DE1018560B - Halbleiteranordnung mit einem oder mehreren p-n-UEbergaengen, vorzugsweise fuer Schaltzwecke oder zur Schwingungserzeugung, deren Durchbruchscharakteristik einen negativen Ast aufweist - Google Patents

Halbleiteranordnung mit einem oder mehreren p-n-UEbergaengen, vorzugsweise fuer Schaltzwecke oder zur Schwingungserzeugung, deren Durchbruchscharakteristik einen negativen Ast aufweist

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DE1018560B DES45231A DES0045231A DE1018560B DE 1018560 B DE1018560 B DE 1018560B DE S45231 A DES45231 A DE S45231A DE S0045231 A DES0045231 A DE S0045231A DE 1018560 B DE1018560 B DE 1018560B
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Description

Es ist aus der Arbeit von Ki dd, Hasamberg und Webster in der RCA Review, Bd. XVI, 1955, S. 16 bis 33, bekannt, daß sich bei einem Flächentransistor bei geeigneter Wahl der Dotierungsstärke und der durch die angelegten Spannungen bedingten·. Emitter- und Kollektorströme eine negative Durchbruchscharakteristik erzielen läßt. Dabei ist der Durchbiruch nach Ansicht der Autogen teils· auf den. Zeniereffekt, d. h. a,uf eine reine Feldwirkung, teils a,u,f Stoßionisation zurückzuführen.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, den in der genannten Arbeit geschilderten und auch schon anderwärts beobachteten Effekt einer negativem Durchbruchscharakteristik in Halbleiteranordnung'en. mit einem oder mehreren p-n-Übargängen zu. verstärken bzw. mit anderen Mitteln herbeizuführen;. Dabei ist angestrebt, den. Durchbruch weitgehend durch Stoßionisation von im Gitter gebundenen Atomen durch die Störstellenladungsträger zu· bewirken und. gleichzeitig durch diei hierbei entstandenem Ladungsträger und Sekundärladungsträger eine Raumladung· im Kristall zu erzeugen. Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Halbleiteranoirdnung mit einem odier mehreren p-n-Übargängen, vorzugsweise für Schialtzwecke oder zur Schwingungserzeugung, deren Duirchbruchscharakteristik einen negativen Ast aufweist, insbesondere mit Silizium.
Gemäß der Erfindung ist der Halbleiterkristall mit Störstellen, beispielsweise mit Gold, dotiert, deren Energieterme weit im Innierni des verbotenen Bandes,, möglichst in dessen Mitte, liegen und welche Ma.joritätsträgeir leicht abzugeben vermögen, und die Konzentration der Störstellen ist so hoch gewählt, daß beim Durchbruch eine hinreichende Raumladung durch StO'ßionisation entsteht, welche-die gewünschte negative Charakteristik dar Durchbruchsfeldstärke bedingt.
Das Dotierungsmaterial kann als. Donator oder als Akzeptor wirken. Der Ausdruck »im Innern, des verbotenen Bandes, möglichst in. dessen Mitte« ist so> zu verstehen, daß das S töratom (dear Storteirm) bei der Betriebstemperatur nicht ionisiert ist, sonderni erst durch weitere Energiezufuhr, ζ. B. duirch Stoßiotiisation oder durch elektrische Feildwirkung, ein Elektron, oder ein Defektelektron abgeben, soll. Deshalb muß der energetische Abstand der Störterme von den Kanten des Leitfähigkeitsbandes bzw. des· Valenzbandes möglichst ein Mehrfaches der Temparatuireneirgie k · T betragen odeir mindestens größer als diese sein (Ze = BoltzmannrKonstanitei, T = absolute Betriebstemperatur). Wäre diese Bedingung nicht erfüllt, so· läge ein großer Teil dieser Storatoniei bereits bei Betriebstemperatur in ionisiertem Zustande vor und schiede für die Erzeugung der von der Erfindung Halbleiteranordnung
mit einem oder mehreren p-n-übergängen, vorzugsweise für Schaltzwecke
oder zur Schwingungserzeugung,
deren Durchbruchscharakteristik
einen negativen Ast aufweist
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2
Dr. Karl Siebertz, München,
ist als Erfinder genannt worden
angestrebten für den Durchbrach erforderlichien Raumladung aus.
