DE1116273B

DE1116273B - Elektronische Halbleitervorrichtung mit mindestens einem bistabilen elektronischen Kreis

Info

Publication number: DE1116273B
Application number: DES68698A
Authority: DE
Original assignee: SSIH Management Services SA
Current assignee: SSIH Management Services SA
Priority date: 1959-05-27
Filing date: 1960-05-27
Publication date: 1961-11-02
Also published as: US3109942A; BE590962A; GB957043A; FR1257419A; CH372074A; NL251934A; NL123574C

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Halbleitervorrichtung mit mindestens einem bistabilen elektronischen Kreis.

Die Verwendung einer immer größer werdenden Anzahl von bistabilen elektronischen Kreisen beim Bau verschiedener elektronischer Geräte, wie beispielsweise Rechenmaschinen, Zähler, Untersetzer, Drehzahlminderer, macht es erforderlich, daß solche Kreise einen sehr geringen Raumbedarf haben und also von einfacher Bauart sind. Dies ist der Grund, weshalb man Halbleiter verwendende Kreise zu HiKe nimmt. Allerdings sind solche bisher bekannten Kreise· ziemlich kompliziert, und sofern sie in großer Zahl verwendet werden, bilden sie Vorrichtungen mit großem Raumbedarf und einem manchmal unzulässigen Energieverbrauch. Tatsächlich enthalten diese Kreise im allgemeinen mindestens zwei mit einer mehr oder weniger großen Anzahl von Widerständen, Kapazitäten, Dioden usw. verbundene Transistoren, so daß man sich den Raumbedarf und die Kompliziertheit einer eine große Anzahl solcher Kreise enthaltenden Vorrichtung leicht vorstellen kann.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer elektronischen Halbleitervorrichtung mit bistabilen Kreisen, bei der jedes äußere Kopplungselement, wie beispielsweise Widerstände, Kapazitäten, Dioden usw., fehlt und wobei der Halbleiter selbst alle notwendigen Funktionen übernimmt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung unterscheidet sich von den bisher bekannten Vorrichtungen dadurch, daß sie einen monokristallinen Halbleiterträger enthält, der für jeden bistabilen Kreis mindestens eine monokristalline Halbleiterschicht des dem Typ des Trägers entgegengesetzten Leitungstyps enthält, die selbst zwei halbleitende Zonen des gleichen Typs wie die des Trägers aufweist, wobei die beiden halbleitenden Zonen jeder Halbleiterschicht so angeordnet sind, daß sie mit der Schicht einen Feldeffekttransistor bilden, wobei die so gebildeten beiden Feldeffekttransistoren jeder Schicht zwischen dem Träger und einem gegen ihn isolierten Widerstand jeweils so verbunden sind, daß sie einen Stromweg mit steuerbarem Widerstand bilden, während jeder der beiden aus einem Widerstand, einem Feldeffekttransistor und dem Träger gebildeten identischen Teile des Kreises mit einer Gleichspannungsquelle derart verbunden ist, daß die Sperrschicht zwischen dem Träger und der genannten monokristallinen Schicht eine elektrische Isolierung bildet, wobei die Zone des Feldeffekttransistors eines Teiles mit einem Verbindungspunkt des Widerstandes und des Feldeffekttransistors des

Elektronische Halbleitervorrichtung

mit mindestens einem bistabilen

elektronischen Kreis

Anmelder:

Societe Suisse

pour !'Industrie Horlogere S.A.,
Genf (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,

Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68,

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 27. Mai 1959 (Nr. 73 648)

anderen Teiles verbunden ist, während dieser Verbindungspunkt selbst über eine Kapazität mit einer Wechselspannungsquelle in der Weise verbunden ist, daß ein aus der Wechselspannungsquelle kommender geeigneter Spannungsimpuls die Erweiterung der Sperrschicht (Raumladungszonen) in dem sich im Leitzustand befindenden Feldeffekttransistor und das Schwinden der Sperrschicht in dem gesperrten Feldeffekttransistor und folglich das Umschalten des von den beiden Abschnitten gebildeten Kreises von dem einen in den anderen seiner stabilen Zustände bewirkt.

Die Erfindung ist in der Beschreibung an Hand der Zeichnungen, die sich auf einige Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung beziehen, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles der zwei bistabile Kreise enthaltenden Vorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 bis 9 verschiedene Teile der Vorrichtung und die ihre Funktion erläuternden Diagramme,

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Fig. 10 einen bistabilen Kreis gemäß der Erfindung, Schichten 3 a bis 3/ durch eine beispielsweise aus

Fig. 11 eine Kennlinie des in Fig. 10 dargestellten Siliziumoxyd bestehende Isolierschicht 18 (Fig. 2)

Kreises, isoliert.

Fig. 12 das Schaltschema der in Fig. 1dargestellten Vor der Erläuterung der Arbeitsweise der beVorrichtung, 5 schriebenen und dargestellten Vorrichtung ist es er-

Fig. 13 eine andere Ausführungsform eines Feld- forderlich, zum besseren Verständnis einige Erläute-

effekttransistors, rangen der physikalischen Grundsätze zu geben.

