DE1080692B

DE1080692B - Semiconductor diode, in particular switching diode, with a semiconductor body made of four layers of alternately opposite conductivity types

Info

Publication number: DE1080692B
Application number: DEI12673A
Authority: DE
Inventors: Andre R Gobat
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1956-01-09
Filing date: 1957-01-08
Publication date: 1960-04-28
Also published as: BE554033A; GB820903A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterdiode, insbesondere auf eine Halbleiter-Flächendiode, für Schaltzwecke mit einem Gebiet negativen Widerstandes.The invention relates to a semiconductor diode, in particular to a semiconductor planar diode, for switching purposes with an area of negative resistance.

Das elektronische Schalten hat in letzter Zeit zunehmende Bedeutung bekommen, insbesondere seit hierzu Halbleiteranordnungen, wie z. B. Transistoren, zur Verfügung stehen. Dadurch ist die Konstruktion kompakter Einheiten für Rechenmaschinen und in der elektrischen Nachrichtentechnik möglich geworden. Es gibt jedoch noch Anwendungsgebiete in der elektrischen Nachrichtentechnik, wie z. B. für Koordinatenschalter in der Telefonie, wo elektronische Schaltsysteme als Ersatz für die mechanischen Schaltvorrichtungen verwendet werden können. Solche Schaltvorrichtungen müssen jedoch billig sein und einen hohen Grad von Zuverlässig- ¹S keit aufweisen. Die bereits bekannten Halbleiteranordnungen, wie z. B. gasgefüllte Dioden oder Spitzendioden, eignen sich nicht für elektronische Schaltzwecke, weil sie entweder zu teuer oder unzuverlässig sind oder eine zu geringe Leistung haben.Electronic switching has recently become increasingly important, especially since semiconductor devices such. B. transistors are available. As a result, the construction of compact units for calculating machines and in electrical communications technology has become possible. However, there are still areas of application in electrical communications engineering, such as B. for crossbar switches in telephony, where electronic switching systems can be used as a replacement for mechanical switching devices. Such switching devices have, however, be inexpensive and have a high degree of reliability ¹ S ness. The already known semiconductor devices, such as. B. gas-filled diodes or tip diodes are not suitable for electronic switching purposes because they are either too expensive or unreliable or have too little power.

Eine Diode für Schaltzwecke soll zwei stabile Zustände haben, beispielsweise einen Zustand hohen Widerstandes und einen Zustand niedrigen Widerstandes. Weiterhin soll es durch relativ einfache Mittel, wie z. B. die Anwendung eines Spannungsimpulses, möglich sein, die Diode nach Wunsch in einen der beiden stabilen Zustände zu bringen. Die bekannten gasgefüllten Dioden für Schaltzwecke haben jedoch eine relativ geringe Schaltgeschwindigkeit. Die bekannten Spitzendioden, die eine Kennlinie mit einem Gebiet negativen Widerstandes haben, können zwar für Schaltzwecke verwendet werden, jedoch sind diese Dioden nicht genügend gleichmäßig und haben nicht die wünschenswerte Stabilität und sind daher zu unzuverlässig für kontinuierliche Schaltaufgaben. Auch sind sie im allgemeinen nur auf eine geringe Leistung in der Größenordnung von Mikrowatt begrenzt.A diode for switching purposes should have two stable states, for example a state of high resistance and a low resistance state. Furthermore, it should by relatively simple means, such as. B. the application a voltage pulse, it may be possible to put the diode in one of the two stable states as desired bring to. The known gas-filled diodes for switching purposes, however, have a relatively low switching speed. The well-known tip diodes, which have a characteristic curve with an area of negative resistance can be used for switching purposes, but these diodes are not sufficiently uniform and do not have the desired stability and are therefore too unreliable for continuous switching tasks. They are also generally only limited to a low power of the order of microwatts.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterdiode, insbesondere eine Schaltdiode, mit einem Halbleiterkörper aus vier Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps.The invention relates to a semiconductor diode, in particular a switching diode, with a semiconductor body of four layers of alternately opposite conduction types.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden nur an den beiden äußeren Zonen des Halbleiterkörpers angebracht sind und daß die beiden inneren Zonen eine Dicke etwa um den Faktor 5 kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger im Halbleiterkörper haben.The invention is characterized in that electrodes are only applied to the two outer zones of the semiconductor body are attached and that the two inner zones have a thickness about a factor of 5 smaller than that Have the diffusion length of the minority carriers in the semiconductor body.

Es sind zwar schon Trockengleichrichter aus vier Halbleiterschichten unterschiedlichen Leitungstyps be-^ kannt. Diese haben jedoch nur zwischen den beiden mittleren Schichten einen p-n-Übergang, da die beiden äußeren Schichten aus Halbleitern mit gemischter Leitfähigkeit bestehen, die nur den Übergang zu den metallischen Elektroden bilden. Ein solcher Gleichrichter hat deshalb auch kein Gebiet negativen Widerstandes Halbleiterdiode,There are dry rectifiers made up of four semiconductor layers of different conductivity types knows. However, these only have a p-n junction between the two middle layers, since the two outer layers consist of semiconductors with mixed conductivity, which only form the transition to the metallic electrodes. Such a rectifier has therefore no area of negative resistance semiconductor diode,

insbesondere Schaltdiode,in particular switching diode,

mit einem Halbleiterkörperwith a semiconductor body

aus vier Schichten abwechselndalternating from four layers

entgegengesetzten Leitfähigkeitstypsopposite conductivity type

Anmelder:Applicant:

International Standard ElectricInternational Standard Electric

Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)Corporation,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42Representative: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Januar 1956Claimed priority:
V. St. v. America 9 January 1956

Andre R. Gobat, North Caldwell, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenAndre R. Gobat, North Caldwell, NJ (V. St. A.),
has been named as the inventor

in der Kennlinie und eignet sich nicht für Steuerzwecke. in the characteristic and is not suitable for control purposes.

Es sind weiter Halbleiteranordnungen mit vier Schichten entgegengesetzten Leitungstyps bekannt, die sich für Steuerzwecke eignen. Bei diesen bekannten steuerbaren Halbleitervorrichtungen sind aber an den beiden mittleren Schichten Steuerelektroden angebracht, mit denen der durch den Halbleiter fließende Strom gesteuert wird. Es handelt sich hierbei also um transistorartige Halbleitervorrichtungen. There are also semiconductor arrangements with four layers of opposite conductivity type known, which are for Suitable for tax purposes. In these known controllable semiconductor devices, however, are at the two middle Layers of control electrodes are attached, with which the current flowing through the semiconductor is controlled. It These are therefore transistor-like semiconductor devices.

Bei einer weiteren Halbleiteranordnung mit vier Schichten entgegengesetzten Leitungstyps soll eine der äußeren Schichten vollständig abgeätzt werden, so daß die so erhaltene Dreischichtenanordnung als Fototransistor verwendet werden kann.In a further semiconductor arrangement with four layers of opposite conductivity type, one of the outer layers are completely etched away, so that the three-layer arrangement thus obtained as a phototransistor can be used.