Es ist insbesondere daran gedacht, daß der HaIbleiterkö >rper im η-Bereich bzw. in den n-Beireichien vorzugsweise odiar ausschließlich mit mindestens, einem Donator dotiert ist, dessen, Term in der Mitte oder in dteir unteren. Bandhälfte des verbotenen Bandes liegt. Umgekehrtes gilt für dien Akzeptor im p-Bereich.
Auch die Wirkung von Traps, insbesondere Rekombinationszentreni und/oder Ha.ftstellen kann ausgenutzt werden. Wesentlich ist, daß die beschriebene Dotierung sich mindestens über die Übargangszone zwischen p- und η-Bereich, hinwegeirstreckt. Sie kann· auch den gesamten Kristall gleichmäßig erfüllen.
Erfmdungsgemäß ist die Konzentration.. der beschriebenen Störatome—gegebenenfalls· im Verhältnis zu: anderen. Dotierungsmitteiln — sor hoch, zu wählen, daß beim Durchbrach eine hinireichenda Raumladung durch Ionisation dieser. Dot.ierungsa.tome entsteht, welche · die gewünschte negative Charakteristik dar Durchbruchsstrofflstärkei - -bedingt. Als geeignetes Dotierungsmittel für Silizium-, Germanium- oder Germanium-Silizium-Dioden oder -Transistoren hat
5q; sich Gold erwiesen. Zwar war es· bekannt, Spitzkontaktgleichrichter aus einem n-leitendeni Germaniuimkristall mit einer angelegten goldhaltigen Spitze herzustellen, wobei die Spitze mittels· elektrischen Stromes mit dem Kristall verschweißt wurde. Die
7OJ 758/351
hierbei im Germaniiumkristall entstehende: Goldkonzentration ist jedoch viel zu gering, um den, von der Erfindung angestrebten Zweck zu erreichen. Sie hat überdies eine andere Aufgabe zu erfüllen, nämlich die Verkleinerung des Durchlaßwiderstandes von Germaniurn-Richtleiterni vorzunehmen,.
In dler Zeichnung sind, einige Auisfübrungsfoirmen, der Halbleiteranordnung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
In. Fig. 1 bedeutet 1 einen. Siliziumeinkristall, welcher gegebenenfalls n-laitend. gemacht und zusätzlich mit Gold dotiert ist. 2 bedeutet eine mit Indium stark dotierte Zuleitungseleiktrodiei, welche in. das Silizium einlegiert ist und eine p-leitendei Legierungszone 3 bildet. 4 ist eine Zuführuingselektrode, weilchie '5 durch entsprechend«! Dotierung speirrschichtf rei in, den Kristall 1 einlegiert ist. An die auf diese Weise entstandene' Diode wird über einem Lastwiderstand 5 und mittels eines Potentiometers 6 eine veränderbare Spannung gelegt. Die Stromspanniungscharakteiristik der Diode ist in Fig. 2 schematise!! dargestellt. Sie zeigt bei ednar Spannung, welche in der Größenordnung des Zenereffektes liegt, einien Durchbruch mit einer negativ umbiegenden. Charakteristik.
In. Fig. 3 ist ein. abgewandeltes Ausführungsbeispiel dargestellt, welches sich, von demjenigen gemäß Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die zweite Zuführungselektrode 7 ebenfalls sperrend einlegiert ist, so daß an der Legierungsstelle eine zweite p-laitende Zone 8 entsteht. Hierdurch ist eine zur Ordinate spiegelsymmetrische Kennlinie bedingt, da diese Anordnung einer Gegeneiinanderschaltung zweier Dioden entspricht. Dies hat den Vorteil., daß man. zwei Durchbruchsbereich'e, den einen ini positiver und, den anderen in, negativer Stromrichtung zur Verfügung hat.
