DE1039649C2 - Fadenhalbleiteranordnung mit zwei sperrfreien Basiselektroden verschiedenen Potentials und mindestens einer als Emitter dienenden sperrenden Elektrode - Google Patents

Fadenhalbleiteranordnung mit zwei sperrfreien Basiselektroden verschiedenen Potentials und mindestens einer als Emitter dienenden sperrenden Elektrode

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DE1039649C2 DE1956S0047472 DES0047472A DE1039649C2 DE 1039649 C2 DE1039649 C2 DE 1039649C2 DE 1956S0047472 DE1956S0047472 DE 1956S0047472 DE S0047472 A DES0047472 A DE S0047472A DE 1039649 C2 DE1039649 C2 DE 1039649C2
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
PATENTSCHRIFT 1039 ANMELDETAG:
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:
AUSGABE DER PATENTSCHRIFT:
kl. 21g 11/02
, INTERNAT. KL. HOIl
13. FEBRUAR 1956
'25. SEPTEMBER 1958 19. MÄRZ 19 5 9
STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT
1 039 649 (S 47472 VIII c / 21 g) .
Die Erfindung betrifft eine Fadenhalbleiteranordnung, bestehend aus einem Halbleiterkörper, vorzugsweise Halbleitereinkristall, welcher an zwei verhältnismäßig weit auseinander liegenden Stellen mit je einem sperrfreien Basiskontakt versehen ist, zwischen welchen auf der Hal'blei'terkristalloberfläche mindestens eine sperrende Emitterelektrode, gegebenenfalls auch noch mindestens eine sperrende Kollektorelektrode, angeoidnet sind. Derartige Halbleiteranordnungen sind in der Literatur bisweilen auch als Doppelbasisdioden oder Doppelbasistransistoren bezeichnet worden. Derartige Bauelemente haben bisher vor allem als Schaltelemente Verwendung gefunden. Bei den bekanaten Anordnungen hat der Halbleiterkristall ■ im allgemeinen eine längliche, stabförmige Gestalt mit konstantem Querschnitt; dessen Größe im allgemeinen zwischen 1 und 0,2 qmm liegt. Bei einer Stablänge von 4 mm haben die Ein- und Ausschaltzeiten eine Größenordnung von ungefähr 5 bis 15 μεεΰ.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die' Schaltzeiten einer solchen Fadenhalbleiteranordniung zu verkürzen. Die Erfindung bezieht sich auf eine solche Fadenhalb leiteranordnung mit zwei sperrfreien Basiselektroden verschiedenen'Potentials und mindestens einer als Emitter dienenden sperrenden Elektrode sowie gegebenenfalls mindestens einer als Kollektor dienenden sperrenden Elektrode. Erfinduogsgemäß ist eine über den Weg der Minoritätisladungsträger stetig oder stufenweise verteilte Zunahme der Feldstärke in Richtung des Minoritätsladungsträgerflusses angewendet worden, die durch Ausbildung des Halbleiterkörpers und/oder der Basiselektroden bewirkt ist. Hierdurch gelangen nämlich die Ladungsträger schneller vom Emitter zur Basis, als wenn die Feldstärke auf dem Wege der Ladungsträger konstant ist.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Fadenhalbleiteranordnung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. A ist der stabförmige Halbleiterkristall aus einem geeigneten Halbleitermaterial, ζ. B. Germanium, Silizium oder einer entsprechenden Legierung von Elementen derselben Gruppe wie Silizium oder von Elementen der III. und V., IV. und VI. oder II. und VII. Gruppe des Periodischen Systems oder Mehrfacfaverbindungen dieser Elemente oder Verbindungen. B1 und B2 bedeuten zwei sperrfreie' Basiselektroden. D ist ein durch Legierung und/oder Diffusion hergestellter p-n-Übergang, welcher als Emitterelektrode geschaltet ist. Aus der Zeichnung ist : ersichtlich, wie beispielsweise die Basiselektrode B2, welche dem Emitter D näher benachbart ist, einen größeren Querschnitt aufweist als die andere Basiselektrode B1. Außerdem verjüngt sich der Querschnitt des Halbleiterstäbchens von der Basiselektrode B, bis Fadenhalbleiteranordnung
