DE1035778B - Transistor mit einem Halbleitergrundkoerper von einem Leitungstypus und mit drei oder mehr pn-UEbergaengen und einer oder mehreren Spitzenelektroden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei dem aus mehreren Zonen verschiedenen Leitfähiigkeitstyps aufgebauten bekannten Flächentransistor bestellen entweder die beiden äußeren Zonen aus p-leitendem Halbleitermaterial und die dünne mittlere Zone aus η-leitendem Halbleitermaterial, oder umgekehrt. Die Grenzfläche zwischen einem p- und einem η-leitenden Gebiet zeigt bekanntlich Gleiehrichterwirkung. Es sind auch bereits Flächentransistoren aus einem Einkristall mit drei oder mehreren Zonen verschiedenen Leitfähigkeitstyps und flächenhaften Übergängen zwischen den Zonen bekanntgeworden.

Beim bekannten Spitzentransistor bzw. Punktkontakttransistor, z. B. aus Germanium oder Silizium, bat man ebenfalls eine Folge von Schichten verschiedenen Leitfähigkeitstyps, allerdings in geometrisch anderer Form als beim Flächentransistor. An der Oberfläche eines η-leitenden Kristalls bilden sich in der Regel von selbst mikroskopische Bereiche dünner p-Schichten, so daß beim Aufsetzen der Emitterspitze bereits ohne besondere Vorkehrungen eine Gleidhirichterstrecke entsteht. Unter der Kollektorspitze wird dagegen durch Formieren in dem η-leitenden Kristall eine muldenförmige p-Scbicht größerer Ausdehnung erzeugt.

Es sind auch Flächentransistoren, z. B. aus Germanium, bekanntgeworden, bei denen auf einer ihrer Zonen eine oder mehrere Spitzenelektroden aufgesetzt sind.

Die Erfindung befaßt sich mit der Weiterbildung und Verbesserung eines Transistors mit einem Halbleitergrundkörper von einem Leitungstyp, der drei oder mehr pn-Übergänge und eine oder mehrere Spitzenelektroden enthält. Für einen solchen Transistor besteht die Erfindung darin, daß auf der einen Fläche des Halbleitergrundkörpers zwei nichtohmsche Elektroden mit vorgelagertem pn-übergang angebracht sind, daß die Dicke des Halbleitergrundkörpers mindestens so groß ist, daß die Abstände zwischen den pn-Übergängen der beiden Elektroden und der anderen gegenüberliegenden Fläche des Halbleitergrundkörpers im wesentlichen gleich oder kleiner als der Diffusionsweg der Minoritätsladungsträger im Halbleitergrundkörper sind und daß dadurch der Abstand zwischen Emitter und Kollektor auf der anderen Fläche des Halbleiitergrundkörpers, auf der auch die Basiselektrode angebracht ist, größer als dieser Diffusionsweg bemessen werden kann.

Der Transistor nach der Erfindung hat gegenüber dem bekannten Spitzentransistor den Vorteil, daß für den Abstand zwischen Emitterspitze und Kollektorspitze nach oben hin kein Grenzwert vorgeschrieben zu werden braucht. Er ist außerdem als Schalttransistor, insbesondere für logische Schaltungen, vorteilhaft, da er die Möglichkeit bietet, ähnlich einer gittergesteuerten gasgefüllten Röhre zu arbeiten.

Transistor
mit einem Halbleitergrundkörper von

einem Leitungstypus und mit drei
oder mehr pn-Übergängen und einer

oder mehreren Spitzenelektroden

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Mai 1955

Richard Frederick Rutz, Fishkill, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

In einer Ausführungsform weist der Transistor nach der Erfindung zwei Zonen auf, von denen die eine Zone einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand als die andere besitzt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Emitterkreis des Transistors den einen Teil der Trennschicht enthalten. Die zweite Zone kann aus einer zusammenhängenden Schicht, z. B. aus einem Ring oder auch aus zwei voneinander getrennten Teilen, bestehen.

Bei einer ringförmig ausgebildeten zweiten Zone ist vorteilhafterweise der Punktkontaktemitter mit dem Mittelpunkt des Ringes ausgerichtet.

Bei einer Schaltung, in die ein solcher Transistor eingebaut ist, stellen der Emitterkreis, der Teil der zweiten, dem Emitter gegenüberliegenden Zone und der dazwischenliegende Teil der ersten Zone den ersten Transistor dar, und der KoHektorkreis, der Teil der zweiten, dem Kollektor gegenüberliegenden Zone und der dazwischenliegende Teil der ersten Zone arbeiten als zweiter Transistor zusammen. Ein erster Zeicheneingangskreis ist mit dem Emitterkreis und ein zweiter Zeicheneingangskreis ist mit der zweiten Zone verbunden. Das zweite Zeichen ist so bemessen, daß es im allgemeinen den Transistor in dem Aus-Zu-

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stand hält, jedodh einen solchen Wart annehmen kann, daß der Transistor in den Ein-Zustand kippt, wenn gleichzeitig ein Zeichen am ersten Eingangskreis auftritt.

