DD157988A3 - SWITCHING ELEMENT FROM AMORPHEM SEMICONDUCTOR MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf Schwellwertschalter auf der Basis amorpher Halbleiter. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Schaltelementes aus amorphem Halbleitermaterial mit erhoehter Stabilitaet seiner Kennwerte. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verbindungsflaeche zwischen dem amorphen Halbleitermaterial und der Grundelektrode kantenfrei und mit verbesserter Ebenheit zu gestalten in Verbindung mit der Schaffung eines Pfades definierter Stromdichte durch das amorphe Halbleitermaterial. Hierzu besteht die auf einem Substrat des Schaltelementes aufgebrachte Isolierschicht aus Polysilizium, sie weist einen dotierten Leitfaehigkeitskanal auf, der sich von der Grundelektrode zum amorphen Halbleitermaterial erstreckt, wobei vorteilhafterweise an den Grenzflaechen zwischen dem amorphen Halbleitermaterial und den Grund- und Deckelelektroden eine diffusionshemmende, thermische und strukturelle Anpassungsschicht aufgebracht ist. Derartige Schaltelemente sind als Tastenschalter, Relais, Koppler, als Impulsformer sowie als mechanisch elektrischer Wandler anwendbar.The invention relates to threshold switches based on amorphous semiconductors. The aim of the invention is to provide a switching element of amorphous semiconductor material with increased stability of its characteristics. The object of the invention is to make the connection area between the amorphous semiconductor material and the base electrode edge-free and with improved flatness in connection with the creation of a path of defined current density through the amorphous semiconductor material. For this purpose, there is applied to a substrate of the switching element insulating layer of polysilicon, it has a doped Leitfaehigkeitskanal extending from the base electrode to the amorphous semiconductor material, advantageously at the interface between the amorphous semiconductor material and the base and cover electrodes, a diffusion-inhibiting, thermal and structural matching layer is applied. Such switching elements are applicable as a key switch, relay, coupler, as a pulse shaper and as a mechanical electrical converter.
Description
12.11.1979 El 207-Fe/Kß.12.11.1979 El 207-Fe / Kß.
Titel der ErfindungTitle of the invention
Schaltelement aus amorphem HalbleitermaterialSwitching element made of amorphous semiconductor material
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Das erfindungsgemäße Schaltelement ist für Schwellwertschalter auf der Basis amorpher Halbleiter anwendbar, wobei für die Umschaltung des amorphen Halbleitermaterials vom hoch- in den niederohmigen Zustand die Druckabhängig-' keit der Schwellspannung und der materialspezifischen Umschalt-Versögerungszait ausgenutzt wird oder die Umschaltung wird durch die Annebung der Vorspannung auf oder über den Wert der ochwel.lspan.nung wähl1 end dor Umschalt-Verzöge-· r ungs ζ e i t err e i cht»The switching element according to the invention is applicable to threshold value switches based on amorphous semiconductors, wherein for the switching of the amorphous semiconductor material from the high to the low-resistance state, the pressure-dependent speed of the threshold voltage and the material-specific switching-delay zerita is utilized or the switching is by the annunciation of Preload on or above the value of the ochwel.lspan.nung select 1 end dor switch-over-delay errextend »
Derartige Schaltelemente sind als Tastenschalter» Relais, Koppler, als Impulsformer sowie als mechanisch-elektrischer Wandler anwendbar.Such switching elements can be used as a key switch »relay, coupler, as a pulse shaper and as a mechanical-electrical converter.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Aus DD-PS 129 602 ist ein Schaltelement auf der Basis eines amorphen Halbleiters bekannt« Dieses ist in. Dünnschichttechnik hergestellt. Es besteht im wesentlichen aus einem Substrat, auf dem nacheinander eine Grundelektrode j eine Isolierschicht mit Durchbruch, ein amorpher Halbleiter und eine Deckelelektrode aufgebracht sind. Der amorphe Halbleiter tritt über den Durchbruch der Isolierschicht mit der Grund elektrode -'in Verbindung. Die Strukturierung der einzelnen. Schichten einschließlich des Durchb.ruch.es erfolgt fotolithografisch«From DD-PS 129 602 a switching element on the basis of an amorphous semiconductor is known «This is manufactured in. Thin-film technology. It consists essentially of a substrate on which a base electrode j an insulating layer with an opening, an amorphous semiconductor and a cover electrode are successively applied. The amorphous semiconductor enters the ground electrode via the breakdown of the insulating layer. The structuring of the individual. Layers including the breakthrough are photolithographically «