mit zwei sperrfreien Basiselektroden
verschiedenen Potentials und mindestens
einer als Emitter dienenden
sperrenden Elektrode
Patentiert für:
! ■
Siemens & Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München
Dr. Heinz Dorendorf, München, ist als Erfinder genannt worden
zur Basiselektrode B1 linear, d. h. in Richtung des Spannungsgefälles, auf Grund dessen sich die Ladungsträger von der Emitterelektrode D zur Basis B1 bewegen. Gemäß dem Ausfü'hrungsbeispiel beträgt der· Querschnitt des Stäbchens am Ende der Basiselektrode B1 1 · 0,2 qmm, während der Querschnitt am Ende der Basiselektrode B1 0,3· 0,2 qmm groß ist. Dies bringt erstens den Vorteil mit sich, daß der Spannungsabfall zwischen der Emitterelektrode D und der Basiselektrode B1 auf Kosten des Spannungsabfalls zwischen D und B2 vergrößert istt Außerdem kann wegen des kleinen Querschnittes des Hälbleiterstäbchens zwischen D und B1 im Verhältnis zu dem größeren Querschnitt zwischen D und B2 auf der Strecke zwischen D und B1 eine hohe Feldstärke aufrechterhalten' werden und trotzdem der p-n-Übergang bei D großflächig ausgebildet sein. Als Vorteil wirkt es sich ferner aus, daß auf Grund 'der dargestellten Ausbildung der Anord-: riung die injizierten Minoritätsträger zwischen D und B1 infolge des Querschnittgradienten überall ungefähr konstante Stromdichte aufweisen. Andererseits wird durch die am Basisanschluß B2 geringere Stromdichte dort eine schädliche Injektion von Minorkätsträgern vermieden.
Jede der aufgeführten Wirkungen der geometrischen Querschnitts Verjüngung auf das elektrische Feld, die Stromdichte und die Trägerinjektionj bedingt eine Verkürzung der Ein- und Ausschaltzeit, die sich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auf etwa 1 [isec beläuft gegenüber den sonst üblichen Zeiten von 5 bis 15 μδζο bei konstantem Querschnitt. Darüber hin-
1809 753/276;
aus resultiert noch eine Vergrößerung des Spannungsunterschiedes am Emitter zwischen den Zuständen »Ein« und »Aus«.
Entsprechende Wirkungen treten auch bei einem Fadentransietor m'it einem zusätzlichen Kollektor zwischen Emitterelektrode D und Basis B1 ein. Mit gleichem Vorteil läßt sich die Maßnähme nach der Erfindung, auch bei Fadenhalbleiteranordnungen anwenden, bei denen mehrere Emitterelektroden und gegebenenfalls Kollektorelektroden zwischen den beiden Basisanschlüssen B1 und B2 nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet sind.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich in mannigfacher Weise abwandeln. Insbesondere kann •die die Beschleunigung der Ladungsträger hervorrufende elektrische Feldwirkung auch auf andere Weise, entweder an Stelle der beschriebenen . Mittel oder zusätzlich, erzeugt werden. So kann beispielsweise den Basiselektroden B1 und/oder B2 . eine bestimmte geometrische Gestalt gegeben werden.. Zu diesem Zwecke können beispielsweise auch an gewissen geeigneten Stellen der Halbleiteroberfläche vorzugsweise längs des sich verjüngenden Mantels oder der sich verjüngenden Kanten des Halbleiterkörpers zwi: sehen D und B1 entsprechende. Oberflächenzustände insbesondere durch entsprechende Oberflächenbelegungen erzielt werden. Insbesondere ist daran gedacht, daß dicht unter der Oberfläche eine den ganzen Ladungsträgerweg umhüllende p-n-Schicht angeordnet ist, welche z. B. als Kollektor geschaltet ist.
Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung beschleunigender Wirkungen besteht darin, eine Driftwirkung durch einen Dotierungsgradienten hervorzurufen, welcher auf dem Ladungsträgerwege. und in. dessen Richtung aufrechterhalten .wird. Hierbei ist insbesorr dere die stärkste Dotierung an der Emitterstel'le und die geringste Dotierung in der Nähe der Basis B1 bzw. in der Nähe von vorzusehenden Kollektorelektroden vorzunehmen. Die unterschiedlichen Dotierun^- gen können entweder stetig verteilt, beispielsweise nach einem Exponentialgesetz verteilt, oder auch gestuft sein. Der Unterschied in der höchsten und niedrigsten Dotierung soll zweckmäßig mindestens eine oder zwei Größenordnungen betragen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß Halbleitermaterial unterschiedlicher Bandbreite verwendet wird, wobei die Bandbreite vom Emitter bis zum Kollektor bzw. bis zur Basis entweder gestuft oder stetig geändert werden kann. Dies läßt sich in bereits vorgeschlagener Weise auf besonders einfache Art durch Verwendung von Legierungen aus Halbleitermaterial erreichen, wobei die Legierungszusammensetzung in entsprechender Weise ungleichförmig.· bemessen ist. Ein Beispiel hierfür ist eine Legierung aus Silizium und Germanium, bei welcher das Verhältnis der beiden Komponenten der Legierung vom Emitter bis zum Kollektor bzw. bis zur Basis eine stetige oder gestufte Änderung erfährt. Schließlich sei noch erwähnt, daß auch die geometrische Verjüngung des Halbleiterkörpers, die im Ausführungsbeispiel und in der Zeichnung stetig vor sich geht, ebenfalls gestuft ausgebildet sein könnte. x
Die Maßnahme nach der Erfindung ist bei den obigen bekannten und bereits vorgeschlagenen Fadentransistoranordnungen vornehmlich für Schaltzwecke, für Zählglieder, zur Frequenzvervielfachung usw. mit Vorteil anwendbar. In diesem Zusammenhang ist z. B. eine bereits vorgeschlagene Anordnung zum Erzeugen von Schalt- öder Kippvojgängen mit einem Doppelbasistransistor, bestehend aus einem ■ dotierten Halbleiterkristall stabförmiger Gestalt mit zwei an den Stabenden sperrfrei angebrachten Basisanschlüssen und zwei weiteren, in den Halbleiterkörper einlegierten, als Emitter bzw. als Kollektor dienenden Elektroden, zu nennen, bei der der Emitter durch eine zwischen ihm und einer Basiselektrode liegende Vorspannung auf einem zwischen den Potentialen der Basisanschlüsse liegenden, den. Emitterstrom sperrenden Potential liegt und der Abstand zwischen dem Emitter und dem
ίο gegen den Emitter in Richtung der Stabachse versetzt einlegierten, gegen eine Basiselektrode auf Sperrpotential vorgespannten Kollektor mindestens eine Größenordnung größer.ist als die übliche Basishalbleiterdicke bei Legierungstransistoren.
