DE1033785B - Kristalldiode, insbesondere Siliziumdiode, bei welcher die Verzoegerung des Durchbruchs in Sperrichtung durch Photoeffekt aufgehoben ist - Google Patents

Kristalldiode, insbesondere Siliziumdiode, bei welcher die Verzoegerung des Durchbruchs in Sperrichtung durch Photoeffekt aufgehoben ist

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Description

  • Kristalldiode, insbesondere Siliziumdiode, bei welcher die Verzögerung des Durchbruchs in Sperrichtung durch Photoeffekt aufgehoben ist In den letzten Jahren haben Siliziumkristalldioden mit einlegierten Elektroden mancherlei Anwendungen gefunden. Man kann sie neben. Gleichrichterzwecken auch als Spannungsnormal oder als Schalteinrichtung, z. B. für Blitzschutz u. dgl., verwenden. Die zuletzt genannten Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich dank eines scharf ausgeprägten Knickes am Ende der Sperrkennlinie, der sich bei ein und derselben Diode stets an der gleichen Stelle befindet.
  • Die sogenannte legierte Siliziumdiode besteht im wesentlichen aus einem Siliziumkristall, z. B. einem Siliziumeinkristall vom n-Typus, in welchem zwei Elektroden einlegiert sind. Die in Durchlaßrichtung negative Elektrode besteht z. B. aus Gold, welches man zweckmäßig mit Antimon oder Arsen dotiert, und die positive Elektrode aus reinstem Aluminium. Die Anordnung befindet sich zweckmäßig in einem vakuumdichten Gehäuse.
  • Die Fig. 1 zeigt die Kennlinie einer solchen Diode. Als Abszisse dient die angelegte Spannung U, welche in Durchlaßrichtung positiv gerechnet wird, als Ordirrate ist der zugehörige Strom I aufgetragen. der bei der Durchbruchsspannung tlo auftretende, scharf definierte Knick ist für gewisse Halbleiterdioden, insbesondere für die legierte Siliziumdiode, charakteristisch und tritt z. B. bei Germaniumkristalldioden nicht auf. Da die Lage dieses Knickes von der Größe der Diode unabhängig ist, kann bei einer bestimmten Umgebungstemperatur die zugehörige Spannung als konstant angesehen werden. Bei Dioden mit kleiner Durchbruchsspannung ist diese Spannung auch noch bei nicht allzu großen Temperaturschwankungen praktisch konstant. Unter dieser Voraussetzung kann die zugehörige Spannung als Materialkonstante des verwendeten Halbleiterkörpers, insbesondere Siliziumkristalls, angesprochen werden. Dieser Knick kommt zustande, «=eil sich beim Erreichen der negativen Durchbruchsspannung U,(, eine Elektronenlawine ausbildet, welche den vorher sehr schwachen Sperrstroh (einige Nanoampere) plötzlich sehr stark anwachsen läßt.
  • Die unveränderliche Lage des besagten Knickes gestattet dieAnwendung der legierten Si.liziumdiode zur Reproduzierung der festen Spannuni; U". Außerdem besitzt sie hervorragende Gleichrichtereigenschaften, da der Strom im Sperrbereich wesentlich niedriger als bei den übrigen Kristalldioden ist. Leider zeigt sie den Nachteil, daß häufig eine Verzögerung des Durchbruches auftritt. Aus irgendeinem Grunde erleidet der Mechanismus der obengenannten lawinenartigen Trägererzeugung eine kurzzeitige Verzögerung, so daß beim Erreichen der negativen Durchbruchsspannung U, nicht gleich genügend Träger zur Erzeugung des D-irchbruches zur Verfügung stehen. Die charakteristische Durchbruchsspannung U, wird deshalb überschritten, und zwar je nach Kristallsorte bis zum 10fachen Betrag von U.. Diese Überspannung bricht jedoch nach sehr kurzer Zeit zusammen, und die Kennlinie läuft dann wieder in ihrer normalen Form weiter. Dies kann man mittels eines Elektronenstrahloszillographen deutlich sichtbar machen. Auf dem Schirm des Braunschen Rohres sieht man dann vom Knick der Kennlinie aus schmale Spitzen in das Gebiet höherer negativer Spannungen weisen. Diese Schwankungen erzeugen ein Rauschen, das für manche Verwendungszwecke der Siliziumdiode unerwünscht ist. Außerdem beeinträchtigen diese Schwankungen die Verwendung der Diode zu Schaltzwecken und als Spannungsnormal. Es ist daher erwünscht, diese Durchbruchsverzögerungen möglichst auszuschalten.
  • Man kann null (s. S p e n k e ; Elektronische Halbleiter, 1955, S.106) diese Durchbruchsverzögerung verhindern, indem man die zum Durchbruch fehlenden Ladungsträger durch einen zusätzlichen Photoeffekt erzeugt. Setzt man zu diesem Zweck den Kristall der Diode der unverminderten Beleuchtungsstärke des Tageslichtes oder einer gewöhnlichen künstlichen Lichtduelle aus, so überlagert sich der Photostrom dem ursprünglichen Diodenstrom, so daß der Strom im Sperrbereich der Diode wesentlich vergrößert wird. Dies ist vor allem dann unerwünscht, wenn die Diode zusätzlich für Gleichrichterzwecke verwendet werden soll. Reduziert man die Intensität des einfallenden Lichtes, indem man das Diodengehäuse mit einem dunklen Überzug überzieht und für die Beleuchtung des Kristalls nur ein kleines Fenster frei läßt, so hat man zwar den genannten Nachteil' der unverdünkelten Diode beseitigt, aber man hat immer noch nicht die gewünschten, definierten Verhältnisse, auf die es bei vielen Anwendungen gerade ankommt. Diese könnte man zwar mit Hilfe einer wohldefinierten, konstanten Beleuchtungsquelle herstellen, die man dann zusammen mit der Kristallanordnung in dem vollkommen verdunkelten Gehäuse der Diode unterbringen müßte. Dadurch würde aber die Anordnung viel zu umständlich und kostspielig, abgesehen davon, daß die zusätzliche Erwärmung der Diode durch eine solche Lichtquelle nicht immer erwünscht ist.
