DE1024639B - High frequency transistor and process for its manufacture - Google Patents
High frequency transistor and process for its manufactureInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenztransistoren mit einem sehr dünnen Basismittelteil, auf dessen beiden Seiten eine Emitter- und eine Kollektorelektrode angebracht sind, und ein Verfahren zur Herstellung solcher Transistoren.The invention relates to high frequency transistors with a very thin base center portion both sides of which an emitter and a collector electrode are attached, and a method for Manufacture of such transistors.
Bekanntlich besteht ein Flächentransistor mit p-n-Übergängen aus einem Block halbleiteodlen Materials, das im allgemeinen Germanium ist. Dieser Block besitzt einen mittleren Bereich von p- oder η-Typ, der Basis genannt wird, und zwei zu den beiden Seiten der Basis befindliche Bereiche von n- oder p-Typ, die als Emitter und Kollektor bezeichnet werden. An Basis, Kollektor und Emitter sind drei Elektroden über Kantakte möglichst geringen Widerstandes angeschlossen. Der so gebildete Transistor wird als npn- oder pnp-Fläehentransistor bezeichnet. Der Emitter und der Kollektor können durch Diffusion von Indium oder einer Blei-Antimon-Legierung in das Germanium erhalten werden. Dieses Verfahren ist als »Legierungs- und Diffusionsverfahren« bekannt. Die so hergestellten Transistoren werden auch als legierte Flächentransistoren bezeichnet.As is well known, a junction transistor with p-n junctions consists of a block of semiconducting material, which is generally germanium. This block has a middle range of p- or η-type, called the base, and two areas of n- or on either side of the base p-type, known as the emitter and collector. There are three electrodes on the base, collector and emitter connected via contact points with the lowest possible resistance. The transistor thus formed is referred to as an npn or pnp area transistor. The emitter and the collector can be diffused by indium or a lead-antimony alloy can be obtained into the germanium. This process is known as the "alloy and diffusion process". The transistors produced in this way are also referred to as alloyed junction transistors.
In legierten Flächentransistoren nimmt der Verstärkungsgrad mit wachsender Frequenz ab.In alloyed junction transistors, the gain increases with increasing frequency.
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um Transistoren mit merklichem Verstärkungsgrad bei Frequenzen bis zu 100 MHz und mehr zu erhalten.Various methods are suggested been made to transistors with significant gain at frequencies up to 100 MHz and more to obtain.
Eines dieser Verfahren besteht darin, daß eine Germaniumfolie beispielsweise durch Läppen auf wenige Mikron Dicke abgeschliffen wird und daß beide Seiten dieser Folie an zwei einander gegenüberliegenden Punkten mit zwei Strahlen einer chemischen Lösung, die zur anodischen Auflösung von Germanium imstande ist, anodisch oxydiert werden. Hierzu wird die Germaniumfolie an den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen, während mit der chemischen Lösung in Kontakt befindliche Elektroden mit dem negativen Pol dieser Spannungsquelle verbunden sind.One of these methods is that a germanium foil, for example by lapping on a few Micron thickness is sanded off and that both sides of this film on two opposite one another Spots with two rays of a chemical solution capable of anodic dissolution of germanium is to be anodically oxidized. For this purpose, the germanium foil is connected to the positive pole of a voltage source connected while using electrodes in contact with the chemical solution connected to the negative pole of this voltage source are.
Im Germanium werden in der Umgebung der beiden Auftreffpunkte der Flüssigkeitsstrählen Schottkysche Oberflädhensperrschidhten gebildet, die im Verlauf der anodischen Ätzung sich einander nähern. Wenn sie zusammenfallen, erhält man eine Isolierschicht von einigen Mikron Dicke, woraufhin die Behandlung beträchtlich verlangsamt wird. Die behandelten Zonen nehmen dann an Fläche zu.In germanium, in the vicinity of the two points of impact of the liquid streams, Schottky Oberflädhensperrschidhten formed in the The course of the anodic etching approach each other. When they collapse, you get an insulating layer of a few microns thick, whereupon the treatment is slowed down considerably. The treated Zones then increase in area.
Die fertige Folie besitzt demnach zwei Höhlungen, welche den beiden behandelten Zonen entsprechen. In diesen Zonen werden nach einem bekannten Verfahren Indiumelektroden elektrolytisch niedergeschlagen. Die so erhaltenen Transistoren sind als Oberilächensperrschichttransistoren bekannt.The finished film therefore has two cavities which correspond to the two treated zones. In Indium electrodes are deposited electrolytically in these zones by a known method. The transistors thus obtained are called surface junction transistors known.