Fig. 14 einen Schnitt durch den Transistor nach Fig. 3 und 4 zeigen eine Draufsicht und im Schnitt

Fig. 13 entlang der Linie XIV-XIV, einen Einkristall 1, beispielsweise Silizium des Lei-

Fig. 15 einen Teil eines bistabilen Kreises in einer io tungstyps »p«, auf dem durch bekannte Verfahren

anderen Ausführungsform und eine halbleitende Schicht 3 des Leitungstyps »n« in

Fig. 16 eine weitere Ausführungsform des bistabilen Reliefform aufgebracht worden ist. Die Schicht 3 ist

Kreises. mit zwei Ohmschen Kontakten 5 und 7 versehen, von

Vorab sei bemerkt, daß sämtliche Figuren der denen der letztere mit einem Kontakt 14 verbunden Zeichnungen in stark vergrößertem Maßstab ausge- 15 ist, den der Kristall 1 enthält. Eine Schicht 18, beiführt sind, da die Vorrichtung nach der Erfindung in spielsweise aus Siliziumoxyd, bedeckt mit Ausnahme Wirklichkeit einen äußerst kleinen Raumbedarf hat. der Kontakte die gesamte Oberfläche des Kristalls.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus Im thermischen Gleichgewichtszustand hat die einem halbleitenden Einkristall 1, beispielsweise aus Schicht 3 gegenüber dem Potential des Kristalls ein Silizium des Leitungstyps »p«, der auf einer seiner 20 positives Potential. Dieser Potentialunterschied hängt Seiten mit einem Ohmschen Kontakt 2 versehen ist, vom Dotationsgrad der Schicht 3 und des Kristalls 1 der ihn mit dem negativen Pol einer Gleichspannungs- ab. Sie erreicht ihn im allgemeinen zwischen etwa 20 quelle S₁ verbindet. Der Einkristall 1 ist in Fig. 1 und 90 Volt und verursacht eine Raumladungszone ohne einen Teil seiner Dicke dargestellt, da dieser oder eine Sperre zwischen den im Kristall 1 und der zum besseren Aufzeigen des Verhältnisses zwischen 25 Schicht 3 enthaltenen freien Ladungen. Diese prakverschiedenen Teilen der Vorrichtung entfernt wurde. tisch keine freien Ladungen enthaltende Sperrschicht Auf seiner anderen Seite trägt der Kristall 1 in Relief- bildet eine elektrische Isolierung, die, wie in Fig. 4 form sechs monokristalline Schichten 3 a bis 3/ des gestrichelt dargestellt, verläuft. Ihre Dicke beträgt im Leitungstyps »n«, die beispielsweise mit Hilfe des allgemeinen etwa 20 bis 90 μ. Fig. 5 zeigt, wie sich Diffusionsverfahrens erhalten wurden. Jede der 30 die Dicke dieser Sperrschicht beim Anlegen einer Schichten 3 α bis 3/ enthält eine ebenfalls mittels Spannung zwischen den Kontakten 5 und 7 verändert. Diffusion erzielte Zone 4 des Leitungstyps »p« So erstreckt sich die Sperrschicht, wenn die an den (Fig. 2). Die Schichten 3 a bis 3/ sind außerdem je Kontakt 5 angelegte Spannung gegenüber dem Konmit drei Ohmschen Kontakten 5 bis 7 versehen, wo- takt 7 positiv ist, wie es in gestrichelten Linien 19 bei ein vierter Kontakt 8 auf der Zone 4 vorgesehen 35 angegeben ist. Der Widerstand zwischen den Konist; alle diese Kontakte bestehen beispielsweise aus takten 5 und 7 hängt dann von der Form des leitend Nickel. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Anordnung der bleibenden Abschnittes der Schicht 3, der Konzen-Kontakte 5 bis 7 für die Schichten 3 α und 3 c die tration der freien Ladungen in diesem Abschnitt und gleiche, während sie für die Schichten 3b, 3e, 3d ihrer Beweglichkeit ab.

und 3/ umgekehrt ist. Dies dient dazu, das Kreuzen 40 Wenn dagegen an den Kontakt 5 eine gegenüber

von gewisse Kontakte untereinander verbindenden dem Kontakt 7 negative Spannung angelegt wird, engt

Leitern zu verhindern. sich die Sperrschicht, wie in gestrichelten Linien 20

Die Kontakte 6 und 8 der Schichten 3 a und 3 b angegeben, ein. Der Potentialunterschied zwischen sind wie die Kontakte 6 und 8 der Schichten 3 c dem Kristall 1 und der Schicht 3, also zwischen den und 3d über die Leiter 9 und 10 miteinander ver- 45 Bereichen »p« und »n«, wird verringert. Wenn diese bunden. Die Kontakte S und 7 der Schichten 3a, 3b, Spannungsminderung ausreichend groß ist, kann die 3 c und 3 d sind jeweils mit einem mit dem positiven Wärmeenergie der freien Ladungen zum Überwinden Pol der Gleichspannungsquelle S₁ zu verbindenden dieser Spannungsschranke ausreichend sein, so daß Leiter 13 und über einen Kontakt 14 mit dem sich im Bereich »p« ein Strom aufbaut, der parallel Kristall 1 verbunden, wobei die Kontakte der 50 zu dem durch den Bereich »n« zwischen den Kon-Schichten 3e und 3/ mit einem mit dem positiven takten 5 und 7 fließenden Strom ist. Jedoch kann Pol einer Gleichspannungsquelle S₂ zu verbinden- dieser Strom, sofern die angelegte Spannung verden Leiter 12 bzw. mit dem Kontakt 14 verbunden hältnismäßig schwach, d. h. in der Größenordnung sind. von etwa 0,3 bis 0,5 Volt, ist, praktisch bei einem

