DE1006531B - Asymmetrisch leitende Halbleiteranordnung - Google Patents

Asymmetrisch leitende Halbleiteranordnung

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DE1006531B
DE1006531B DEG17672A DEG0017672A DE1006531B DE 1006531 B DE1006531 B DE 1006531B DE G17672 A DEG17672 A DE G17672A DE G0017672 A DEG0017672 A DE G0017672A DE 1006531 B DE1006531 B DE 1006531B
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resistance
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DEG17672A
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Winfield Warren Tyler
Roger Newman
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General Electric Co
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General Electric Co
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Description

  • Asymmetrisch leitende Halbleiteranordnung BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 18. APRIL 1957 Die Erfindung bezieht sich auf eine asymmetrisch leitende Halbleiteranordnung mit einer p-n-Verbindung, z. B. Flächendiode, bei dem der Halbleiterkörper mit einem Aktivator dotiert ist, der tiefliegende Störterme aufweist.
  • Es sind derartige ITalbleiteranordnungen bekanntgeworden, die tiefliegende Störterme besitzen, welche im Bändermodell etwa in der Mitte der verbotenen Zone des Halbleiters liegen, die durch Spuren von Eisen, Zink, Kobalt, Gold und Kupfer hervorgerufen werden können. Erfindungsgemäß werden zur Erzeugung von zwei stabilen Widerstandswerten in Fluß-(bzw. Durchlaß-) Richtung bei Erregung des Halbleiters durch geeigneten Spannungs- oder Lichtimpuls ein fast eigenleitender Halbleiterkristall z. B. aus Germanium oder Silizium verwendet, der mit Eisenspuren dotiert ist. Unter geeigneten Bedingungen können solche Halbleiteranordnungen in Durchlaßrichtung von einem ersten stabilen Widerstandswert auf einen zweiten stabilen Widerstandswert gebracht werden, wenn sie einem Spannungs- oder Lichtimpuls ausgesetzt werden. Der Halbleiterkörper kann in einer Einrichtung, z. B. einem Kühlgefäß, angeordnet sein, um ihn auf einer vorgegebenen festen Temperatur zu halten.
  • Halbleiteranordnungen dieser Art können als Schalter, Relais, als Spannungsregler, Überspannungsanzeiger oder Lichtanzeigevorrichtungen sowie als temperaturempfindliche Anordnungen verwendet werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, in der auf die Zeichnungen Bezug genommen ist.
  • Fig.1 stellt eine bistabile Halbleitervorrichtung dar, die gemäß der Erfindung ausgeführt ist; Fig. 2 zeigt eine Abänderung der Vorrichtung der Fig. 1; Fig. 3 a und 3 b zeigen Oszillogramme, welche die elektrischen Kennlinien von gemäß der Erfindung ausgeführten Vorrichtungen angeben, und Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform. Halbleiter, wie z. B. Germanium und Silizium, werden in Abhängigkeit von der Art und dem Vorzeichen ihrer überwiegenden Leitungsträger entweder als positive (p) oder negative (n) Halbleiter bezeichnet. Ob ein spezieller Halbleiter Eigenschaften der n-Type oder der p-Type aufweist, hängt in erster Linie von der Art von kennzeichnenden Verunreinigungselementen oder Aktivatoren ab, die in dem Halbleiter anwesend sind. Einige Aktivatorelemente, die als Donatoren bezeichnet werden, liefern zusätzliche Elektronen an den Halbleiter, so daß sich ein Halbleiter der n-Type ergibt, der Elektronen in Überschuß aufweist, während andere Aktivatoren, sogenannte Akzeptoren, die Eigenschaft haben, Elektronen aus dem besetzten Band herauszunehmen, so daß sich p-Halbleiter mit einem Überschuß von positiven Leitungsträgern oder Löchern ergeben. Halbleiter mit einem p-n-Übergang haben eine Zone eines p-Halbleiters, die einer Zone eines n-Halbleiters benachbart ist. Die Inversionsschicht oder p-n-Schicht bildet eine verhältnismäßig große Fläche im Unterschied zu den Halbleitervorrichtungen mit Spitzenkontakt.