h & / - h & / -
Die hierbei zur Anwendung kommenden ätzverfahren bedingen, daß die Verbiiidungsfläche zwischen dem amorphen Halbleiter und der Grundelektrode Unebenheiten und Kanten aufwe ist j die zur Bildung von Fe Ids tär kesp.it zen bzw, Feldstärke Inhomogenitäten führen, welche die Kennwerte des Umschaltprozesses verfälschen und das -Schaltelement in- . stabil erscheinen lassen. Außerdem entstehen beim Übergang des Schaltelementes in den niederohmigen Zustand bei vorhandenen Feldstärke .Inhomogenitäten zusätzlich Stromdichtespitzen, die die Beherrschung der Stabilität des Schaltelementes erschweren«,The etch processes used in this case require that the contact surface between the amorphous semiconductor and the base electrode has unevenness and edges, which results in inhomogeneities in the formation of Fe ids, which falsify the characteristic values of the switching process and which Switching element in. stable. In addition, the transition of the switching element in the low-resistance state at existing field strength .Inhomogeneities additionally current density peaks that complicate the control of the stability of the switching element, «
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Schaltelementes aus amorphem Halbleitermaterial mit erhöhter Stabilität seiner Kennwerte» . ' .The aim of the invention is to provide a switching element of amorphous semiconductor material with increased stability of its characteristics. '.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Yerbindungsfläche zwischen dem amorphen Halbleitermaterial und der Grun.delektröde kantenfrei und mit verbesserter Ebenheit zu gestalten in Verbindung mit der' Schaffung eines Pfades definierter Stromdichte durch das amorphe Halbleitermaterial βThe object of the invention is to make the Yerbindungsfläche between the amorphous semiconductor material and the Grun.delektröde edge-free and with improved flatness in connection with the 'creation of a path defined current density through the amorphous semiconductor material β
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem die auf einem Substrat des Schaltelementes aufgebrachte Isolierschicht aus Polysilizium besteht und einen dotierten Leitfähigkeit skanal aufweist, der sich von der Grundelektrode zum amorphen Halbleitermaterial erstreckt«According to the invention, this object is achieved in that the insulating layer applied to a substrate of the switching element consists of polysilicon and has a doped conductivity skanal which extends from the base electrode to the amorphous semiconductor material.
Aus f uhr ung s b e i sp ie II u s ia
Die zugehörige Zeichnung zeigt eine -Schnittdarsteilung des erfindungsgemäßen Schaltelementes.The accompanying drawing shows a section diagram of the switching element according to the invention.
Das Schaltelement befindet sich auf einem Substrat 1, das eine Silizium-, Glas- oder Metallscheibe sein kann« Als erste Schicht des Sehaltelementes ist auf dem Substrat 1 ' . " · -3-The switching element is located on a substrate 1, which may be a silicon, glass or metal disk. As the first layer of the Sehaltelementes is on the substrate 1 '. "-3-
eine Grundelektrode 2 aufgebracht, die beispielsweise aus Molybdän-Aluminium oder Nickel-Chrom bestellt« Die Grundelektrode 2 und ein Teil· des Substrates 1 werden von einer abgeschiedenen Polysiliziumschicht 3 überdeckt, in die ein Leitfähigkeitskanal 4- eindotiert ist, der sich senkrecht zur maßgebenden Ausdehnungsebene der Polysiliziumschicht erstreckt und somit die Grundelektrode 2 mit einer Schicht eines amorphen Halbleite'rmaterials 5 kontaktiert. Die Erzeugung des Leitfähigkeitskanals 4 erfolgt durch ein geeignetes Dotierungsverfahren über eine Fotomaskeo Da durch die Eindotierung des Leitfähigkeitskanals die Qualität der Oberfläche der Polysiliziumschicht.3 nicht verändert wird, ist auch die Verbindungsfläche 7 zwischen dem Leitfähigkeitskanal 4- und dem amorphen Halbleitermaterial 5 frei von Unebenheiten und Kantenstrukturen„ Abschluß