DE1013796B - Unipolar transistor and method for its manufacture - Google Patents

Unipolar transistor and method for its manufacture

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Description

Unipolarer Transistor und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf einen neuartigen und besonders vorteilhaften unipolaren Transistor sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.Unipolar transistor and method of making it The invention relates to a novel and particularly advantageous unipolar transistor and a method for producing the same.

Bekanntlich gehören die bisher vorgeschlagenen Transistoren entweder zu der Art der »bipolaren« oder zu der Art der »unipolaren« Transistoren. Bei »bipolaren« Transistoren besteht zwischen den Trägern der negativen beweglichen Ladungen (Elektronen) und den äquivalenten Trägern der positiven beweglichen Ladungen (Löcher) eine Wechselwirkung. Bei den »unipolaren« Transistoren haben die Ladungsträger des wirksamen B ereiches grundsätzlich lauter Ladungen gleicher Polarität.As is known, the previously proposed transistors belong either to the type of "bipolar" or to the type of "unipolar" transistors. With "bipolar" Transistors exists between the carriers of negative mobile charges (electrons) and the equivalent carriers of positive mobile charges (holes) interact. In the case of "unipolar" transistors, the charge carriers have the effective range basically all charges of the same polarity.

Die derzeit bekanntesten Arten von bipolaren Transistoren sind Transistoren mit der Verbindung p-n-p und n-p-n.The most popular types of bipolar transistors currently known are transistors with the connection p-n-p and n-p-n.

Demgegenüber hat die Entwicklung »unipolarer« Transistoren erst ganz kürzlich eingesetzt. Diese Transistoren scheinen a priori interessantere Möglichkeiten zu bieten als ;>bipolare« Transistoren, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Breite des Nutzfrequenzbandes, welche für eine gleiche oder sogar höhere Ausgangsleistung wesentlich größer ist, sowie ihre Eingangs- und Ausgangswiderstandswerte, die ebenfalls beträchtlich größer sind.In contrast, the development of "unipolar" transistors has only just begun recently used. These transistors seem a priori more interesting possibilities to offer as;> bipolar «transistors, especially with regard to the Width of the useful frequency band, which for an equal or even higher output power is much larger, as well as their input and output resistance values, which are also are considerably larger.

Das allen unipolaren Transistoren gemeinsame Prinzip besteht darin, den Widerstand eines Halbleiterkörpers unter der Einwirkung eines modulierenden elektrischen Feldes zu verändern. Es ist bereits bekannt, den Widerstand eines Halbleiterkörpers mittels eines elektrischen Feldes modulieren zu können. Wenn man in diesen Halbleiter einen Strom hineinschickt, so bewirkt das Anlegen eines elektrischen Feldes senkrecht zum Strom eine Modulation desselben. Nach bisher aufgestellten Hypothesen ergibt sich diese Wirkung aus der Bildung von Raumladungen, ausgehend von der Oberfläche in das Innere des Halbleiters. Die Ausdehnung dieser Ladungen ist - im übrigen unter lauter gleichen Bedingungen - um so größer, je höher die Feldstärke an der Oberfläche des Halbleiters ist. Wenn die Dimension des Halbleiterkörpers in der Richtung des elektrischen Feldes größer als die Ausdehnung der Raumladungen ist, ist der Halbleiterkörper zwischen diesen Ladungen elektrisch neutral, und das elektrische Feld ist daher dort praktisch Null. Es läßt sich demgemäß erkennen, daß zwischen dem elektrischen Feld und den Raumladungen eine Wechselwirkung besteht: das elektrische Feld ruft das Entstehen der Ladung hervor, und die Ausdehnung dieser Ladung ist es, welche die Bildung des elektrischen Feldes gestattet. Zwischen dem Äußeren und Inneren des Halbleiterkörpers ist eine Potentialdifferenz gebildet.The principle common to all unipolar transistors is that the resistance of a semiconductor body under the influence of a modulating to change the electric field. The resistance of a semiconductor body is already known to be able to modulate by means of an electric field. When you get into this semiconductor sends a current into it, the application of an electric field causes it to be perpendicular to the current a modulation of the same. According to the hypotheses that have been made so far This effect arises from the formation of space charges, starting from the surface into the interior of the semiconductor. The expansion of these charges is - by the way below all the same conditions - the greater the higher the field strength on the surface of the semiconductor is. If the dimension of the semiconductor body is in the direction of the Electric field is greater than the expansion of the space charges, is the semiconductor body between these charges electrically neutral, and the electric field is therefore practically zero there. It can accordingly be seen that between the electrical There is an interaction between the field and the space charges: the electric field calls the origin of the charge emerges, and it is the expansion of this charge which is what allows the formation of the electric field. Between the outside and the inside a potential difference is formed in the semiconductor body.

Bei den unipolaren Transistoren, wie sie von W. Shockley in dessen Aufsatz »A Unipolar ,Field-Effect` Transistor« (Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Bd.40, November 1952, S.1365 bis 1376) beschrieben sind, ist ein dünnes Plättchen, nachstehend als »Kern« bezeichnet, eines Halbleiterkörpers eines gegebenen Typs, beispielsweise aus Germanium des Typs p, von verhältnismäßig großem Widerstand, der etwa dem Widerstandswert des reinen Halbleiters (d. h. ohne Beimengungen) entspricht, an seinen Seitenwandungen mit Plättchen eines Halbleiters gleicher Dimensionen wie das erstere Plättchen, jedoch entgegengesetzten Typs, z. B. aus Germanium des Typs n und von verhältnismäßig geringem, durch starken Zusatz von Beimengungen herabgesetztem Widerstand bedeckt. Elektroden, welche aus Teilen stark gedopten Germaniums des Typs p bestehen, stehen mit den Außenwandungen des Kerns in elektrisch leitender Verbindung. Man hat vorgeschlagen, diese Elektroden als »Quellenelektrode« und »Saugelektrode« zu bezeichnen, um sie von Elektroden von Vakuumröhren und von Elektroden bipolarer Transistoren zu unterscheiden; die Eigenschaften und der Aufbau der letzteren sind völlig anders als diejenigen unipolarer Transistoren. Diese Bezeichnungen werden nachfolgend weiterhin verwendet, und die den Kern bedeckenden Plättchen werden als »Steuerelektrode« oder >>Gitter« bezeichnet.In the case of the unipolar transistors, as described by W. Shockley in his Article "A Unipolar, Field-Effect` Transistor" (Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Vol. 40, November 1952, pp. 1365-1376) is a thin plate, hereinafter referred to as "core", of a semiconductor body of a given type, for example of germanium of the type p, of relatively large Resistance which is roughly the same as the resistance value of the pure semiconductor (i.e. without admixtures) corresponds, on its side walls with platelets of a semiconductor of the same dimensions like the former, but of the opposite type, e.g. B. from germanium des Type n and of a relatively small amount, reduced by the addition of large amounts of admixtures Resistance covered. Electrodes made from parts of heavily doped germanium des Type p exist, are electrically conductive with the outer walls of the core Link. It has been suggested to use these electrodes as "source electrode" and "suction electrode" to designate them from electrodes of vacuum tubes and from electrodes of bipolar To distinguish transistors; the characteristics and structure of the latter are completely different from those of unipolar transistors. These designations are hereinafter further used, and the platelets covering the core are referred to as "Control electrode" or "grid".

Das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den außenliegenden Halbleiterplättchen und dem Kern des unipolaren Transistors in sozusagen entgegengesetztem Sinne, d. h. in dem Sinn, in dem der Durchgang des Stromes praktisch gesperrt wird, ruft die Bildung von Raumladungen in den an die Verbindungen n-p angrenzenden Halbleiterschichten hervor. Diese Raumladungen werden über eine Tiefe gebildet, welche von der Stärke des elektrischen Feldes, also der an die Gitter angelegten Spannung, abhängig ist. Die Dichte der Ladungsträger wird dort sehr- klein, wo eine resultierende Leitfähigkeit praktisch vernachlässigbar wird. Dies entspricht einer Verminderung der schon ursprünglich sehr geringen Dicke des Halbleiterkerns. Der Teil des Kerns, welcher zwischen den den Verbindungen n-p benachbarten Raumladungen eingeschlossen ist, wird als »Kanal« bezeichnet.The application of an electrical voltage between the external Semiconductor wafers and the core of the unipolar transistor in opposite directions, so to speak Senses, d. H. in the sense in which the passage of the current is practically blocked, causes the formation of space charges in the semiconductor layers adjoining the connections n-p emerged. These space charges are formed over a depth which is of the strength of the electric field, i.e. the voltage applied to the grid. The density of Charge carriers are very small where there is a resulting Conductivity is practically negligible. This corresponds to a reduction the originally very small thickness of the semiconductor core. The part of the core which is enclosed between the space charges adjacent to the connections n-p is called a "channel".

