CH299083A

CH299083A - Semiconductor electrical amplification element.

Info

Publication number: CH299083A
Authority: CH
Inventors: Ag Standard Telephon Und Radio
Original assignee: Standard Telephon & Radio Ag
Priority date: 1948-11-20
Filing date: 1949-11-25
Publication date: 1954-05-31

Description

Elektrisches Halbleiter-Verstârkungselement. Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches ' Halbleiter-Verstârkungselement, bei dem Halbleitereigenschaften zur Anwen- dung gelangen, wie sie sich bei thermionischen Kathoden mit Oxydüberzügen zeigen. Semiconductor electrical amplification element. The present invention relates to a semiconductor electrical amplification element employing semiconductor properties exhibited by thermionic cathodes having oxide coatings.

Die Theorie der Elektronenemission von Kathoden mit Oxydüberzügen ist noch nicht v & llig abgeschlossen. Es gilt nun jedoch prak- tisch als erwiesen, daB die beobachteten Emis- sionserscheinungen mit den Erscheinungen übereinstimmen, die zu erwarten sind, wenn man den Kathodenüberzug als Halbleiter von der Art betrachtet, wie er bei verschiedenen bekannten Gleichrichterelementen und bei den Verstdrkmmgselementen, die als Transistoren bezeicbnet werden, verwendet wird. The theory of electron emission from cathodes with oxide coatings is not yet fully completed. However, it is now practically established that the emission phenomena observed are in agreement with the phenomena to be expected if the cathode coating is considered to be a semiconductor of the type found in various known rectifying elements and in the amplifying elements known as Transistors are used.

Von der Anmelderin durchgeführte Stu- dien und Experimente haben gezeigt, daB Gleichrichterkennlinien, wie sie sich mit nor- malen Germaniumkristallen erzielen lassen, sieh ebenfalls mit oxydüberzogenen Kathoden in Verbindung mit einer mit der Kathode in Berührung stehenden Sonde erzielen lieBen, vorausgesetzt, daB die Sonde auf die Katho- dentemperatur erwârmt wurde. Bei diesen Verhâltnissen konnten mit einer oxydüberzo- genen Kathode auch Erscheinungen hervor- gerufen werden, die dem Transistor -Effekt entsprechen, der von den Germaniumkristallen her bekannt ist. Studies and experiments carried out by the applicant have shown that rectification characteristics such as can be obtained with normal germanium crystals can also be obtained with oxide-coated cathodes in conjunction with a probe in contact with the cathode, provided that the probe was heated to the cathode temperature. In these conditions, with an oxide-coated cathode, phenomena could also be produced which correspond to the transistor effect, which is known from germanium crystals.

Aus dieser Erkenntnis ist das den Gegen- stand der vorliegenden Erfindung bildende elektrische fIalbleiter -Verstârkungselement entwickelt worden, das einen Transistor beson- derer Art darstellt. Dasselbe zeichnet sich er- findungsgeme dadurch aus; daB der I3alb- leiter aus einer Mischung, von durch Alitivie- rung emissionsfâhig gemachten Erdalkali- oxyden besteht, die in Form eines Cberzuges auf einem als Basiselektrode dienenden Trâ,- ger aufgebracht ist, da3 ferner ein Heizele- ment zur Aufheizung des Überzuges vorhan- den ist, und dal es ferner zwei mit dem über- zug in Kontakt stehende Elektroden aufweist, von denen eine im Betrieb des Verstârkungs- elementes auf eine Temperatur erwârmt ist, deren Kleinstwert mindestens gleich der tief- sten Temperatur des Uberzuges ist, und die andere den Vberzug in einem so geringen Ab- stand vom Kontaktbereich der im Betrieb erwârmtën Elektrode berührt, daB Potentiale, die zwischen der genannten andern Elektrode und der Basiselektrode liegen, dazu befâhigt sind, den zwischen der genannten erwârmten Elektrode und dem Überzug fliel3enden Strom zu steuern. Based on this knowledge, the electrical semiconductor amplification element forming the subject matter of the present invention was developed, which represents a transistor of a special type. According to the invention, the same is characterized by this; that the semiconductor consists of a mixture of alkaline earth metal oxides made emissive by alitivation, which is applied in the form of a coating to a carrier serving as a base electrode, that there is also a heating element for heating the coating and that it also has two electrodes in contact with the coating, one of which is heated during operation of the reinforcing element to a temperature whose minimum value is at least equal to the lowest temperature of the coating, and the other touches the coating at a sufficiently small distance from the contact area of the operationally heated electrode that potentials existing between said other electrode and the base electrode are able to control the current flowing between said heated electrode and the coating.