  • Ein derartiger p-n-Übergang in einem Halbleiterkörper weist ausgesprochene gleichrichtende Eigenschaften auf. Wenn z. B. ein elektrisches Potential an den Halbleiter angelegt wird, so daß der positive Pol an die Zone der n-Type, die Überschußelektronen aufweist, in der Nähe des p-n-Überganges angeschlossen ist und der negative Pol an die Zone der p-Type angeschlossen ist, dann wirkt die p-n-Übergangssperrschicht als ein hoher Widerstand gegenüber dem Stromfluß. Diese Richtung der angelegten Spannung wird als Sperrichtung für den Strom bezeichnet. Wenn andererseits einer Spannung an den p-n-Übergang in der umgekehrten Weise angelegt wird, so daß der positive Pol an die Zone der p-Type und die negative Polarität an die Zone der n-Type angelegt wird, entsteht Stromdurchlaß. Wenn eine Wechselspannung an eine Halbleiteranordnung mit p-n-Übergang angelegt wird, dann ist diese Einheit in der Durchlaßrichtung während der Hälfte der Zeit und in der Sperrichtung während der anderen Hälfte der Zeit vorgespannt. Ein gleichgerichteter Strom fließt daher während der einen Hälfte der Sinuswelle, dagegen fließt während der anderen Hälfte der Sinuswelle kein nennenswerter Strom. Auf diese Weise wandelt ein p-n-Übergang den Wechselstrom in gleichgerichteten Strom um, so daß eine Gleichrichtung stattfindet.
  • Diese Beschreibung der Grundlage des Gleichrichtereffektes einer Halbleitervorrichtung mit p-n-Übergang richtet sich allgemein auf den Fall, bei dem Aktivatoren der Gruppe III und V des Periodischen Systems der Elemente der Halbleitervorrichtung zugefügt worden sind, um einen Überschuß von Elektronen oder positiven Löchern herbeizuführen. Halbleiterkörper mit p-n-Übergang, z. B. Germanium und Silizium, können, wenn sie mit Aktivatorelementen der Gruppe III und V dotiert sind, einen sehr niedrigen Widerstandswert in der Durchlaßrichtung aufweisen. Diese spezifischen Widerstände können 1 Ohm - cm oder weniger betragen. Es wurde kürzlich gefunden, daß, wenn Halbleiterkörper, z. B. Germanium und Silizium, mit Elementen imprägniert werden, die nicht zur Gruppe III und V der üblichen Aktivatorelemente gehören, außerordentlich hohe Widerstände hauptsächlich bei tiefenTemperaturen erhalten werden können. Diese hohen Widerstandswerte sind nach allgemeiner Annahme das Ergebnis von tiefliegenden, durch Verunreinigungen aktivierten Störtermen im Bändermodell des Halbleiters. Einige Verunreinigungen, von denen man weiß, daß sie tiefliegende Störterme etwa in der Mitte der verbotenen Zone hervorrufen, sind Eisen, Zink, Kobalt, Gold und Kupfer. Tiefliegende Störterme können in einem Halbleiterkörper auch durch andere Mittel als durch Verunreinigungen hervorgerufen werden. Derartige abweichende Verfahren zur Hervorrufung tiefliegender Störterme bestehen z. B. im Beschuß mit Teilchen hoher Energie und in plastischer Verformung des Kristallgitters.
  • Es wurde festgestellt, daß eine bistabile Vorrichtung erzeugt werden kann, wenn eine Halbleiteranordnung mit p-n-Übergang einen Halbleiter mit tiefliegenden Störtermen im verbotenen Band aufweist. Eine solche sprungartig arbeitende Vorrichtung ist durch das Vorhandensein von zwei stabilen Werten des Widerstandes in Durchlaßrichtung für ein gegebenes angelegtes elektrisches Potential innerhalb eines gegebenen Bereiches gekennzeichnet. Im allgemeinen zeigen diese Anordnungen bei Spannungen unterhalb des Durchbruchpotentials einen sehr hohen Widerstand in der Durchlaßrichtung. Wenn jedoch das Durchbruchpotential überschritten wird, findet ein Vorgang, der auch als Injektionsdurchbruch bezeichnet wird, statt, und der Durchlaßwiderstand des Halbleiterkörpers mit dem p-n-Übergang fällt auf einen stabilen verhältnismäßig niedrigen Wert.