Der Moduliereffekt der Gitter in bisher bekannten unipolaren Transistoren - erstreckt sich nur auf eine Dimension des Kerns, d. h. nur auf dessen Dicke. Die Modulation, welche nur der Quadratwurzel der an die Gitter angelegten Spannung proportional ist, ist somit verhältnismäßig wenig -wirksam. Da die mögliche Dicke der Raumladungszonen nur wenige 10 #t ist, läßt sich andererseits begreifen, daß die Dicke des Kerns gewöhnlich die Größenordnung 100 #t nicht überschreiten soll, damit die Modulation des wirksamen Bereiches überhaupt bemerkbar sein kann. Die Herstellung einer Vorrichtung mit einem Plättchen aus einem beinahe idealen Halbleiter derartiger Dünne und von praktisch gleichmäßiger Stärke und unter Bedeckung von mit Verunreinigungen angereicherten Halbleiterschichten entgegengesetzten Typs stößt unbestreitbar auf große Schwierigkeiten.The modulating effect of the grid in previously known unipolar transistors - extends to only one dimension of the core, i.e. H. only on its thickness. the Modulation which is only proportional to the square root of the voltage applied to the grids is, is therefore relatively ineffective. Because the possible thickness of the space charge zones is only a few 10 #t, on the other hand, it can be understood that the thickness of the core usually the order of magnitude 100 #t should not exceed, so that the modulation of the effective area can be noticeable at all. The manufacture of a device with a wafer made of an almost ideal semiconductor of this thinness and of practically uniform in strength and covered with impurities Semiconductor layers of the opposite type undeniably face great difficulties.

Die Erfindung hat nun zum Ziel, die aufgewiesenen Nachteile völlig oder zum indestens teilweise zu vermeiden. Es wurde festgestellt, daß unipolare Transistoren sich auf wesentlich einfachere Art herstellen lassen, wenn man das System der Verbindungen n-p zwischen Halbleiterkörpern, welches sich in diesem besonderen Falle sehr schwer ausführen läßt, durch eine Metall-Halbleiter-Verbindung ersetzt, deren Ausführung sehr viel einfacher ist. Tatsächlich entsteht hierbei an der Innenseite des Halbleiters eine natürliche, charakteristische Sperrschicht wie bei der Verbindung n-p, und zwar durch eine Oberflächenladung und eine Raumladung, welche sich über eine Tiefe erstreckt, welche von der zwischen dem Metall und dem Halbleiter angelegten Spannung abhängig ist.The invention now has the aim of completely eliminating the disadvantages or at least partially to be avoided. It was found to be unipolar Transistors can be made in a much easier way if you can System of connections n-p between semiconductor bodies, which is in this particular Trap very difficult to carry out, replaced by a metal-semiconductor compound, which are much easier to carry out. In fact, this is created on the inside of the semiconductor a natural, characteristic barrier layer as in the connection n-p, namely by a surface charge and a space charge, which are about extends a depth which is from that created between the metal and the semiconductor Voltage is dependent.

Die Raumladung dieser natürlichen Sperrschicht erstreckt sich bis an die Oberfläche des Halbleiters, der eine Oberflächenladung von dem der vorgenannten Raumladung gegenüber entgegengesetztem Vorzeichen aufweist. Andererseits ist in Richtung auf das Innere des Halbleiters die Dichte der Raumladung fortschreitend ausgeglichen durch die beweglichen Ladungen der Träger, deren Vorzeichen ebenfalls dem der Raumladung entgegengesetzt ist und deren Dichte wächst, bis Neutralität erreicht ist.The space charge of this natural barrier extends up to to the surface of the semiconductor that has a surface charge of that of the aforementioned Has space charge opposite to the opposite sign. On the other hand, in The density of the space charge progressing towards the inside of the semiconductor balanced by the mobile charges of the carriers, their signs as well that of the space charge is opposite and its density increases until neutrality is reached.

Die Bildung der Oberflächenladung der Sperrschicht wird durch eine entsprechende Behandlung der Oberfläche des Halbleiters und durch geeignete Art des Ansatzes der Metallelektrode sowie durch die Wahl der Metallart begünstigt. Es werden hierüber später in der Beschreibung praktischer Ausführungsformen der Erfindung noch genauere Angaben gemacht.The formation of the surface charge of the barrier layer is caused by a Appropriate treatment of the surface of the semiconductor and suitable art the approach of the metal electrode as well as the choice of metal type. It will be about this later in the description of practical embodiments of the Invention made even more precise information.

Es ist auch möglich, das modulierende elektrische Feld quer zu einer zwischen dem Halbleiterkörper und dem metallischen Gitter angeordneten Isolierschicht zu erzeugen.It is also possible to have the modulating electric field across a between the semiconductor body and the metallic grid arranged insulating layer to create.

Es ist bereits darauf hingewiesen, daß die den Widerstand des Halbleiters in den bisher bekannten unipolaren Transistoren beeinflussende Modulation verhältnismäßig wenig wirksam ist, da sich die Wirkung des elektrischen Feldes nur längs einer einzigen Dimension des Halbleiters erstreckt. Im Gange der Untersuchung kam die Vorstellung auf, die Wirksamkeit der Modulation durch Einwirkenlassen des äußeren elektrischen Feldes auf den gesamten Querschnitt des Halbleiters beträchtlich steigern zu können. Die Erfindung bezieht sich auf einen unipolaren Transistor, bestehend aus einem stabförmigen Halbleiterkörper mit einem Halbleiter, wie Germanium, Silizium od. dgl., an dessen Stirnflächen die metallischen Quellen- und Saugelektrode und an dessen Längsseiten die metallische Steuerelektrode angeordnet sind. Erfindungsgemäß weist der Halbleiterkörper einen in seiner Stärke verringerten zylindrischen Teil mit einem kreisförmigen Querschnitt sowie mit einem Durchmesser zwischen 50 und 150 #L und einer Länge von etwa einigen 100 p. auf, und die metallische Steuerelektrode ist auf der frisch polierten Oberfläche des zylindrischen Teils angeordnet und umgibt diesen auf einer Länge kleiner als der zylindrische Teil.It has already been pointed out that the resistance of the semiconductor in the previously known unipolar transistors influencing modulation proportionally is little effective, since the effect of the electric field is only along a single Dimension of the semiconductor extends. In the course of the investigation, the idea came on, the effectiveness of the modulation by acting on the external electrical To be able to increase the field considerably over the entire cross-section of the semiconductor. The invention relates to a unipolar transistor consisting of a Rod-shaped semiconductor body with a semiconductor, such as germanium, silicon od. Like., On whose end faces the metallic source and suction electrodes and on the longitudinal sides of which the metallic control electrode are arranged. According to the invention the semiconductor body has a cylindrical part that is reduced in thickness with a circular cross-section and with a diameter between 50 and 150 #L and a length of about a few 100 p. on, and the metallic control electrode is placed on and surrounds the freshly polished surface of the cylindrical part this is smaller than the cylindrical part over a length.

Da die mittels des elektrischen Feldes erfolgende Modulation des Kanals und demzufolge des Widerstandes des Halbleiterkörpers (also des Stromes, welcher bei einer gegebenen Spannung denselben durchfließt) um so wirkungsvoller ist, je größer bei gleichem Potentialunterschied und bei demselben Typ des Halbleiters die Ausdehnung der Raumladungen im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt des Halbleiters ist, gestattet ein unipolarer Transistor mit zylindrischem Aufbau, einen Modulationsgrad zu bewirken, der sich bei einer Potentialdifferenz ergibt, die um die Hälfte geringer ist als diejenige, welche zur Erreichung des gleichen Modulationsgrades bei dem bisher verwendeten parallelepipedischen Aufbau notwendig ist.Since the modulation of the channel by means of the electric field and consequently the resistance of the semiconductor body (i.e. the current which at a given voltage it flows through) is the more effective, depending greater with the same potential difference and with the same type of semiconductor the Expansion of the space charges in relation to the total cross-section of the semiconductor is, a unipolar transistor with a cylindrical structure allows one degree of modulation to cause, which results at a potential difference that is lower by half is than that which is required to achieve the same degree of modulation in the previously used parallelepiped structure is necessary.

Weiter unten wird dieser Vorteil näher dargelegt, andere interessante Einzelheiten werden aufgeführt und gleichzeitig quantitative Angaben gemacht.This benefit is detailed below, along with other interesting ones Details are given and quantitative information is given at the same time.