ZweckmâBigerweise ist der HaIbleiterüber- zug mit seinem Trâger so ausgebildet wie eine in Elektronenrühren üblicherweise verwendete RTI ID="0001.0267" WI="21" HE="4" LX="1091" LY="2054"> Oxydkathode. The semiconductor coating with its carrier is expediently designed in the same way as an oxide cathode commonly used in electron stirrers.

Nachstehend wird die Erfindiang an Hand der Zeichnung nâher erlâutert: Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbei- spiel und Einzelheiten eines Verstârkungsele- mentes gemâB der Erfindung, und Fig.4 zeigt Bine Variante für die Ausfüh- rungsform nach Fig.1 bis 3. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing: FIGS. 1 to 3 show an embodiment and details of a reinforcing element according to the invention, and FIG. 4 shows a variant for the embodiment according to FIGS .

Zum besseren VerstS,ndnis der Erfindung sei zunâchst an die folgende bekannte Tran- sistoranordnung erinnert Ein Stück eines Kristalles, beispielsweise eines Germaniumkristalles vont n-Typ, sei in einem Halter gelt, der gleichzeitig den einen AnschluJ3po1 (Basiselektrode) für einen 5,uBern Strontkreis bildet. Ferner werden zwei feine Kontaktsonden in geringem Abstand voneinander gegen die Kristalloberfl5,che ge- pref3t. Die sine dieser Sonden, die nachstehend als Kollektorelektrode bezeichnet wird, sei bezüglich des Halters negativ vorgespannt. Die andere nachstehend als Senderelektrode be- zeichnete Sonde sei bezüglich des Kristall- halters leicht positiv vorgespannt. Eine nde- rung der an die Senderelektrode angelegten Spannung bewirkt nui eine tiefgreifende 'n- derung der LeitfS,higkeit des Kristallweges des Kollektorelektrodenkreises. Wenn daher dent Senderelektrodenkreis eine Wechsel-EMK aufgedrückt wird, so tritt im Kollektorelektro- denkreis eine entsprechende Wechsel-EMK auf, wobei unter geeigneten Bedingimgen die Wechselstromleistung im Kollektorelektroden- kreis gr5ler ist, als die dent Senderelektroden- kreis zugeführte Wechselstromleistung. Ein solcher Transistor kann an Stelle einer therm- ïonischen Triode in Verstârker- -and Oszil- latorschaltungen verwendet werden, wobei die Basiselektrode als Kathode, die Senderelek- trode als Gitter und die Kollektorelektrode als Anode der R6hre betrachtet werden k5nnen. For a better understanding of the invention, the following known transistor arrangement should first be remembered: A piece of a crystal, for example a germanium crystal of the n-type, is placed in a holder, which at the same time serves as a connection pole (base electrode) for a 5.0 m current circuit forms. In addition, two fine contact probes are pressed against the crystal surface at a short distance from each other. The line of these probes, hereinafter referred to as the collector electrode, is negatively biased with respect to the holder. The other probe, hereinafter referred to as the transmitter electrode, is assumed to be slightly positively biased with respect to the crystal holder. A change in the voltage applied to the transmitter electrode now causes a profound change in the conductivity of the crystal path of the collector electrode circuit. Therefore, when an AC EMF is imposed on the transmitter electrode circuit, a corresponding AC EMF will appear in the collector electrode circuit, with the AC power in the collector electrode circuit being greater than the AC power supplied to the transmitter electrode circuit under suitable conditions. Such a transistor can be used in place of a thermionic triode in amplifier and oscillator circuits, considering the base electrode as the cathode, the transmitter electrode as the grid, and the collector electrode as the anode of the tube.