Bei den in den Ausführungsbeispielen verwendeten Transistoren kann der Emitter ein Punktkontaktemitter oder auch ein Trennschichtemitter sein. Eine zusäzliche Elektrode, die zeitweilig als Emitter arbeitet, kann derart vorgespannt werden, daß sie als Emitter gewöhnlich unwirksam ist. Die Vorspannung kann durch Ändern des Spamrangsaibfalles in dem Transistorkörper beim Empfang eines Eingangszeidhens in ihrem Vorzeichen umgekehrt werden. Diese Elektrode kann ferner durch eine Batterie vorgespannt oder geerdet sein.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Figuren der Zeichnung im einzelnen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt in Blockdarstellumg einen Transistor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 stellt das elektrische Schaltbild mit dem Transistor nach Fig. 1 dar;

Fig. 3 zeigt schematisch einen etwas abgeänderten Transistoraufbau, der an Stelle des Transistors nach Fig. 1 in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet werden kann;

Fig. 4 ist das Schaltbild einer Schaltung, die eine abgeänderte Schaltung der Schaltung nach Fig. 2 ist;

Fig. 5 ist das elektrische Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Schaltung unter Verwendung des Transistors nach Fig. 1;

Fig. 6 zeigt die Arbeiltskennlinien der Schaltung nach Fig. 5;

Fig. 7 ist das Schaltbild einer Schaltung, die der nach Fig. 5 gleicht, indem jedoch ein etwas unterschiedlich aufgebauter Transistor verwendet ist;

Fig. 8 zeigt im Grundriß den Transistor in der Schaltung nach Fig. 7;

Fig. 9 ist ein elektrisches Schaltbild einer weiteren Schaltung mit dem Transistor nach den Fig. 7 und 8.

Die Fig. 1 stellt einen Transistor 1 mit einem Körper aus halbleitendem Material dar, der eine η-Zone und zwei kleinere p-Zonen3 und 4 aufweist, die an der unteren Seite der n-Zone 2 vorgesehen sind. Die Zonen 3 und 4 sind von der η-Zone durch je eine Grenzschicht 5 bzw. 6 getrennt.

Ein Punktkantaktemitter 7 steht in elektrischer Verbindung mit der n-Zone2 an der Stelle, die unmittelbar der p-Zone 4 gegenüberliegt. Ein Punktkontaktkollektor 8 ist elektrisch mit der n-Zone 2 an der Stelle verbunden, die unmittelbar der p-Zone 3 gegenüberliegt. Andere übliche Kollektoren können verwendet werden, sofern sie einen hohen Stromverstärkungsfaktor aufweisen, der wenigstens größer als 1, vorzugsweise größer als 1 + b ist, wobei b die Beweglichkeit der Ladungsträger in der n-Zone 2 bedeuten soll. Wenn die Zone, die an den Kollektor angrenzt, eine p-Zone ist, soll der St rom verstärkungsfaktor vorzugsweise größer als 1 + i/b sein. Der Kollektor kann entweder ein elektrischer Punktkontakt mit einer η-Typ-Verunreinigung sein, oder der Kollektordraht kann wirksam mit der n-Zone 2 verschweißt oder verschmolzen sein, z. B. durch Verwendung eines Golddrahtes mit 1 % Antimon als Verunreinigung, indem so ein dauernd angeschlossener Kollektor gebildet ist, Andererseits kann auch ein hakenförmiger pn-Kollektor verwendet werden. Eine ohmsche Elektrode ist außerdem an der n-Zone 2 angebracht. Diese kann aus einer Lötverbindung mit einem Anschluß 10 bestehen und kann als Basisansdhlüß dienen. Die Abstände 11 zwischen dem Emitter 7 und dem Kollektor 8 einerseits und den pn-Übergängen 5 und 6 andererseits müssen im wesentlichen gleich oder kleiner als der Aus'breitungsweg oder Diffusionsweg der Minoritätsladungsträger für mittlere Lebensdauer in der n-Zone 2 sein.

Die Fig. 1 zeigt die p-Zone 3 und 4 im Querschnitt. In der Draufsicht erscheinen diese im wesentlichen als runde, kleine Flächen, so daß die beiden p-Zonen durch einen mittleren Teil der n-Zone 2 voneinander

ίο getrennt sind.

