn-Zone-7-in   einer Entfernung von der Kollektor-Basis-pn-Zone 
 EMI2.1 
 wenn die über beiden Zonen liegende Spannung einen bestimmten Wert überschritten hat. Der daraufhin verstärkte Kollektorstrom bewirkt über die relativ niederohmige   Spannungsquelle --2-- und   den kapazitiven Widerstand der   Kapazitäts-pn-Zone--6--eine   weitere Vergrösserung der Emitterinjektion und damit ein Umschalten der Anordnung in den leitenden Zustand. Der erhöhte Strom verursacht jedoch gleichzeitig ein allmähliches Ansteigen der Spannung an der   Kapazitäts-pn-Zone--6--,   was wieder die Verringerung der Emitterinjektion und das Zurückschalten der Anordnung in den Sperrzustand zur Folge hat.

   Die Wiederholung dieses Zyklus erfolgt nach der Entladung der   Kapazitäts-pn-Zone--6--über   den eigenen ohmschen Übergangswiderstand. Der Steuerung der Schaltspannungen dient der am Abschnitt zwischen der Emitter-Basis-pn-Zone--7--und der Kollektor-Basis-pn-Zone--8--angebrachte ohmsche Zusatzkontakt   - -11--, während   über den am Abschnitt zwischen der Emitter-Basis-pn-Zone--7--und der 
 EMI2.2 
 höheren Rekombinationsgeschwindigkeit als die des umgebenden Halbleitermaterials und zur Verringerung der Baugrösse des Bauelementes ist in diesem Abschnitt das Gebiet--14--mit einer höheren Stromleitfähigkeit als die des umgebenden Halbleitermaterials enthalten. 



   In Fig. 2 ist durch die nicht voll ausgezogenen Horizontalen-13 und 14-aufgezeigt, dass die Gebiete hoher Rekombinationsgeschwindigkeit--13--und hoher   Stromleitfähigkeit --14-- nicht   ähnlich den   pn-Übergängen   das gesamte Halbleitermaterial durchqueren müssen, sondern in Abhängigkeit von den geforderten Schwingungseigenschaften auch auf kleinere Bereiche des Halbleiterblockes begrenzt sein können. 
 EMI2.3 
 lokalisierten Zonen ist es möglich, sinusähnliche Schwingungen zu erzeugen, die vorzugsweise über die ohmschen Kontakte-9 und 12 bzw. 10 und 12-abgenommen werden. 

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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Integrierte Schwingschaltanordnung auf Halbleiterbasis, der eine Kippschaltung zugrundeliegt und die eine Folge aufeinanderfolgender Zonen mit abwechselndem Leitfähigkeitstyp und an den Endabschnitten ohmsche Kontakte und an wenigstens einem der Abschnitte zwischen den pn-Zonen einen ohmschen EMI2.4 <Desc/Clms Page number 3> Gebiet mögliche Diffusionslänge der Minoritätsträger und der Abstand zwischen der Emitter-Basis- (7,16) und der Kapazitäts-pn-Zone (6,17) grösser ist als die in diesem Gebiet mögliche Driftlänge der Minoritätsträger. EMI3.1 dem Abschnitt, der sich zwischen der Kapazitäts- (6, 17) und der Emitter-Basis-pn-Zone (7,16) befindet, ein Gebiet (13) mit einer höheren Rekombinationsgeschwindigkeit als die des umgebenden Halbleitermaterials enthalten ist.
    EMI3.2 in dem Abschnitt, der sich zwischen der Kapazitäts- (6,17) und der Emitter-Basis-pn-Zone (7, 16) befindet, ein Gebiet (14) mit einer höheren Stromleitfähigkeit als die des umgebenden Halbleitermaterials enthalten ist.
AT1143768A 1968-01-11 1968-11-25 Integrierte schwingschaltanordnung AT308197B (de)

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