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gegenstandes ist nui in den Fig.1 bis 3 dar- gestellt. Das Elektrodensystem 1 weist eine aus Nickel bestehende Hülse 2 auf, in welcher ein Heizfaden 3 untergebracht ist und die als Basiselektrode dient. Zwei Keramikhülsen 4 imd 5 führen durch LScher in der Hülse hin- durch, wobei entsprechende Enden der Kera- mikhülsen mit der AuBenfl5,che der metalli- schen Hülse 2 entweder bündig sind odes ein wenig unterhalb dieser liegen. Die andern Enden der Keramikhülsen ruhen im Halter 6, welcher an die Hülse 2 angeschwei8t ist. Zwei dünne Wolframdr6,lite 7 und 8 sind diirch entsprechende Ôffnungen in den Keramik- hülsen hindurchgeführt und bilden zwei zur Oberfl5,che der Hülse 2 parallel verlaufende Schleifen. Um die Zeichnung nicht zu über- laden, sind die DrS,hte 7 und 8 in der Fig.1 nicht dargestellt. Jeder dieser Drâhte ist mit einem der StS,be 12' und 13' verbun- den, die ihrerseits mit entsprechenden Sockel- stiften verbunden sind, wie dies schematisch in der Fig.1 angedeutet ist. Die Hülse 2 ist in der Umgebinig der Wolframdrahtschleifen, die als Sender- bzw. Kollektorelektrode dienen, mit einem aus dent üblichen Erdalkalioxyd- gemisch RTI ID="0002.0271" WI="19" HE="4" LX="1241" LY="843"> bestehenden tberzug 9 versehen, der- art, daf3 die Schleifen in diesen -Merzug ein- gebettet sind. Die im beschriebenen Aus- führungsbeispiel verwendeten Wolframdrâ.hte weisen einen Durchmesser v on 0,13 mm und unter sich einen Abstand von 0,13 mm auf und sind in einem Abstand von ungefâhr 0,065 mm von der Metalloberflâche der Hülse angeordnet. Dieser Abstand ist genügend klein, damit das Potential der Senderelektrode 7 den zwischen der Kollektorelektrode 8 und dent Überzug flieBenden Strom steuern kann, vorausgesetzt, daB die Temperatur der Kol- lektorelektrode genügend hoch ist. An exemplary embodiment of the subject of the invention is shown only in FIGS. The electrode system 1 has a sleeve 2 made of nickel, in which a heating filament 3 is accommodated and which serves as a base electrode. Two ceramic sleeves 4 and 5 pass through shears in the sleeve, respective ends of the ceramic sleeves being either flush with the outer surface of the metallic sleeve 2 or slightly below it. The other ends of the ceramic sleeves rest in holder 6 which is welded to sleeve 2. Two thin tungsten wires 7 and 8 are passed through corresponding openings in the ceramic sleeves and form two loops running parallel to the surface of the sleeve 2. In order not to overload the drawing, the DrS, hte 7 and 8 are not shown in FIG. Each of these wires is connected to one of the StS,be 12' and 13', which in turn are connected to corresponding socket pins, as indicated schematically in FIG. The sleeve 2 is in the vicinity of the tungsten wire loops, which serve as transmitter and collector electrodes, with a conventional alkaline earth metal oxide mixture RTI ID="0002.0271" WI="19" HE="4" LX="1241" LY= "843"> existing cover 9 in such a way that the loops are embedded in this -mer cover. The tungsten wires used in the described embodiment are 0.13 mm in diameter and spaced 0.13 mm apart and are spaced approximately 0.065 mm from the metal surface of the sleeve. This distance is sufficiently small to allow the potential of the transmitter electrode 7 to control the current flowing between the collector electrode 8 and the coating, provided that the temperature of the collector electrode is sufficiently high.

Das Elektrodensystem ist durch die Mika- Isolationspl5,ttchen 11 und 10 gehaltert, die ihrerseits von den StS,ben 12 und 13 getragen werden. Diese StS,be sind in den PreBglasfuB 1.4 eines üblichen R5hrenkolbens 15 einge- schmolzen. Zur Aktivierung des Oxydüber- zuges ist im Elektrodensystem in der NShe der IIülse 2 auch eine Anode 16 vorgesehen, wo- bei die Aktivierung in bekannter Weise durch Anlegen finer einen StromfluB zwischen Hülse 2 und Anode 1.6 bewirkenden Spannung er- folgt. Da die Drahtschleifen im Oxy düberzug eingebettet sind, nehmen sic, ohne dan sic besonders erhitzt werden müssen, eine solche Temperatur an, die mindestens gleich ist der tiefsten Temperatur des Überzuges, etwa chie Temperatur von der Cxr6l3enordnung von 1.000 K. The electrode system is supported by the mica insulation plates 11 and 10, which in turn are carried by the StS,ben 12 and 13. These StS,be are melted into the pressed glass base 1.4 of a conventional tubular flask 15. To activate the oxide coating, an anode 16 is also provided in the electrode system in the NShe of the sleeve 2, activation being effected in a known manner by applying a voltage causing a current flow between the sleeve 2 and the anode 1.6. Since the wire loops are embedded in the oxide coating, they assume a temperature that is at least equal to the lowest temperature of the coating, approximately the temperature of the order of 1,000 K.