Die p-Zonen 3 und 4 müssen einen geringen spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem der n-Zone 2 aufweisen, damit ein guter Löcherstromeintritt von den Trennschichten 5 und 6 in die n-Zone sichergestellt ist. Wenn z.B. die n-Zone2 einen spezifischen Widerstand von 5 Ohm · cm aufweist, sollen die p-Zonen 3 und 4 einen spezifischen Widerstand von etwa 0,5 Ohm · cm haben.

In den später beschriebenen Schaltbildern können

so eine oder mehrere, in der Fig. 1 eingezeichnete Verbindungen fortgelassen werden, wenn sie in einer einzelnen Schaltung nicht benötigt werden.

In der Schaltung nach Fig. 2 ist der Transistor 1 nach Fig. 1 derart angeschlossen, daß er als üblicher

»5 Punktkontakttransistor arbeitet, ohne daß jedoch die übliche Einschränkung bezüglich des maximalen Abstandes zwischen dem Punktkontaktemitter und dem Punktkontaktkollektor erforderlich ist. Der Kollektor 8 ist über den Bei as tungs widerstand 12 und die Belastungsspeisebatterie 13 geerdet. Der Basisanschktß 9 ist ebenfalls geerdet. Die p-Zone 3 und die p-Zone 4 sind durch die Leitung 16 miteinander verbunden. Die Ausgangsklemme 17 ist an den Kollektor 8 und die andere Ausgangsklemme 18 ist an Erde angeschlossen. Der Emitter 7 liegt über den Widerstand 19 an der Eingangsklemme 20. Die andere Eingangsklemme 21 ist geerdet.

Der Transistor 1 in der Schaltung nach Fig. 2 weist typische Punktkontakt-Transistor-Eigenschaften auf.

Jedoch ist keine maximale Begrenzung des Abstandes zwischen dem Emitter 7 und dem Kollektor 8 wie bei üblichen Punktkontakttransistoren erforderlich. Das nicht erforderliche Einhalten dieser Begrenzung läßt sich dadurch näher erklären, daß der Transistor 1 wie zwei- einzelne, in Kaskade geschaltete Transistoren arbeitet. Der Emitter 7, die n-Zone 2 und die p-Zone 4 bilden den ersten von diesen beiden einzelnen Transistoren, indem die Trennschicht 6 als Kollektor dient. Der zweite dieser beiden einzelnen Transistoren enthält die p-Zone 3, die n-Zone 2 und den Kollektor 8. Die Trennschicht 5 dient als Emitter für den zweiten Transistor, der als Belastung an den Ausgang des ersten Transistors angeschlossen ist. In jedem dieser beiden einzelnen Tranistoren ist der Abstand zwischen dem Emitter und dem Kollektor eindeutig durch die Abmessungen des Transistorkorpers festgelegt. Da die beiden Transistoren durch die Leitung 16 leitend miteinander verbunden sind, ist der seitliche Abstand zwischen dem Emitter 7 und dem Kollektor 8 ohne Bedeutung.

Die Batterie 13 spannt den Kollektor 8 negativ vor. Wenn der Transistor sich im Aus-Zustand befindet, tritt der größte Spannungsabfall zwischen dem Kollektor 8 und der geerdeten Basis 9 in der n-Zone 2 in der Nähe des Kollektors 8 auf. Der übrige Teil der n-Zone 2 weist eine geringe negative Spannung auf, deren Wert nach der geerdeten Basis 9 zu abnimmt. Das Potential in der n-Zone 2 gerade außerhalb der Trennschicht 5 kann z.B. —0,3 Volt und das Potential in der n-Zone 2 eben außerhalb der Trennschicht 6

kann ζ. B. —0,1 Volt betragen. Die beiden ρ-Zonen 3 und 4 liegen dann an einem mittleren Wert zwischen diesen beiden Potentialen, z.B. an — 0,2VoIt. Die Trennschicht 5 ist dann durch eine sehr geringe Spannung vorgespannt, und die Trennschicht 6 ist dann gegenvorgespannt. Obwohl die Trennschicht nur einige wenige Elektronen infolge ihrer Vorspannung emittieren kann, wird die mit ihr in Reihe liegende, gegenvorgespannte Trennschicht 6 den Strom durch die Trennschicht 5 derart begrenzen, daß der Transistor nicht in den Ein-Zustand umgeschaltet werden kann.

Es sei jetzt angenommen, daß ein positives Zeichen an die Klemmen 20 und 21, z. B. von 10 Volt, angelegt wird. Der Emitter 7 ist dann stark positiv vorgespannt und sendet Löcherstrom in die n-Zone 2. Dieser Löcherstrom breitet sich über die η-Zone aus und erreicht die Trennschicht 6, die als Kollektor dient. Der an der Trennschicht auftretende Strom fließt über die Leitung 16 zur p-Zone 3. Die Trennschicht 5 sendet Lödherstrom aus, der über die n-Zone 2 zum Kollektor 8 gelangt, wodurch der Transistor in den Ein-Zustand geschaltet wird.