Im Zusammenhang mit den Zeichnungen wird nunmehr die Erfindung näher beschrieben.The invention will now be described in greater detail in conjunction with the drawings described.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch einen bisher bekannten unipolaren Transistor; Fig.2 stellt einen als Verstärker geschalteten unipolaren Transistor gemäß der Erfindung dar; Fig.3, 4 und 5 zeigen schematisch unipolare Transistoren, bei welchen der wirksame Teil, d. h. der Teil, in welchem der Kanal moduliert wird, einmal einen kreisflächigen, dann einen ringförmigen und schließlich einen rechteckigen Querschnitt aufweist, um an Hand dieser Figuren die Vorteile des kreisförmigen Querschnitts aufzuzeigen; Fig. 6 stellt Kurven dar, welche die Abhängigkeit des an das Gitter eines rohrförmigen unipolaren Transistors zur Erzielung der vollständigen Einengung des Kanals anzulegenden elektrischen Feldes bzw. der zugehörigen Spannung von dem Verhältnis des inneren zum äußeren Rohrradius wiedergeben; Fig. 7 stellt Kurven dar, welche die Abhängigkeit des Stroms der Saugelektrode von der Spannung dieser Elektrode wiedergeben, und zwar einmal im Falle eines genau rechteckigen, zum anderen eines genau kreisförmigen Querschnitts des wirksamen Teils des Transistors; Fig. 8 und 9 veranschaulichen die charakteristischen Kurven eines Transistors gemäß der Erfindung, und zwar bezüglich der Änderung des Saugelektrodenstromes in Abhängigkeit von der Spannung dieser Elektrode bzw. von der Gitterspannung; Fig. 10 und 11 beziehen sich auf die Vorrichtung zur Herstellung der unipolaren Transistoren gemäß der Erfindung; Fig. 12 stellt eine weitere Ausführungsform des unipolaren Transistors gemäß der Erfindung dar; Fig.13 und 14 veranschaulichen unipolare Transistoren gemäß der Erfindung, welche im Inneren von Gehäusen oder sonstigen Halterungen angeordnet sind. Fig. 1 zeigt zu einem guten Verstehen der Erfindung zunächst einen unipolaren Transistor einer bereits bekannten Art. Die Ziffer 5.6 bezeichnet eine Germaniumschicht des Typs p, welche den Kern des Transistors bildet und einen Widerstand, der etwa dem Widerstandswert des reinen Halbleiters (d. h. ohne Beimengungen) entspricht, besitzt. Die Schichten 57 und 58 bestehen aus stark gedoptem Germanium des Typs n. Die Quellenelektrode ist mit 59 und die Saugelektrode mit 60 benannt, welche beide aus stark gedoptem Germanium des Typs p bestehen.Fig. 1 schematically illustrates a previously known unipolar Transistor; 2 shows a unipolar transistor connected as an amplifier according to the invention; 3, 4 and 5 show schematically unipolar transistors, in which the effective part, d. H. the part in which the channel is modulated, once a circular, then an annular and finally a rectangular one Has cross-section, based on these figures, the advantages of the circular cross-section to point out; Fig. 6 shows curves showing the dependence of the on the grid a tubular unipolar transistor to achieve full constriction of the channel to be applied electrical field or the associated voltage of the Show the ratio of the inner to the outer pipe radius; Fig. 7 represents curves represents the dependence of the current of the suction electrode on the voltage of this Reproduce electrode, once in the case of an exactly rectangular one, on the other a precisely circular cross-section of the effective part of the transistor; Fig. 8 and 9 illustrate the characteristic curves of a transistor according to FIG Invention, specifically with regard to the change in the suction electrode current as a function from the voltage of this electrode or from the grid voltage; Figs. 10 and 11 relate referring to the apparatus for manufacturing the unipolar transistors according to the invention; FIG. 12 shows a further embodiment of the unipolar transistor according to FIG Invention represent; 13 and 14 illustrate unipolar transistors according to the invention, which are arranged inside housings or other brackets. Fig. 1 first shows a unipolar transistor for a good understanding of the invention of an already known type. The number 5.6 denotes a germanium layer des Type p, which forms the core of the transistor and a resistor that is about the Resistance value of the pure semiconductor (i.e. without admixtures). The layers 57 and 58 consist of heavily doped germanium of the type n. The source electrode is named with 59 and the suction electrode with 60, both of which are made from heavily doped Germanium of the type p exist.

Wenn man zwischen den Gittern 57 und 58 und der Saugelektrode 60 eine Potentialdifferenz anlegt, bilden sich im wesentlichen im Kern 56 liegende Raumladungen 61 und 62, welche einen Kanal 63 begrenzen, dessen längs der Achse x sich erstreckende Querschnitt sich ändert in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz zwischen den Gittern und dem Kanal. Man erkennt, daß dieser Querschnitt sich nur in Richtung der y-Achse ändert, während seine Breite in Richtung der x-Achse konstant bleibt.If you have between the grids 57 and 58 and the suction electrode 60 a If a potential difference is applied, space charges essentially lying in the core 56 are formed 61 and 62, which delimit a channel 63, the one extending along the axis x Cross section changes depending on the potential difference between the Bars and the canal. It can be seen that this cross-section is only in the direction of the y-axis changes while its width in the direction of the x-axis remains constant.

Gemäß der Erfindung werden die Raumladungen nicht mehr an der Grenze der beiden Halbleiterkörper der Typen entgegengesetzter Leitfähigkeit, sondern in der Sperrschicht erzeugt, welche an der Grenze aus einer Metallschicht und einer Schicht eines Halbleiterkörpers besteht, welche Schichten gegebenenfalls durch einen Isolator voneinander getrennt sind.According to the invention, the space charges are no longer at the limit of the two semiconductor bodies of the types of opposite conductivity, but in The barrier layer is created, which is made up of a metal layer and a Layer of a semiconductor body consists, which layers are optionally by a Isolator are separated from each other.

Der in Fig. 2 in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Transistor besteht aus einem Halbleiterkörper des Typs n, beispielsweise aus Germanium des Typs n. Er umfaßt einen zylindrischen Teil 2 mit einem dem Durchmesser der seitlichen beiden, ebenfalls zylindrischen Teilen gegenüber kleineren Durchmesser. Auf den Anschlußflächen der beiden seitlichen Zylinderteile 3 und 4 sind zwei metallische Elektroden 5 und 6 angeordnet, die mit dem Halbleiter in elektrischem Kontakt stehen. 5 ist die Quellenelektrode, welche der Kathode einer thermoionischen Röhre mit drei Elektroden entspricht, und 6 die der Anode einer solchen Röhre entsprechende Saugelektrode. Um den eingeschnürten Teil 2 herum ist ein metallisches Steuergitter 7 angeordnet. Die Art des für die Herstellung dieses Gitters verwendeten Metalls ist nicht von wesentlicher Bedeutung, jedoch eignen sich gewisse Metalle besser als andere; bei Verwendung von Germanium des Typs n eignen sich besonders gut Indium, Zinn, Zink, Gold und Platin. Es ist wichtig, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers sehr sauber und regelmäßig ist und daß man dort im Falle eines Halbleiters des Typs n die Bildung einer Oxydschicht begünstigt, welche auf der Oberfläche das Haftenbleiben einer negativen Ladung erleichtert. Bekanntlich fördert eine Sauerstoffschicht diese Bildung. Man könnte daher vorzugsweise die Oberfläche mit einer wäßrigen Lösung von Wasserstoffsuperoxyd mit einer Konzentration von etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise mit einem geringen Zusatz, einem Bruchteil eines Gewichtsprozents, von Natriumkarbonat behandeln. Diese Behandlung findet bei einer Temperatur von beispielsweise etwa 60° C statt.The transistor designated in its entirety by 1 in FIG. 2 consists from a semiconductor body of type n, for example from germanium of type n. It comprises a cylindrical part 2 with one the diameter of the two lateral ones, also cylindrical parts compared to smaller diameters. On the pads of the two lateral cylinder parts 3 and 4 are two metallic electrodes 5 and 6 arranged, which are in electrical contact with the semiconductor. 5 is the source electrode, which corresponds to the cathode of a thermionic tube with three electrodes, and 6 the suction electrode corresponding to the anode of such a tube. To the constricted A metallic control grid 7 is arranged around part 2. The kind of for that The metal used to manufacture this grid is not essential however, certain metals are better than others; when using germanium of type n, indium, tin, zinc, gold and platinum are particularly suitable. It is It is important that the surface of the semiconductor body is very clean and regular and that in the case of a semiconductor of type n, there is the formation of an oxide layer favored, which makes it easier for a negative charge to stick to the surface. It is known that an oxygen layer promotes this formation. One could therefore preferentially the surface with an aqueous solution of hydrogen peroxide at a concentration from about 5 to 20 percent by weight, preferably with a minor addition, one Fraction of a percent by weight, of sodium carbonate treat. This treatment takes place at a temperature of about 60 ° C, for example.

8 ist eine Quelle, die zu verstärkende Signale abgibt, 9 und 10 sind zwei Gleichstromquellen, von denen die erstere für die Vorspannung des Gitters und die zweite für die Speisung der Saugelektrode vorgesehen ist, und 11 ist ein Belastungswiderstand. Die Spannung der Stromquelle 9 ist V, und die Spannung der Stromquelle 10 beträgt Va-V,; daraus ergibt sich, daß die Potentialdifferenz zwischen dem Gitter 7 und der Saugelektrode 6 V" beträgt. Die Pole der Stromquellen 9 und 10 sind für den Fall der Verwendung eines Halbleiterkörpers des Typs n angegeben. Im Falle eines Halbleiterkörpers des Typs p würden sie umgedreht sein. Das durch den Generator 8 gelieferte Signal moduliert den Widerstand des eingeschnürten Teils des Transistors, indem es den dem Durchgang des Stromes sich bietenden Querschnitt verändern läßt. Hieraus ergibt sich eine Stromänderung in dem Stromkreis »Quellenelektrode-Saugelektrode« und demzufolge eine Spannungsänderung an den Klemmen des Belastungs- bzw. Ausgangswiderstandes 11, an dem das Eingangssignal wesentlich verstärkt wiedererscheint.8 is a source providing signals to be amplified, 9 and 10 are two direct current sources, the former for biasing the grid and the second for feeding the suction electrode, and 11 is a load resistor. The voltage of the power source 9 is V and the voltage of the power source 10 is Va-V; from this it follows that the potential difference between the grid 7 and the suction electrode is 6 V ". The poles of the current sources 9 and 10 are indicated for the case of using a semiconductor body of type n. In the case of a semiconductor body of type p, they would be reversed The signal supplied by the generator 8 modulates the resistance of the constricted part of the transistor by changing the cross-section of the current through which the current can pass of the load or output resistance 11, at which the input signal reappears in a significantly amplified manner.