Es zeigt sich, daB im Falle, wo beide Elek- troden ausgedehnte Oberflâehen aufweisen, die Impedanzen des Sender- und Kollektor- stromkreises klein werden. Wenn eine h & here Eingangsimpedanz erwünscht ist, so empfiehlt es sich, die Anordnung nach Fig. 4 zu w5,hlen, wo die Senderelektrode die Form einer spitz endenden Sonde 17 aufweist. Diese Sonde, die durch die Hülse 5 senkrecht auf die Hülse 2 gerichtet ist, kann aus dünnerem Draht als die Schleife 8 hergestellt werden und weist eine aufgekohlte Spitze auf, um den Kontakt- widerstand mit der Oxydschicht zu erhôhen. It turns out that in the case where both electrodes have extended surfaces, the impedances of the transmitter and collector circuits become small. If a higher input impedance is desired, it is advisable to choose the arrangement according to FIG. This probe, which is directed through the sleeve 5 perpendicularly to the sleeve 2, can be made of thinner wire than the loop 8 and has a carburized tip to increase the contact resistance with the oxide layer.

Um die Eingangsimpedanz der Vorrich- tang unter Verwendung der Anordniung nach Fig. 4 noch weiter zu erhbhen; hat es sich als zweckmâBig erwiesen, die Temperatur der Senderelektrode so niedrig wie m8glich zu halten. Zu diesem Zweck wird der Heizstrom durch den Heizfaden 3 vermindert und Strom durch die Kollektorschleife 8 geschickt, um der entsprechenden Verminderung der Kol- lektortemperatur entgegenzuwirken. To further increase the input impedance of the device using the arrangement of FIG. it has been found useful to keep the temperature of the transmitter electrode as low as possible. For this purpose the heating current is reduced through the filament 3 and current is sent through the collector loop 8 in order to counteract the corresponding reduction in the collector temperature.

Claims

PATENT CLAIM Electrical semiconductor amplifying element, characterized in that the semiconductor consists of a mixture of alkaline earth metal oxides made emissive by activation, which is applied in the form of a coating on a carrier serving as a base electrode, da13 also a heating element for heating of the coating is present and that it also has two electrodes in contact with the coating, of which at least one is heated during operation of the reinforcing element to a temperature whose minimum value is at least equal to the lowest temperature of the coating, and which other touches the coating at such a small distance from the contact area of the electrode heated during operation that potentials existing between said other electrode and the base electrode are capable of reducing the current flowing between said heated electrode and the coating to control. tJNTBUANS.PRÜClIt, 1. Reinforcement element according to patent claim, characterized in that said heated electrode, hereinafter referred to as collector electrode, and the other electrode, hereinafter referred to as transmitter electrode, consist of metal wires which have parts embedded in said coating.

2. Reinforcement element according to subclaim 1, characterized in that said collector electrode forms a metallic loop which can be heated by a current flowing through it.

3. Reinforcement element according to subclaim 2, characterized in that the metal wire forming said transmitter electrode is carburized with RTI ID="0003.0272" WI="9" HE="4" LX="1614" LY="947" > the end is embedded in said coating and is oriented practically perpendicular to the support surface.

4. Reinforcement element according to subclaim 1, characterized by two ceramic sleeves supported in apertures of a sleeve forming said support, the metal wire forming the collector electrode being passed through both said sleeves into said coating and where it occupies a position practically parallel to the surface of the sleeve, while the metal wire, which forms the transmitter electrode, is passed through at least one of the sleeves mentioned and into the coating.

5. Reinforcement element according to subclaim 4, characterized in that the oxide-coated sleeve and the remaining electrodes are mounted in a glass envelope between two insulating spacers fixed to support rods fused into the base of the envelope, and one anode is placed near the oxide coating to receive the electrons emitted by it when it is activated.