DE1126997B - Halbleiteranordnung, insbesondere fuer Schaltzwecke, und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 9. August 1957 (Nr. 677 295)

Charles William Mueller

und Loy Edgar Barton, Princeton, N. J. (V. St. Α.), sind als Erfinder genannt worden

Die üblichen npn- oder pnp-Flächentransistoren
können zwar Schaltfunktionen ausüben, sie haben
jedoch für diesen Verwendungszweck unerwünschte 15
Eigenschaften. So verschwindet z. B. im »offenen«
Betriebszustand der Schalteinrichtung der Kollektorstrom nicht völlig, sondern ist zumindest, auch wenn
er klein ist, in der Größenordnung einiger Mikroampere. Dadurch ergeben sich jedoch im allgemeinen 20
keine besonderen Schwierigkeiten in den verwendeten
Schaltungen. Im »geschlossenen« Zustand, in dem
der Emitter in bezug auf die Basis in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, ist es jedoch nötig, ziemlich

hohe Kollektorspannungen, zumindestens in der 25 -

Größenordnung von einigen Volt, anzulegen, um

hohe Kollektorströme zu erhalten. Dies erfordert Antimon verwendet werden kann. Dabei wird gleichgleichzeitig einen verhältnismäßig hohen Basisstrom, zeitig ein pn-übergang erzeugt, um den als Schalter dienenden Transistor im einge- Es ist ferner bekannt, zwischen dem Basiskörper

schalteten Zustand zu halten. Wenn man den Basis- 30 eines Punktkontakttransistors und dem Basisanschluß strom unterbricht oder wesentlich verringert, sinkt eine Schicht vorzusehen, die denselben Leitungstyp, der Ausgangsstrom auf einen unerwünscht niedrigen jedoch eine höhere Leitfähigkeit besitzt wie der Basis-Wert oder ganz auf Null ab. Die Anordnung mit Im- körper,
pulsen kann deshalb nicht betrieben werden. Die bekannten Halbleiteranordnungen lassen bei

Gewisse Verbesserungen beim Betrieb als Schalt- 35 einer Verwendung für Schaltzwecke noch zu wünschen einrichtungen sind mit Transistoren erreicht worden, übrig. Durch die Erfindung soll daher eine verdie mit dem sogenannten »Lawineneffekt« arbeiten. besserte Halbleiteranordnung angegeben werden, die Ein Betrieb unter den hierfür notwendigen Bedin- sich besonders für schnelle Schaltvorgänge eignet, gungen erfordert jedoch gleichfalls hohe Kollektor- für den voll leitenden Zustand nur eine verhältnis-Emitter- oder Kollektor-Basis-Spannungen, d.h. in 40 mäßig niedrige Spannung benötigt, schnell auf Einder Größenordnung von einigen 10 Volt, um den gangsimpulse anspricht und im Impulsbetrieb betrie-Transistor im eingeschalteten Zustand zu halten, was ben werden kann.

wiederum eine beträchtliche Wärmeentwicklung und Eine Halbleiteranordnung, insbesondere für Schalt-

damit einen entsprechenden Leistungsverlust mit sich zwecke, mit einem zwei Zonen verschiedenen Leitbringt. Die erzeugte Verlustwärme muß schnell ab- 45 fähigkeitstyps enthaltenden Halbleiterkörper und geführt werden, um die Stabilität der Einrichtung mindestens einer Elektrode an jeder Zone ist gemäß nicht zu gefährden, was wiederum konstruktive Pro- der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sich an bleme aufwirft. der ersten Zone eine gleichrichtende Elektrode be-

Es ist bereits bekannt, an Halbleiterkristalle Elek- findet und daß an der zweiten Zone eine Elektrode troden ohne Verwendung eines Flußmittels durch Er- 50 mittels eine Lotes angebracht ist, das praktisch gleiche hitzen in einer inerten Atmosphäre anzulöten, wobei Teile Zinn und Blei und weniger als 10% eines Doein Lötmetall aus 35% Zinn, 63% Blei und 2% tierungsstoffes enthält, der den Leitungstyp der zwei-

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ten Zone zu erzeugen in der Lage ist. Der Gehalt des einem Bereich 4, der etwa 2,5 μ dick ist und einen Lotes an dem Dotierungsstoff kann beispielsweise Durchmesser von etwa 300 μ hat und die Basiszone 2 % betragen. bildet; dieser Bereich 4 ist auf einem erhöhten Teil 6