des Schaltelementes bildet eine sich über das amorphe Halbleitermaterial 4 erstreckende Deckelelektrode 6, die aus den bereits genannten Elektrodenmaterialien bestehen kann.» Zwecks Kontaktierung des Halbleiterschaltelementes im Stromkreis können Deckelelektrode 6 sowie ein frei liegender Teil der Grundelektrode 2 mit je einer geeigneten Kontaktschicht versehen sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist«.The base electrode 2 and a part of the substrate 1 are covered by a deposited polysilicon layer 3, into which a conductivity channel 4 is doped, which is perpendicular to the relevant plane of extent the polysilicon layer extends, thus contacting the base electrode 2 with a layer of an amorphous semiconductor material 5. The generation of the conductivity of the channel 4 is performed by a suitable doping method through a photomask o Since the quality of the surface of the Polysiliziumschicht.3 is not changed by the Eindotierung of the conduction channel, the connecting surface 7 between the conductivity channel 4 and the amorphous semiconductor material 5 is free of irregularities and edge structures "conclusion of the switching element forms a cover over the amorphous semiconductor material 4 extending cover electrode 6, which may consist of the aforementioned electrode materials." For contacting the semiconductor switching element in the circuit cover electrode 6 and an exposed part of the base electrode 2, each with a suitable contact layer be provided, which is not shown in the drawing.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist wie folgt".The operation of the invention is as follows ".
Wird an den Elektroden 2ξ6 eine Vorspannung angelegt, so bildet sich zwischen der Deckelelektrode 6 und der Verbindungsfläche 7 ein homogenes elektrisches PeId0 Auf Grund der Ebenheit und Kantenfreiheit der Verbindungsfläche 7 können keine Feldstärkespitzen entstehen, die eine Veränderung der bestehenden Kennwerte des amorphen Halbleitermaterials, insbesondere der Schwellspannung, nach sich ziehen und so das Schaltverhalten derartiger Bauelemente instabil v/erden lassen»A bias voltage applied to the electrodes 2ξ6, so 0 of the connecting surface 7 is formed between the top electrode 6 and the connection surface 7 of a homogeneous electric PEiD Due to the flatness and edge clearance may arise no field intensity peaks, a change in the existing characteristics of the amorphous semiconductor material, in particular the threshold voltage, thus causing the switching behavior of such components to become unstable »
Übersteigt die, an den Elektroden 'angelegte Vorspannung die Schwellspannung des amorphen Halbleitermaterials 5 während einer materialspezifischen Umschalt-Verzögerungszeit oder die Schwellspannung wird unter die VorspannungIf the bias voltage applied to the electrodes exceeds the threshold voltage of the amorphous semiconductor material 5 during a material-specific switching delay time or the threshold voltage is under the bias voltage
, geht das amorphe Halbleitermaterial- 5 in. den niederohmigen Zustande Hieraus resultiert ein Stromimpuls, der eine Belastung für das amorphe Halbleitermaterial 5 darstellt und in diesem Strukturveränderungen hervorrufen kann, die ebenfalls zu einer Verschiebung der bestehenden Kennwerte führen« Da.die Dotierung des Leitfähigkeitskanals 4 und die Dicke der Polysiliziumsohicht 3 die Stromdichte im Umschaltprozeß maßgebend festlegen^ kann die genannte Belastung während des Umschaltens wahlweise durch die Dotierung des Leitfähigkeitskanals 4 und durch die Dicke der Polysilizimschicht 3 variiert werden* Durch die Herstellung der Isolierschicht zwischen Grundelektrode und amorphem Halbleitermaterial aus Polysiliziura und die Dotierung eines hochleitenden Kanals in die Polysiliziumschicht zur Verbindung der Grundelektrode mit dem amorphen Halbleitermaterial werden sowohl eine, kantenfreie und ebene Verbindungsflache zwischen amorphem Halbleitermaterial und Grundelektrode als auch ein Pfad definierter Stromdichte geschaffen. Die angestrebte Erhöhung der.