DE1093482B - Doppel-Flaechentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkoerper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren - Google Patents

Doppel-Flaechentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkoerper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren

Info

Publication number
DE1093482B
DE1093482B DEM34550A DEM0034550A DE1093482B DE 1093482 B DE1093482 B DE 1093482B DE M34550 A DEM34550 A DE M34550A DE M0034550 A DEM0034550 A DE M0034550A DE 1093482 B DE1093482 B DE 1093482B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistor
electrode
semiconductor body
double
base electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEM34550A
Other languages
English (en)
Inventor
Richard J Zelinka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell Inc
Original Assignee
Honeywell Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell Inc filed Critical Honeywell Inc
Publication of DE1093482B publication Critical patent/DE1093482B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0688Integrated circuits having a three-dimensional layout
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor

Description

  • Doppel-Flächentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkörper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren Die Erfindung bezieht sich auf einen Doppel-Flächentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkörper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren.
  • Heutzutage besteht eine Nachfrage für Verstärkervorrichtungen, die eine hohe Verstärkung und gute Linearität mit großem Stromausgang vereinigen. Es ist bisher nicht möglich gewesen, diese Forderung vollständig durch eine einzelne Halbleiteranordnung zu befriedigen. Das Grundproblem bei verstärkenden Halbleiteranordnungen, bei denen eine hohe Stromverstärkung gewünscht wird, besteht darin, daß bei Erhöhung der Verstärkung normalerweise zusätzliche Verstärkerstufen der Anordnung zugefügt werden. Diese zusätzlichen Stufen können unter Verwendung von Transformatoren oder durch eine Widerstand-Kondensator-Kopplung miteinander verbunden werden, wodurch der Verstärker auf eine Verstärkung von Wechselspannungen beschränkt wird. Eine solche Bedingung fordert weiterhin, daß jede Stufe eigenstabil ist. Eine andere Möglichkeit ist die direkte Kopplung verschiedener Verstärkerstufen. Dies hat sich jedoch auf Grund der Diffusionsströme, die in den verschiedenen Stufen auftreten, als nicht befriedigend herausgestellt. Die Steuerung der Diffusionsströme stellt ein besonders schwieriges Problem bei Triodenhalbleiterverstärkern dar, da jede Verstärkungsstufe normalerweise sowohl den Diffusionsstrom der vorhergehenden Stufe als auch die Signale, die von dieser erhalten werden, in gleicher Weise verstärkt. Wenn somit die Diffusionsströme vervielfacht werden, besteht der Ausgang zu einem großen Teil aus diesen Diffusionsströmen, die leicht den Hauptteil des Ausgangssignals ausmachen können. Diese Schwierigkeiten werden durch den Doppel-Flächentransistor gemäß der Erfindung beseitigt.
  • Es sind zwar schon Doppel-Transistoren bekannt, die wie der Erfindungsgegenstand zwei oder auch mehrere auf einem gemeinsamen Halbleiterkörper angeordnete, hintereinandergeschaltete Transistoren besitzen. Diese Halbleiteranordnungen unterscheiden sich jedoch ganz wesentlich von dem Doppel-Flächentransistor gemäß der Erfindung. So besitzt bei den bekannten Doppel-Flächentransistoren der Halbleiterkörper eine Halbleiterkugelform, und bei ähnlichen Spitzentransistoren ist der Halbleiterkörper länglich mit Elektroden an den Stirnflächen. Insbesondere besitzen aber die Halbleiterkörper bei allen bekannten Transistoren dieser Art einen im wesentlichen überall gleichen spezifischen elektrischen Widerstand, so daß bei keiner dieser Halbleiteranordnungen eine Unterdrückung von unerwünschten Diffusionsströmen möglich ist.