Die Fig. 3, 4 und 5 stellen mit 2 bzw. 2' bzw. 2" den eingeschnürten Teil von unipolaren Transistoren für die Fälle dar, in denen dieser eingeschnürte Teil einen zylindrischen oder röhrförmigen oder parallelepipedischen Aufbau hat, d. h. für die Fälle, bei denen sein, Querschnitt kreisförmig, ringförmig oder rechteckig ist. Der Transistor ist in jedem Falle durch den gleichen Halbleiter des Typs n gebildet, und sein eingeschnürter Teil ist von einem umfänglichen Gitter 7, 7' bzw. 7" umgeben. Die Transistoren sind mit ihrem eingeschnürten Teil in einem Bereich im Schnitt dargestellt, wobei lediglich deren Saugelektrode 6, 6' bzw. 6" zu sehen ist. Die Saugelektrode und das Gitter sind in den drei Fällen gegenüber der Quellenelektrode so gepolt, wie es in Fig. 2 angegeben ist. Die Pfeile I geben die Richtung des Stromes »Quellenelektrode-Saugelektrode« und die Pfeile E die Richtung des Feldes im Innern des Halbleiters an, welches aus den Potentialdifferenzen zwischen den drei Elektroden resultiert. Die Kreuze stellen die feststehenden positiven Raumladungen und die Striche die ebenfalls feststehenden negativen Oberflächenladungen dar.3, 4 and 5 represent the constricted with 2 and 2 'and 2 ", respectively Part of unipolar transistors in the event that it is constricted Part has a cylindrical or tubular or parallelepiped structure, d. H. for those cases where its cross-section is circular, ring-shaped or rectangular is. The transistor is in each case made of the same type n semiconductor and its constricted part is formed by a circumferential grid 7, 7 'and 7 ". The transistors are in one area with their constricted part shown in section, only the suction electrode 6, 6 'and 6 "can be seen is. The suction electrode and the grid are opposite the source electrode in the three cases polarized as indicated in FIG. The arrows I indicate the direction of the current "Source electrode-suction electrode" and the arrows E indicate the direction of the field inside of the semiconductor, which is derived from the potential differences between the three electrodes results. The crosses represent the fixed and positive space charges Outline the negative surface charges, which are also fixed.

Wenn die Raumladungen sich über den gesamten Querschnitt ausbreiten (Fall des Zusammenschrumpfens des Kanals), wird der Leitkanal im Falle der Fig. 3 auf die Achse 13, der Fig. 4 auf die Zylinderfläche 12 und der Fig. 5 auf den Teil der Ebene 11 reduziert. Es ist sofort ersichtlich, daß für eine gleiche Änderung dE des modulierenden Feldes E, also bei einer gleichen Änderung d V der Gitteniechselspannung, die Änderung des wirksamen Kanalquerschnitts nahe der vollständigen Kanalzusammenziehung beim Aufbau gemäß Fig. 3 wesentlich größer als bei den Aufbauten der Fig. 4 und 5 ist. Demzufolge ist ebenfalls auch die Modulationswirkung bei sonst gleichen Bedingungen beachtlich größer.When the space charges spread over the entire cross-section (In the case of the channel shrinking), the guide channel in the case of Fig. 3 on the axis 13, FIG. 4 on the cylinder surface 12 and FIG. 5 on the Part of level 11 reduced. It is immediately apparent that for the same change dE of the modulating field E, i.e. with an equal change d V of the gable odorous tension, the change in the effective channel cross-section near complete channel contraction in the structure according to FIG. 3 is much larger than in the structures of FIGS. 4 and 5 is. As a result, the modulation effect is also the same, all other things being equal considerably larger.

Nachstehend werden die angenäherten mathematischen Ausdrücke für den Saugelektrodenstrom in Abhängigkeit der Elektrodenspannungen und eine entsprechende graphische Darstellung wiedergegeben, wobei schon vorher darauf hingewiesen wird, daß der Absolutwert des elektrischen Feldes und demzufolge der Absolutwert der zum Hervorrufen vollständiger Kanalzusammenschrumpfung notwendigen Modulatorspannung beim Aufbau gemäß Fig. 3 halb so groß wie bei denjenigen der Fig. 4 und 5, und zwar bei Gleichheit der Eindringtiefe der Raumladungen ist.The following are the approximate mathematical expressions for the Suction electrode current as a function of the electrode voltages and a corresponding one graphical representation reproduced, whereby it is pointed out beforehand, that the absolute value of the electric field and consequently the absolute value of the Generating complete channel shrinkage necessary modulator voltage in the structure according to FIG. 3 half as large as in those of FIGS. 4 and 5, namely if the penetration depth of the space charges is equal.

Beim parallelepipedischen Aufbau ist bei einem Abstand von der Oberfläche das resultierende Feld der Oberflächen- und Raumladungen mit genügender Annäherung durch den Ausdruck gegeben: wobei N die Dichte der Träger der Raumladung ist (welche im Falle der Verwendung von Germanium des Typs n, wobei die Zahl der Ladungsträger p praktisch vernachlässigbar ist, bei gewöhnlichen Temperaturen der Dichte der Geber N, gleichgesetzt werden kann). Im einzelnen bedeutet q die Ladung eines Elektrons, K die Dielektrizitätskonstante des Halbleiters, L die Eindringtiefe der Raumladung und A eine Konstante, welche von dem gewählten Einheitensystem abhängig ist und deren Wert gleich 4 n bei Verwendung des CGS-Systems bzw. gleich 1 bei Verwendung des Giorgisystems ist.In the case of a parallelepiped structure, at a distance from the surface, the resulting field of the surface and space charges is given with a sufficient approximation by the expression: where N is the density of the carriers of the space charge (which in the case of the use of germanium of the type n, where the number of charge carriers p is practically negligible, can be equated with the density of the donors N at normal temperatures). In detail, q means the charge of an electron, K the dielectric constant of the semiconductor, L the penetration depth of the space charge and A a constant which is dependent on the selected system of units and whose value is 4 n when using the CGS system or 1 when using of the Giorgisystem is.

Das elektrische Feld an der Oberfläche ist gleich Damit die Raumladung sich über den gesamten Querschnitt ausbreitet (was der vollständigen Zusammenschrumpfung des Leitkanals entspricht), muß offensichtlich l = a sein, wobei a die Hälfte der kleinen Seite des betrachteten Rechtecks ist; dies ergibt entsprechend dieser Zusammenschrumpfung für das elektrische Feld E, an der Oberfläche In gleicher Weise ergibt sich für das elektrische Feld an der Oberfläche für den Fall rohrförmigen Aufbaus wobei R und r jeweils der Außen- und der Innenradius des Rohres und die übrigen Bezeichnungen die gleichen wie oben sind. Die zur Erreichung einer vollständigen Kanalzusammenschrumpfung notwendige Eindringtiefe ist hier (R-y), welche dem vorher betrachteten a entspricht. Setzt man in Gleichung (4) nunmehr (R-y) = a ein, so erhält man: Man kann also feststellen, daß der Ausdruck (5), wenn die Dicke a des Rohres gegenüber R klein ist, mit dem Ausdruck (3) praktisch identisch wird. Dies trifft zu für eine verhältnismäßig dünne rohrförmige Schicht. Wenn demgegenüber a = R wird, das ist der Fall des zylindrischen Aufbaus gemäß Fig. 3, ergibt der Ausdruck (5) einen halb so kleinen Wert E, wie derjenige, der sich aus dem Ausdruck (3) ergibt.The electric field on the surface is the same So that the space charge spreads over the entire cross-section (which corresponds to the complete shrinkage of the guide channel), obviously l = a, where a is half of the small side of the rectangle under consideration; this results in corresponding to this shrinkage for the electric field E, on the surface In the same way, there is a tubular structure for the electric field on the surface where R and r are the outer and inner radius of the pipe and the other designations are the same as above. The penetration depth necessary to achieve complete channel shrinkage is here (Ry), which corresponds to the previously considered a. If we now insert (Ry) = a in equation (4), we get: It can thus be stated that when the thickness a of the pipe is small compared to R, the expression (5) becomes practically identical to the expression (3). This is true for a relatively thin tubular layer. On the other hand, when a = R, which is the case of the cylindrical structure shown in FIG. 3, the expression (5) gives a value E which is half as small as that which results from the expression (3).

Das gleiche trifft auch für die Werte der Oberflächenspannung, d. h. der Spannung V, zu, welche zwischen dem Gitter und dem Leitkanal zur Erreichung der völligen Zusammenschrumpfung desselben angelegt werden muß. Diese Spannung ist angenähert der Summe der zwischen Gitter und Saugelektrode angelegten Spannung V und der Sperrspannung F"z, welche sich gewöhnlich an der Oberfläche des betrachteten Halbleiters einstellt. Auf alle Fälle kann man für die verhältnismäßig wichtigen Spannungen V, welche hier im Gang der Berechnung auftreten, die Ausdrücke vereinfachen, indem man durch Vernachlässigung in erster Annäherung Fm gleich V setzt.The same is true for the values of the surface tension, i.e. H. the voltage V, to which between the grid and the guide channel to achieve the complete shrinkage of the same must be applied. This tension is approximates the sum of the voltage V applied between the grid and the suction electrode and the reverse voltage F "z, which are usually found on the surface of the considered Of the semiconductor. In any case it is possible for the relatively important ones Voltages V, which occur here in the course of the calculation, simplify the expressions, by neglecting to set Fm equal to V as a first approximation.