Wenn das positive Eingangszeichen am Emitter 7 nicht mehr auftritt, wird der Spannungsabfall in der n-Zone 2 hauptsächlich durch den Elektronenstrom bestimmt, der vom Kollektor 8 zur Basis 9 fließt. Dieser wird wiederum an der gegenvorgespannten Trennschicht 6 wirksam, wodurch der Strom durch die Trennschicht 5 und das Aussenden des Löcherstromes unterbrochen wird; der Transistor wird in den Auis-Zustand umgeschaltet.

Bei der beschriebenen Arbeitsweise der Schaltung nach' Fig. 2 wird angenommen, daß der Kollektor 8 vom Emitter 7 durch einen Abstand getrennt ist, der größer als eine Ausbreitungslänge ist. Die Arbeitsweise ist im wesentlichen dieselbe, wenn dieser Abstand kleiner als die Au sbreitungs länge ist, ausgenommen, daß zwei Wege für den Löcherstrom, der zwischen dem Emitter 7 und dem Kollektor 8 verläuft, vorhanden sind, von denen der eine der oben beschriebene und der andere der unmittelbare Weg ist, der gleich dem beim üblichen Transistor ist. Somit gibt es für den Transistor 1, wenn er in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet wird, weder eine maximale noch eine minimale Begrenzung bezüglich des Abstandes zwischen dem Emitter 7 und dem Kollektor 8, es sei denn, daß sie sich berühren. Es ergibt sich somit, daß die Herstellung solcher Transistoren bedeutend einfacher als die Herstellung üblicher Transistoren ist.

Die Arbeitsweise ist im wesentlichen dieselbe, wenn sich die geerdete Basis 9 näher beim Kollektor 8 als beim Emitter 7 befindet. Wenn diese abgeänderte Ausführungsform verwendet wird, tritt fast kein Spannungsabfall zwischen den Trennschichten 5 und 6 auf, und keine Trennschicht kann infolgedessen als Kollektor oder Emitter wirksam sein, so daß der Strom über den Transistor beim Nichtvorhandensein eines positiven Eingangszeichens vernachlässigbar klein ist. Das Ansprechen des Transistors auf ein positives Eingangszeichen geschieht in der gleichen Weise, wie es vorher beschrieben worden ist.

Die Fig. 3 stellt einen Transistor 22 dar, der anstatt des Transistors 1 nach Fig. 2 vorgesehen ist. Der Transistor 22 enthält eine n-Zone 23 und eine p-Zone 24, die sich über die gesamte untere Seite der p-Zone 23 erstreckt und mit dieser durch eine Trennschicht 25 verbunden ist. Die Schichtstärke der n-Zone 23 ist derselben Beschränkung unterworfen wie die Schichtstärke der n-Zone 2 in Fig. 1. Die p-Zone 24 weist einen niedrigen spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem der n-Zone 23 auf. Eine Kontaktfläche 24 a von niedrigem Widerstand erstreckt sich fast über die gesamte Fläche der Zone 24, so daß sie wie eine Äquipotentialzone arbeitet. Ein Punktkontaktemitter 26, ein Punktkontaktkollektor 27 und ein ohmscher Basisanschluß 28 sind vorgesehen. Die Teile der breiten p-Zone 24 gegenüber dem Emitter 26 und dem Kollektor 27 üben die gleiche Funktion wie die p-Zone 4 bzw. 3 nach Fig. 2 aus, und der dazwischenliegende ίο Teil der p-Zone 24 übt dieselbe Funktion wie der Leiter 16 aus. Wenn der Transistor 23 an Stelle des Transistors 1 in die Schaltung nach Fig. 2 eingeschaltet wird, arbeitet diese Schaltung fast in derselben Weise. Der Abstand zwischen den beiden Punktkontaktelektroden 26 und 27 ist wiederum ohne Bedeutung.

Die Fig. 4 stellt eine abgeänderte Schaltung von der nach Fig. 2 dar. Die Schaltelemente in Fig. 4, die denen in der Fig. 2 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nunmehr im ein-

ao zelnen nicht mehr beschrieben.