Bei allen bekannten Halbleiteranordnungen mit vier Schichten entgegengesetzten Leitungstyps, die sich für Steuerzwecke eignen, sind also an den inneren Schichten zusätzliche Steuerelektroden angebracht. Dies bedingt nicht nur einen komplizierten Aufbau der Halbleiteranordnung, sondern es sind bei ihrer Anwendung für Schaltzwecke noch zusätzliche Schaltmittel zur Erzeugung der Steuerspannungen für jede Steuerelektrode erforderlich. Bei Schaltungen, in denen zahlreiche steuerbare Halbleiteranordnungen verwendet werden,In all known semiconductor arrangements with four layers of opposite conductivity type, which are used for Suitable for control purposes, additional control electrodes are attached to the inner layers. This requires not only a complicated structure of the semiconductor device, but it are in their application for Switching purposes still additional switching means for generating the control voltages for each control electrode necessary. For circuits in which numerous controllable semiconductor arrangements are used,

009· 507/335009 507/335

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ist somit der Aufwand an Schaltmitteln sehr hoch. Im mit einem Widerstand von 0,1 Ohm · cm zu erhalten. Esthe cost of switching means is therefore very high. Im obtainable with a resistance of 0.1 ohm · cm. It

Gegensatz hierzu handelt es sich bei der vorliegenden können aber auch andere bekannte Donatorverunreini-In contrast to this, the present one can also use other known donor impurities

Erfindung um eine Vierschichtdiode ohne zusätzliche gungen, wie Arsen usw., zugesetzt werden. Nun wirdInvention to a four-layer diode without additional conditions, such as arsenic, etc., are added. Well will

Steuerelektroden, wodurch nicht nur der Aufbau der ein Kristall vom N-Typ von 1 cm Länge aus der SchmelzeControl electrodes, whereby not only the structure of an N-type crystal of 1 cm length from the melt

Halbleitervorrichtung wesentlich vereinfacht, sondern 5 gezogen, und zwar während einer Dauer von etwaSemiconductor device much simplified, but 5 pulled, for a period of about

auch der Aufwand an Schaltmitteln in einer Steuer- 25 Minuten und einer Temperatur zwischen ungefähralso the cost of switching means in a control 25 minutes and a temperature between approximately

schaltung erheblich vermindert wird. Es ist bisher nicht 930 und 950° C. Dann werden innerhalb der nächstencircuit is significantly reduced. So far it is not 930 and 950 ° C. Then it will be within the next

erkannt worden, daß eine Halbleiterdiode mit vier Minute drei zusätzliche P-N-Übergänge erzeugt. Nach-it has been recognized that a semiconductor diode produces three additional P-N junctions with four minutes. To-

Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps dem das N-Germanium in einer Länge von 1 cm aus derLayers alternately of the opposite conductivity type to that of the N-germanium in a length of 1 cm from the

so aufgebaut werden kann, daß sie sich hervorragend zur io Schmelze gezogen wurde, werden 9,1 mg einer 9,75°/₀igencan be constructed so that it was excellently held io melt, 9.1 mg of a 9.75 ° / ₀ by weight

Steuerung eignet, ohne daß zusätzliche Steuerelektroden Lösung von Gallium dem Germanium zugesetzt, um denControl is suitable without the addition of additional control electrodes to the solution of gallium and germanium

hierbei erforderlich sind. Leitfähigkeitstyp nach P zu ändern, wobei ein Volumen-are required here. To change conductivity type to P, with a volume

Es wurde zwar schon eine Vierschichtdiode mit vier widerstand von ungefähr 0,1 Ohm-cm erhalten wird. DasA four-layer diode with four resistance of approximately 0.1 ohm-cm has been obtained. That

Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps Ziehen wird fortgesetzt, bis eine Schicht von 0,025 bisLayers of alternating opposite conduction type pulling is continued until a layer of 0.025 to

für Steuerzwecke vorgeschlagen, ohne daß hierbei zu- 15 0,1 mm Dicke entstanden ist. Eine solche Schicht sollProposed for control purposes, without this resulting in a thickness of 0.1 mm. Such a layer is supposed to

sätzliche Steuerelektroden verwendet werden. In dem vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,075 mm haben,Additional control electrodes can be used. In which preferably have a thickness of 0.05 to 0.075 mm,

älteren Vorschlag wurde jedoch nicht erkannt, daß die Das Ziehen wird weiter fortgesetzt und 51,5 mg Antimonolder proposal was not recognized, however, that the pulling is continued and 51.5 mg of antimony

Dicke der mittleren Halbleiterschichten eine wesentliche aus 70 g Schmelze zugesetzt, um die Schmelze in N-TypThickness of the middle semiconductor layers a substantial 70 g melt added to the melt in N-type

Rolle für die Funktion der Halbleitervorrichtung spielt. mit einem Volumenwiderstand von ungefähr 0,1 Ohm-cmPlays a role in the function of the semiconductor device. with a volume resistivity of approximately 0.1 ohm-cm

Erst dann, wenn die mittleren Halbleiterschichten nach 20 umzuwandeln. Diese Schicht vom N-Typ wird bis zuOnly when the middle semiconductor layers convert to 20. This N-type layer becomes up to

■der Lehre der vorliegenden Erfindung bemessen werden, derselben Dicke wie die vorhergehende P-Schicht■ According to the teaching of the present invention, the same thickness as the previous P-layer

erhält man Halbleiterdioden für Steuerzwecke für größere gezogen, d. h. also 0,05 bis 0,075 mm dick. Die Schmelzeone gets semiconductor diodes drawn for control purposes for larger ones, i. H. i.e. 0.05 to 0.075 mm thick. The melt

Leistungen, die im Betrieb sehr stabil sind und die er- vom N-Typ wird dann wieder mit ungefähr 9,1 mg einerPerformances which are very stable in operation and which are of the N-type then again with about 9.1 mg one

forderliche hohe Schaltgeschwindigkeit aufweisen. 9,75°/₀igen Lösung von Gallium in Germanium dotiert,have required high switching speed. 9.75 ° / ₀ solution of gallium germanium doped,

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels 25 das zu 70 g der Schmelze zugesetzt wird. Das ZiehenThe invention is based on an exemplary embodiment 25 which is added to 70 g of the melt. The pulling

im Hinblick auf die Zeichnung näher beschrieben werden. wird dann noch ungefähr 25 Minuten fortgesetzt, umwill be described in more detail with regard to the drawing. will then continue for about 25 minutes

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine N-P-N-P-Schalt- eine 1 cm dicke P-Schicht zu erhalten. Wie bereitsIn Fig. 1, a section through an N-P-N-P switching a 1 cm thick P-layer can be obtained. As already

■diode gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 2 zeigt die beschrieben, befinden sich nun zwischen den beiden■ diode shown according to the invention. Fig. 2 shows the described, are now between the two

Stromspannungskennlinie einer solchen Schaltdiode. Der äußeren Schichten von 1 cm Dicke zwei innere SchichtenCurrent-voltage characteristic of such a switching diode. The outer layers, 1 cm thick, have two inner layers

in Fig. 1 dargestellte Halbleiterkörper 1 hat vier ver- 30 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit einer DickeThe semiconductor body 1 shown in FIG. 1 has four opposite conductivity types with a thickness

schiedene Schichten. Das Halbleitermaterial kann z. B. von 0,05 bis 0,075 mm. Die Dicke dieser Zwischen-different layers. The semiconductor material can, for. From 0.05 to 0.075 mm. The thickness of this intermediate

Germanium, Silizium, Aluminiumantimonid oder ein schichten ist kleiner als die Diffusionslänge der Minori-Germanium, silicon, aluminum antimonide or a layer is smaller than the diffusion length of the minor

ähnliches Material sein. Die äußeren Schichten 2 und 3 tätsträger im Halbleiterkörper. Es soll noch betontbe similar material. The outer layers 2 and 3 in the semiconductor body. It should be emphasized

sind von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp. Um eine werden, daß die Minoritätsträger in der P-Schichtare of opposite conductivity type. To be one that the minority carriers in the P-layer

N-P-N-P-Struktur zu erhalten, sind die mittleren 35 Elektronen sind und in der N-Schicht Defektelektronen.To obtain the N-P-N-P structure, the middle 35 are electrons and there are holes in the N-layer.