Die Kontakte 6 und 8 der Schicht 3 c sind über 55 Halbleiter mit einer verhältnismäßig hohen Aktiviezwei Kondensatoren C₁ und C₂, die aus durch eine rungsenergie, wie beispielsweise Silizium, vernach-Isolierung getrennten zwei Leitern 15 und 16 einer- lässigt werden. In solchen Fällen bildet also die seits und einen Leiter 17 andererseits gebildet sind, Sperrschicht eine einwandfreie elektrische Isolierung mit dem Kontakt 6 der Schicht 3e verbunden. Die zwischen dem Kristall und der Schicht 3.
gleichen Kapazitäten sind zum Verbinden der Kon- 60 Fig. 6 zeigt die gleiche Vorrichtung wie die nach takte 6 und 8 der Schicht 3 α mit einer Wechsel- Fig. 5, die aber außerdem eine mit einem Ohmschen Spannungsquelle S₃ sowie des Kontaktes 6 der Kontakt versehene, in die Schicht 3 diffundierte Schicht 3/ mit einer anschließenden Schicht vorge- Zone 4 des Leitungstyps »p« hat. Bekanntlich ermögsehen, wobei der Kontakt 8 dieser letztgenannten licht eine solche Vorrichtung die Steuerung des Schicht und der der Schicht 3 e über einen Leiter 11 65 Widerstandes zwischen den Kontakten 5 und 7 mit mit dem Kontakt der Schicht 3d bzw. der Schicht 3b Hilfe einer zwischen den Kontakten 7 und 8 angeverbunden sind. Alle beispielsweise aus Nickel be- legten Spannung und ist unter dem Namen Feldeffektstehenden Leiter sind von dem Kristall 1 und den transistor bekannt.

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Fig. 7 zeigt eine der Vorrichtungen nach Fig. 6 Gleichgewichtszustand in der Schicht 3 berühren. Der ähnliche Vorrichtung, die außerdem zwischen den Sättigungsstrom ist in diesem Falle praktisch gleich Kontakten 5 und 8 einen Ohmschen Kontakt 6 hat. Null. Eine kleine Veränderung der Spannung zwi-Es ist leicht ersichtlich, daß diese Vorrichtung, und sehen den Kontakten 8 b und Ib verursacht keine zwar zwischen den Kontakten 5 und 6, durch einen 5 Veränderung der Spannung zwischen den Kontakten Widerstand gebildet wird, der mit einem vom 6 a und la mehr, so daß ein solcher Zustand stabil ist. Kristall 1 getragenen Feldeffekttransistor in Reihe Fig. 11 zeigt den Strom/ als Funktion der Spanliegt, dessen aus dem Widerstand und dem in Reihe nung V₃ (s. Fig. 7) für eine zwischen den Kontakliegenden Feldeffekttransistor gebildeter Stromweg . _o , _ , . „ _r. _r, κ _llk mi? steuerbarem Widerstand durch die Sperrschicht io ^{ten 8ö und} ^7a ^®³*** ^SP^amuQg ^V* = ^Vo- -f ^si^ elektrisch isoliert ist. Das Diagramm nach Fig. 8 zeigt den Wert des Widerstandes zwischen den Kontakdie Abhängigkeit des Stromes / von der zwischen den ten 5 α und 6 a dar. Der Schnittpunkt der von V₀ bis T₀ Kontakten 5 und 7 angelegten Spannung V₁, und verlaufenden Geraden mit der Sättigungskurve gibt zwar für die unterschiedlichen Werte der zwischen den Wert der Spannung V₃ zwischen den Kontakden Kontakten 7 und 8 angelegten Spannung V₂. Das- 15 ten 6a und Ta für den Leitzustand des Abschnittes A selbe Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Span- an. Für einen etwas größeren Wert als dieser muß nung V₃ zwischen den Kontakten 6 und 7 von der der Abschnitt!? noch gesperrt sein. Wie aus dem Spannung V₁. V₁' stellt die Spannung dar, bei der die Vorstehenden ersichtlich, kann der in Fig. 10 dar-Sperrschichten sich vereinigen würden, wenn der gestellte bistabile Kreis in sehr einfacher Weise geKontakt 7 gelöst wäre. Für die Spannungen, die höher 20 steuert werden.

sind als V₁', bleiben die Sperrschichten örtlich ein- Fig. 12 zeigt schematisch zwei bistabile Kreise, die

ander sehr genähert, vereinigen sich jedoch nicht. untereinander so verbunden sind, daß sie die in Fig. 1