  • Der Vorgang des Injektionsdurchbruches ist, wie angenommen wird, von der kumulativen Wirkung des Einfangens von Minderheitsleitungsträgern abhängig, die an der p-n-Übergangssperrschicht eingeführt oder injiziert werden. Die Art der Minderheitsleitungsträger hängt von den Leitungseigenschaften des Halbleiterkörpers ab. In einem Halbleiterkörper der n-Type bilden die positiven Löcher die Minderheitsladungsträger. In einem halbleitenden Körper der p-Type sind die Elektronen die Minderheitsladungsträger. Es wird angenommen, daß diese Minderheitsladungsträger in tiefliegenden induzierten Störtermen eingefangen werden und bewirken, daß die überwiegenden Ladungsträger vor dem Kontakt niedrigen Widerstandes abgezogen werden, um das elektrische Gleichgewicht oder den neutralen Zustand aufrechtzuerhalten. Die hinzugefügten Mehrheitsladungsträger erniedrigen den Widerstand des Halbleiterkörpers zuerst im Bereich der Sperrschicht, wo das elektrische Feld lokalisiert ist, und verursachen die weitere Einführung von zusätzlichen Minderheitsladungsträgern. Dieser Vorgang dauert an, bis sich ein Pfad niedrigen Widerstandes über den ganzen Körper erstreckt und ein nennenswerter Stromfluß stattfindet. Ein Injektionsdurchbruch tritt nur ein, wenn die Spannung in der Durchlaßrichtung angelegt ist, wobei Minderheitsladungsträger eingeführt werden können. Der Injektionsdurchbruch ist nicht auf die Erwärmung des Halbleitergitters zurückzuführen, sondern ist ein elektronischer Vorgang. Es findet keine zerstörende örtliche Erhitzung statt wie bei dem dielektrischen Durchbruch oder Durchschlag eines Isolators.
  • Wenn diese Halbleiteranordnung mit einer Wechselspannungsquelle verbunden wird, fließt ein Strom nur während des Durchbruches und nur in der Durchlaßrichtung. Bei den gewöhnlichen Betriebsspannungen findet kein Durchbruch der Sperrschicht in der Sperrrichtung statt, so daß der Rückstrom niedrig bleibt, selbst nach dem Injektionsdurchbruch. Wenn sich ein Durchbruch in dem Halbleiterkörper ausgebildet hat, kann die angelegte Spannung auf einen sehr kleinen Bruchteil der Durchbruchspannung erniedrigt werden, und die Vorrichtung verbleibt in einem Zustand mit stabilem niedrigem Widerstand in Durchlaßrichtung, solange der Durchbruch anhält. Die Spannung, die notwendig ist, um die Vorrichtung in einem Bereich niedrigen stabilen Widerstandes in Durchlaßrichtung zu halten, ist also viel niedriger als die Spannung, die zur Herbeiführung des Durchbruches notwendig ist.
  • Wenn eine solche bistabile Halbleitervorrichtung in einen elektrischen Stromkreis eingeschaltet wird und eine Spannung angelegt wird, fließt im wesentlichen kein Strom, solange kein Injektionsdurchbruch stattgefunden hat. Wenn jedoch die angelegte Spannung auf einen solchen Wert angestiegen ist, daß ein Injektionsdurchbruch eintritt, fließt ein starker Strom in dem Stromkreis, und der Strom in Durchlaßrichtung ist in vielen Fällen in erster Linie nur durch den Widerstand der äußeren Schaltelemente begrenzt. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann daher aus dem nichtleitenden in einen leitenden Zustand durch einen kurzen Spannungsimpuls übergeführt werden, der so hoch ist, daß er das Durchbruchpotential übersteigt. In ähnlicher Weise bleibt die Halbleiteranordnung, nachdem der Durchbruch stattgefunden hat, selbst wenn die Betriebsspannung unter den Wert gesenkt wird, der notwendig war, um den Durchbruch auszulösen, in einem leitenden Zustand, bis die angelegte Spannung unter den Minimalwert gesenkt worden ist, der zur Aufrechterhaltung notwendig ist, und für eine Zeit, die genügt, um eine Rekombination der 1linderheitsleitungsträger zu gestatten, so daß der Halbleiter in den stabilen nichtleitenden Zustand mit hohem Widerstand zurückkehrt. Die Zeit hängt von der Tiefe der Störterme (trapping states) ab, welche die wirksame Lebensdauer der eingeführten Minderheitsladungsträger bestimmt.