Somit erhält man im Falle eines rechteckigen Querschnitts (Fig, 5) und im Falle eines ringförmigen Querschnitts wobei a = R - y ist. Man kann leicht nachprüfen, daß die Ausdrücke (6) und (7), wenn a gegenüber R klein ist, praktisch gleiche Werte der Spannungsdifferenz Vo ergeben, während, wenn a = Rist, der Ausdruck (7) einen Wert V, liefert, der halb so groß ist wie derjenige, der sich aus Gleichung (6) ergibt.Thus, in the case of a rectangular cross-section (Fig, 5) and in the case of an annular cross-section where a = R - y. One can easily check that the expressions (6) and (7), when a is small with respect to R, give practically equal values of the voltage difference Vo, while when a = R, the expression (7) gives a value V i, the is half the size of that resulting from equation (6).

Fig.6 veranschaulicht diese Beweisführung durch Darstellung von zwei Kurven 14 und 15, welche die Änderung von E., gegeben durch den Ausdruck (5), bzw. die Änderung von Vo, gegeben durch den Ausdruck (7), in Abhängigkeit von dem Verhältnis rIR zeigen, wobei E o R und Vox die im Falle rechteckigen Querschnitts erreichten Werte und E" und Vo, die im Falle kreisförmigen Querschnitts erreichten Werte sind. Der durch Verwendung der zylindrischen oder praktisch zylindrischen Ausbildung erreichte beachtenswerte Vorteil tritt deutlich hervor. Unter dem Ausdruck »praktisch zylindrisch« wird hier ein polygonaler Querschnitt verstanden, wobei dessen Polygonseiten genügend klein sind, damit der Abstand aller Punkte des Umfangs in bezug auf die Mitte des Polygons bei der Genauigkeit der Ausführung nahezu der gleiche ist.Figure 6 illustrates this argument by showing two Curves 14 and 15 showing the change in E. given by the expression (5) and the change in Vo given by the expression (7) depending on the ratio show rIR, where E o R and Vox reached those in the case of rectangular cross-sections Values and E "and Vo which are values obtained in the case of circular cross-section. The one achieved by using the cylindrical or practically cylindrical design notable advantage emerges clearly. Under the expression "practically cylindrical" a polygonal cross-section is understood here, the polygon sides of which are sufficient are small so that the distance of all points of the circumference with respect to the center of the Polygons is almost the same in accuracy of execution.

Der zylindrische Aufbau bringt ebenfalls auch andere Vorteile. Es läßt sich zunächst bemerken, daß man bei diesem Aufbau entweder die an das Gitter des Transistors angelegte Modulationsspannung V gegenüber dem Wert dieser Spannung im Falle parallelepipedischen Aufbaus bei gleichem Wert für a und für den gleichen Halbleiter, d. h. gleichem Wert N, um die Hälfte verringern oder bei gleichen Werten für V und a bei sonst gleichen anderen Charakteristiken einen Halbleiter mit einem dem des vorgenannten gegenüber doppelten Wert für N verwenden kann. Somit verdoppelt man angenähert den Grundleitwert des Kanals, was, wie später noch zu sehen ist, bei gleichem Kanalquerschnitt einen doppelt so großen Querleitwert ergibt.The cylindrical structure also has other advantages. It it can be noticed first of all that with this structure one either attaches to the grid of the transistor applied modulation voltage V versus the value of this voltage in the case of a parallelepiped structure with the same value for a and for the same Semiconductors, d. H. same value N, reduce by half or if the values are the same for V and a with otherwise the same other characteristics a semiconductor with a that of the aforementioned can use twice the value for N. So doubled one approximates the basic conductance of the channel, which, as will be seen later, with the same duct cross-section results in a transverse conductance that is twice as large.

Andererseits hat W. Shockley in dem vorhergenannten Aufsatz für den Fall eines rechteckigen Querschnitts des Transistors die folgende angenäherte Gleichung abgeleitet, welche den Strom I, zwischen der Quellen- und der Saugelektrode in Abhängigkeit der Saugelektrodenspannung Vd in bezug auf das Gitter und der Gitterspannung V, in bezug auf die Quellenelektrode wiedergibt Hierbei ist g, der Leitwert des Kanals pro Längeneinheit und L die Länge dieses Kanals, wobei dieser Ausdruck gilt für V, und V, kleiner oder gleich Vo.On the other hand, W. Shockley in the aforementioned article derived the following approximate equation for the case of a rectangular cross-section of the transistor, which gives the current I, between the source and the suction electrode as a function of the suction electrode voltage Vd with respect to the grid and the grid voltage V, with respect to the source electrode Here g is the conductance of the channel per unit of length and L is the length of this channel, whereby this expression applies to V, and V, less than or equal to Vo.

Es läßt sich für den Fall eines kreisförmigen Querschnittes bei gleicher Querschnittgröße leicht ein entsprechender Ausdruck ableiten, wobei andererseits berücksichtigt ist, daß bei gleicher Spannung V, der Leitwert des Kanals pro Längeneinheit hier zweimal größer, also gleich 2 go ist: Fig.6 bringt in graphischer Darstellung einen Vergleich der Charakteristiken »Strom-Spannung« der Saugelektrode für den parallelepipedischen Aufbau (Kurve 16) und für den zylindrischen Aufbau (Kurve 17) für den "' Fall V8 = 0, d. h. für den Fall, wo das Gitter unmittelbar mit der Quellenelektrode verbunden ist. Der Querleitwert ist durch folgenden Ausdruck gegeben: Der Maximalwert des Querleitwertes entspricht V9 = 0 und V, = Vo. Er ist, vom Vorzeichen abgesehen, gleich Dieser Wert ist doppelt so groß gegenüber demjenigen, welcher dem parallelepipedischen Aufbau entspricht [s. »Unipolar ,Field-Effect` Transistor« von G. C. Dacey und I. M. Ross in Proceedings of the Institute of Radio Engineers, August 19.13, S. 971, Gleichung (7)].A corresponding expression can easily be derived for the case of a circular cross-section with the same cross-section size, whereby, on the other hand, it is taken into account that with the same voltage V, the conductance of the channel per unit of length is twice greater, i.e. equal to 2 go: FIG. 6 graphically shows a comparison of the "current-voltage" characteristics of the suction electrode for the parallelepiped structure (curve 16) and for the cylindrical structure (curve 17) for the "'case V8 = 0, ie for the case where the grid is directly connected to the source electrode. The transverse conductance is given by the following expression: The maximum value of the transverse conductance corresponds to V9 = 0 and V, = Vo. Apart from the sign, it is the same This value is twice as large as that which corresponds to the parallelepiped structure [s. "Unipolar, Field-Effect" Transistor "by GC Dacey and IM Ross in Proceedings of the Institute of Radio Engineers, August 19.13, p. 971, equation (7)].

Es läßt sich leicht bemerken, daß der Wert von P für einen weiten Bereich von Werten von Vd, die kleiner als V, sind, praktisch konstant bleibt, was ein nennenswerter Vorteil gegenüber dem Fall parallelepipedischen Aufbaus ist. Der Wert von Pmnx ist auch gleich für V« = 0 und demzufolge gleich der Neigung der Kurve17 der Fig. 7 in deren Ursprung.It can easily be observed that the value of P remains practically constant for a wide range of values of Vd which are less than V i, which is an appreciable advantage over the case of parallelepiped construction. The value of Pmnx is also the same for V «= 0 and consequently equal to the inclination of curve 17 in FIG. 7 at its origin.

Es läßt sich andererseits feststellen, daß das Verhältnis der Widerstände -für V« = 0 und für V, = V, sechs in dem ersteren Falle (Kurve 17) gegenüber drei in dem zweiten Falle (Kurve 16) ist und daß schließlich in dem ersteren Falle der Sättigungsstrom praktisch schon bei dagegen beim zweiten Falle erst von V« = Va ab erreicht wird. Die Kurve »1d ./- V,« des zylindrischen Aufbaus (Kurve 17) nähert sich somit in weitem Maße derjenigen einer Pentode, welche bekanntlich durch einen äußerst hohen Verstärkungsfaktor gekennzeichnet ist.On the other hand, it can be stated that the ratio of the resistances for V «= 0 and for V, = V, six in the first case (curve 17) versus three in the second case (curve 16) and that finally in the first case the saturation current is practically already at on the other hand, in the second case, it is only reached from V «= Va ab. The curve "1d ./-V," of the cylindrical structure (curve 17) thus largely approaches that of a pentode, which is known to be characterized by an extremely high gain factor.