Die Durchbruchssteilbeit und der Verlauf des negativen. Astes dar Charakteristik läßt sich, durch dien gegenseitigen Abstand der beiden Elektroden 2 und 7 beeinflussen, sobald dieser in die Größenordnung der Basisbreite eines Transistors kommt. 4<>
Die Ausführungsbeispiele! gemäß dteni Fig. 1 und 3 können noch in, mannigfacher Hinsicht abgeändert werden. Insbesondere kamt! mindestens eine· weitere Steuerelektrode vorgesehen sein, welche sperrend oder auch nicht sperrend auf dem Halbleiteirkristall angeordnet ist. Der Halbleiterkristall kann ganz oder teilweise intrinisicleitend sein, wobei zweckmäßig mindestens eine Initrinsiczona innerhalb deis> vom Durchbruchsstrom durchflossenen Halbleiterkristallbereichs anzuordnen ist. Der Halblöiteirkristall kann Leitfähigkeitszonen vom Typus n-i-p, p-nri-p, p-s-n usw. aufweisen. Zweckmäßigerweise ist die Konzentration, der ionisierbareni, thermisch jedoch nicht ionisierten Fremdatome innerhalb des oder mindestens eines Überganges zwischen. Zonen unterschiedlichen; Leitungstypus, z. B. p-n-, p-i- oder n-i-Überganges, am stärksten. Auch läßt sich die Stoßionisation durch eine Driftwirkung verstärken,, welche in. an sich bekannter Weise durch einen entsprechend gerichteten, Gradienten der Dotierung im Bereiich zwischen zwei Übergängen von, Zonen unterschiedlichen, Leitungstypus hervorgerufen, wird und. eine Trennung der durch die Stoßionisation erzeugten Ladumgsträgarpaare bewirkt.
Die Anordnung nach der Erfindung ist vor allem als Stromtor für Schaltzwecke oder zur Erzeugung von Schwingungen sowie als Verstärker zu benutzen.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Halbleiteranordnung mit einem oder mehreren p-n-Übergängen, vorzugsweise für Schaltzwecke Cider zur Schwingungserzeugung, deren Durchbruchscharakteristik einen, negativen Ast aufweist, insbesondere mit Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß der Halblciterkristall mit Störsteilen, beispielsweise mit Gold, dotiert ist, deren Energieterme weit im Innern, des verbotenen Bandes, möglichst in dessen. Mitte, liegen und welche Majoritätsträger leicht abzugeben; vermögen, und. daß die. Konzentration der Störstellen so hoch gewählt ist, daß beim Durchbruch eine hinreichende Raumladung durch Stoßionisation. entsteht, welche die gewünschte negative Charakteristik der Durchbruchsstromstärke1 bedingt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Störstellen gleichzeitig Donatoren und/oder Akzeptoren sind, welche den Leitfähigkeitscharakter des Halbleiterkristalls bestimmen.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung eine Diode ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung aus zwei gegeneinandeirgeschailteten: Dioden besteht, welche gegebenenfalls zu: einem gemein^ samen Halbleiterkristall mit zwei gleichsinnig sperrenden. Elektroden kombiniert sind.
5. Anordnung nach Anspruch, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einlegiert sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden bzw. die ihnen zugeordneten Speirrbereicha einen gegenseitigen Abstand von: der Größe der Basisbreite1 eines Transistors besitzen.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuerelektrode1 vorgesehen ist.
8. Anordnung nach, einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des vom Durchbruchsstrom durchflossenen Halbleiitorkristaillbereichs mindestens eine Intrinsiczone angeordnet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der maßgebenden Störatome innerhalb mindestens eines p-n-Übergangsbereiches am stärksten ist.
10. Anordnung nach Anspruch 4, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der maßgebenden Störatome im Bereich, zwischen zwei p-n-Übergängen einen Gradienten aufweist, welcher eine Driftwirkung bedingt.
In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 671 156; Physical Review, Bd. 91, 1953, Heft 5, S. 1282; Bd. 97, 1955, Heft 3, S. 614 bis 629.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
©709· 758/351 '10.57
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US2671156A (en) * 1950-10-19 1954-03-02 Hazeltine Research Inc Method of producing electrical crystal-contact devices

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