  • Demgegenüber kennzeichnet sich der Doppel-Flächentransistor erfindungsgemäß dadurch, daß der eine Transistor auf einem plättchenförmigen Halbleiterkörper so angebracht ist, daß in der Mitte eine Basiselektrode auf einer Fläche des Halbleiterkörpers angebracht und dann von einer ringförmigen Emitterelektrode umgeben ist, der die ringförmige Kollektorelektrode auf der anderen Fläche des Halbleiterkörpers gegenüberliegt, und eine weitere ringförmige Basiselektrode die Emitterelektrode umgibt, daß dann die ringförmigen Elektroden des zweiten Transistors in derselben Reihenfolge so angebracht sind, daß die zweite, äußere Basiselektrode des ersten Transistors und die innere, erste Basiselektrode des zweiten Transistors eine einzige Ringelektrode ist und daß der plättchenförmige Halbleiterkörper in dem Bereich des ersten Transistors einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand besitzt als in dem Teil, auf dem der zweite Transistor angebracht ist.
  • Die hierfür benutzten Halbleiterkörper werden durch übliche Verfahren, wit beispielsweise durch vertikales Ziehen aus einer Schmelze, hergestellt. Solche Körper besitzen einen verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerstand in den äußeren Teilen im Vergleich zum inneren Teil. Ein Doppel-Flächentransistor gemäß der Erfindung kann infolgedessen in sehr günstiger Weise so hergestellt werden, daß der innere Teil des Plättchens zum Tragen des ersten Transistors und der äußere Teil für den zweiten Transistor verwendet wird. Da in dem zweiten Transistor normalerweise ein größerer Strom fließen muß, ist das Halbleitermaterial mit dem niedrigen spezifischen Widerstand für diesen Transistor vorteilhaft, während das Halbleitermaterial mit dem höheren spezifischen Widerstand bei dem ersten Transistor eine vorteilhafte Verminderung des Diffusionsstromes bewirkt.
  • Weitere Vorteile bestehen darin, daß große Flächen für die Ableitung der Wärme von den Kollektoren verfügbar sind und der Doppel-Flächentransistor sehr viel stabiler ist als vergleichbare bekannte Halbleiteranordnungen oder zusammengeschaltete Halbleiteranordnungen mit denselben Verstärkungseigenschaften. Außerdem ist zwischen den Verstärkungsstufen keine Einrichtung zur Stabilisierung der Schaltung erforderlich. Weiterhin ist der Doppel-Flächentransistor im Vergleich mit zusammengeschalteten Transistoren wirtschaftlicher in der Herstellung, da nur ein einziges Halbleiterplättchen für einen Zweistufenverstärker zur Verwendung kommt. Dabei können die beiden Kollektoren wie auch die beiden Emitter gleichzeitig legiert werden, wodurch eine bessere Anpassung der Kennlinie erreicht wird.
  • Bei einigen Anwendungsmöglichkeiten kann es vorteilhaft sein, eine einzige Kollektorfläche auf einer Seite des Plättchens und zwei Emitter auf der anderen Seite, die vom Kollektor durch zwei dünne Brückenzonen getrennt sind, anzubringen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen beschrieben.
  • Fig.l zeigt einen Grundriß des Doppel-Flächentransistors; Fig. 2 zeigt den Doppel-Flächentransistor in einem Vertikalschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 mit einer Verstärkerschaltung; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführung des Doppel-Flächentransistors, und Fig.4 zeigt einen Vertikalschnitt dieses Doppel-Flächentransistors entlang der Linie IV-IV in Fig. 3. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Doppel-Flächentransistor mit einem Halbleiterplättchen 11 aus beispielsweise Germanium oder Silizium, drei ohmschen Basiselektroden 12, 13 und 14, zwei Emitterelektroden 15 und 16 und zwei Kollektorelektroden 17 und 18. Die Emitter- und Kollektorelektroden werden durch Legieren eines besonderen Verunreinigungselementes mit der dem Plättchen 11 entgegengesetzten Leitfähigkeit, wie beispielsweise Arsen, Antimon, Wismut (n-Typ), Gallium, Indium oder Aluminium (p-Typ), mit dem Plättchen hergestellt, wobei den Elektroden vorgelagerte Übergangszonen 15 a, 16 a, 17 a und 18 a vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp als der Halbleiterkörper entstehen.