  • Weiterhin kann der beschriebene Injektionsdurchbruch durch einen Impuls von Strahlungsenergie, z. B. durch sichtbares Licht, ausgelöst werden, wenn die an der Vorrichtung liegende Spannung unterhalb der Durchbruchsspannung gehalten wird. Wenn die vorliegende bistabile Vorrichtung leitend geworden ist und die angelegte Spannung auf einen Wert vermindert worden ist, der in der Nähe der minimalen, den Zustand aufrechterhaltenden Spannung liegt, kann die Vorrichtung ferner durch einen eintreffenden Impuls von infrarotem Licht geeigneter Wellenlänge nichtleitend gemacht werden.
  • Im allgemeinen soll das Halbleitermaterial folgenden Anforderungen genügen: der Halbleiter soll tiefliegende Störterme im verbotenen Band besitzen, welche eingeführte Minderheitsladungsträger auffangen. Der halbleitende Körper soll unter normalen Betriebsbedingungen einen hohen Widerstandswert vor dem Injektionsdurchbruch besitzen. In dem halbleitenden Körper soll eine gleichrichtende p-n-Schicht, die als Quelle der eingeführten Minderheitsladungsträger dient, sowie ein nicht gleichrichtender Kontakt mit dem Halbleiterkörper vorhanden sein, der als Quelle von Mehrheitsladungsträgern dient.
  • In Fig. 1 ist die Ausführung einer bistabilen Halbleiteranordnung 1 dargestellt, die eine Halbleiterdiode 2 im Innern eines temperaturgesteuerten Behälters 3 (Dewargefäß) aufweist. Die Diode 2 enthält einen halbleitenden Körper 4, der ein dünnes kristallines Plättchen, vorzugsweise von einkristalliner Struktur, das eine Länge und Breitenabmessung aufweist, die wesentlich größer als seine Dicke ist, sowie einen gleichrichtenden Kontakt 5, der an eine Hauptfläche des Halbleiterplättchens 4 angeschmolzen ist und damit verschmolzen ist, so daß sich ein p-n-Übergang 6 in der benachbarten Oberflächenregion 7 bildet, während ein nicht gleichrichtender Kontakt 8 niedrigen Widerstandes mit der gegenüberliegenden Hauptfläche des Halbleiterplättchens 4 verbunden ist. Das Halbleiterplättchen 4 muß die oben angegebenen Eigenschaften hohen Widerstandes und tiefliegender Störterme, welche die Minderheitsladungsträger einfangen können, erfüllen. Diesen Bedingungen genügt die Dotierung mit geeigneten Verunreinigungsspuren, z.B. Eisen, Kobalt, Gold, Zink oder Kupfer.
  • Der gleichrichtende Kontakt 5 der Halbleitervorrichtung 1 soll ein Aktivatorelement sein, das entgegengesetzten Leitungstyp als das halbleitende Plättchen 4 erzeugt. Wenn das halbleitende Plättchen 4 der p-Type angehört, kann der Kontakt 5 eine Legierung aus Zinn und Arsen, Antimon oder Phosphor enthalten oder eine Legierung von Indium mit etwa 1001o eines Donatorelementes Antimon, Arsen oder Phosphor. Wenn es andererseits der n-Type angehört, kann der gleichrichtende Kontakt 5 ein Akzeptorelement oder eine Legierung, z. B. Indiurn, Gallium und Aluminium oder deren Legierungen, enthalten. Der Kontakt 8 kann aus irgendeinem Metall bestehen, das einen nicht gleichrichtenden Kontakt mit dem Halbleiterplättchen 4 herstellt. Wenn das Halbleiterplättchen der n-Type angehört, kann der Kontakt 6 z. B. aus Zinn oder einer Legierung von Zinn und Arsen oder Zinn und Antimon bestehen. Wenn das Halbleiterplättchen 4 der p-Type angehört, kann der Kontakt 8 z. B. aus Zinn, Indium oder Aluminium oder einer Legierung von Zinn mit einem Akzeptorelement oder einer Kombination derselben bestehen. Anschlußleitungen 9 und 10 sind mit den Kontakten 5 und 6 in geeigneter Weise, z. B. durch Löten, verbunden und dienen dazu, die bistabile Vorrichtung 2 mit einer Impulsspannungsquelle zu verbinden.