Die Schaltung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach der Fig. 2 dadurch, daß noch ein zusätzlicher Eingang vorgesehen ist, der an die Leitung 16 angeschlossen ist. Dieser Eingangskreis enthält die Leitung 28, den Widerstand 29 und die beiden Eingangsklemmen 30 und 31, von denen die letztere geerdet ist. Der Widerstand 29 soll im Vergleich zu dem Flußwiderstand der Trennschicht 9 groß sein, z. B. 10 000 Ohm betragen, so daß der Strom über ihn sehr gering ist und fast einen konstanten Wert aufweist.

In der Schaltung nach Fig. 2 schwanken die Eingaingszeichen zwischen einem Zeichenwert von 0 Volt und einem Zeichen wert von 10 Volt an den Eingangsklemmen 20 und 21. An den beiden Eiingangsklemmen 30 und 31 der Schaltung nach Fig. 4 liegt eine Spannung zwischen —10 Volt bei nichtangelegten Zeichen; an diese kann eine Zeichenspannung angelegt werden, so daß an dieser dann eine Spannung von etwas unter OVoIt, z.B. von —0,2 Volt, liegt. Sofern die Eingangsklemme 30 —10 Volt vorgespannt bleibt, ist die pn-Trennschicht 5 gegenvo>rgespannt, und der linke oder zweite Transistor kann keinen Strom leiten. Infolgedessen werden die Zeichen, die an den Eingangsklemmen 20 und 21 auftreten, nicht über den Tran- siistor weiitergeleitet und erscheinen nicht an den Ausgangsklemmen 17 und 18. Solange ferner die Eingangsklemme 20 an 0 Volt liegt, ist der Emitter 7 gegenvorgespannt, und einer Änderung der Spannung an der Eingangsklemme 30 von —10 auf —0,2 Volt bewirkt kein Abschalten der Gegenspannung von der Trennschicht 5.

Wenn die beiden Paare der Eingangsklemmen positive Zeichen empfangen, d. h., wenn die Eingangsklemme 20 mit Zeichen von +10VoIt und die Ein- gangsklemme 30 mit Zeichen von —0,2 Volt beschickt werden, dann wird der Emitter 7 stark positiv vorgespannt und sendet Lödherstrom aus, der über die n-Zone 2 zur Trennschicht 6 fließt. Die Trennschicht 6 wird dann gegenvorgespannt und wirkt als Kollektor.

Der aufgefangene Strom fließt über die Leitung 16 zur p-Zone 3 und wird als Löcherstrom an der Trennschicht 5 ausgesendet, die jetzt ein wenig vorgespannt ist und einen wesentlichen Strom aufnimmt. Der Strom durch die Trennschicht 5 tritt in der n-Zone 2 hauptsächlich als Löcherstrom auf, der sich über die n-Zone 2 zum Kollektor 8 ausbreitet, so daß der Transistor in seinen Ein-Zustand, in seinen stark leitenden Zustand, umschaltet, indem er ein ziemlich starkes Aüsgangszeichen an den Klemmen 17 und 18 entstehen läßt.

An den beiden Eingangsklemmpaaren müssen dauernd Zeichen anliegen, damit der Transistor im Ein-Zustand verbleibt. Wenn die Spannung an der Klemme 20 auf 0 Volt fällt, dann steuert der Spannungsabfall infolge des Elektronenstromes vom Kollektor 8 zur geerdeten Basis 9 wieder die Vorspannung an der Trennschicht 6, und diese wird gegenvorgespannt, indem der Löcherstrom durch die Trennschicht 5 auf einen kleinen Wert durch den Widerstand 29 begrenzt wird; der Transistor schaltet in seinen Aus-Zustand um. Desgleichen wird der Transistor in seinen Aus-Zustand umgeschaltet, wenn die Eingangsklemme 30 auf —10 Volt fällt, da die Trennschicht 5 stark gegenvorgespannt wird.

Die soeben beschriebene Schaltung arbeitet insbesondere als Koinzidenz- oder »Unde-Schaltung. Zeichen müssen gleichzeitig an beiden Eingangsklemmen empfangen werden, damit ein Zeichen an der Ausgangsklemme entsteht. Es ist allgemein bekannt, daß diese Schaltung zu einer Mischschaltung oder »Oder«-Schaltung umgeändert werden kann, indem die Polarität und der Wert der Eingangszeichen geändert werden. Wenn z. B. bei keinem angelegten Zeichen an jedem Paar der Eingangsklemmen 0 Volt und der Zeichenwert +5 Volt betragen, dann wird ein Zeichen an den Ausgangsklemmen 17 und 18 jedesmal dann auftreten, wenn ein Zeichen an einer der beiden Eingangsklemmen empfangen worden ist. Der Transistor 22 nach Fig. 3 kann in der Schaltung nach Fig. 4 anstatt des Transistors 1 verwendet werden.