  • Das Plättchen 11 wird vorzugsweise nach der vertikalen Kristallziehtechnik hergestellt, nach der ein länglicher Kristall dadurch erzeugt wird, daß Material aus einer Schmelze von p- oder n-Typ-Material herausgezogen wird und nach dem Herausziehen erstarrt, so daß sich ein Einkristallblock bildet. Die Plättchen werden aus dem Block geschnitten und als Vorbereitung für die Legierung geätzt. Beim Herausziehen des Kristallblocks aus der Schmelze hat es sich gezeigt, daß ein spezifischer elektrischer Widerstandsgradient von seinem Mittelpunkt bis zum Rand hin verläuft. Der Mittelpunkt des Blockes enthält weniger Verunreinigungen und hat damit einen höheren spezifischen Widerstand als der äußere Teil.
  • Die Übergangszonen der Emitter- und Kollektorelektroden werden in dem Halbleiterplättchen nach dem Legierungsverfahren hergestellt. Die Emitter-und Kollektorelektroden sind ringförmig und paarweise auf einander gegenüberliegenden Oberflächen 19 und 20 des Plättchens 11 angeordnet. Zwischen den Übergangszonen 15 a, 17 a und 16 a, 18 a befinden sich verhältnismäßig dünne Brückenzonen des Halbleiterkörpers 22 und 23, die jeweils eine Dicke «a,» besitzen. Es ist für die meisten praktischen Zwecke wichtig, daß die Brückenzonen 22 und 23 im wesentlichen gleiche Dicke besitzen, so daß eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes zwischen den ohmschen Basiselektroden erhalten wird.
  • Die Anordnung der beiden konzentrischen Transistoren ist besonders für einen Doppel-Tetrodentransistor gut geeignet, in dem die beiden Transistoren so miteinander verbunden sind, daß ein Vierpol-Verstärkerkreis mit zwei Verstärkerstufen gebildet wird. Fig. 2 zeigt die Schaltung eines solchen Verstärkers. Die Eingangssteuerspannung wird zwischen Erde und Steuer-Basiselektrode 12 des Innentransistors angelegt, der eine erste Verstärkerstufe bildet, die die Basiselektrode 12, den Emitter 15, den Kollektor 17 und die Vorspannungs-Basiselektrode 13 umfaßt. Der Emitter 15 des inneren Transistors ist direkt mit der Steuer-Basiselektrode 14 des äußeren Transistors verbunden. Der äußere Transistor umfaßt die Basiselektrode 14, den Emitter 16 und den Kollektor 18. Die Vorspannungs-Basiselektrode 13 ist beiden Transistoren gemein. Der Emitter 16 ist geerdet. Eine Vorspannungsbatterie 27 liegt zwischen dem Emitter 16 und der Vorspannungs-Basiselektrode 13 und spannt die Emitter-Basis-Verbindung sowohl des inneren als auch des äußeren Transistors vor. Die Kollektoren 17 und 18 sind direkt miteinander verbunden und über einen Belastungswiderstand 29 und eine Batterie 28 geerdet.
  • Die Eingangssteuerspannung an der Basiselektrode 12 bewirkt eine verstärkte Änderung des Emitter- und Kollektorstromes des ersten Transistors, und der Emitterstrom des ersten Transistors wird der Basiselektrode 14 des zweiten Transistors zugeführt, der einen verstärkten Ausgangstrom von dem Kollektor 18 über die Belastung29 liefert. Die Vorspannung, die der Basiselektrode 13 zugeführt wird, verbessert in bekannter Weise die Verstärkungslinearität des Doppel-Flächentransistors.
  • Die in Fig.3 und 4 gezeigte Vorrichtung enthält ein p- oder n-Typ-Halbleiterplättchen 31, das aus einem Einkristall gebildet ist, auf dessen Oberflächen 32 und 33 Elektrodenteile 34, 35, 36 und 37 mit Verunreinigungen von dem dem Plättchen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht sind. Außerdem sind ohmsche Basiselektroden 38, 39 und 40 ebenfalls auf der Oberfläche des Plättchens angeordnet. Die Elektrodenteile werden, während sie sich mit dem Halbleiterplättchen in Verbindung befinden, wärmebehandelt, so daß in der Nähe der Oberfläche Übergangszonen 34a, 35a, 36 a und 37a gebildet werden, die verhältnismäßig dünne Brückenzonen des Halbleiterkörpers 41, 42 von der Dicke »y« entstehen lassen. Die Übergangszonen 34a, 35a, 36a und 37a sind paarweise und im wesentlichen einander gegenüberliegend auf dem Halbleiterplättchen angeordnet, damit maximal breite Brückenzonen 41, 42 entstehen. Der in Fig. 3 und 4 gezeigte Doppel-Flächentransistor arbeitet in ähnlicher Weise wie der in den Fig. 1 und 2 gezeigte. Falls der spezifische elektrische Widerstand des Eingangstransistors verhältnismäßig groß sein muß, kann der Teil des Kristalls, der für den Eingangstransistor benutzt wird, so ausgewählt werden, daß das Material hier einen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand besitzt.