Schichten von solchem Leitfähigkeitstyp, daß innerhalb Das N-P-N-P-Germaniumstück kann in bekannterLayers of such conductivity type that within the N-P-N-P germanium piece can be known in

■des halbleitenden Körpers stets Schichten von entgegen- Weise zu einer Germaniumdiode verarbeitet werden,■ layers of the semiconducting body are always processed in opposite ways to form a germanium diode,

gesetztem Leitfähigkeitstyp aneinanderstoßen. Die Elek- Der Germaniumkörper wird parallel zur Wachstums-set conductivity type. The elec- The germanium body is parallel to the growth

trodenzuführungen 6und7sind an den äußerenSchichten2 richtung zerschnitten, so daß Halbleiterstücke der Ab-electrode leads 6 and 7 are cut on the outer layers 2 in the direction so that semiconductor pieces

und 3 angebracht, und zwar nach einem der bekannten 40 messung 0,875 · 0,875 · 4,375 mm entstehen. Mit demand 3 attached, namely according to one of the known 40 measurements 0.875 x 0.875 x 4.375 mm. With the

Verfahren, z. B. unter Verwendung von Lot aus Zinn üblichen Blei-Zinn-Lot (60 bis 40%) werden die An-Procedure, e.g. B. using tin solder, the usual lead-tin solder (60 to 40%)

tmd Blei. Es soll noch festgestellt werden, daß jede der Schlüsse an die äußeren Schichten angelötet. Zu diesemtmd lead. It should be noted that each of the terminations is soldered to the outer layers. To this

inneren Schichten 4 und 5 keinen elektrischen Anschluß Zweck kann ein saures Lötmittel aus Ammonium-Zink-inner layers 4 and 5 no electrical connection Purpose can be an acidic solder made of ammonium-zinc-

hat, sondern über die anderen Schichten mit dem Strom- Chlorid verwendet werden. Es kann auch ein anderesbut has to be used over the other layers with the electricity chloride. It can also be another

kreis verbunden ist. Es ist weiterhin wichtig, daß die 45 geeignetes Lot mit einer geeigneten Dotierung für jedecircle is connected. It is also important that the 45 appropriate solder with an appropriate doping for each

Dicken der inneren Schichten geringer sind als die Dif- Schicht zum Anbringen der Anschlüsse verwendet werden,Thicknesses of the inner layers are less than the Dif layer used to attach the connections,

fusionslänge der Minoritätsträger im Halbleitermaterial. Das Halbleiterstück wird dann elektrolytisch so geätzt,fusion length of the minority carriers in the semiconductor material. The semiconductor piece is then electrolytically etched in such a way that

Der Volumenwiderstand jeder der vier Schichten soll daß das Germanium die Anode bildet, und dann nachThe volume resistivity of each of the four layers is said to have the germanium forming the anode, and then after

vorzugsweise gleich sein oder nur gering voneinander Waschen und Trocknen mit einer Glashülle umgeben,preferably be the same or only slightly surrounded by washing and drying in a glass envelope,

abweichen, und zwar weniger als um den Faktor 1 oder 2, 50 in welcher die beiden Anschlüsse der Diode eingebettetdiffer, namely less than by a factor of 1 or 2.50 in which the two connections of the diode are embedded

und der Kristall soll so hergestellt sein, daß der Wider- sind.and the crystal should be made in such a way that the opposites are.

standswert der äußeren Schichten gleich oder nur wenig Eine Diode von der beschriebenen Art hat eine Stromgrößer ist als der Widerstand der inneren Schichten. Spannungskennlinie, wie sie Fig. 2 darstellt. Aus Fig. 2 The resistance of the outer layers is the same or only a little A diode of the type described has a current that is greater than the resistance of the inner layers. Voltage characteristic as shown in FIG. 2. From Fig. 2

Ein Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung kann entnommen werden, daß bei Steigerung der an dieAn example of an embodiment of the invention can be seen that when increasing the to

wird weiter unten beschrieben. Es soll jedoch festgestellt 55 Diode angelegten Spannung von Null an, und zwar in deris described below. It should, however, determine 55 applied voltage from zero to the diode, namely in the

werden, daß das beschriebene Verfahren zur Herstellung Weise, daß das Gebiet N₀ negativ und das Gebiet P₀ that the described method of manufacturing manner that the area N _{0 is} negative and the area P ₀

von solchen Vorrichtungen nicht die einzige Möglichkeit positiv wird, der Strom zuerst stark ansteigt bis zuof such devices not the only possibility becomes positive, the current rises sharply up to first

der Ausführung der Erfindung darstellt. einem Sättigungswert 20 und dann fast konstant bleibtrepresents the practice of the invention. a saturation value of 20 and then remains almost constant

Das Zonenreinigen von Halbleitermaterial, wie z. B. bis zum Durchbruchspunkt 21. Dies wird durch dieZone cleaning of semiconductor material, such as B. up to the break point 21. This is made possible by the

Germanium, ist bekannt. Aus dem zonengereinigten, 60 Kurve 20 bis 21 dargestellt. Bei weiterem geringemGermanium is known. From the zoned, 60 curve 20 to 21 shown. With further little

mehrkristallinen Germanium mit einem Widerstand von Anstieg der Spannung steigt der Strom stark an. Wennmulticrystalline germanium with resistance from rising voltage, the current rises sharply. if

z. B. 30 bis 60 Ohm-cm kann dann ein Einkristall nach der Strom nicht gesteuert wird und einen für die Diodez. B. 30 to 60 ohm-cm can then be a single crystal after the current is not controlled and one for the diode

einem der bekannten Verfahren hergestellt werden. Der tragbaren Grenzwert erreichen kann, steigt er bis zuone of the known processes. Can reach the portable limit, it rises up to

Einkristall kann z. B. nach dem bekannten Czochralski- diesem Grenzwert an. Dabei fällt die Spannung schneESingle crystal can e.g. B. according to the known Czochralski this limit value. The tension falls snow