In der Schaltung nach Fig. 4 sollte der Abstand zwischen dem Emitter 7 und dem Kollektor 8 wenigstens gleich dem Ausbreitungsweg von dem Minoritätsladungsträgern in der Zone 2 bei mittlerer Lebensdauer sein. Anderenfalls kann über die Eingangsklemmen 30 und 31 das Ausgangszeichen nicht gesteuert werden.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in der ein Transistor 1 mit einem sehr hohen Verstärkungsfaktor verwendet wird.

In dieser Schaltung wird die pn-T renn schicht 5 in gleicher Weise wie in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet; die pn-Trennschidht 6 arbeitet zeitweilig als zweiter Kollektor und manchmal als zweiter Emitter. Die Trennschicht 6 ist durch die Batterie 32 gegenvorgespannt, so daß sie als Kollektor zu arbeiten sucht. Bei geringem Strom durch die Emittertrennschicht 5 entsteht ein Löcherstrom, der beim Treffen auf den Kollektor 8 mit hohem Alphawert einen Elektronenstrom zur Basis 9 fließen läßt. Dieser Strom ruft einen Spannungsabfall über die η-Zone vom Kollektor 8 zur Basis 9 hervor, aber die η-Zone in der Nähe der p-Zone 4 ist nicht negativ genug gegenüber der vorgespannten Trennschicht 6. Die Emittertrennschicht 6 bleibt außer Wirkung, und die Kollektor-Stromspannungskennlinien weisen die in Fig. 6 dargestellten Formen bei niedrigen Werten des Stromes Ie₁ durch die Emittertrennschicht 5 auf. Wenn der Strom durch die Emittertrennschicht 5 ansteigt, nimmt auch der Spannungsabfall über diese Trennschicht zu. Es entsteht in der n-Zone 2 ein derartiger Spannungsgradient, daß die Spannung in dem Teil der n-Zone 2 in der Nähe der Trennschicht 6 auf einen Wert fällt, der kleiner als der an der negativen Klemme der Vorspannbatterie 32 ist. Die Trennschicht 6 wird dann vorgespannt und sendet Löcherstrom in die n-Zone 2, wodurch der Strom durch diese Zone wesentlich und in gleicher Weise auch der Strom durch den Kollektor 8 ansteigen. Dieser angestiegene Strom erzeugt einen weiteren Spannungsabfall in der n-Zone 2. Die Wirkung schaukelt sich auf und der Kollektorstrom nimmt schnell zu, so daß eine sehr hohe Verstärkung erreicht werden kann.

Da sich die Trennschicht 6 in einem Abstand vom Kollektor 8 befindet, der größer als der Ausbreitungsweg sein kann, kann der Löcherstrom, der von dieser Trennschicht ausgesendet wird, den Kollektor nur erreichen, wenn ein Beschleunigungsfeld vorhanden ist, wie z. B. das Feld duirch den Spannungsabfall. Der

ίο Anteil des gesamten Löcherstromes, der an der Trennschicht 6 auftritt und den Kollektor erreicht, hängt von der Stärke dieses Feldes ab.

Sobald ein positives Eingangszeichen an die Emitter trennschicht 6 nicht mehr angelegt wird, hört auch das Aussenden des Löcherstromes von dieser Trennschicht auf; der Elektronenstrom zwischen dem Kollektor 8 und der geerdeten Basis 9 fällt. Der Spannungsabfall zwischen dem Kollektor 8 und der Basis 9 wird geringer, wodurch die Vorspannung an der Trennschicht 6 vermindert wird und ferner das Aussenden des Löcherstromes von dieser Trennschicht herabgesetzt wird, wodurch dann der Elektronenstrom weiter verringert wird. Diese Wirkung schaukelt sich auf. Wenn die Vorspannung an der Trennschicht 6 infolge des Spannungsabfalles unter den Spannungswert der Vorspannbatterie 32 fällt, wird durch diese Batterie die Vorspannung an dieser Trennschicht umgekehrt, so daß diese Trennschicht als Kollektor zu wirken beginnt, indem so ein Aussetzen des Löcher stromes in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft erfolgt, wodurch der Transistor schnell in seinen Aus-Zustand geschaltet wird. Dieses Aussetzen des Löcherstromes ist von besonderer Wichtigkeit, wenn der Transistor mit Eingangsimpulsen beschickt wird, da die Ausgangsspannung dann hierdurch sehr schnell verschwindet, wenn die Eingangsspannung abgeschaltet wird.