Hochfrequenztransistor und Verfahren
zu seiner HerstellungHigh frequency transistor and process
for its manufacture
Anmelder:Applicant:
Compagnie Generale de Telegraphie
s ans FiI, ParisCompagnie Generale de Telegraphie
s ans FiI, Paris
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 aRepresentative: Dipl.-Ing. E. Prinz, patent attorney,
Munich-Pasing, Bodenseestr. 3 a
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 28. Juli 1954Claimed priority:
France 28 July 1954
Pierre Aigrain, Paris,
ist als Erfinder genannt wordenPierre Aigrain, Paris,
has been named as the inventor
Obwohl nach diesem Verfahren hergestellte Transistoren bei hohen Frequenzen verwendet werden können, besitzen sie die folgenden Nachteile:Although transistors made by this process are used at high frequencies they have the following disadvantages:
a) niedrige zulässige Kollektorspannung,a) low permissible collector voltage,
b) geringen Kollektorwiderstand,b) low collector resistance,
c) geringen Emitterwitrkungsgrad, d. h. schlechtes Verhältnis des Löcherstromes zum Gesamtstrom durch den Emitter.c) low degree of emitter switching, d. H. bad ratio of the hole current to the total current through the emitter.
Die ersten beiden Nachteile sind nicht schwerwiegend, da Transistoren selten mit hoher Eingangsspannung verwendet werden und da außerdem der Lastwideretand um so kleiner wird, je höher die Frequenz ist, weshalb bei sehr hohen Frequenzen viel niedrigere Kollektorwidierstände erforderlich sind.The first two disadvantages are not serious since transistors rarely have high input voltages and since the load resistance becomes smaller, the higher the Frequency is, which is why much lower collector resistances are required at very high frequencies.
Da jedoch der StromverstärkungsfaktoT des Transistors den Emitterwirkungsgrad nicht überschreiten kann, besitzen die Transistoren mit dem oben angegebenen dritten Nachteil einen sehr geringen Stromverstärkungsgrad.However, since the current amplification factor ot of the transistor Can not exceed the emitter efficiency, have the transistors with the above third disadvantage is a very low current gain.
Demgemäß ist Ziel der Erfindung ein verbesserter Transistor, der bei hohen Frequenzen betrieben werden kann und doch frei von dem erwähnten Nachteil ist, d. h. einen hohen Emitterwirkungsgrad aufweist.Accordingly, it is an object of the invention to provide an improved transistor which can operate at high frequencies can and yet is free from the disadvantage mentioned, d. H. has a high emitter efficiency.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein einfaches Verfahren zur Herstellung des erwähnten Transistors.Another object of the invention is a simple method of manufacturing said transistor.
Erfindungsgemäß bildet die Emitterelektrode eine Legierungs- bzw. Diffusionsgrenzschicht mit der Basis, während die Kollektorelektrode auf der anderen Seite in Oberfläcbenkontakt, z. B. durch Elektroplattierung, steht.According to the invention, the emitter electrode forms an alloy or diffusion boundary layer with the Base, while the collector electrode on the other side in Oberfläcbenkontakt, z. B. by Electroplating.
709 880/346709 880/346
Zur Herstellung wird eine Scheibe aus halbleitendem Material, beispielsweise η-Germanium, bis auf die Dicke einiger Zehntelmillimeter abgeschliffen. Hierauf wird in an sich bekannter Weise eine Legierungsflächendiode gebildet, indem ein geeignetes Metall, z. B. Indium, auf einer Seite der Scheibe niedergeschlagen wird. Anschließend wird die Scheibe auf der anderen Seite einer eleiktroly ti sehen Ätzung unterworfen, die in bekannter Weise so vorgenommen wird, daß ein Strahl eines geeigneten Elektrolyts auf die betreffende Seite der Scheibe gerichtet wird:, während die Scheibe positiv und der Elektrolyt negativ vorgespannt wird. Unter diesen Umständen würde die Ätzung normalerweise fortschreiten, bis die Grenzschicht erreicht wäre. Um dies zu vermeiden, wird die Indium-Germanium-Grenzschicht negativ gegen die Basis vorgespannt. Dies erzeugt in dem Germaniumblock eine Sclhottkysche Sperrschicht, welche das Fortschreiten der Anodenätzung aufhält. Die Tiefe der duröh Ätzung im Germanium gebildeten Höhlung kann geregelt werden, indem die negative Vorspannung der Indium-Germanium-Grenzsdhicht geändert wird.A disk made of semiconducting material, for example η-germanium, is used for production sanded off the thickness of a few tenths of a millimeter. An alloy surface diode is then applied in a manner known per se formed by using a suitable metal, e.g. B. Indium, on one side of the disc being knocked down. Then the disc is etched on the other side of an eleiktroly ti see subjected, which is made in a known manner so that a beam of a suitable electrolyte on the relevant side of the disc is directed: while the disc is positive and the electrolyte is negative is biased. Under these circumstances, the etching would normally proceed until the Boundary layer would be reached. To avoid this, the indium-germanium interface becomes negative biased against the base. This creates a Sclhottky barrier in the germanium block, which stops the progress of the anode etching. The depth of the duröh etch formed in the germanium Cavity can be regulated by negatively biasing the indium-germanium boundary layer will be changed.