  • Das Thermosgefäß 3 kann z. B. aus einem doppelwandigen Dewargefäß mit einer einzelnen inneren Wandung 12 und einer doppelten äußeren Wandung 13 bestehen, wobei der Zwischenraum 14 mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt sein kann, um die Halbleitervorrichtung 2 auf der geeigneten Temperatur zu halten und den bistabilen Betrieb derselben sicherzustellen. Die Temperatur, bei der der bistabile Betrieb erreicht werden kann, ändert sich etwas mit der Zusammensetzung des halbleitenden Plättchens 4.
  • Die Fig.2 der Zeichnung zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Fig. 1, die geeignet ist, von einfallenden Impulsen von Strahlungsenergie ausgelöst und gelöscht zu werden. Eine Linsenvorrichtung 15 ist in die Wandung des Thermosgefäßes 3 eingesetzt, um das sichtbare Licht von einer nicht dargestellten Lichtquelle zu sammeln und den Injektionsdurchbruch in der Diode 2 einzuleiten, um diese leitend zu machen. Eine zweite Linse 16 ist in den gegenüberliegenden Wandungsteil des Thermosgefäßes 3 eingesetzt, um das infrarote Licht auf die Diode 2 zu konzentrieren und sie nichtleitend zu machen.
  • Einige elektrische Eigenschaften einer bistabilen Halbleiteranordnung nach Fig.2 seien nun angegeben. Das halbleitende Plättchen 4 der Halbleitervorrichtung 1 enthält einen kristallinen Körper von Germanium hoher Reinheit, vorzugsweise der n-Type, der mit einer Spur von Eisen dotiert ist. Ein halbleitender Körper aus Germanium hoher Reinheit mit einer Spur von Eisen kann erzeugt werden, indem der Kristall aus einer Schmelze gezogen wird, der eine kleine Menge Eisen zugeführt worden ist. Der Ausdruck »Germanium hoher Reinheit« wird hierbei benutzt, um Germanium zu kennzeichnen, das weniger als 5 - 1013 Atome unkompensierter Aktivatorverunreinigungen pro ccm Germanium hat. Der Ausdruck »Spuren von Eisen« soll 1012 bis 1014 Atome Eisen pro ccm Germanium bedeuten.
  • Das Ausgangsgermanium, dem das Eisen zugeführt wird, um das Material des halbleitenden Plättchens 4 zu bilden, soll fast eigenleitend sein und einen Widerstand von mehr als 40 Ohm - cm bei 25° C haben. Germanium kann bei einer gegebenen Temperatur als eigenleitend bezeichnet werden, wenn es im wesentlichen gleich viel Elektronen und positive Löcher enthält. Dieses eigenleitende Germanium hohen Widerstandes kann durch Reinigung hergestellt werden oder es kann durch Kompensation erhalten werden, indem Donatoren- und Akzeptorenanzahl im Germanium so ausgeglichen werden, daß die positiven und, negativen elektrischen Leitungsträger im wesentlichen sich kompensieren. Bevor das Eisen dem Ausgangsgermanium zugeführt wird, sollen sich daher weniger als 5 . 1013 Atome unkompensierter Aktivatorverunreinigungen pro ccm im Germanium befinden. Da der Abscheidungskoeffizient (d. h. das Verhältnis der Menge der Verunreinigungen in einem festen Gerlnaniumkristall zu der Menge der Verunreinigungen in einer flüssigen Phase, aus der heraus das feste Germanium gezogen wird) von Eisen in Germanium sehr niedrig ist und nur in der Größenordnung von 10---6 oder weniger liegt, wird nur eine sehr kleine Menge von Eisen in dem festen Germaniumkristall anwesend sein. Die Menge des in dem festen Kristall anwesenden Eisens hängt von der Konzentration des Eisens in der Schmelze ab, die leicht kontrolliert werden kann. Mit ungefähr 0,05 bis 0,10 Atomprozent Eisen in der Schmelze treten etwa 1012 bis 1014 Atome Eisen pro ccm Germanium in den wachsenden Kristall ein. Diese kleine Spur von Eisen genügt jedoch.