Fig. 9 zeigt im Prinzip die Form der Sperrschichten dargestellte Vorrichtung bilden. An Hand dieses

für solche Fälle und für V₂ = 0. Der gesamte Span- Schemas wird also die Arbeitsweise der Vorrichtung

nungsabfall entsteht praktisch in dem schmalen, sich 25 nach Fig. 1 nachstehend erläutert,

zwischen den beiden Sperrschichten (Fig. 9) bilden- Der zwei Abschnitte A und B enthaltende Kreis ist

den Kanal 21. Man kann also von einem Strom- einerseits über zwei Kondensatoren C₁ und C₂ mit

sättigungszustand sprechen. einer (nicht dargestellten) Wechselspannungsquelle

Fig. 10 zeigt einen aus zwei identischen, je der in und andererseits über eine Entkopplungsvorrichtung E Fig. 7 dargestellten Vorrichtung entsprechenden Ab- 30 und die Kondensatoren C₁ und C₂ mit dem Eingang schnitten gebildeten bistabilen Kreis. Wie gezeigt, sind des zwei Abschnitte C und D enthaltenden Kreises die Kontakte 5 a und 5 b jedes der beiden Ab- verbunden. Wie gezeigt, wird diese Entkopplungsvorschnitte A bzw. B mit einem Leiter 13 verbunden, richtung gegebenenfalls in gleicher Weise gebildet, der selbst mit dem positiven Pol einer Gleichspan- wie jeder der beiden einen bistabilen Kreis bildenden nungsquelle verbunden werden kann, deren negativer 35 Abschnitte A-B, C-D, wie es im übrigen bei der Pol mit dem Kristall 1 verbunden ist. Der Kontakt 6 a Beschreibung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung des Abschnittes A ist mit dem Kontakt 8 b des Ab- erläutert worden ist. Der mit Hilfe der Abschnitte A schnittes B verbunden, wobei der Kontakt 6 b des und B gebildete Kreis muß also den mit Hilfe der Abschnittes B mit dem Kontakt 8 α des Abschnittes A Abschnitte C und D gebildeten Kreis steuern, und verbunden ist. Es sei bemerkt, daß die Sperrschichten 40 zwar mit Hilfe der Entkopplungsvorrichtung E. Auf in den Bereichen »p«, also im Kristall und in den dem Kreis C-D folgt eine zweite Entkopplungs-Zonen 4, in der Zeichnung nicht dargestellt sind, um vorrichtung F, mit deren Hilfe er den nächsten Kreis diese nicht zu unübersichtlich zu machen. Es ist aber steuern könnte.

klar, daß die Abschnitte A und B, wie in Fig. 1 ge- Es sei angenommen, daß die Abschnitte A und D zeigt, von demselben Kristall 1 getragen werden und 45 sich im Sättigungszustand befinden, also gesperrt daß die in Fig. 10 verwendete Darstellung nur eine sind, wobei die Abschnitte B und C sich, wie es im schematische Darstellung ist, die das bessere Er- übrigen durch die Lage der Sperrschichten dargestellt kennen des gesamten Kreises ermöglicht, der folgende ist, im Leitzustand befinden. Die Entkopplungs-Arbeitsweise hat: vorrichtung E zwischen den beiden Kreisen A-B und

Es sei angenommen, daß der Abschnitt B sich im 50 C-D befindet sich folglich im Leitzustand.

Zustand der Sättigung befindet und die Sperrschichten Beim Umschalten des Abschnittes A in den Leit-

also praktisch vereinigt sind. Infolgedessen hat der zustand wird die Entkopplungsvorrichtung E gesperrt.

Kontakt 6 b gegenüber dem Potential des Kontak- Die Kapazitäten C₁ und C₂, die gegenüber den

tes 6 a ein positives Potential, wobei dieses Potential Werten der durch die Verbindung gebildeten Kapa-

folglich auch an den Kontakt 8 a der Zone 4 a an- 55 zitäten einen großen Wert haben, werden folglich

gelegt wird, so daß die Sperrschicht der Zone 4a zu- durch die zwischen den Kontakten Se und 6e der

rückgezogen wird und der Abschnitt A sich nicht im Entkopplungsvorrichtung E, 6d und 5 a" des Ab-

Sättigungszustand befindet. Jedoch wäre dieser Kreis schnittes D und 6c und Ic des Abschnittes C vor-

nicht stabil, wenn eine kleine Veränderung der Span- handenen Widerstände aufgeladen. Folglich sind die

nung zwischen den Kontakten 8 b und Ib eine 60 zwischen den Kontakten 8 c und 6 c bzw. 8 d und 6 d

größere Veränderung der Spannung zwischen den erzeugten Spannungen bestrebt, diesen bistabilen

Kontakten 6 a und 7 a hervorrufen würde, wobei an- Kreis in dem Zustand zu halten, in dem er sich zur

genommen wird, daß der Kontakt 6 α vom Kontakt 8 b Zeit befindet. Da der sich zwischen den Kontakten 6 c

gelöst wird. Dies ist abhängig von den Abmessungen und Ic befindende Widerstand einen geringen Wert

der Schichten 3 und der Zonen 4 sowie von ihrem 65 hat, ist die am Kontakt 6 c und folglich am Kontakt 8/

Dotationsgrad. Wenn nun die Instabilität nicht er- der nächsten Entkopplungsvorrichtung F erzeugte,

wünscht ist, kann man die Vorrichtung so bemessen, gegenüber dem Träger 1 positive Spannung sehr klein

daß sich die Sperrschichten bereits im thermischen und kann also diese Vorrichtung nicht steuern.