Diese Feststellung wird erhärtet durch die in den Fig. 8 und 9 wiedergegebenen Charakteristiken, welche sich auf einen Transistor gemäß der Erfindung mit folgenden Werten beziehen Wesentliches Material: Germanium des Typs n mit N = 1,6 - 10'4 pro cm3.This finding is corroborated by what is shown in FIGS. 8 and 9 Characteristics which relate to a transistor according to the invention with the following Values refer to Essential material: Germanium of type n with N = 1.6 - 10'4 per cm3.

Durchmesser des eingeschnürten Teils: 0 = 6 - 10-3 cm wobei V, = 40 Volt ist.Diameter of the constricted part: 0 = 6 - 10-3 cm where V, = 40 Volts is.

Kanallänge: L = 1,15 - 10-2 cm.Channel length: L = 1.15-10-2 cm.

Fig. 8 stellt die Charakteristiken »I, -/. V,« und Fig. 9 die Charakteristiken »I, ./- V,« dar.Fig. 8 shows the characteristics »I, - /. V, «and Fig. 9 the characteristics "I, ./- V,"

Man bemerkt, daß die Kurven »I, -/. V'« für die verschiedenen Werte von Vd von Va = 30 Volt ab zusammenfallen, wodurch der höchste Wert des Verstärkungsfaktors bestimmt wird, wenn man sich der vollkommenen Zusammenschrumpfung des Leitkanals nähert, da dieser Verstärkungsfaktor gegenüber dem Abstand zwischen den beiden, den gegebenen Werten von Vd entsprechenden Kurven »I, -/. V,« umgekehrt proportional ist.One notices that the curves »I, - /. V '«coincide for the different values of Vd from Va = 30 volts ab, whereby the highest value of the gain factor is determined when one approaches the perfect shrinkage of the guide channel, since this gain factor versus the distance between the two curves »I, - /. corresponding to the given values of Vd. V, «is inversely proportional.

Andererseits ist der Ouerleitwert für einen Transistor von ebenfalls verringerten Dimensionen verhältnismäßig erhöht. Die Leistung kann etwa 2E0 mW erreichen, und der Leistungsgewinn im tiefen Frequenzbereich beträgt etwa 40 db. Der Querleitwert und die Leistung können übrigens durch Parallelschaltung von Transistoren praktisch beliebig vergrößert werden. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die Nutzfrequenzgrenze, die bekanntlich von dem Produkt Rd C, abhängt, wobei Rd der Widerstand »Quellenelektrode-Saugelektrode« und Co die Kapazität »Gitter-Saugelektrode« ist, und welche ferner etwa 300 MHz erreichen kann, durch diese Parallelschaltung nicht beeinflußt wird, da der Widerstand durch die Zahl der parallel geschalteten Transistoren geteilt und die Kapazität mit dieser Zahl vervielfacht wird.On the other hand, the Ouerleitwert for a transistor of is also reduced dimensions relatively increased. The power can reach about 2E0 mW, and the power gain in the low frequency range is about 40 db. The transverse conductance and the performance can be made practical by connecting transistors in parallel can be enlarged at will. It should also be pointed out that the useful frequency limit, which, as is well known, depends on the product Rd C, where Rd is the resistance "source electrode-suction electrode" and Co is the capacity "grid suction electrode", and which is also about 300 MHz can achieve is not influenced by this parallel connection, since the resistance divided by the number of transistors connected in parallel and the capacitance is multiplied by this number.

Das Verfahren zur Herstellung der Transistoren gemäß der Erfindung wird nun in bezug auf die Fig. 10 und 11 beschrieben.The method of manufacturing the transistors according to the invention will now be described with reference to Figs.

Man nimmt ein Stäbchen 18 aus Germanium und schweißt oder lötet es an eine in dessen genaue Verlängerung angeordnete metallische Stange 19 aus Nickel oder Bronze, welche nach Anschluß des Transistors die eine Elektrode bildet. Diese Stange ist in dem Spannfutter 22 einer Rotationswelle 23 befestigt, welche in einem Lager 20 umläuft und über eine Riemenscheibe 21 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird. An das entgegengesetzte Ende des Stäbchens 18 wird eine aus einem Nickeldraht schwachen Durchmessers (0,1 mm) bestehende Schlinge angelötet oder -geschweißt, deren freies Ende in der Verlängerung des Stäbchens liegt und in einem Tiegel 26 enthaltenen Quecksilbertröpfchen 25 ruht. Das Stäbchen dreht sich im Inneren einer Wanne 27, in welche zwei Düsen 28 und 29 münden, deren Achsen sehr genau in durch das Stäbchen verlaufenden Radialebenen angeordnet sind. Die Düsen sind vorzugsweise horizontal angeordnet; in Fig. 10 sind sie demgegenüber nur deshalb vertikal dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen und sie alle beide erkennen zu lassen. Die Düse 28 dient dem elektrolytischen Polieren des eingeschnürten Teils und die Düse 29 der Bildung des das Gitter bildenden metallischen Niederschlags, z. B. aus Indium. Die Düse 28 wird von einem Elektrolytbehälter 30 gespeist, in den man einen Luftdruck einbringen kann und in welchen der Elektrolyt nach seiner Einwirkung und seinem Sammeln auf dem Boden der Wanne 27 wieder zurückfließt. In gleicher Weise wird die Düse 29 von einem Elektrolytbehälter 31 gespeist, in den man mittels des Ventils 32 einen Luftdruck einbringen kann und in welchen der aus der Wanne 27 abfließende Elektrolyt wieder zurückkehrt.A rod 18 made of germanium is taken and welded or soldered to a metallic rod 19 made of nickel or bronze which is arranged in its exact extension and which, after the transistor is connected, forms one electrode. This rod is fastened in the chuck 22 of a rotary shaft 23 which rotates in a bearing 20 and is driven by a motor (not shown) via a pulley 21. A loop consisting of a nickel wire with a small diameter (0.1 mm) is soldered or welded to the opposite end of the rod 18, the free end of which lies in the extension of the rod and the mercury droplets 25 contained in a crucible 26 rests. The rod rotates inside a trough 27 into which two nozzles 28 and 29 open, the axes of which are arranged very precisely in radial planes running through the rod. The nozzles are preferably arranged horizontally; In contrast, in FIG. 10 they are only shown vertically in order to simplify the drawing and to show them both. The nozzle 28 is used for the electrolytic polishing of the constricted part and the nozzle 29 for the formation of the metallic deposit forming the grid, e.g. B. from indium. The nozzle 28 is fed by an electrolyte container 30 into which air pressure can be introduced and into which the electrolyte flows back after its action and its collection on the bottom of the trough 27. In the same way, the nozzle 29 is fed by an electrolyte container 31 into which an air pressure can be introduced by means of the valve 32 and into which the electrolyte flowing out of the tub 27 returns.

Zwischen der Elektrode .19 und dem Quecksilbertröpfchen 25 ist ein elektrischer Steuerstromkreis angeschaltet, der die Stromquelle 33 und das Relais 34 aufweist, welches abfällt, wenn der Widerstand des Stäbchens einen bestimmten Wert überschreitet.Between the electrode .19 and the mercury droplet 25 is a electrical control circuit connected to the power source 33 and the relay 34, which drops when the resistance of the rod has a certain Value exceeds.

Das Relais 34 steuert mittels seiner Kontakte 55 das Anlegen einer von der Stromquelle 37 gelieferten Spannung an die mit dem betreffenden Elektrolyt in Kontakt stehenden Elektroden 35 oder 36. Die Polung des Elektrolyts ist gegenüber der des Germaniums während des Polierens negativ und während des galvanoplastischen Überziehens positiv. Während des Poliervorganges vermindert sich die gelieferte Spannung fortlaufend durch automatisches Verschieben des Schleiferarmes 56 auf dem Potentiometer 57 in der dargestellten Richtung, während die das galvanoplastische Überziehen steuernde Spannung fest ist. Es soll nun eine beispielsweise- Art der Herstellung eines Transistors beschrieben werden. Beispiel für die Herstellung eines unipolaren Transistors 1. Art des Halbleiterkörpers: Germanium des Typs n mit einem Widerstand von 3 bis 30 Ohm/cm oder Silizium des Typs p mit einem Widerstand von 10 bis 100 Ohm/cm.The relay 34 controls by means of its contacts 55 the application of a The voltage supplied by the power source 37 to that of the electrolyte in question electrodes 35 or 36 in contact. The polarity of the electrolyte is opposite that of germanium negative during polishing and during electroforming Overdraft positive. The amount delivered is reduced during the polishing process Continuous tension by automatically moving the grinder arm 56 on the Potentiometer 57 in the direction shown, while the galvanoplastic Over tightening controlling tension is firm. It should now be an example of the Manufacture of a transistor will be described. Example of the Manufacture of a unipolar transistor 1. Type of semiconductor body: Germanium of type n with a resistance of 3 to 30 ohms / cm or silicon of type p with a resistance of 10 to 100 ohms / cm.