· Stabilität der Kennwerte des amorphen Schaltelementes ist damit erreichte Weiterhin kann, an den Grenzflächen zwischen dem amorphen Halbleitermaterial 5 und den Grund- und Deckelelektroden 2j6 wahlweise eine diffusionshemmende Anpassungsschicht 8S z*Be Glaskohlenstoff oder ein anderer Stoff, aufgebracht werden,,' Das Eindringen von Verunreinigungen in das amorphe Halbleitermaterial 5 wird hierdurch vermieden und die Zuverlässigkeit des Schaltelementes erhöht siche Die Anpassungsschicht 8 ist vorzugsweise thermischer und struktureller Art«, Sie kann durch die isoplanare Struktur des Schaltelementes besonders vorteilhaft zur Erreichung einer homogenen Stromdichte- und Tempera™ turverteilung zwischen dem amorphen Halbleitermaterial 5 und den benachbarten dünnen Schichten beitragen« Für die Anpassungsschicht 8 sind 'Stoffe mit anisotropen Leitfähigkeitsverhalten, ζβΒ·β· Glaskohlenstoff ? geeignet,.This results in a current pulse, which is a burden on the amorphous semiconductor material 5 and may cause structural changes in it, which also lead to a shift of the existing characteristic values "Da.die doping of the conductivity channel 4 and the thickness of the polysilicon layer 3 can decisively determine the current density in the switching process, the said load during the switching can optionally be varied by the doping of the conductivity channel 4 and by the thickness of the polysilicon layer 3. By the production of the insulating layer between base electrode and amorphous polysilicon semiconductor material the doping of a highly conductive channel in the polysilicon layer for connecting the base electrode with the amorphous semiconductor material are both an edge-free and flat connection surface between amorphous semiconductor material and ground electrode and e created in path defined current density. The desired increase in the characteristic values of the amorphous switching element is thus achieved. A diffusion-inhibiting matching layer 8 S z * B e glassy carbon or another substance can optionally be applied at the interfaces between the amorphous semiconductor material 5 and the base and cover electrodes 2j6 are ,, 'the penetration of impurities into the amorphous semiconductor material 5 is hereby avoided and the reliability of the switching element increases e the matching layer 8 is preferably thermal and structural nature, "can be displayed as isoplanar structure of the switching element particularly advantageous to achieve a homogeneous current density - and tempera ture distribution between the amorphous semiconductor material 5 and the adjacent thin layers contribute «For the matching layer 8 are 'substances with anisotropic conductivity behavior, ζ β Β · β · glassy carbon ? suitable,.
da diese auf Grund des Verhältnisses ihrer Widerständebecause of these, because of the relation of their resistances
117127117127
entlang und senkrecht zur Flächennormalen die gewählte Bauelementegeometrie "bzw. Stromcharakteristik nicht verfälschen e ' . ;along and perpendicular to the surface normal, the selected component geometry "or current characteristic does not distort e '.;
Die Herstellung des Schaltelementes erfolgt vorteilhafterweise durch einen fotolithografischen Strukturierungsprozeßö The production of the switching element is advantageously carried out by a photolithographic structuring process ö
Eine Darlegung des Schaltverhaltens von monostabilen Halbleitern sowie deren Strom-Spannungs-Charakteristik wurde nicht für notwendig erachtets da diese hinreichend veröffentlicht wurden.A description of the switching behavior of monostable semiconductors and their current-voltage characteristics was not considered necessary s since these were published sufficiently.
Claims (1)
sprunghaftem Leitfähigkeitsverhalten und einem aufeinanderfolgenden Schichtenaufbau von Grundelektrode, Isolierschicht, amo2?phem Halbleitermaterial und Dek- · kele-lektrodej dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einer Polysiliziumschicht (3) besteht und einen dotierten Leitfähigkeitskanal (4) aufweist^ der sich von der Grundelektrode (2) zum amorphen Halbleitermaterial (5) erstreckt«1. switching element of amorphous semiconductor material with
characterized by the fact that the insulating layer consists of a polysilicon layer (3) and has a doped conductivity channel (4) extending from the base electrode (2). 2) to the amorphous semiconductor material (5) «
strukturelle Aiipassungsschicht (8) aufgebracht ist.Switching element according to item 1j, characterized in that at the interfaces between the amorphous semiconductor material (5) and the base and Deckelelekfcro- 'den (2 | 6) a diffusion-inhibiting, thermal and
structural Aiipassungsschicht (8) is applied.
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