  • Die tiefliegenden Störterme, die durch kleine Spuren von Eisen in Germanium hoher Reinheit hervorgerufen werden, bewirken, daß der resultierende Germaniumkörper sehr hohe Widerstände in dem Temperaturbereich von -100 bis -200° C aufweist. Diese hohen spezifischen Widerstände liegen in der Größenordnung von 1010 Ohm - cm oder darüber. Wenn die Vorrichtung der Fig.2 auf dieser niedrigen Temperatur gehalten wird, indem z. B. das Thermosgefäß 3 mit flüssiger Luft oder flüssigem Stickstoff gefüllt wird, kann der bistabile Betrieb in einen nutzbaren Bereich von niedrigen aufgedrückten Betriebsspannungen erreicht werden. Wenn das Halbleiterplättchen 4 Germanium hoher Reinheit enthält, das mit 1012 bis 1014 Eisenatomen pro ccm Germanium dotiert ist und einen Tieftemperaturwiderstand der Größenordnung von 1010 bis 1012 Ohm - cm aufweist, dann behält die bistabile Vorrichtung diesen hohen Wert des Widerstandes für Feldstärken bis zu etwa 150 Volt pro cm ohne Durchbruch bei. Eine bistabile Vorrichtung mit einem halbleitenden Plättchen 4 von etwa 0,33 cm Dicke zeigt z. B. ein Durchbruchspotential von etwa 50 Volt. Nachdem die Vorrichtung von dem ersten stabilen Zustand hohen Widerstandes in den zweiten stabilen Zustand niedrigen Widerstandes übergeführt worden ist, kann sie im zweiten stabilen Zustand mit nur einem Bruchteil der Durchbruchsspannung gehalten werden. Während die in dem Beispiel erwähnte Vorrichtung eine Spannung von etwa 50 Volt für den Durchbruch benötigt, kann sie im leitenden Zustand niedrigen Widerstandes mit einer angelegten Spannung von nur 2 Volt gehalten werden. Es ist daher ersichtlich, daß die Vorrichtung dieses Beispiels zwei stabile Widerstandswerte für Werte der angelegten Spannung von 2 bis 50 Volt besitzt. Diese Werte sind nur als Beispiel angegeben, und es sei bemerkt, daß sie durch Änderung der Abmessungen der Vorrichtung, durch Änderung des Anfangswiderstandes des Germaniumplättchens 4 oder durch Änderung der Betriebstemperatur geändert werden können.
  • In Fig. 3 a und 3 b sind die elektrischen Kennlinien einer Vorrichtung dargestellt, die gemäß der Erfindung ausgeführt ist und einen bistabilen Betrieb durch Steuerung mit Impulsen von strahlender Energie gestatten.
  • Fig. 3 a und 3 b sind Oszillogramme, welche die Stromspannungscharakteristiken einer Vorrichtung nach Fig.2 vor und nach dem Injektionsdurchbruch darstellen, bei der das halbleitende Plättchen 4 einen kristallinen Körper aus Germanium hoher Reinheit der n-Type, das mit einer Spur von Eisen imprägniert ist, aufweist. In Fig. 3 a ist eine Wechselspannung mit einem Spitzenwert von 17 Volt an die Zuführungsleitungen 9 und 10 einer bistabilen Vorrichtung 1 gelegt. Da das Germaniumplättchen 4 dieser Vorrichtung ungefähr 0,33 cm dick ist, stellt dies eine Feldstärke von etwa 50 Volt pro cm, d. h. einen Wert unter der Durchbruchsfeldstärke, dar. Der Bereich links von der Nullspannungslinie stellt eine Vorspannung in der Sperrichtung der Diode 2 dar. Der Bereich rechts von der Nullspannungslinie stellt eine Vorspannung in der Durchlaßrichtung dar. Wenn kein sichtbares Licht auf die Diode 2 fällt und die angelegte Spannung unter der Durchbruchsspannung liegt, fließt kein nennenswerter Strom durch die Diode 2. Fig. 3b stellt die Spannungs-Strom-Charakteristik der bistabilen Vorrichtung 1 dar, nachdem ein Impuls von 1/loo Sekunde Dauer von einer Neonlampe durch die Linse 15 auf die Diode 2 gefallen ist. Die Einteilung der Stromskala der Fig. 3 b ist gegenüber der Fig. 3 a um einen Faktor von 1000 geändert worden, um den Strom darstellen zu können. Nachdem der Durchbruch eingetreten ist, fließt kein Strom in der Sperrichtung, jedoch ist der Strom in der Durchlaßrichtung in erster Linie durch den äußeren Widerstand des Kreises begrenzt, während die bistabile Anordnung 1 einen vernachlässigbaren Widerstand mit dem niedrigen stabilen Wert von etwa 10 bis 100 Ohm - cm aufweist.