  • Es ist ein Doppel-Flächentransistor der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Konstruktion aus einem Germaniumplättchen hergestellt worden, das nach der horizontalen Kristallwachstechnik gewachsen ist, mittels deren ein Einkristallblock vom n-Typ aus einer Schmelze hergestellt wurde, die mit Antimon dotiert war. Durch die verwendete Menge des Antimons erhielt der Block einen spezifischen Widerstand von 8 bis 10 Ohm -cm im mittleren Teil und von 5 bis 7 Ohm - cm am Rand.
  • Ein ausgewählter Plättchenrohling des Blockes wurde auf eine Größe von 4,83 cm2 geschnitten und auf eine Stärke von 0,432 mm abgeschliffen, worauf der Rohling durch Ätzen in einer bekannten Ätzlösung auf eine Stärke von 0,203 mm gebracht wurde. Dann wurden ringförmige Teile aus Indium mit p-Typ-Leitfähigkeit zur Bildung von Kollektoranschlußzonen 18a und 17a mit der einen Oberfläche des Plättchens 11 in Berührung gebracht und nach einer Wärmebehandlung bei 497° C von 4 Minuten innerhalb von 15 Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Kollektoren hatten einen Außendurchmesser von 1,447 bzw. 0,686 cm und einen Innendurchmesser von 1,015 bzw. 0,470 cm.
  • Die Emitterelektroden 16 und 15 wurden dann in ähnlicher Weise auf dem Plättchen 11 angebracht. Sie hatten einen Außendurchmesser von 1,370 bzw. 0,634 cm und einen Innendurchmesser von 1,015 bzw. 0,470 cm. Die Wärmebehandlung erfolgte bei 469° C und dauerte 4 Minuten. Daran schloß sich ebenfalls eine 15 Minuten dauernde Abkühlung auf Zimmertemperatur an.
  • Die Basiselektroden 12, 13 und 14 bestanden aus Nickel und wurden mit einem Lot auf das Plättchen aufgelötet. Das Lot enthielt 59% Blei, 390/0 Zinn und 2'% Antimon. Zum Schluß wurden - die Elektroden miteinander verbunden, und die ganze Vorrichtung wurde eingekapselt.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Doppel-Flächentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkörper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Transistor auf einem plättchenförmigen Halbleiterkörper so angebracht ist, daß in der Mitte eine Basiselektrode auf einer Fläche des Halbleiterkörpers angebracht und dann von einer ringförmigen Emitterelektrode umgeben ist, der die ringförmige Kollektorelektrode auf der anderen Fläche des Halbleiterkörpers gegenüberliegt, und eine weitere ringförmige Basiselektrode die Emitterelektrode umgibt, daß dann die ringförmigen Elektroden des zweiten Transistors in derselben Reihenfolge so angebracht sind, daß die zweite, äußere Basiselektrode des ersten Transistors und die innere, erste Basiselektrode des zweiten Transistors eine einzige Ringelektrode ist und daß der plättchenförmige Halbleiterkörper in dem Bereich des ersten Transistors einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand besitzt als in dem Teil, auf dem der zweite Transistor angebracht ist.
  2. 2. Doppel-Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssteuerspannung an die in der Mitte angeordnete Basiselektrode (12) des ersten Transistors angelegt ist und daß die Ausgangssteuerspannung zwischen der Kollektorelektrode (18) und der Emitterelektrode (16) des zweiten Transistors abgenommen ist.
  3. 3. Doppel-Flächentransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode (15) des ersten Transistors direkt mit der äußeren Basiselektrode (14) des zweiten Transistors verbunden ist.
  4. 4. Doppel-Flächentransistor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden beider Transistoren in Abänderung, aber in an sich bekannter Weise geradlinig ausgeführt und parallel angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 833 366; deutsche Auslegeschrift S 36033 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 30. 5. 1956) ; schweizerische Patentschrift Nr. 313 252.
DEM34550A 1956-06-28 1957-06-24 Doppel-Flaechentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkoerper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren Pending DE1093482B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1093482XA 1956-06-28 1956-06-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1093482B true DE1093482B (de) 1960-11-24