Ziehverfahren erzeugt werden. Es soll angenommen 65 ab, wie aus dem Kurvenast 21-22 zu ersehen ist, undDrawing process are generated. It should be assumed 65 from, as can be seen from the curve branch 21-22, and

werden, daß der Germaniumkristall aus der Schmelze steigt dann wieder langsam an, was durch den Kurven-that the germanium crystal from the melt then rises slowly again, which is indicated by the curve

von zonengereinigtem Germanium mit 40 Ohm · cm Wider- ast 22-23 dargestellt ist. Aus der Kennlinie nach Fig. 2of zone-cleaned germanium with 40 ohm · cm abutment 22-23 is shown. From the characteristic curve according to FIG. 2

stand gezogen wird. Während des Ziehprozesses werden ergibt sich, daß für jede Spannung innerhalb der Gren-stand is pulled. During the drawing process it is found that for every tension within the limits

dem Germanium beispielsweise 20,8 mg Antimon pro zen 20 und 21 zwei verschiedene Stromstärken existieren,the germanium, for example, 20.8 mg antimony per zen 20 and 21 two different currents exist,

75 g Germanium zugesetzt, um ein Material vom N-Typ 70 die beide einem stabilen Zustand der Diode entsprechen75 g of germanium added to an N-type material 70 both of which correspond to a stable state of the diode

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{Kurvenast 20-21 oder 22-23), so daß die Halbleiter- Wenn andererseits die Richtung des angelegten anordnung als Schalter verwendet werden kann. Dabei Potentials umgekehrt wird (d. h. 2V₀ negativ und P₀ ist nur nötig, daß die Diode eine Vorspannung erhält, positiv ist), erhalten die beiden äußeren P-N-Übergänge so daß der Arbeitspunkt zwischen 20 und 21 liegt und N₀Pi und NiP₀ eine Vorspannung in Durchlaßrichtung zum Umschalten der Arbeitspunkt von der niedrigen 5 und der mittlere P-N-Übergang PiNi eine Vorspannung Stromstärke auf die hohe Stromstärke, oder umgekehrt, in Sperrichtung. Man kann wieder annehmen, daß ein gebracht wird. Dies kann beispielsweise durch Anlegen sehr kleiner Strom fließen wird, und dieser Strom ist eines Spannungsimpulses an die Diode geschehen, der identisch mit dem Sättigungsstrom des mittleren einer größeren Spannung entspricht als der Punkt 21 P-N-Überganges. Jedoch haben die abschließenden der Kennlinie. Der Arbeitspunkt kann dann wieder auf io beiden äußeren P-N-Übergänge einen wesentlichen die niedrige Stromstärke gebracht werden, wenn der Einfluß auf die Größe dieses Stromes. Strom in der Diode auf die Größe des Sättigungsstromes Es wird angenommen, daß in den beiden inneren begrenzt oder durch Kurzschließen vermindert wird oder Schichten keine Erzeugung oder Rekombination von indem ein Impuls entgegengesetzten Vorzeichens und Trägern stattfindet. Diese Annäherung kann gemacht gleicher oder größerer Spannung als die Vorspannung 15 werden, da die Dicke dieser Zwischenschichten klein angelegt wird. Aus Fig. 2 kann entnommen werden, im Vergleich zur Diffusionslänge der Träger ist. Sobald daß der Widerstand bzw. die Wechselstromimpedanz ein stabiler Zustand erreicht ist, muß in diesem Falle der Diode sich je nach dem Zustand ändert. Der Kurven- der Elektronenstrom, der in die mittlere Schicht aus teil 20-21 stellt den Zustand hohen Widerstandes und der Schicht N₀ eintritt, auch P₀ passieren über den hoher Wechselstromimpedanz dar. Der Kurventeil 22-23 20 P-N-Übergang NiP₀. Umgekehrt muß der Defektstellt den Zustand mit relativ niedrigem Widerstand elektronenstrom, der den P-N-Übergang NiP₀ von oder geringer Wechselstromimpedanz dar. Die Werte rechts nach links passiert, beim Eintritt in die Schicht N₀ bei einem speziellen Ausführungsbeispiel zeigen einen den Übergang -ZV₀Pj passieren. In der Weise, wie die Widerstand bei einem Kurvenast 20-21 in der Größen- inneren Schichten überflutet werden, d. h. daß sie Ordnung von einigen Megohm und eine Wechselstrom- 35 elektrisch nur über die anschließenden Schichten animpedanz zwischen 50 und 100 Megohm. Der Kurven- geschlossen sind, kann eine Spannung nicht direkt an ast 22-23 entspricht Werten in der Größenordnung von den Übergängen N₀Pi oder NiP₀ angelegt werden. 100 Ohm. Das bedeutet, daß die Diode ausgezeichnete Die angelegte Spannung treibt die Elektronen von links Schalteigenschaften aufweist. nach rechts und die Defektelektronen von rechts nach{Curve branch 20-21 or 22-23) so that the semiconductor If on the other hand the direction of the applied arrangement can be used as a switch. If the potential is reversed (ie 2V ₀ negative and P ₀ is only necessary for the diode to be biased, it is positive), the two outer PN junctions are obtained so that the operating point is between 20 and 21 and N ₀ Pi and NiP ₀ a forward bias to switch the operating point from the low 5 and the middle PN junction PiNi a bias current to the high current, or vice versa, in the reverse direction. One can again assume that one will be brought. This can be done, for example, by applying a very small current, and this current is a voltage pulse to the diode that is identical to the saturation current of the middle corresponds to a higher voltage than the point 21 PN junction. However, the final ones have the characteristic. The operating point can then be brought back to the two outer PN junctions with a substantially lower current strength, if the influence on the magnitude of this current. Current in the diode to the magnitude of the saturation current. It is assumed that in the two inner layers there is limited or reduced by short-circuiting or no generation or recombination of by a pulse of opposite sign and carrier takes place. This approximation can be made equal to or greater than the tension 15, since the thickness of these intermediate layers is made small. From Fig. 2 it can be seen that the carrier is in comparison to the diffusion length. As soon as the resistance or the alternating current impedance has reached a stable state, in this case the diode must change depending on the state. The curve - the electron current that enters the middle layer from part 20-21 represents the state of high resistance and the layer N ₀ , P _{0 also} pass through the high alternating current impedance. The curve part 22-23 20 PN junction NiP ₀ . Conversely, the defect must represent the state with relatively low resistance electron current, which represents the PN junction NiP ₀ of or low AC impedance. The values pass right to left, when entering the layer N ₀ in a special embodiment show a transition -ZV ₀ Pj happen. In the same way as the resistances in a curve branch 20-21 are flooded in the inner layers, ie that they are order of a few megohms and an alternating current impedance between 50 and 100 megohms only over the subsequent layers. The curves are closed, a voltage cannot be applied directly to branch 22-23, corresponding to values in the order of magnitude of the transitions N ₀ Pi or NiP ₀ . 100 ohms. This means that the diode has excellent switching properties. The applied voltage drives the electrons from the left. to the right and the holes from right to