  • Die Vorrichtung der Fig.2 kann in den stabilen nichtleitenden Zustand hohen Widerstandes, wie er in dem Oszillogramm der Fig. 3 a dargestellt ist, durch einen Impuls von infrarotem Licht zurückgebracht werden, das auf das Plättchen 4 durch die Linse 16 in dem Thermosgefäß 3 gerichtet wird.
  • Die Energie der einfallenden Strahlen, welche den Durchbruch in der bistabilen Anordnung einleitet und löscht, ist verschieden, je nach der Zusammensetzung des halbleitenden Materials und der Störstellen, durch die die tiefliegenden Störterme erzeugt worden sind. Als Beispiel jedoch kann angegeben werden, daß, wenn das halbleitende Plättchen 4 der bistabilen Anordnung 1 Germanium der n-Type, das mit Eisenspuren dotiert ist, enthält, eine Strahlung mit Energien von über etwa 0,7 eV, die z. B. sichtbar sein kann oder neben infrarotem Licht von etwa 1,8 #t Wellenlänge oder weniger liegen kann, einen Durchbruch auslöst, wenn die angelegte Spannung über der minimalen, den Durchbruch aufrechterhaltenden Spannung, aber unter dem Durchbruchspotential liegt. In ähnlicher Weise löscht strahlende Energie von etwa 0,4 bis 0,6 eV den Durchbruch, wenn das angelegte Potential nur wenig über der minimalen Dauerspannung liegt. Die Strahlung kann z. B. aus infrarotem Licht mit einer Wellenlänge von etwa 2 bis 3 Ei bestehen.
  • Die strahlende Energie, welche erforderlich ist, um den Durchbruch bei der bistabilen Vorrichtung der Erfindung auszulösen und zu löschen, braucht nicht sehr groß zu sein. Wenn die angelegte Spannung (im Fall des Durchbruchs) zusätzlich auf einen Wert erhöht wird, der sich dem Durchbruchspotential nähert, nimmt der Betrag der einfallenden Energie, der notwendig ist, um den Durchbruch zu erzeugen, ab. Als Beispiel dieses Merkmales sei eine bistabile Diode entsprechend der Fig. 1 angegeben, bei der das Plättchen 4 von 0,5 cm Dicke untersucht wurde, das aus einem Körper von Germanium hoher Reinheit mit einer Spur von Eisen bestand. Für diese Vorrichtung betrug das Durchbruchspotential im Dunkeln 75 Volt. Mit einem Potential von 3 Volt an der Vorrichtung wurde der Durchbruch beim Einfall von Licht mit einer Wellenlänge von 1,5 #t und 10-5 eingeleitet. Wenn die angelegte Spannung auf 9 Volt erhöht wurde, betrug der Wert des Lichtes bei der gleichen Wellenlänge, der erforderlich war, um den Durchbruch auszulösen, nur 10--6. Wenn die angelegte Spannung auf 45 Volt erhöht wurde, nahm die Durchbruchlichtenergie auf 10-7 ab.