Wenn die Anodenätzung beendet ist, wird eine dünne Indi.umschicht, welche eine Kollektorelektrode darstellt, elektrolytisch in der ausgeätzten Höhlung niedergeschlagen. Dann werden am Emitter, dem Kollektor und der Basis geeignete Anschlüsse befestigt. When the anode etch is finished, a thin indi.um layer, which is a collector electrode represents, deposited electrolytically in the etched cavity. Then at the emitter, the Appropriate connections are attached to the collector and the base.
Der verbesserte Transistor 'hat also einen Oberflächenkontakt zwischen Kollektor und Basis und eine Legierungsgrenzsehieht zwischen Emitter und Basis. Er zeigt demgemäß sowohl die Eigenschaften des LegieruMgsfiächentransistors als auch diejenigen des Oberflächensperrschi'chttransistors. Wie der letztere hat er eine Basis, die einige Mikron dick ist, und eine an der Oberfläche angebrachte Kollektorelektrode, während er gleichzeitig den guten Emitterwirkungsgrad der bekannten Legierungsdiffusionstransistoren besitzt. Er ist infolgedessen imstande. bei hohen Frequenzen mit einem ausgezeichneten Verstärkungsfaktor zu arbeiten.The improved transistor thus has surface contact between collector and base and an alloy boundary between emitter and base. Accordingly, it shows both the properties of the alloy surface transistor and those of the Surface barrier transistor. Like the latter it has a base a few microns thick and a collector electrode attached to the surface, while at the same time the good emitter efficiency of the known alloy diffusion transistors owns. As a result, he is able. at high frequencies with an excellent Gain factor to work.
Ein erheblicher Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß es eine leichte Kontrolle der Dicke des Basisbereichs gestattet, indem die Tiefe der Anodenätzung, wie oben beschrieben, geregelt wird. Aus diesem Grunde wird auch die Legierungsgrenzschicht vor der Ätzung hergestellt. Ein weiterer Grund für diese Reihenfolge der Operation liegt darin, daß es nach beendigter Ätzung unmöglich wäre, eine Legierungsschicht herzustellen, da die Germaniumscheibe im Ätzbereich viel zu dünn wäre.A significant advantage of this method is that it allows easy control of the thickness of the Base area allowed by controlling the depth of the anode etch as described above. the end For this reason, the alloy boundary layer is also produced before the etching. Another reason for this order of operation is that after the etching is complete it would be impossible to apply an alloy layer since the germanium wafer would be much too thin in the etched area.
Die Zeichnung zeigt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel eines solchen Transistors. Hiernach besitzt die den Transistor darstellende Germaniumscheibe eine Basis 1 vom η-Typ mit dem Anschluß 7 und einen Bereich 2 vom p-Typ mit dem Anschluß 3. Die n-p-Grenzschicht des Emitters erhält man beispielsweise durch Legierung bzw. Diffusion von Indium in Germanium in bekannter Weise. Eine Höhlung 4 wird in der oben beschriebenen Art durch Ätzen- erzeugt und eine Indiumschicht 5., welche den Kollektor bildet, elektrolytisch in der Höhlung 4 niedergeschlagen. Der Kollektor besitzt einen Anschluß 6. Die größte Dicke der Scheibe beträgt 0,15 mm, diejenige des aktiven Teils 8 einige Mikron. In der beschriebenen Ausführungsform weist das verwendete Germanium eine Minoritätsträgerlebensdauer von mehr als 50 Mikrosekunden und einen spezifischen Widerstand von Va Ohm ■ cm auf. Die A^orspannung der legierten Grenzschicht beträgt — 3 Volt. Der Durchmesser des Emitters beträgt etwa 0,4 mm, derjenige des Kollektors 0,5 bis 0,6 mm.The drawing shows an exemplary embodiment of such a transistor in cross section. After that the germanium disk representing the transistor has a base 1 of the η-type with the connection 7 and a region 2 of the p-type with the connection 3. The n-p boundary layer of the emitter is obtained, for example, by alloying or diffusion of indium in germanium in a known manner. A cavity 4 is in the manner described above Etching generated and an indium layer 5., which the Collector forms, deposited electrolytically in the cavity 4. The collector has a connection 6. The greatest thickness of the disc is 0.15 mm, that of the active part 8 a few microns. In the embodiment described, the germanium used has a minority carrier life of more than 50 microseconds and a specific resistance of Va Ohm ■ cm. the The voltage of the alloyed boundary layer is -3 volts. The diameter of the emitter is about 0.4 mm, that of the collector 0.5 to 0.6 mm.
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