Die Fig. 7 und 8 stellen eine Schaltung gleich der nach Fig. 5 dar, jedoch wird eine abgeänderte Ausführungsform des Transistors 33 verwendet. Der Transietor 33 enthält eine n-Zone 34 und eine einzelne ringförmige p-Zone35. Ein Punktkontaktemitter 36 arbeitet mit der n-Zone 34 in der Mitte des durch die p-Zone 35 gebildeten Ringes zusammen. Ein Punktkontaktkollektor 37 steht mit der n-Zone 34 unmittelbar gegenüber dem Emitter 36 in Verbindung. Die p-Zone 35 und die pn-Trennschicht 38 dienen zeitweilig als zweiter Kollektor und zeitweilig als zweiter Emitter, der wie ein Kollektor durch die Batterie 32 gegenvorgespannt ist. Der BasLsanschluß 39 ist ringförmig ausgeführt, so daß er symmetrisch zur Trennschicht 38 angeordnet ist. Der Spannungsabfall verläuft symmetrisch um die Achse zwischen dem Emitter 36 und dem Kollektor 37. Die ringförmige Zone 35 kann an einer der Flächen des Transistors angeordnet sein, sofern sie im wesentlichen um diese Achse zentrisch angeordnet ist. Sobald die Gegenvorspannbatterie32 verwendet wird, ist der innere Durchmesser der Zone 35 minimal nicht begrenzt.

Das Arbeiten der Schaltung nach Fig. 7 ist im wesentlichen dasselbe wie das der Schaltung nach Fig. 5. Die Emittertrennschicht 38 beeinflußt nicht den Sperrwiderstand des Kollektors, bis der Strom durch den ersten Emitter 36 einen beachtlichen Wert angenommen hat. Dies trifft auch auf die Trennschicht in der Anordnung nach Fig. 5 zu. Diese Transistoren weisen daher Kennlinien mit hoher Stromverstärkung, verbunden mit einem hohen Sperrwiderstand bei niedrigem Strom im Aus-Zustand, auf.
Wenn der innere Durchmesser der Ringzone 35 groß genug gewählt ist, so daß der Abstand zwischen

der Trennschicht 38 und dem Kollektor 37 wesentlich größer als der Ausbreitungsweg der Minoritätsladungsträger in der n-Zone 34 bei mittlerer Lebensdauer ist, dann wird der Löcherstrom von der Trennschicht 38 zum Kollektor 37 niuor fließen, wenn ein Beschleunigungsfeld entweder durch den Strom vom Emitter 36 zum Kollektor 37 hervorgerufen oder von dem Strom vom Kollektor 37 zur Basis 39 vorhanden ist. Unter diesen Umständen wird die Arbeitsweise des Transistors 33 die gleiche sein, wie sie vorher für den Transistor 1 in der Schaltung nach Fig. 5 beschrieben ist. Wenn das positive Eingangiszeichen aufhört, nimmt der Löcherstrom von der Trennschicht 38 schnell ab, bis die Vorspannbatterie 32 wirksam wird, um die Vorspannung an dieser Trennschicht umzukehren, worauf sie als Kollektor wirkt, wodurch der Löcherstrom in ihrer unmittelbaren Nähe aussetzt.

Es kann manchmal wünschenswert sein, ein Arbeiten zu erreichen, wie es bei einer gittergesteuerten und gasgefüllten Röhre auftritt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der innere Durchmesser der Ringzone wesentlich kleiner als der Ausbreitungsweg ist, so daß sich ein Strom, wenn er erst einmal fließt, selbst aufrechterhält, wenn auch das Eingangszeichen abgeschaltet wird. Bei einer solchen Anordnung müssen zusätzliche Mittel wirksam eingreifen, um die Schaltung wieder außer Betrieb zu setzen.

Die Fig. 9 stellt eine von der Schaltung nach Fig. 7 abgeänderte Schaltung dar, in der der ohmsche Basisanschluß 39 durch die Leitung 40 mit der p-Zone 38 verbunden und geerdet ist. Die Arbeitsweise dieser Schaltung gleich der nach der Fig. 7; es ist jedoch keine Vorspannung an die Trennschicht 38 angelegt. Der Löcherstrom von der Trennschicht 38 zum Kollektor 37 ist beim Zustand geringen Stromes durch den Unterschied in dem Abstand zwischen dem Emitter 36 und dem Kollektor 37 einerseits und dem Abstand zwischen dem Emitter 38 und dem Kollektor 37 andererseits unterbunden. Der Abstand an der Innenseite des Ringes 41, der durch die p-Zone 35 gebildet ist, ist fast gleich dem doppelten Ausbreitungsweg der Minoritätsladuingsträger in dem n-Bereich 34 bei mittlerer Lebensdauer. Wenn infolgedessen das elektrische Feld zwischen dem Emitter 36 und dem Kollektor 37 klein oder sehr schwach ist, können die Minoritätsladungsträger den Kollektor 37 nur vom Emitter 36 und nicht vom Emitter 38 erreichen.