Der Entwicklungsstand der Physik der festen Stoffe 30 links. Jedoch ist es am Anfang, bevor ein stabilerThe state of development of the physics of solids 30 left. However, it is stable in the beginning, before

ist heute so, daß eine theoretische Erklärung des gefun- Zustand erreicht ist, möglich, daß einige Elektronenis today so that a theoretical explanation of the found state is possible that some electrons

denen und zuvor beschriebenen Effektes nur qualitativ in Ni eingefangen werden und einige Defektelektronenwhich and the previously described effect are only qualitatively captured in Ni and some defect electrons

gegeben werden kann und die Wirkungsweise der Vor- in P$. Dies bewirkt, daß beide äußeren P-N-Übergängecan be given and the mode of action of the pre-in P $. This causes both outer P-N junctions

richtung in keiner Weise aus theoretischen Überlegungen positiv vorgespannt werden, d. h. in Durchlaßrichtung,direction are in no way positively biased for theoretical considerations, d. H. in the forward direction,

abgeleitet werden kann. Es wird jedoch eine theore- 35 Wenn dies der Fall ist, dann ist der Strom, der durchcan be derived. However, there will be a theoretical 35 If this is the case, then the current is flowing through it

tische Ableitung der Wirkungsweise der Diode im die Diode fließt, viel größer als der SättigungsstromTable derivation of the mode of operation of the diode in which the diode flows, much greater than the saturation current

folgenden versucht, ohne daß jedoch die Erfindung oder einer Diode, die nur aus den Schichten Pi und Ni besteht,following tried without, however, the invention or a diode, which consists only of the layers Pi and Ni ,

die Wirkungsweise allein auf die beschriebenen Effekte Die für ein merkliches Einfangen einer Anzahl vonthe mode of action solely on the effects described The for a noticeable capture of a number of

beschränkt ist. Trägern in P« oder Ni erforderlichen Bedingungen sindis limited. Carriers in P «or Ni are required conditions

Obwohl der Widerstand der einzelnen Schichten so 40 so, daß 2V₀ stärker N-datiert sein muß als Pj P-dotiert gewählt ist, daß alle Schichten etwa den gleichen Wider- und P₀ stärker P-dotiert sein muß als Ni N-dotiert. Das stand haben, kann angenommen werden, daß der Wider- ist natürlich bei der Schaltdiode gemäß der Erfindung stand der äußeren Schichten gleich oder größer ist als nicht der Fall. Es muß daher angenommen werden, der Widerstandswert der inneren Schichten, aber niemals daß kein wesentliches Anwachsen von Überschußgeringer. Der benutzte Ausdruck »wenig größer« oder 45 trägern in P{ oder Ni auftritt. Deshalb erhält weder »wenig geringer« bedeutet einen Faktor größer als 1 N₀Pi noch NiP₀ eine starke Vorspannung in der posi- und kleiner als 5. Der Ausdruck »sehr viel größer« oder tiven oder gut leitenden Richtung. Der Strom, der durch »sehr viel kleiner« bedeutet einen Faktor größer als 5. die Diode fließt, ist schwach und im wesentlichen durch Auf Grund der vorgehenden Annahme, daß die beiden den Diffusionsstrom wie folgt bestimmt: inneren Schichten einen wenig kleineren Widerstand 50 .Although the resistance of the individual layers _{is chosen so that 2V 0} must be more N-dated than Pj P-doped, that all layers have about the same resistance and P ₀ must be more P-doped than Ni N-doped. Having stood, it can be assumed that the resistance of the switching diode according to the invention is of course equal to or greater than the case of the outer layers. It must therefore be assumed that the resistance of the inner layers is less, but never that there is a substantial increase in excess. The expression "a little larger" or "sluggish" occurs in P { or Ni . Therefore, neither “little less” means a factor greater than 1 N ₀ Pi, nor NiP ₀ a strong bias in the positive and less than 5. The expression “very much greater” or tive or highly conductive direction. The current that flows through "very much smaller" means a factor greater than 5. the diode is weak and essentially through.

als die anschließenden Schichten haben, und ferner in τ _αατ) [ _μ h ' |than the subsequent layers, and furthermore in τ _αα τ) [_μ h ' |

der Annahme, daß die Dicke dieser inneren Schichten vWp,- WNi) wesentlich Meiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger ist, kann man eine Potentialdifferenz von links Darin bedeutet nach rechts an der in Abb.l dargestellten Halbleiter- 55 j- ₌ _{strom yon recMs nach} ^that the thickness of these inner layers VWP, assuming - WNi) is substantially my than the diffusion length of the minority carriers, can be a potential difference from left to right It is at the position shown in Abb.l semiconductor 55 j ₌ _{current yon recMs by} ^

anordnung annehmen. In einem solchen Falle, in dem _n η-ΐ-ΐΑ«./^™++accept arrangement. In such a case, in which _n η-ΐ-ΐΑ «./^ ™ ++

IV₀ positiv und P₀ negativ ist, fließt em sehr kleiner ₌ Elektronenladung,IV _{0 is} positive and P _{0 is} negative, em flows very less ₌ electron charge,

Strom durch den Halbleiter da die äußeren P-N-Über- £ ₌ D_{iffusionskonstante für} Defektelektronen,Current through the semiconductor because the external PN over- £ ₌ _{diffusion constant for} defect electrons,

gange W₀P, und N, P₀ eine Vorspannungm Sperrichtung _p* ^ Defektelektronenkonzentration in N_t, Gange W ₀ P, and N, P ₀ a bias m reverse direction _p * ^ defect electron concentration in N _t ,

aufweisen. Das Vorhandensem des mittleren der drei 60 _N _{= Elekt}ronenkonzentration in P₄,exhibit. The presence of the middle of the three 60 _N ₌ electron concentration in P ₄ ,

Übergange P_tN_t, die in der gut leitenden oder Durch- _Wp ^l _{= Dicke der Schicht p} Transitions P _t N _t , which in the highly conductive or through- _Wp ^l _{= thickness of the layer p}

laßnchtung vorgespannt sind hat kernen Einfluß auf _ψ _{= Dicke der SchicM} _N lassnchtung are pre-stressed has a major influence on _ψ _{= thickness of the SchicM} _N

den gesamten Strom, der von N₀ nach P₀ fließt. Wenn _{& = VerMltnis der} Beweglichkeit von Elektronenthe total current flowing from N ₀ to P ₀ . If _{& = ratio of} mobility of electrons

man annimmt, daß die anliegende Spannung nicht die _zu D_ef_ektelektronenAssuming that the applied voltage not _to telektronen D _e f _ek

Summe der Durchbruchsspannungen der P-N-Über- 65Sum of the breakdown voltages of the P-N over 65

gänge N₀Pi und -WiP₀ überschreitet, hat der fließende Die beschriebene Diode mit drei P-N-ÜbergängenGanges N ₀ exceeds Pi and -WiP ₀ , the flowing diode has the described three PN junctions

Strom die Charakteristik eines Sättigungsstromes und zeigt mit anderen Worten eine Art Sättigungsstrom fürCurrent the characteristic of a saturation current and in other words shows a kind of saturation current for

ist im wesentlichen mit dem Sättigungsstrom identisch, jede Polarität der angelegten Spannung. Dieser Sätti-is essentially identical to the saturation current, any polarity of the applied voltage. This sati

der sich aus einer Diode ergeben würde, die aus den gungsstrom I weicht jedoch von einem wirklichenwhich would result from a diode, but which differs from the supply current I from a real one

beiden äußeren Zonen 2V₀P₀ aufgebaut ist. 70 Sättigungsstrom deshalb ab, weil eine Raumladungs-two outer zones 2V ₀ P _{0 is} built up. 70 saturation current decreases because a space charge

verbreiterung von PiNi bei ansteigender Spannung die Elektronenströme (für eine kurze Zeit) eigentlichwidening of PiNi with increasing voltage the electron streams (for a short time) actually