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Beim erneuten Umschalten des Abschnittes A aus Man diffundiert in einen Einkristall des Leitungs-

dem Leitzustand in den gesperrten Zustand wird die typs »p« eine halbleitende Schicht des Leitungs-Entkopplungsvorrichtung E in den Leitzustand ge- typs »η«. Unter Anwendung des photolithographibracht. Folglich wird der Kondensator C₂ durch die sehen Verfahrens diffundiert man in die Schicht »n« sich zwischen den Kontakten 6 c und Ic des Ab- 5 die gewünschte Anzahl Zonen vom Leitungstyp »p«. schnittes C und zwischen den Kontakten 6 e und Ie Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, daß geder Entkopplungsvorrichtung £ befindenden schwa- wisse Substanzen, nachdem sie ultraviolettem Licht chen Widerstände entladen. Im ersten Augenblick ausgesetzt worden sind, unlöslich gemacht werden bildet sich zwischen den Kontakten 6 c und 8 c des können. So oxydiert man zunächst zum Erzielen der Abschnittes C und zwischen den Kontakten 6 d und 8 d io Zonen »p« an den gewünschten Stellen der Schicht »n« des Abschnittes D keinerlei Spannung, so daß der ihre Oberfläche, belichtet die oxydierte Schicht nach Kondensator C₂ schnell entladen wird. Die an den dem Auftragen einer lichtempfindlichen Substanz Kontakten 8 c und 6 d erzeugte, gegenüber dem durch ein die Stellen, an denen man das Entstehen Träger 1 negative Spannung läßt nach dieser schnellen der Zonen »p« wünscht, abdeckendes Photonegativ Entladung des Kondensators C₂ den Abschnitt C in 15 hindurch. Auf diese Weise kann die oxydierte Schicht den gesperrten Zustand und den Abschnitt D in den an diesen Stellen aufgelöst werden, um die Diffusion Leitzustand umschalten. Zum Bewirken dieses Um- zu ermöglichen. Zum Trennen der verschiedenen Schaltens ist es erforderlich, daß die Speisungsspan- Abschnitte der Schicht »n«, die die verschiedenen nung der Entkopplungsvorrichtung E und F höher ist Kreise bilden sollen, wird das gleiche photolithoals die der bistabilen Kreise A-B und C-D, damit die 20 graphische Verfahren angewendet. Dies kann erzielt Steuerspannungsimpulse ausreichend groß sind. Es werden durch ein Beizen von einigen μ Tiefe, damit kann außerdem zweckmäßig sein, in der Abzweigung die verschiedenen Abschnitte der Schicht »n« auf zwischen dem Kontakt 8 c und dem Kondensator C₁ dem monokristallinen Träger in Reliefform entstehen. bzw. zwischen dem Kontakt Sd und dem Konden- Nach diesem Beizen wird die gesamte Oberfläche sator C₂ einen Widerstand einzuschalten, um zu ver- 25 erneut mit einem isolierenden Film, beispielsweise hindern", daß eine eventuelle Ladungsabgabe des mit durch Kondensation aufgebrachtem Siliziumoxyd, Trägers 1 im Augenblick der an den Kontakt 8 c überdeckt, der darauf an den Stellen, an denen man oder 8d angelegten negativen Spannungsspitze diese Ohmsche Kontakte zu erzielen wünscht, entfernt Spannung begrenzt, die am Kontakt 6 d bzw. 6 c zum wird, worauf man eine Schicht, beispielsweise eine ausreichenden Zurückziehen der Sperrschichten des 30 Nickelschicht, aufbringt, die darauf wiederum mit Feldeffekttransistors notwendig ist, um diesen auf den Hilfe des photolithographischen Verfahrens an den Leitzustand umzuschalten. Stellen, an denen sie nicht vorhanden sein soll, ent-

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, kann der fernt wird. Die kapazitiven Kopplungen am Eingang von dem bistabilen Kreis A-B gesteuerte bistabile jedes Kreises werden in gleicher Weise erzielt. Bei Kreis C-D nur dann umgeschaltet werden, wenn die 35 dem Ausführungsbeispiel der beschriebenen und Entkopplungsvorrichtung E sich im Leitzustand be- dargestellten Vorrichtungen wird der mit dem Feldfindet. Das gleiche würde für einen nächsten bistabilen effekttransistor in Reihe liegende Widerstand, den Kreis gelten, der mit Hilfe der Entkopplungsvorrich- jeder der beiden Abschnitte eines Kreises enthalten tung F durch den Kreis C-D gesteuert würde. Eine muß, aus der gleichen halbleitenden Schicht wie der solche Entkopplungsvorrichtung dient außer ihrer 40 Feldeffekttransistor gebildet. Es ist klar, daß dieser Verstärkerwirkung zum Entkoppeln der am Eingang Widerstand vom Feldeffekttransistor getrennt und mit des Kreises C-D liegenden Kondensatoren C₁ und C₂ Hilfe jeder beliebigen anderen geeigneten Schicht des Kreises A-B. Es ist auch zweckmäßig, am Ein- gebildet werden könnte. So könnte beispielsweise der gang und am Ausgang einer eine gewisse Anzahl von Stromweg, den jeder der beiden Abschnitte eines bistabilen Kreisen enthaltenden elektronischen Vor- 45 bistabilen Kreises enthält, aus zwei in Fig. 5 bzw. 6 richtung, wie beispielsweise eines Zählers oder Unter- dargestellten, in Reihe geschalteten Elementen gesetzers, eine Entkopplungsvorrichtung zu haben. Dies bildet werden.