Weitere· Fadenhalbleiteranordnungen, bei denen sich die Maßnahme gemäß der Erfindung mit Vorteil zur Verkürzung der Schaltzeiten verwenden läßt, sind ebenfalls bereits vorgeschlagene Fadenhalbleiteranordnungeri mit mehreren stabilen Arbeitspunkten, bestehend aus einem Halbleiterkörper mit zwei sperrfreien, an verschiedenen Potentialen liegenden Basiskontakten sowie einem Emitterkontakt mit p-o-Übergang, bei denen auf dem gleichen Halbleiterkörper weitere; Emitterkontakte mit p-n-Übergang angeordnet sind, welche sich außerhalb desjenigen Gebietes des Halbleiterkörpers befinden, das bei in Flußrichtung gekipptem p-n-Übergang des ersten Emitterikontaktes infolge der von diesem Kontakt emittierten Ladungsträger eine Verminderung des Widerstandes erfährt, und so angeordnet sind, daß beim Kippen eines Emitterüberganges der Anordnung die an einem der übrigen Emitterübergänge herrschenden Potentialverhältnisse verschoben werden. Schließlich ist in diesem Zusammenhange ein bereits ebenfalls vorgeschlagenes Doppelbasis-Halbleiter-Bauelement mit mindestens je einer Emitter- und Kollektorelektrode zu nennen, welche in Richtung der Verbindungsgeraden in bereits oben angeführter Weise gegeneinander versetzt; sind, und das mit einem zweiten im wesentlichen gleichartigen Bauelement zu einer baulichen und/oder schaltungsmäßigen Einheit parallel geschaltet ist und den Emitterelektroden vorgeschaltete Widerstandskapazi.tätskombinationen derart über einen gemeinsamen Vorwiderstand. an Spannung liegen, daß immer nur ein als Emitter dienender p-n-Übergang in Flußrichtung liegen kann und der andere als Emitter dienende p-n-Übergang in Sperrichtung liegen muß.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Fadenhalbleiteranordnung mit zwei sperrfreien Basiselektroden verschiedenen Potentials und mindestens einer als Emitter dienenden sperrenden Elektrode sowie gegebenenfalls mindestens einer als Kollektor dienenden sperrenden Elektrode, gekennzeichnet durch eine über den Weg der Minoritätsladuingsträger stetig oder stufenweise verteilte Zunahme der Feldstärke in Richtung des Minoritätsladungsträgerflusses, die durch Ausbildung des Halbleiterkörpers und/oder der Basiselektroden bewirkt ist.
2. Fadenhalbleliteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Basiselektroden eine verschiedene Größe und/oder Gestalt aufweisen.
3. Fadenhalbleiteranordnung nach Anspruch 1 öder 2, gekennzeichnet durch eine Verringerung des Querschnittes des Halbleiterstabes in Richtung
des Minoritätsladungsträgerflusses, wobei die Ab-. nähme der Querschnittsgröße sich nach einer bestimmten Funktion, beispielsweise nach einer linearen oder Exponentialfunktion, ändert.
4. Fadenhalbleiteranordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine gestufte Abnahme des ■ Querschnittes.
5. Faderihalbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurdh gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers längs der Strecke zunehmender Feldstärke Oberflächenbelegungen angeordnet sind.
6. Fadenhalbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers längs der Strecke zunehmender Feldstärke ganz oder teilweise als p-m-Üfoergang und/oder Randschicht ausgebildet und gegebenenfalls als Kollektor gestaltet ist.
7. Fadenhalbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung des Minoritätsladungsträgerflusses im Halbleiterkörper Zonen unterschiedlicher Dotierung und/oder eine stetig, vorzugsweise monoton abnehmende Dotierung vorgesehen sind.
8. Fadenhalbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Richtung des Minoritätsladungsträgerflu'sses die Bandbreite des Halbleitermaterials in Stufen und/oder stetig, vorzugsweise monoton, verändert.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 282 857.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 809 63»375 9.58 (809 753/276 3. 59)
DE1956S0047472 1955-11-12 1956-02-13 Fadenhalbleiteranordnung mit zwei sperrfreien Basiselektroden verschiedenen Potentials und mindestens einer als Emitter dienenden sperrenden Elektrode Expired DE1039649C2 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH282857A (de) * 1948-09-24 1952-05-15 Western Electric Co In einer elektrischen Schaltung angeordnetes Stromkreiselement aus Halbleitermaterial.

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