W d W b ß id l di Dk W d W b ß id l di Dk

g ( ) gg () g

eintritt und einen Einfluß auf Wp₁ und Wm ausübt. größer sind als die Defektelektronenströme. Eine Er-occurs and has an influence on Wp ₁ and Wm . are greater than the hole currents. An er

Diese Abweichung hat jedoch keinen Einfluß auf die klärung für diese mögliche Umkehrung im Stromver-However, this deviation has no influence on the clarification for this possible reversal in the

Wirkungsweise der Diode. hältnis beim Wechsel vom hohen Niveau zum niedrigen Wenn die Spannung an der Diode so weit gesteigert 5 Niveau kann aus den folgenden Überlegungen gewonnenHow the diode works. ratio when changing from a high level to a low one If the voltage on the diode is increased so far 5 levels can be gained from the following considerations

wird, bis ein Durchbruch bei dem Übergang PjiVj werden:will be until a breakthrough at the transition PjiVj:

beginnt, tritt eine vollkommen neue Situation ein. Es Beim Zustand niedrigen Niveaus ist der Elektronenstürzt plötzlich ein Überschuß von Elektronen in die strom, der durch den Übergang N₀Pi von Hnks nach Schicht Ni und ein Überschuß von Defektelektronen rechts fließt, bestimmt durch den Diffusionsstrom der in die Schicht Pi. Solange noch N₀Pi und NiP₀ eine io Elektronen in Pi. Ähnlich ist der Defektelektronengeringe Vorspannung in positiver Richtung haben, strom, der von rechts nach links fließt, bestimmt durch können diese Überschußträger nicht nach P₀ und N₀ den Diffusionsstrom der Defektelektronen in N₀. Kleine diffundieren, da sie sehr schnell eindringen. Deshalb Potentialabfälle beim Elektronenstrom in P{ oder beim wird eine gewisse Anzahl von ihnen in Pj und Ni ein- Defektelektronenstrom in N₀ können vernachlässigt gefangen, woraus sich eine starke positive Vorspannung 15 werden, weil die Elektronenkonzentration in P₄ und die von N₀Pi und NiP₀ ergibt. Dies bewirkt wiederum, Defektelektronenkonzentration in N₀ nur sehr klein ist. daß der Elektronenstrom von JV₀ nach Nt ansteigt und Andererseits ist der Potentialabfall immer· noch groß der Defektelektronenstrom von P₀ nach Pf. Dieser genug, um ein Fließen von Elektronen in N₀ und von zusätzliche Strom besteht nicht nur aus Diffusions- Defektelektronen in Pi zu ermöglichen, wo die entströmen, sondern ebenso aus Driftströmen. Infolge 20 sprechenden Träger in der Mehrheit sind und ihre Kondes Wechsels vom Zustand niedrigen Niveaus zum zentration groß ist.begins, a completely new situation occurs. In the low-level state, the electron suddenly crashes into an excess of electrons into the current flowing through the transition N ₀ Pi from Hnks to layer Ni and an excess of defect electrons on the right, determined by the diffusion current into layer Pi. As long as there is N ₀ Pi and NiP ₀ one io electron in Pi. Similarly, the holes have a low bias voltage in the positive direction, current that flows from right to left, determined by these excess carriers cannot after P ₀ and N ₀ the diffusion current of the holes in N ₀ . Small ones diffuse as they penetrate very quickly. Therefore potential drops in the electron flow in P {or in a certain number of them in Pj and Ni a hole current in N ₀ can be neglected, which results in a strong positive bias 15, because the electron concentration in P ₄ and that of N ₀ Pi and NiP gives _0. This in turn causes the defect electron concentration in N _{0 to} be very small. that the electron current _{increases from JV 0} to Nt and on the other hand the potential drop is still large the hole _{current from P 0} to Pf. This is enough to allow electrons to flow into N ₀ and additional current not only consists of diffusion holes in Pi to enable where the outflow, but also from drift currents. As a result there are 20 speaking carriers in the majority and their change from low level to centration is great.

Zustand hohen Niveaus mit ansteigender Stromdichte Wenn vom niedrigen Niveau auf das hohe Niveau werden die Ströme in allen Schichten stark durch elektro- umgeschaltet wird, wird der große Unterschied in der motorische Kräfte beeinflußt (Driftströme). Diese müs- Konzentration der Minoritätsträger und der Majoritätssen daher berücksichtigt werden, wenn man die Bedingun- 25 träger klein. Zusätzlich wird der Potentialabfall in N₀ gen untersuchen will, die bei einem Durchbruch herrschen. und Pi wie auch der Diffusionsgradient der Minoritäts-Die Größe des nicht stationären, plötzlich ansteigenden träger groß. Der Diffusionsgradient der Majoritätsträger Elektronenstromes, der von N₀ nach Pt fließt, als Er- wächst ebenfalls an, jedoch in einem geringeren Maß als gebnis der positiven Vorspannung des Überganges der Diffusionsgradient der Minoritätsträger. Der Zustand N₀Pi hängt von der Spannung und der Elektronen- 30 hnks und rechts des Überganges N₀Pi ist nun folgenderverteilung in N₀ und den inneren Schichten ab. Der maßen: Der Potentialgradient in N₀ hat die Tendenz, die Elektronenstrom, der von Ni nach P₀ fließt, hängt von Elektronen von links nach rechts zu treiben, und der der Spannung und der Elektronenverteilung in N₀ und Diffusionsgradient in N₀ erzeugt einen Elektronenfluß den inneren Schichten ab. Der Elektronenstrom, der von rechts nach links. Der resultierende Elektronenstrom von Ni nach P₀ fließt, hängt von der Spannung und der 35 ist die Differenz zwischen dem Driftstrom und dem Elektronenverteilung in P₀ ab. Ähnliche Überlegungen Diffusionsstrom und von Hnks nach rechts gerichtet, gelten auch für den Defektelektronenstrom, der von P₀ Rechts vom Übergang N₀Pi in der Schicht Pj treibt nach Pi und von Pt nach IV₀ fließt. Es soll angenommen sowohl der Potentialgradient als auch der Diffusionswerden, daß eine vollkommene Symmetrie in der Diode gradient die Elektronen von Hnks nach rechts. Der bezügHch des P-N-Überganges PiNi als auch bezüglich 40 resultierende Elektronenstrom ist daher die Summe von der Elektronen und DefektelektronenbewegHchkeit vor- Driftstrom und Elektronenstrom und fließt ebenfalls von handen ist. Diese Annahme bedeutet keine Beschrän- links nach rechts. Wenn der Driftstrom und der Diffukung der Gültigkeit der oben angestellten Überlegungen sionsstrom in iV₀ und Pj nicht zu sehr voneinander insofern, als Ungleichheiten in der Beweglichkeit durch verschieden sind, dann ist der Strom in IV₀ kleiner als eine Veränderung des Verhältnisses der Defektelek- 45 der Strom in Pj. Jedoch ist, wenn man die Bildung oder tronenkonzentration zur Elektronenkonzentration und Rekombination von Trägern nicht berücksichtigt, der ihre Verteilung in den einzelnen Schichten ausgeglichen Elektronenstrom in Pi niemals größer als der Elektronenwerden können. strom in 2V₀. Daher bestimmt der Zustand hnks vom Bei der obigen Annahme ist der Elektronenstrom, Übergang N₀Pi die Anzahl der Elektronen, die durch der von IV₀ nach P₀ fließt, in allen Einzelheiten identisch, 50 diesen Übergang fließen.State of high level with increasing current density When the currents in all layers are switched from the low level to the high level, the large difference in the motor forces is influenced (drift currents). This concentration of the minority carriers and the majority carriers must therefore be taken into account when one considers the conditional carriers to be small. In addition, the aim is to investigate the drop in potential in N ₀ genes that prevail in the event of a breakdown. and Pi as well as the diffusion gradient of the minority The size of the non-stationary, suddenly increasing carrier large. The diffusion gradient of the majority carrier electron current, which flows from N ₀ to Pt , also increases as an adult, but to a lesser extent than the result of the positive bias of the transition of the diffusion gradient of the minority carriers. The state N ₀ Pi depends on the voltage and the electrons behind and to the right of the transition N ₀ Pi is now the following distribution in N ₀ and the inner layers. The measure: The potential gradient in N ₀ has the tendency to drive the electron current, which flows from Ni to P ₀ , depends on electrons from left to right, and that of the voltage and the electron distribution in N ₀ and diffusion gradient in N ₀ creates a Electron flow from the inner layers. The electron flow going from right to left. The resulting electron current flowing from Ni to P ₀ depends on the voltage and the 35 is the difference between the drift current and the electron distribution in P ₀ . Similar considerations, diffusion current and directed from Hnks to the right, also apply to the hole current that flows from P _{0 to the} right of the transition N ₀ Pi in the layer Pj to Pi and from Pt to IV ₀ . Let us assume both the potential gradient and the diffusion that a perfect symmetry in the diode gradient the electrons from Hnks to the right. The electron current resulting with respect to the PN junction PiNi as well as with respect to 40 is therefore the sum of the electron and hole mobility before the drift current and electron current and also flows manually. This assumption does not imply any restriction - left to right. If the drift current and the diffusion of the validity of the above considerations sion current in iV ₀ and Pj are not too different from each other insofar as inequalities in the mobility are different, then the current in IV _{0 is} less than a change in the ratio of the defect elec- tricity the current in Pj. However, if one does not take into account the formation or electron concentration for electron concentration and recombination of carriers, the electron flow balanced with their distribution in the individual layers in pi can never be larger than the electrons. current in 2V ₀ . Therefore, the state hnks from determines the electron flow, transition N ₀ Pi, the number of electrons _{flowing through that from IV 0} to P ₀ , identical in every detail, 50 flowing this transition.