  • Die Aufgabe, die mittels der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, die unerwünschten Spannungsverzögerungen der legierten SiliziumkristaIldioden durch ein einfaches Mittel zu beseitigen. Dementsprechend ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Kristalldiode mit einem geeignet dotierten, z. B. n-leitenden Siliziumkristall oder mit einem anderen Halbleiterkristall, der im Bereich der Sperrkennlinien ein gleiches oder ähnliches Verhalten aufweist, mit zwei vorzugsweise einlegierten Elektroden, die sich in einem lichtundurchlässigen und z. B. vakuumdichten Gehäuse befindet und bei welcher die Verzögerung des Durchbruchs in Sperrichtung durch Photoeffekt aufgehoben ist.
  • Gemäß vorliegender Erfindung wird dieser Photoeffekt dadurch bewirkt, daß ein ohne besondere Energiezufuhr strahlender Stoff den Halbleiterkristall bestrahlt. Dabei bringt man diese Substanz vorzugsweise so an, daß sie sich im Inneren des vollständig abgedunkelten Diodengehäuses, und zwar möglichst in der Nähe des die Gleichrichtung bewirkenden p-n-Überganges befindet.
  • Als strahlende Substanz für die Anwendung gemäß vorliegender Erfindung kommen z. B. aktivierte Leuchtsubstanzen mit hinreichend langer Lebensdauer oder radioaktive, vorzugsweise Gammastrahlen emittierende Präparate mit hinreichend langer Haltwertszeit in Betracht. In diesem Fall kann es unter Umständen zwecks Vermeidung biologischer Schädigung nötig sein, daß das Diodengehäuse oder der abdunkelnde Überzug auf demselben für die betreffende radioaktive Strahlung undurchlässig gehalten ist. Manchmal kann es auch von Vorteil sein, die von dem strahlenden Stoff ausgesandte Strahlung durch an sich bekannte Mittel und Verfahren, wie z. B. Filter, Blenden, Ramaneffekt, hinsichtlich ihrer ursprünglichen Beschaffenheit abzuändern.
  • Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; die Bedeutung der Ziffern ist folgende: 1 der Halbleiterkörper, z. B. ein Siliziumeinkristall mit n-Leitfähigkeit, 2 die negative z. B. mit einer Goldantimonlegierung überzogene Elektrode, 3 die z. B. aus einem Aluminiumstift bestehende positive Elektrode, 4 das mit einem abdunkelnden Überzug versehene Diodengehäuse.
  • Die strahlende Substanz 5 bringt man in diesem Fall vorteilhaft in der Nähe des durch den einlegierten Aluminiumstift im Siliziumkristall bewirkten p-n-Übergangs an.
  • Der Hauptvorteil der vorliegenden stabilisierten Diode besteht vor allem in ihrer Kleinheit und darin, daß sie billig und bequem hergestellt werden kann.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kristalldiode, bestehend aus einem dotierten, z. B. n-leitenden Siliziumkristall oder einem anderen Halbleiterkristall, der im Bereich der Sperrkennlinien ein gleiches oder ähnliches Verhalten aufweist, mit zwei vorzugsweise einlegierten Elektroden, die sich in einem lichtundurchlässigen und z. B. vakuumdichten Gehäuse befindet und bei welcher die Verzögerung des Durchbruches in Sperrichtung durch Photoeffekt aufgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein ohne besondere Energiezufuhr strahlender Stoff den Halbleiterkristall bestrahlt.
  2. 2. Kristalldiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den strahlenden Stoff in vorzugsweise geringer Dosierung innerhalb des Diodengehäuses, insbesondere in der Nähe des gleichrichtenden p-n-Überganges, anbringt.
  3. 3. Kristalldiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als strahlenden Stoff eine aktivierte Leuchtsubstanz von hinreichend langer Strahlungsdauer verwendet.
  4. 4. Kristalldiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als strahlenden Stoff eine radioaktive, insbesondere strahlende Substanz von hinreichend langer Haltwertszeit verwendet und gegebenenfalls die Strahlung derselben gegen die Umgebung der Diode abschirmt.
  5. 5. Kristalldiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die von dem strahlenden Stoff emittierte Strahlung durch an sich bekannte Mittel und Verfahren in ihrer ursprünglichen Beschaffenheit verändert.
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