2. Dimensionen des gemäß dem ersteren Vorschlag aus Germanium bestehenden Stäbchens vor dessen Behandlung: Durchmesser ....................... 0,5 mm Länge ............................. 2 mm 3. Der dem Polieren dienende Elektrolyt: Normallösung von H, S 04 bei einer Konzentration von 0,1 mit einem pH-Wert von 1,3. Durchmesser der Ausflußöffnung der Düse 28.................:..... 250 Durchflußmenge des Elektrolyts... 0,4 cm3/sec Der durch das Stäbchen hindurchfließende Strom: veränderlich zwischen 10 mA und 250 p.A vom Anfang bis zum Ende des Vorgangs.2. Dimensions of the rod consisting of germanium according to the first proposal before its treatment: Diameter ....................... 0.5 mm Length ............................. 2 mm 3. The electrolyte used for polishing: normal solution of H, S 04 at a concentration of 0.1 with a pH of 1.3. Diameter of the orifice of the Nozzle 28 .................: ..... 250 Flow rate of the electrolyte ... 0.4 cm3 / sec The current flowing through the rod: variable between 10 mA and 250 pA from the beginning to the end of the process.

Wenn der Widerstand des Stäbchens einen bestimmten Wert erreicht, welcher der beabsichtigten Stärkenverringerung (vgl. weiter unten) entspricht, fällt das Relais 34 ab und betätigt seine Kontakte 55; für das automatische Umlegen des Ventils 32 können Mittel vorgesehen sein.When the resistance of the stick reaches a certain value, which corresponds to the intended reduction in strength (see below) falls the relay 34 from and actuates its contacts 55; for the automatic transfer of the Valve 32 means may be provided.

Dauer des Vorgangs: ungefähr 10 Minuten. Unter Bezugnahme auf Fig. 11, welche den Widerstand des Stäbchens für Germanium des Typs n mit einem Widerstandswert von 30 Ohm/cm in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt, sieht man, daß der Vorgang am Ende der 10 Minuten, wenn der Widerstand etwa 20 000 Ohm beträgt und der Durchmesser des Halses nun etwa 50 [. erreicht hat, abgebrochen wird. Am Ende von 11 Minuten würde der Widerstand 30 000 Ohm überschreiten, und es würde bei einem Durchmesser des Halses von etwa 30 [, ein Brechen des Stäbchens eintreten.The process takes about 10 minutes. Referring to Fig. 11, which shows the resistance of the rod for germanium of type n with a resistance value of 30 ohms / cm as a function of time, it can be seen that the process at the end of 10 minutes when the resistance is about 20,000 ohms and the diameter of the neck now about 50 [. is canceled. At the end of 11 minutes the resistance would exceed 30,000 ohms and it would be at one diameter of the neck of about 30 [, break the rod.

4. Galvanoplastischer Niederschlag: Der dem Niederschlag dienende Elektrolyt: Lösung von In, (S O4) 3 im Verhältnis von 25 g pro Liter Wasser mit einem Zusatz von H, S 04, welche einen resultierenden pH-Wert von 2,8 ergibt. Durchmesser der Ausflußöffnung der Düse 29....................... 150 Durchlaufmenge des Elektrolyts.... 0,2 cm3/sec der das Stäbchen durchfließende Strom ........................ 1 mA Dauer des Vorgangs ............. 30 Sekunden bis 1 Minute 5. Die Umlaufgeschwindigkeit des Stäbchens während der Behandlung beträgt 60 Umdrehungen pro Minute; diese Geschwindigkeit ist jedoch keineswegs kritisch.4. Galvanoplastic precipitate: The electrolyte used for the precipitate: solution of In, (S O4) 3 in a ratio of 25 g per liter of water with an addition of H, S 04, which gives a resulting pH of 2.8. Diameter of the orifice of the Nozzle 29 ....................... 150 Flow rate of the electrolyte .... 0.2 cm3 / sec the one flowing through the stick Current ........................ 1 mA Duration of the process ............. 30 seconds up to 1 minute 5. The speed of rotation of the rod during the treatment is 60 revolutions per minute; however, this speed is by no means critical.

6. Dimensionen des Germaniumstäbchens nach seiner Behandlung: Durchmesser des eingeschnürten Teils ...................... 50 bis 150 @. Länge dieses eingeschnürten Teils....................... 100 bis 400 Durchmesser der Polierdüsen entsprechend diesen Grenz- werten. . . . . . . . . . . . . ungefähr 100 und 400 Länge der Steuerelektrode...... 80 bis 380 @. Durchmesser der Düsen für den galvanoplastischen Nieder- schlag entsprechend diesen Grenzwerten . . . . . . . . ungefähr 50und300 #t Zur Vervollständigung werden im folgenden einige Größenordnungen der elektrischen charakteristischen Werte des unipolaren Transistors angegeben, dessen Charakteristiken in den Fig. 8 und 9 wiedergegeben und dessen Dimensionen oben angegeben sind. Spannung zwischen Quellen- und Saugelektrode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Volt Spannung zwischen Gitter- und Quellenelektrode . . . . . . . . . . . . . . . 3 Volt Eingangswiderstand zwischen dem Gitter 7 und der Saugelektrode 6 beträgt etwa 25 MOhm bei ....... 43 Volt Eingangswiderstand zwischen dem Gitter 7 und der OOuellenelektrode beträgt etwa 3 MOhm bei . . . . . . . . 3 Volt Eingangswiderstand zwischen der Quellenelektrode 5 und der Saug- elektrode 6 beträgt etwa 45 000 Ohm bei............................ 40 Volt Leistungsverstärkungsfaktor ....... 33 db Abgegebene Maximalleistung.... 40 bis 50 mW Nutzfrequenzgrenze............... 50 MHz Fig. 12 zeigt eine andere Ausführungsform des Transistors, bei welcher zwischen der die Steuerelektrode bildenden Metallschicht 39 und dem eingeschnürten Teil 40 des Halbleiterkörpers ein Isolierfilm 41 angeordnet ist, z. B. eine Schicht von Ethoxyhnharz, beispielsweise von unter dem Handelsnamen bekannten, bei Raumtemperatur flüssigen Araldit D, mit einer Stärke von etwa 10 #t, welche bei einer Temperatur unterhalb von 100° C aufgebracht wird, wobei dann das Gitter in Form einer Legierung aufgesprüht wird, z. B. der sogenannten Woodschen Legierung, deren Zusammensetzung wie folgt ist: 50 °/o Bi, 25 °/a Pb, 12,5 °/o Sn, 12,5 % Cd (Schmelzpunkt 65,5° C). Ein solcher Film bewirkt, daß die Kapazitäten Gitter-Saugelektrode und Gitter-Quellenelektrode noch mehr verringert werden und die Betriebsspannung des Transistors erhöht werden kann. Der Durchmesser des Halses kann nun etwa 300 betragen. Dagegen vermindert dieser Film die Leistung der modulierenden Spannung und verringert somit den Verstärkungsfaktor.6.Dimensions of the germanium rod after its treatment: Diameter of the constricted Partly ...................... 50 to 150 @. Length of this constricted Partly ....................... 100 to 400 Polishing nozzle diameter according to this limit evaluate. . . . . . . . . . . . . about 100 and 400 Length of the control electrode ...... 80 to 380 @. Diameter of the nozzles for the electroplating low blow according to these Limit values. . . . . . . . about 50 and 300 #t For completeness, some orders of magnitude of the electrical characteristic values of the unipolar transistor are given below, the characteristics of which are shown in FIGS. 8 and 9 and the dimensions of which are given above. Tension between source and Suction electrode. . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 volts Tension between grid and Source electrode. . . . . . . . . . . . . . . 3 volts Input resistance between the Grid 7 and the suction electrode 6 is about 25 MOhm at ....... 43 volts Input resistance between the Grid 7 and the source electrode is about 3 MOhm. . . . . . . . 3 volts Input resistance between the Source electrode 5 and the suction electrode 6 is about 45,000 ohms at ............................ 40 volts Power amplification factor ....... 33 db Maximum output power .... 40 to 50 mW Usable frequency limit ............... 50 MHz 12 shows another embodiment of the transistor in which an insulating film 41 is arranged between the metal layer 39 forming the control electrode and the constricted part 40 of the semiconductor body, e.g. B. a layer of ethoxy resin, for example known under the trade name, liquid at room temperature Araldit D, with a thickness of about 10 #t, which is applied at a temperature below 100 ° C, then the grid is sprayed in the form of an alloy will, e.g. B. the so-called Wood's alloy, the composition of which is as follows: 50% Bi, 25% Pb, 12.5% Sn, 12.5% Cd (melting point 65.5 ° C). Such a film has the effect that the capacitance of the grid suction electrode and grid source electrode can be further reduced and the operating voltage of the transistor can be increased. The diameter of the neck can now be about 300. On the other hand, this film reduces the power of the modulating voltage and thus lowers the gain.

Jeder Transistor gemäß der Erfindung soll einerseits mechanisch befestigt, andererseits gegen äußere Einflüsse (Feuchtigkeit, Staub usw.) geschützt werden. Für einen solchen Schutz können mehrere Anordnungen verwendet werden.Each transistor according to the invention should on the one hand be mechanically fastened, on the other hand, must be protected against external influences (moisture, dust, etc.). Several arrangements can be used for such protection.