jedoch entgegengesetzt gerichtet dem Defektelektronen- Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Bedingungen, strom, der von P₀ nach iV₀ fließt. Deshalb brauchen nur welche die Menge der durch den ÜbergangN₀Pi fließenden die Erscheinungen auf einer Seite des Überganges PiNi Träger jeder Polarität bestimmen, für das hohe Energiebetrachtet zu werden. Infolge der Symmetrie muß der niveau und das niedrige Energieniveau nicht gleich sind. Defektelektronenstrom, der durch PiNi fließt, genauso 55 Während beim niedrigen Niveau die Verhältnisse hauptstark sein wie der Elektronenstrom, der durch PiNi sächlich durch die Diffusion der Träger von dem P-N-fließt. Weiter sind die relativen Stärken des Elektronen- Übergang weg bestimmt wird (Diffusion von Elektronen und Defektelektronenstromes, die durch N₀Pi fließen, in Pj oder von Defektelektronen in IV₀), ist beim hohen von Bedeutung. Niveau der Strom durch den Trägerftuß nach dem ÜberWenn man berücksichtigt, daß IV₀ ein wenig geringer 60 gang hin bestimmt, d. h. das FHeßen von Elektronen in N-dotiert ist als P₁- P-dotiert und daß die Konzen- IV₀ (oder Defektelektronen in Pi) entgegen der Minustration der ionisierten Störstellen in IV₀ und Pi so diffusion von Elektronen in IV₀ (oder Defektelektronen eingestellt ist, daß beim niedrigen Niveauzustand in Pi) vom P-N-Übergang fort. Die N-P-N-P-Schaltdiode der Defektelektronenstrom größer ist und niemals ist so aufgebaut, daß der Diffusionsgradient für die kleiner sein kann als der Elektronenstrom, so kann man 65 Minoritätsträger in IV₀ etwas größer ist als in Pi (und annehmen, daß dies auch beim hohen Niveauzustand der daher größer in P₀ als in IVi). Dadurch wird erreicht, daß Fall ist. Wenn man jedoch den Effekt der Driftströme beim niedrigen Niveau die Diode einen stabilen hohen beim hohen Niveauzustand mit in Betracht zieht, so Widerstand für den Strom bei jeder Spannung unter erkennt man, daß zumindest für eine bestimmte Korn- einem kritischen Wert hat. Jeder geringe Anstieg des. bination von Widerständen in der N-P-N-P-Struktur 70 Stromes hat einen kleinen Einfluß auf die relative Vor-From what has been said it can be seen that the conditions, current flowing _{from P 0} to iV _0. Therefore, only those which determine the amount of flowing through the junction N ₀ Pi the phenomena on one side of the junction PiNi carriers of each polarity need to be considered for the high energy. Due to the symmetry, the level and the low energy level need not be the same. Hole current that flows through PiNi, just as 55 While at the low level the proportions are mainly strong like the electron current that flows through PiNi mainly through the diffusion of the carriers from the PN. Furthermore, the relative strengths of the electron transition are determined away (diffusion of electrons and hole currents, which flow through N ₀ Pi , in Pj or of holes in IV ₀ ), is important when it comes to high. Level of the current through the carrier foot after the transition If one takes into account that IV _{0 determines} a slightly lower rate, ie the measurement of electrons in N-doped is P ₁ - P-doped and that the concentration IV ₀ (or holes in Pi) contrary to the minustration of the ionized impurities in IV ₀ and Pi so diffusion of electrons in IV ₀ (or defect electrons is set that at the low level in Pi) away from the PN junction. The NPNP switching diode of the hole current is greater and never is constructed so that the diffusion gradient may be for less than the electron current, one can 65 minority carriers in IV ₀ is somewhat larger than in Pi (and assume that this is also in the high level state which is therefore greater in P ₀ than in IVi). It is thereby achieved that there is a case. However, if one takes into account the effect of the drift currents at the low level, the diode has a stable high at the high level, so resistance for the current at any voltage below one recognizes that at least for a certain grain has a critical value. Every small increase in the combination of resistances in the NPNP structure 70 current has a small influence on the relative

spannung der äußeren P-N-Übergänge, da ein geringes Ansteigen der Anzahl der Träger, die z. B. in Pi hineinfließen, von einem etwas größeren Anstieg der Träger, die aus Pi herausfließen, begleitet ist. Es erhält daher der Übergang N₀Pi nur eine ganz geringe Vorspannung in Durchlaßrichtung.voltage of the outer PN junctions, since a slight increase in the number of carriers that z. B. flowing into Pi is accompanied by a slightly larger increase in the carriers flowing out of Pi. The transition N ₀ Pi therefore receives only a very small bias in the forward direction.