Family

ID=22327182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEM34550A Pending DE1093482B (de) 1956-06-28 1957-06-24 Doppel-Flaechentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkoerper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren

Country Status (2)

Country Link
BE (1) BE558718A (de)
DE (1) DE1093482B (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1130523B (de) * 1958-01-22 1962-05-30 Siemens Ag Anordnung mit mindestens drei pnp-bzw. npn-Flaechentransistoren

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE833366C (de) * 1949-04-14 1952-06-30 Siemens & Halske A G Halbleiterverstaerker
CH313252A (de) * 1952-03-07 1956-03-31 Gen Electric Co Ltd Elektrischer Halbleiterverstärker

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE833366C (de) * 1949-04-14 1952-06-30 Siemens & Halske A G Halbleiterverstaerker
CH313252A (de) * 1952-03-07 1956-03-31 Gen Electric Co Ltd Elektrischer Halbleiterverstärker

Also Published As

Publication number Publication date
BE558718A (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1197549B (de) Halbleiterbauelement mit mindestens einem pn-UEbergang und mindestens einer Kontakt-elektrode auf einer Isolierschicht
DE2238348A1 (de) Funktionsverstaerker
DE2309154B2 (de) Stromverstaerker
DE1437435C3 (de) Hochfrequenzverstärker mit Feldeffekttransistor
DE949422C (de) Transistorelement und Schaltung mit demselben zum Verstaerken eines elektrischen Signals
DE1115837B (de) Flaechentransistor mit einem plaettchenfoermigen Halbleiterkoerper
DE1282796B (de) Integrierte Halbleiteranordnungen und Verfahren zum Herstellen derselben
DE2645632A1 (de) Verstaerker
DE2940975T1 (de)
DE2236897B2 (de)
DE1297233B (de) Feldeffekttransistor
DE1762435B2 (de) Hochverstaerkende integrierte verstarkerschaltung mit einem mos feldeffekttransistor
DE1093482B (de) Doppel-Flaechentransistor mit zwei auf einem gemeinsamen Halbleiterkoerper angeordneten, hintereinandergeschalteten Transistoren
DE1489193C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE2540349B2 (de) Transistor-Differenzverstärker
DE1063279B (de) Halbleiteranordnung aus einem Halbleiterkoerper mit flaechenhaftem innerem pn-UEbergang und mit mehr als drei Elektroden
DE1227257B (de) Als temperaturempfindliches Element verwendeter Flaechentransistor
DE812091C (de) Verstaerker aus einem Halbleiterkoerper
DE1067476B (de) Lineare Transistorverstaerker in Emitterschaltung
DE2263091C2 (de) Feldeffekttransistor
DE1464829C3 (de) Schaltungsanordnung mit mehreren in einem Halbleiterplättchen ausgebildeten Schaltungselementen
DE1955410A1 (de) Vorrichtung zur Feststellung eines magnetischen Feldes
AT267610B (de) Halbleitervorrichtung
DE1163461B (de) Flaechentransistor mit einem Konzentrationsgradienten der dotierenden Fremdstoffe ineiner Zone
DE1762948B1 (de) Halbleiterdifferenzverstaerker