In der Schaltung nach Fig. 9 wird ein Arbeiten, wie es mit einer gittergesteuerten und gasgefüllten Röhre erreicht wird und wie es in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben worden ist, nur sicher erzielt, wenn der innere Durchmesser der ringförmigen Zone 35 kleiner als der doppelte Ausibreitung-sweg der Minoritätsladumgsträger in der n-Zone 34 bei mittlerer Lebensdauer gemacht ist.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Transistor mit einem Halbleiitergrundkörper von einem Leitungstypus, der drei oder mehr pn^Übergänge und ein oder mehrere Spitzenelektroden enthält, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Fläche des Halibleitergrundkörpers zwei nichtohmsohe Elektroden (3 und 4) mit vorgelagertem pn-Übergang (5 und 6) angebracht sind, daß die Dicke des Halbleitergrundkörpers mindestens so groß ist, daß die Abstände (11) zwischen den vorgelagerten pn-Ubergängen der beiden Elektroden der anderen gegenüberliegenden Fläche des Halbleitergrundkörpers im wesentlichen gleich oder kleiner als der Diffusionsweg der Minoritätsladungsträger im Halbleitergrundkörper sind und daß dadurch der Abstand zwischen Emitter (7) und Kollektor (8) auf der anderen Fläche des Halbleitergrundkörpers, auf der auch die Basiselektrode (9) angebracht ist, größer als dieser Diffusionsweg bemessen werden kann.

2. Tranisistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannung für wenigstens eine der beiden nichtohmschen Elektroden vorgesehen ist, die durch eine Schaltung gesteuert wird, und daß diese Schaltung Steuerelemente enthält, durch die die Spannungsverteilung in der ersten Zone vom Leitungstypus geregelt wird.

3. Transistor nach Anspruch, 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkreis diie eine nichtohmsche Elektrode enthält.

4. Transistor nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den nichtohmschen Elektroden vorgelagerte Zone vom umgekehrten Leitungstypus eine zusammenhängende zweite Zone ist.

5. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkreis einen Punktkontaktemitter enthält.

6. Transistor nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenhängende Zone ringförmig ausgebildet ist und der Puinktkontaktemitter mit dem Mittelpunkt des Ringes der zweiten Zone ausgerichtet ist.

7. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Punktkontaktemitter an der ersten Zone von dem Kollektorkreis getrennt ist und daß die zweite Zone aus zwei Teilen besteht, die dem Kollektorkreis und dem Punktkontaktemitter gegenüberliegen und niederohmig miteinander verbunden sind.

8. Transistor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannsteuerschaltung derart wirksam ist, daß sie zweiten Zonen zeitweilig vorgespannt und zeitweilig gegenvorgespannt ist.

9. Schaltung mit einem Transistor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkreis, der Teil der zweiten dem Emitter gegenüberliegenden Zone und der dazwischenliegende Teil der ersten Zone als erster Transistor und der Kollektorkreis, der Teil der zweiten dem Kollektor gegenüberliegenden Zone und der dazwischenliegende Teil der ersten Zone als zweiter Transistor zusammenarbeiten.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zeicbeneingangskreis mit dem Emitterkreis und ein zweiter Zeicheneingangskreis mit der zweiten Zone verbunden sind und das das zweite Zeichen der Spannung zwischen einem Wert, der den Transistor in den Aus-Zuistand hält, und zwischen einem zweiten Wert sich ändern läßt, der den Transistor in den Ein-Zustand beim gleichzeitigen Auftreten eines Zeichens am ersten Eingangskreis kippt.

11. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vorspannsteuerschaltung beim Transistor im Aus-Zustand der Trennschichtteil gegenvorgespannt ist und daß beim Überschreiten des Kollektorstromes um einen bestimmten Betrag dieser Trennschichtteil vorgespannt ist.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannsteuersdhaltung dadurch betätigt ist, daß sich der Strom durch den

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Transistorkörper und dadurch der Spannungsabfall in diesem Körper ändern.

13. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an äußere Klemmen der Schaltung vorspannende Schaltelemente angeschlossen sind.

14. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Vorspamnsteuerschaltung der Schaltung mit einem Impulszeicheneingangskreis am Ende eines Impulses die Vorspannung des einen Teiles der Tremnschdcht gegenvorgespannt ist und somit dieser Teil der Trenn-

schicht als Kollektor dient und die Minoritätsladuagsträger von der ersten Zone ferngehalten sind.

15. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser des Ringes derart bemessen ist, daß der Transistor wie eine gittergesteuerte, gasgefüllte Röhre arbeitet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 836 826, 837 732,

USA-Patentschrift Nr. 2 666 814.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

θ 809 580/426 7.55