Oberhalb einer bestimmten kritischen Spannung, die z. B. die Zenerspannung oder eine Spannung kurz vor einem Durchbruch des Überganges PiNi sein kann, steigt der Strom, der durch die Diode fließt, stark an. Dies bewirkt ein Umschalten vom niedrigen Niveau zum hohen Niveau, wodurch die oben besprochenen Veränderungen wirksam werden. Sobald dieser Zustand erreicht ist und die Anzahl der Elektronen, die durch den Übergang N₀Pi fließen, diejenigen, die durch den Übergang Ni P₀ fließen, übersteigen, und umgekehrt, wird die Anzahl der Defektelektronen, die durch NiP₀ fließen, größer als die Anzahl der Defektelektronen, die durch N₀Pi fließen.Above a certain critical voltage, e.g. B. the Zener voltage or a voltage shortly before a breakdown of the transition PiNi , the current flowing through the diode increases sharply. This causes a switch from the low level to the high level, whereby the changes discussed above take effect. Once this state is reached and the number of electrons flowing through the N ₀ Pi junction exceeds those flowing through the Ni P ₀ junction, and vice versa, the number of holes flowing through NiP ₀ becomes greater than the number of holes flowing through N ₀ Pi.

Deshalb steigt die positive Vorspannung an den beiden äußeren Übergängen N₀Pi und NiP₀ an. Es soll noch erwähnt werden, daß dadurch auch ein Spannungsabfall am Übergang PiNi auftritt. Der Spannungsabfall an PiNi tritt deshalb auf, weil die Pi-Zone bezüglich der iVi-Zone langsam weniger negativ wird als Ergebnis einer steigenden Bildung von Defektelektronen in Pi und Elektronen in Ni. Der Anstieg der Vorspannung an den äußeren Übergängen bewirkt weiter, daß der Strom, der durch die Diode fließt, ansteigt. Der Anstieg des Stromes bewirkt dann wieder einen Anstieg der Vorspannung an den äußeren Übergängen und damit weiter einen Abfall der Sperrspannung am mittleren Übergang PiNi, so daß ein Zustand mit negativem Widerstand erreicht wird. Dies bedeutet, daß, wenn der Strom, der durch die Diode fließt, kontrollierbarerweise ansteigen kann, die Spannung an der Diode nach Beginn des Durchbruches bis zu einem Wert ansteigt, der durch die beiden Vorspannungen an N₀Pi und NiP₀ und den Spannungsabfall in den verschiedenen Schichten bestimmt ist. Ein Ansteigen des Stromes über das Gebiet negativen Widerstandes bewirkt, daß die Spannung leicht ansteigt, hauptsächlich als Resultat des Ansteigens des Spannungsabfalles (IR) in den einzelnen Schichten.The positive bias voltage therefore increases at the two outer junctions N ₀ Pi and NiP ₀ . It should also be mentioned that this also causes a voltage drop at the PiNi junction. The voltage drop across PiNi occurs because the Pi zone slowly becomes less negative with respect to the iVi zone as a result of an increasing formation of holes in Pi and electrons in Ni. The increase in the bias voltage at the outer junctions also causes the current flowing through the diode to increase. The rise in the current then causes the bias voltage to rise again at the outer junctions and thus a further decrease in the reverse voltage at the middle junction PiNi, so that a state with negative resistance is reached. This means that if the current flowing through the diode can increase controllably, the voltage across the diode after the start of the breakdown rises to a value which is determined by the two bias voltages at N ₀ Pi and NiP ₀ and the voltage drop in the different layers is determined. An increase in current across the negative resistance area causes the voltage to increase slightly, primarily as a result of the increase in the voltage drop (IR) in the individual layers.

Obwohl nur ein besonderes Ausführungsbeispiel einer Schaltdiode beschrieben und nur eine vorläufige Theorie für die Wirkungsweise angegeben wurde, können auch andere Kombinationen von P-N-Übergängen und andere Widerstandswerte verwendet werden. So kann z. B. Halbleitermaterial mit Widerständen von 0,05 bis 10 Ohm · cm verwendet werden, wenn auch ein Widerstand von 0,1 Ohm · cm vorzuziehen ist. Es können auch andere Halbleiter, wie Silizium oder intermetallische Verbindungen, z. B. Aluminiumantimonid, verwendet werden. Die Breite der mittleren Schichten kann ebenfalls variiert werden, wenn sie nur etwa um den Faktor 5 kleiner ist als die Diffusionslänge der Minoritätsträger. Sie kann 0,025 bis 0,125 mm betragen, vorzugsweise 0,05 bis 0,075 mm. Es wurde auch gefunden, daß die Randschärfe der Schichten den Kennlinienteil mit ίο negativem Widerstand beeinflußt. Besonders günstig ist es, wenn eine vollständige Änderung des Leitfähigkeitstyps vom N-Typ zum P-Typ innerhalb von 0,0125 mm vorhanden ist.Although only a particular embodiment of a switching diode is described and only a preliminary theory For the mode of action specified, other combinations of P-N junctions and others can also be used Resistance values are used. So z. B. Semiconductor material with resistances from 0.05 to 10 ohm · cm can be used, although a resistance of 0.1 ohm · cm is preferable. It can too other semiconductors such as silicon or intermetallic compounds, e.g. B. aluminum antimonide is used will. The width of the middle layers can also be varied if they are only about a factor of 5 is smaller than the diffusion length of the minority carriers. It can be 0.025 to 0.125 mm, preferably 0.05 to 0.075 mm. It was also found that the sharpness of the edges of the layers with the part of the characteristic ίο affects negative resistance. Is particularly cheap it when a complete change in conductivity type from N-type to P-type within 0.0125mm is available.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Semiconductor diode, in particular switching diode, with a semiconductor body made of four layers of alternately opposite conductivity type, characterized in that electrodes are attached only to the two outer zones and that the inner two zones have a thickness about a factor of 5 smaller than the diffusion length of the minority carrier have in the semiconductor body.

2. Semiconductor diode according to claim 1, characterized in that that the thickness of the inner layers is 0.025 to 0.1 mm.

3. Semiconductor diode according to claim 1 and 2, characterized in that all semiconductor layers are approximately have the same resistance.

4. Semiconductor diode according to Claim 1 to 3, characterized in that the resistance of the outer Layers is not less than the resistance of the inner layers.

5. Semiconductor diode according to claim 1 to 4, characterized in that the P-N junction between two layers of different conductivity types are thinner than 0.025 mm.

6. Semiconductor diode according to Claim 1 to 5, characterized in that the semiconductor material consists of Germanium with a resistivity of 0.05 to 10 ohm · cm.

Considered publications:
German Patent No. 926 378;

German patent application S 32394 VIIIc / 21g (announced 10.2.1955);

French Patent No. 1,099,887;
U.S. Patent No. 2,655,610.

1 sheet of drawings