  • In Fig.4 ist eine weitere Anordnung dargestellt. Die Vorrichtung der Fig. 4 zeigt eine halbleitende Vorrichtung 20 mit drei Anschlüssen in einem Thermosgefäß 21. Die Halbleitervorrichtung 20 enthält ein halbleitendes Plättchen 22, das einen nicht gleichrichtenden Kontakt 23 auf der einen Hauptfläche und zwei gleichrichtende Kontakte 24 und 25 an der anderen Hauptfläche trägt. Der Widerstand zwischen den Kontakten 23, 24 und 25 ist im wesentlichen unendlich, solange ein Durchbruch noch nicht ausgelöst worden ist. Wenn jedoch der Injektionsdurchbruch zwischen dem gleichrichtenden Kontakt 24 und dem nicht gleichrichtenden Kontakt 23 eingeleitet worden ist, arbeitet die Vorrichtung als Transistor, wobei der Kontakt 24 als Emitter, der Kontakt 25 als Kollektor und derKontakt23 alsBasiselektrode dienen. Die Triodenanordnung 20 kann in einen stabilen, nichtleitenden Zustand zurückgebracht werden, wenn die Emitterspannung für einen genügend langen Zeitraum auf Null gebracht wird.
  • Das halbleitende Plättchen 22 kann in der gleichen Weise ausgebildet sein wie das Plättchen 4 der Vorrichtung nach Fig. 1 und kann in geeigneter Weise ein kristalliner Körper aus Germanium sein, der nicht mehr als 5 - 1013 Eisenatome pro ccm Germanium aufweist und dem von 1012 bis 1014 Eisenatome pro ccm hinzugefügt worden sind. Die gleichrichtenden Kontakte 24 und 25 der halbleitenden Vorrichtung 21 sollten ein Aktivatorelement von entgegengesetztem Leitungstyp als der Halbleiterkörper enthalten. Wenn das halbleitende Plättchen 22 zum p-Typ gehört, können die Kontakte 24 und 25 eine Legierung von Zinn und Arsen, Antimon oder Phosphor enthalten oder eine Legierung von Indium mit etwa 101/o irgendeines Donatorelementes Antimon, Arsen oder Phosphor. Wenn andererseits das Plättchen 22 dem n-Typ angehört, können die gleichrichtenden Kontakte 24 und 25 irgendein Akzeptorelement oder eine Legierung, wie z. B. Indium, Gallium und Aluminium oder Legierungen derselben, enthalten. Der Kontakt 23 niedrigen Widerstandes kann aus irgendeinem Metall bestehen, das einen nicht gleichrichtenden Kontakt mit dem Halbleiterplättchen 22 herstellt. Wenn das Halbleiterplättchen 22 der n-Type angehört, kann der Kontakt 23 in passender Weise aus Zinn oder einer Legierung von Zinn und Arsen oder Zinn und Antimon bestehen. Wenn das Halbleiterplättchen 22 der p-Type angehört, kann der Kontakt 23 in passender Weise aus Zinn, Indium oder Aluminium oder einer Legierung von Zinn mit irgendeinem Akzeptorelement oder einer Kombination davon bestehen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Asymmetrisch leitende Halbleiteranordnung mit einer p-n-Verbindung, z. B. Flächendiode, bei der der Halbleiterkörper mit einem Aktivator dotiert ist, der tiefliegende Störterme aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von zwei stabilen Widerstandswerten in Fluß- (oder Durchlaß-) Richtung bei Erregung des Halbleiters durch geeignete Spannungs- oder Lichtimpulse ein fast eigenleitender Halbleiterkristall, z. B. aus Germanium oder Silizium, verwendet wird, der mit Eisenspuren dotiert ist.
  2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper in einer Einrichtung, z. B. einem Kühlgefäß, angeordnet ist, um ihn auf einer vorgegebenen festen Temperatur zu halten.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper Germanium mit nicht mehr als 5 # 1013 Atomen eines unkompensierten Aktivators pro ccm enthält und mit 1012 bis 1014 Eisenatomen pro ocm Germanium imprägniert ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper auf einer Temperatur von etwa -100 bis -200° C gehalten wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Philips Reseach Rep.> Bd. 8 (1953), S. 244.
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Cited By (6)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1159098B (de) * 1960-02-15 1963-12-12 Intermetall Halbleiterbauelement mit mindestens einem pn-UEbergang und Verfahren zum Herstellen
DE1188733B (de) * 1960-11-29 1965-03-11 Siemens Ag Durch ein Peltier-Element gekuehlte Halbleiteranordnung
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