soll verhindern, daß die bistabilen Kreise mit außer- Fig. 13 und 14 zeigen in Draufsicht und im Schnitt

ordentlich stark verringerten Kapazitäten durch nor- eine andere Ausführungsform eines Feldeffekttransimalerweise viel größere äußere Kapazitäten auf- 50 stors, der die maximale Verringerung seines Widergeladen werden. Standes während seines Leitzustandes ermöglicht. Wie

Man sieht also, daß jeder der bistabilen Kreise, gezeigt, ist der Kontakt 6, der den Feldeffekttransistor die die elektronische Halbleitervorrichtung nach der mit dem Aufladewiderstand verbinden soll, in Form Erfindung enthält, aus zwei übereinstimmenden Ab- eines um die Zone »p« konzentrisch angeordneten schnitten besteht, die je einen mit einem Feldeffekt- 55 Ringes ausgebildet, wobei die Zone »p« einen den transistor in Reihe liegenden und von einem halb- Kontakt 7 umgebenden Ring bildet, der den Feldleitenden Einkristall getragenen Widerstand enthalten, effekttransistor mit dem monokristallinen Träger 1 Jeder dieser Abschnitte bildet also einen steuerbaren verbindet.

Widerstand, wobei die beiden Abschnitte unterein- Da der Aufladewiderstand einen hohen Wert haben

ander so verbunden sind, daß eine Steigerung des 60 muß, könnte er beispielsweise in Form eines Strom-Widerstandes eines Abschnittes automatisch eine begrenzers vorgesehen werden. Fig. 15 zeigt eine Herabsetzung des Widerstandes des anderen Ab- Variante der den Feldeffekttransistor und den Aufschnittes verursacht. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind alle ladewiderstand enthaltenden Gruppe, bei der der Teile, die eine Vorrichtung bilden sollen, die einen Aufladewiderstand als Strombegrenzer ausgebildet ist. oder mehrere bistabile Kreise enthält, gewissermaßen 65 Wie gezeigt, enthält die Schicht 3 zwischen den Konauf den Einkristall 1 »gedruckt«. Eine solche Vor- takten S und 6 eine zweite Zone 22 vom Leitungsrichtung kann beispielsweise wie folgt gefertigt typ »p«, die mit einem Ohmschen Kontakt 23 verwerden: sehen ist, der sie mit der gleichen Gleichspannungs-

Claims

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quelle verbindet, an der der Kontakt 5 liegt. Da die des Kontaktes 6d gesteuert und der Aufladewider-Zonen 4 und 22 die gleichen Abmessungen haben stand zwischen den Kontakten 5 d und 6d, also des und die Zone 22 an der Speisungsquelle liegt, muß Abschnittes D, vom Potential des Kontaktes 6 c gedie Schicht 3 an der Stelle der Zone 4 dünner aus- steuert. Die Tiefpaßfilter dienen zum Verzögern der gebildet werden, damit sich die Sperrschichten ver- 5 Steuerwirkung auf die Widerstände,
einigen können, wenn der Stromweg, den dieser Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Abschnitt bildet, gesperrt werden soll. Dieser Dicken- bistabilen Kreises nach der Erfindung. Wie gezeigt, unterschied der Schicht 3 kann durch eine zweistufige enthält die Schicht 3 jedes der beiden Abschnitte des Diffusion erzielt werden: Kreises eine zweite Zone 26a bzw. 26b, die sich vom