Gemäß Fig. 13 ist der mit der Vollelektrode 19 und der Nickelschleife 24 ausgestattete Transistor in einem Harztropfen eingehüllt, welcher vorzugsweise bei Raumtemperatur erhärten kann, beispielsweise dem obengenannten nAraldit-Da-Harz. Vor dem Einhüllen wird ein Verbindungsdraht 43, z. B. aus Gold, von einem Durchmesser von 25 bis 50 u, durch elektrische Entladung an dem das Gitter 7 bildenden Niederschlag angeschweißt.According to FIG. 13 is the one with the full electrode 19 and the nickel loop 24 equipped transistor encased in a resin droplet, which is preferably Can harden at room temperature, for example the above-mentioned nAraldit-Da resin. Before wrapping, a connecting wire 43, e.g. B. of gold, of a diameter from 25 to 50 µ, by electrical discharge on the precipitate forming the grid 7 welded on.

Doch ist es für die gute Erhaltung der Charakteristiken des Transistors vorteilhafter, denselben - wie Fig. 14 zeigt - in ein dichtes Gehäuse 44 einzuschließen, das mit einem trägen Gas, z. B. Argon oder gegebenenfalls Stickstoff, gefüllt ist.After all it is for good preservation of transistor characteristics it is more advantageous to enclose the same - as FIG. 14 shows - in a sealed housing 44, that with an inert gas, e.g. B. argon or optionally nitrogen is filled.

Dieses Gehäuse 44 besteht aus einem Isolierwerkstoff, beispielsweise aus Ethoxylinharz, und trägt in seinem Inneren eine Erhöhung 45, welche entsprechend ausgerichtet ist und in ihrem mittleren Bereich eine Ausnehmung 46 aufweist. Auf der Oberfläche 45 sind Polsterschichten 47 und 48 aus einem vorzugsweise bei Raumtemperatur härtbaren Harz, wie z. B. dem obengenannten, unter der Handelsbezeichnung bekannten nAraldit-Da-Harz, angeordnet. Die großen Teile 3 und 4 des Transistors 1 liegen auf diesen Polsterschichten. Der Unterteil des Gehäuses 44 weist drei Anschlußklemmen 49, 50 und 51 auf, an denen die biegsamen Leitungen 52, 53 und 54 angeschweißt oder -gelötet sind, die ihrerseits mit ihrem anderen Ende an der Elektrode 19 der Schleife 24 und dem Gitterdraht 43 angeschweißt bzw. angelötet sind.This housing 44 consists of an insulating material, for example made of ethoxylin resin, and has an elevation 45 in its interior, which corresponds to is aligned and has a recess 46 in its central region. on of the surface 45 are cushion layers 47 and 48 made of a preferably at room temperature curable resin such as B. the above, known under the trade name nAraldit-Da-Harz, arranged. The large parts 3 and 4 of the transistor 1 lie on top of these padding layers. The lower part of the housing 44 has three terminals 49, 50 and 51, to which the flexible lines 52, 53 and 54 are welded or - are soldered, which in turn have their other end on the electrode 19 of the loop 24 and the grid wire 43 are welded or soldered.

Das Gehäuse besitzt einen Deckel 55, der über seinen gesamten Umfang mit dem Unterteil des Gehäuses verschweißt oder verlötet ist. Dieser Deckel ist mit einer nicht dargestellten Öffnung versehen, welche dazu dient, das Vakuum in dem Behälter herzustellen und ihn mit einem trägen Gas zu füllen; diese Öffnung wird am Ende des Füllvorgangs verschlossen.The housing has a cover 55 which extends over its entire circumference is welded or soldered to the lower part of the housing. This lid is provided with an opening, not shown, which serves to the vacuum in making the container and filling it with an inert gas; this opening is closed at the end of the filling process.

Wenn auch vorhergehend als Stoff für den Halbleiterkörper nur Germanium und Silizium genannt wurde, kann der unipolare Transistor gemäß der Erfindung auch aus einer Zusammensetzung von Metallen der Gruppen III und V des Periodischen Systems der Elemente hergestellt sein.Even if previously only germanium was used as the material for the semiconductor body and silicon, the unipolar transistor according to the invention can also from a composition of metals from groups III and V of the periodic table of the elements.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Unipolarer Transistor, bestehend aus einem stabförmigen Halbleiterkörper mit einem Halbleiter wie Germanium, Silizium od. dgl., an dessen Stirnflächen die metallischen Quellen- und Saugelektrode und an dessen Längsseiten die metallische Steuerelektrode angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper einen in seiner Stärke verringerten zylindrischen Teil mit einem kreisförmigen Querschnitt, einem Durchmesser zwischen 50 und 150 #t und einer Länge von einigen 100 g, aufweist, daß die metallische Steuerelektrode auf der frisch polierten Oberfläche des zylindrischen Teils angeordnet ist und diesen auf einer Länge kleiner als der zylindrische Teil umgibt. PATENT CLAIMS: 1. Unipolar transistor, consisting of a rod-shaped Semiconductor body with a semiconductor such as germanium, silicon or the like The metallic source and suction electrodes and on their long sides the metallic control electrode are arranged, characterized in that the Semiconductor body a reduced in its strength cylindrical part with a circular cross-section, a diameter between 50 and 150 #t and a length of a few 100 g, that the metallic control electrode on the fresh polished surface of the cylindrical part is arranged and this on a Length smaller than the cylindrical part surrounds. 2. Unipolarer Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode um einige 10 #L kürzer als der zylindrische Teil des Halbleiterkörpers ist. 2. Unipolar transistor according to claim 1, characterized in that the control electrode is a few 10 #L shorter than the is cylindrical part of the semiconductor body. 3. Unipolarer Transistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zylindrischen Teil des Halbleiterkörpers und der ihn umgebenden Steuerelektrode ein Isolierfilm angeordnet ist, der eine Stärke von einigen 10 #t aufweist und die gesamte Länge des zylindrischen Teils einnimmt. 3. Unipolar transistor according to claim 1 or 2, characterized in that between the cylindrical part of the semiconductor body and the control electrode surrounding it, an insulating film is arranged, the one Thickness of a few 10 #t and the entire length of the cylindrical part occupies. 4. Unipolarer Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Germanium des Typs n mit einem spezifischen Widerstand zwischen 3 und 30 Ohm - cm besteht. 4. Unipolar transistor according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the semiconductor body made of germanium of type n with a specific resistance between 3 and 30 ohms - cm. 5. Unipolarer Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium des Typs p mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10 und 100 Ohm - cm besteht. 5. Unipolar transistor according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor body is made of silicon of the type p with a resistivity between 10 and 100 ohm-cm. 6. Verfahren zur Herstellung von unipolaren Transistoren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stirnflächen eines stabförmigen zylindrischen Halbleiterkörpers mit einem Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern einerseits eine koaxiale metallische Vollelektrode und andererseits ein biegsamer Draht befestigt wird, ferner die Vollelektrode an einer Drehwelle derart eingespannt wird, daß der Mittelteil des Halbleiterkörpers vor mindestens einer Strahldüse zu liegen kommt und während der Umdrehung der Drehwelle der nicht geführte biegsame Draht mit einer leitenden Flüssigkeit in Kontakt bleibt, daß darauf zwischen der Vollelektrode und dem biegsamen Draht eine Stromquelle und ein Strommesser in Reihe geschaltet werden, daß sodann mittels der Strahldüse ein Polierelektrolyt auf den Mittelteil des Halbleiterkörpers während dessen Drehung so lange gerichtet wird, bis derselbe sich zu einer Zylinderform mit einem Durchmesser zwischen 50 und 150 #t verringert hat, daß ein solcher Durchmesser durch Prüfung des den Halbleiterkörper durchfließenden Stromes festgestellt wird und daß schließlich eine die Steuerelektrode bildende Metallschicht auf den in seiner Stärke verringerten zylindrischen Teil aufgebracht wird. 6. Procedure for the production of unipolar transistors according to one of the preceding claims, characterized in that on the end faces of a rod-shaped cylindrical Semiconductor body with a diameter of a few tenths of a millimeter on the one hand a coaxial metal full electrode and on the other hand a flexible wire attached is, furthermore, the full electrode is clamped on a rotating shaft in such a way that the Central part of the semiconductor body comes to lie in front of at least one jet nozzle and during the rotation of the rotating shaft, the non-guided flexible wire with a conductive liquid that remains in contact between the full electrode and a current source and an ammeter are connected in series with the flexible wire, that then by means of the jet nozzle a polishing electrolyte on the central part of the semiconductor body while its rotation is directed until it becomes a cylinder shape with a diameter between 50 and 150 #t has reduced that such a diameter is determined by checking the current flowing through the semiconductor body and that finally a metal layer forming the control electrode on the in his Thickness reduced cylindrical part is applied. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der die Steuerelektrode bildenden Metallschicht auf den zylindrischen Teil des Halbleiterkörpers mittels eines Galvanoplastik-Elektrolyts und mittels einer Strahldüse vorgenommen wird. B. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der die Steuerelektrode bildenden Metallschicht auf den zylindrischen Teil des Halbleiterkörpers durch Verdampfen einer Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt im Vakuum vorgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Proc. IRE, Bd. 41, 1953, S. 1702 bis 1712.7. The method according to claim 6, characterized in that the application of the control electrode forming Metal layer on the cylindrical part of the semiconductor body by means of an electroplating electrolyte and is carried out by means of a jet nozzle. B. The method according to claim 6, characterized characterized in that the application of the metal layer forming the control electrode onto the cylindrical part of the semiconductor body by evaporating an alloy is made with a low melting point in vacuo. Considered publications: Proc. IRE, Vol. 41, 1953, pp. 1702-1712.
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