Man diffundiert zunächst während einer kurzen io Kontakt 5abzw. Sb bis zu einem vor dem Kontakt 6a Zeitspanne, indem man dafür Sorge trägt, den Ab- bzw. 6 b liegenden Kontakt 27 a bzw. 27 b erstreckt, schnitt 24 des Kristalls 1, gegenüber dem danach in Der Kontakt 27 a ist mit dem Kontakt 6 b verbunden, die Schicht 3 der Zone 4 vor der Diffusion diffundiert während der Kontakt 27 b mit dem Kontakt 6 a verwird, zu schützen, worauf man die Diffusion auch bunden ist. Es ist leicht festzustellen, daß die Zonen auf diesem Abschnitt des Kristalls ausführt. Es ist 15 26 a und 26 b als Aufladewiderstand dienen sollen, leicht ersichtlich, daß der Aufladewiderstand praktisch wobei die Zone des einen Abschnittes mit dem Feldaus dem Kanal 25 zwischen den Sperrschichten der effekttransistor des anderen Abschnittes in Reihe liegt. Zone 22 und der Schicht 3 gebildet wird. Es sei Es handelt sich also tatsächlich nur um eine andere bemerkt, daß der Kanal 25 sich dort befindet, wo die Ausführungsform der Aufladewiderstände, die es Dotation der Schicht 3 geringer und also der Wider- 20 ermöglicht, daß auch diese gesteuert werden. Eine stand höher ist. Auch ist ersichtlich, daß die Länge geeignete Dimensionierung ermöglicht es zu erreichen, des Aufladewiderstandes verhältnismäßig kurz sein daß der mit dem sich im Leitzustand befindenden kann, was es ermöglicht, in diesen Zonen eine kurze Feldeffekttransistor in Reihe liegende Aufladewider-Durchgangszeit der Elektronen zu haben. Die Zone stand (Widerstand 26 b in Fig. 16) einen praktisch 22 könnte auch ohne Verbindung zu einer Spannungs- 25 unendlichen Wert hat, während der mit dem gesperrquelle sein, wobei dann nur die Sperrschicht infolge ten Feldeffekttransistor in Reihe liegende Aufladedes thermischen Gleichgewichtszustandes verwendet widerstand (Widerstand 26a in Fig. 16) einen verhältwird, nismäßig kleinen Wert hat. Dies hat zur Folge, daß

Es sei bemerkt, daß es zweckmäßig wäre, auch den in den beiden stabilen Zuständen des Kreises prak-

Aufladewiderstand zu steuern. Dazu betrachte man 3° tisch kein Strom fließt, da dieser nur zum Umschalten

beispielsweise die Schaltung nach Fig. 12 in dem des Kreises von dem einen in den anderen seiner

Augenblick, da der Abschnitt C gesperrt und der stabilen Zustände erforderlich ist.

Abschnitt D entsperrt werden sollen, also im Augen- Bei den beschriebenen und dargestellten Ausfüh-

blick, da die Sperrschicht der Zone 4 c sich erweitert rungsformen der Vorrichtung sind die zum Bilden

hat. Der Kondensator C₁ beginnt sich mit Hilfe des 35 von zwei Abschnitten eines bistabilen Kreises be-

Aufladewiderstandes (zwischen den Kontakten Sd stimmten Schichten 3a und 3b, 3 c und 3d usw. von-

und 6d) des Abschnittes D und der Kondensator C₂ einander getrennt. Es ist klar, daß man als Variante

mit Hilfe des Aufladewiderstandes (zwischen den eine einzige Schicht geeigneter Form vorsehen

Kontakten Sc und 6 c) des Abschnittes C aufzuladen. könnte, die die Erstellung der beiden Abschnitte des

Wenn die Kondensatoren bis auf eine ausreichend 40 Kreises ermöglicht. So könnte sie beispielsweise eine

hohe Spannung aufgeladen sind, werden die Sperr- U- oder Hufeisenform oder auch eine längliche Form

schichten zurückgezogen und die entsprechenden haben, wobei die beiden Abschnitte des Kreises in

Abschnitte entsperrt. Es ist wesentlich, daß der Ab- Längsrichtung beiderseits des Mittenabschnittes ange-

schnitt D entsperrt wird, bevor der Abschnitt C, der ordnet sein würden.

zu sperren ist, durch diesen Vorgang erneut entsperrt 45 Schließlich ist es klar, daß die Vorrichtung nach ist. Dies wird normalerweise dadurch erzielt, indem der Erfindung erzielt werden könnte, indem man von man die Spannung der Steuerimpulse ausreichend einem halbleitenden Einkristall des Leitungstyps »n« hoch vorsieht, kann aber auch dadurch erzielt werden, ausgeht, wobei die Schichten 3 und die Zonen 4 vom daß man den Aufladewiderstand des zu sperrenden Leitungstyp »p« bzw. »n« wären. Es ist selbst-Abschnittes kleiner macht als den des zu entSperren- 50 verständlich, daß die Polarität der Spannungen in den Abschnittes, so daß eine der Kapazitäten C diesem Falle umgekehrt sein muß.
schneller entladen wird als die andere. Nun könnte Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dies mit Hilfe der mit einer halbleitenden Zone vom beschriebenen und beispielsweise dargestellten Auswie in Fig. 15 dargestellten und vorstehend beschrie- führungsformen beschränkt. Man kann daran zahlbenen entgegengesetzten Leitungstyp versehenen 55 reiche, dem Fachmann entsprechend der jeweils Aufladewiderstände erzielt werden. Statt den Kon- beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderuntakt 23 der Zone 22 mit der Gleichspannungsquelle gen vornehmen, ohne daß dadurch der Bereich der zu verbinden, würde er über einen Tiefpaßfilter Erfindung verlassen wird,
zwischen dem Aufladewiderstand und dem Feldeffekttransistor des anderen identischen Abschnittes 60 PATENTANSPRÜCHE·
des Kreises verbunden sein. So wäre beispielsweise

der Kontakt 23 c der Zone 22 c, den die Schicht 3 c 1, Elektronische Halbleitervorrichtung mit

des Abschnittes C enthalten würde, mit dem Kon- mindesten einem bistabilen elektronischen Kreis,

takt 6d des Abschnittes D und der Kontakt 23 a*, den dadurch gekennzeichnet, daß ein monokristalliner

der Abschnitt D enthalten würde, mit dem Kontakt 6 c 65 Halbleiterträger (1) vorhanden ist, der für jeden

des Abschnittes C verbunden. Auf diese Weise würde bistabilen Kreis mindesten eine Halbleiterschicht

der Aufladewiderstand zwischen den Kontakten 5 c (3) der der Leitart (»p«) des Trägers (1) entgegen-

und 6 c, also des Abschnittes C, durch das Potential gesetzten Leitart (»n«) enthält, die selbst zwei

halbierende Zonen (4) der gleichen Leitart (»p«) wie die des Trägers (1) aufweist, die beiden halbleitenden Zonen (4) jeder Halbleiterschicht (3) so angeordnet sind, daß sie mit der Schicht (3) je einen Feldeffekttransistor bilden, daß die so gebildeten beiden Feldeffekttransistoren jeder Schicht (3) zwischen dem Träger (1) und einem gegen ihn isolierten Widerstand jeweils so verbunden sind, daß sie einen Stromweg mit steuerbarem Widerstand bilden, daß jeder der beiden aus einem Widerstand, einem FeldeSekttransistor und dem Träger (1) gebildeten identischen Abschnitte (A, B) des Kreises mit einer Gleichspannungsquelle (S₁) derart verbunden ist, daß die Schranke zwischen dem Träger (1) und der genannten monokristallinen Schicht (3) eine elektrische Isolierung bildet, daß die Zone (4) des Feldeffekttransistors eines Abschnittes (A) mit einem Verbindungspunkt des Widerstandes und des Feldeffekttransistors des anderen Abschnittes (B) verbunden ist und daß dieser Verbindungspunkt selbst über eine Kapazität (C₁) mit einer Wechselspannungsquelle (,S₃) verbunden ist in der Weise, daß ein aus der Wechselspannungsquelle (S₃) kommender geeigneter Spannungsimpuls die Erweiterung der Schranken (Raumladungszonen) in dem sich im Leitzustand befindenden Feldeffekttransistor und das Schwinden der Schranken in dem gesperrten Feldeffekttransistor und folglich das Umschalten des von den beiden Abschnitten (A, B) gebildeten Kreises von dem einen in den anderen seiner bistabilen Zustände bewirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Abschnitte (A, B) eines bistabilen Kreises mit der Gleichspannungsquelle (S₁) so verbunden ist, daß zwischen den halbleitenden Bereichen entgegengesetzter Leiter praktisch keine Ladungsabgabe stattfindet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Feldeffekttransistor in Reihe liegende Widerstand aus einer monokristallinen Halbleiterschicht (3) der der Leitart (»p«) des Trägers (1) entgegengesetzten Leitart (»n«) gebildet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Feldeffekttransistor in Reihe liegende Widerstand aus einem Abschnitt der den Feldeffekttransistor bildenden monokristallinen Halbleiterschicht (3) mit der Leitart (»p«) des Trägers (1) entgegengesetzter Leitart (»n«) besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Bilden des Widerstandes bestimmte Halbleiterschicht (3) eine halbleitende Zone (22) entgegengesetzter Leiart (»p«) enthält, so daß die sich daraus ergebende Raumladungszone den Wert des Widerstandes erhöht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (22) mit der Gleichspannungsquelle (S₁) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone über ein Tiefpaßfilter mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes und des Feldeffekttransistors des anderen Abschnittes des Kreises so verbunden ist, daß seine Schranke von der an diesen Verbindungspunkt angelegten Spannung abhängig ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Feldeffekttransistor in Reihe liegende Widerstand aus einer halbleitenden Zone (26) der gleichen Leitart (»p«) wie der des Trägers besteht, die auf einem Abschnitt (A) der monokristallinen Schicht (3) der der Leitart (»p«) des den Feldeffekttransistor des anderen Abschnittes (B) des Kreises bildenden Trägers (1) entgegengesetzten Leitart (»n«) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrem Eingang zwischen dem Kondensator und der Wechselspannungsquelle eine Entkopplungsvorrichtung enthält, wobei an ihrem Ausgang eine zweite Entkopplungsvorrichtung vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mehreren bistabilen Kreisen, die untereinander so verbunden sind, daß sie eine Zählvorrichtung bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Kreises über eine Entkopplungsvorrichtung mit dem Eingang des nächsten Kreises verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungsvorrichtung (E) in gleicher Weise wie jeder der beiden Abschnitte des bistabilen Kreises (A, B), d. h. aus einem zwischen dem Träger (1) und einem gegen ihn isolierten Widerstand gebildet ist, wobei die Zone (4) des Feldeffekttransistors mit dem Ausgang des vorgehenden Kreises verbunden ist und der Eingang des nächsten Kreises zwischen dem Feldeffekttransistor und dem Widerstand liegt, während das andere Ende des Widerstandes unter einer Gleichspannung gleichen Zeichens und mindestens höher als die die bistabilen Kreise speisende Gleichspannung steht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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