Die mit dem speziellen Lot angelötete Elektrode des Germaniumkörpers angeordnet. Die Schicht 4 kann bei niedrigen Kollektorströmen Träger auf- 5 wird durch Eindiffundieren von Arsen in den Körper nehmen, die hinsichtlich der Basiszone Minoritäts- von seiner Oberfläche aus η-leitend gemacht. An die träger sind, und bei höheren Kollektorströmen in die Basiszone grenzt ein p-leitendes Gebiet 8 mit einem Kollektorzone Träger injizieren, die bezüglich der spezifischen Widerstand von etwa 3 Ohm-cm an, es Basiszone Majoritätsträger sind. ist von der Basiszone durch eine Sperrschicht 10 geWenn außer einem schnellen Schalten noch eine ro trennt. Dieses Gebiet besitzt eine Dicke von etwa Verstärkung erwünscht ist, erhält die Anordnung noch 125 μ und dient als Kollektorzone; seine p-Leitfähigeine Basiselektrode. Die Dreielektrodenform der An- keit kann z. B. durch Dotieren mit Indium verursacht Ordnung kann bei niedrigen Kollektorströmen wie ein sein. Auf einen Teil der Basiszone 4 ist oberflächlich gewöhnlicher Transistor betrieben werden. Wenn eine gleichrichtende Emitterelektrode 12 auflegiert, jedoch der Kollektorstrom durch Steigerung der 15 die einen Durchmesser von ungefähr 320 μ hat, mit Basis-Emitter-Vorwärtsspannung erhöht wird, wird einem anderen Teil der Basiszone, vorzugsweise sehr ein Wert erreicht, bei dem eine Auslösung erfolgt und nahe der Emitterelektrode, ist eine nicht gleichrichein hoher Strom zu fließen beginnt. Ein kurzer, zwi- tende Basiselektrode 14 vorgesehen. Der Emitter kann sehen Emitter und Basis angelegter Spannungsimpuls aus einer Legierung aus 99,6% Indium und 0,4% kann zum Umschalten der Anordnung in den gut 20 Aluminium bestehen. Die Basiselektrode kann aus leitenden Zustand dienen. Die Polarität des Impulses einem Lot aus 49% Blei, 49% Zinn und 2% Antihängt davon ab, ob die Einrichtung vom pnp- oder mon bestehen.

npn-Struktur hat. Nach dem Erreichen des Bereiches, Die auf die Kollektorzone aufgelötete Elektrode

der sich durch hohen Strom bzw. durch eine negative dieser pnp-Anordnung kann bei niedrigen Kollektor-Widerstandscharakteristik auszeichnet, kann derBasis- 35 strömen Löcher aufnehmen, gleichzeitig jedoch bei strom von einer äußeren Quelle abgeschaltet werden, Kollektorströmen oberhalb einem gewissen Mindestohne daß der Kollektorstrom dadurch beeinflußt wird. wert Elektronen abgeben. Bei diesem Ausführungs-Durch Anlegen eines Spannungsimpulses zwischen beispiel besteht diese Elektrode aus einem Nickel-Emitter und Basis mit einer dem Einschaltimpuls streifen 16, der mit der Kollektorzone durch ein Lot entgegengesetzten Polarität kann der starke Stromfluß 30 18 verbunden ist, das aus 49% Blei, 49% Zinn und unterbrochen werden. Die Anordnung kann zusätzlich 2% Indium besteht. Die Zusammensetzung des Mezu der Verwendungsmöglichkeit als schnell arbeiten- tallstreifens ist ohne Bedeutung. Das Lot enthält einen der Schalter noch für viele andere Anwendungsgebiete kleinen Teil eines Akzeptors und Metalle, die für die Verwendung finden, so z. B. in einem selbsterregten Kollektorzone weder n- noch p-Verunreinigungen Sperrschwinger oder in einer Frequenzteilerschaltung. 35 darstellen. Die Elektrode 16, 18 ist nicht gleichrich-Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anord- tend, d. h., es ist keine Sperrschicht vorhanden, so nung gemäß der Erfindung, ein Verfahren zu ihrer daß die Anordnung auch keine pnpn-Struktur hat. Herstellung und Schaltungen, die einige Anwendungs- Zur Herstellung bedient man sich üblicher Verfah-

gebiete zeigen, sollen nun in Verbindung mit den rensschritte. Diese sind in Kürze folgende: Eine Zeichnungen näher beschrieben werden, dabei sind 40 Scheibe aus p-Germanium wird einer Diffusionsbegleichartige Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen handlung mit Arsen unterworfen, durch die Arsen in versehen. eine Oberflächenschicht von ungefähr 2,5 bis 5 μ

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Aus- Dicke auf der gesamten Oberfläche der Scheibe einführungsbeispiel 1 eines Transistors gemäß der Er- dringt. Dies geschieht durch ein lstündiges Erhitzen findung; 45 bei 800° C entweder im Vakuum oder innerhalb eines

Fig. 2 zeigt ein Diagramm des Kollektor-Emitter- sehr begrenzten Luftvolumens. Die Schicht, in die das Stromes (auf der Ordinate in Milliampere aufge- Arsen eindiffundiert ist, wird dann mit Ausnahme der tragen) in Abhängigkeit von der Kollektor-Emitter- Basiszone 4 weggeätzt. Dies geschieht dadurch, daß Spannung (Abszisse, Volt) mit steigenden Werten des die Fläche, die stehenbleiben soll, mit Wachs überals Parameter aufgetragenen Basisstromes für die 50 zogen und die übrige Oberflächenschicht mit einer Einrichtung nach Fig. 1; Lösung abgeätzt wird, die aus 11 einer Lösung aus

Fig. 3 a zeigt ein Diagramm des Kollektorstromes 600 cm³ konzentrierter Salpetersäure, 300 cm³ Eisder Anordnung nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der essig und 100 cm³ 48 % Flußsäure mit einem Tropfen Zeit, aus der die kurze Anstiegszeit ersichtlich ist, die einer 0,55 % wässerigen Lösung von Kaliumjodid bezur Erreichung des stark leitenden Betriebszustandes 55 steht. Die Ätzzeit beträgt ungefähr 1 Minute oder und zur Rückkehr in den schlecht leitenden Zustand etwas mehr. Nachdem die Ätzlösung durch Abspulen nötig ist; entfernt wurde und die Anordnung getrocknet ist,

Fig. 3 b zeigt ein Diagramm, in dem die Basisspan- wird das die Basiszone abdeckende Wachs mit Benzol nung gegen die Zeit mit demselben Zeitmaßstab, wie entfernt und der gesamte Kristall für ungefähr 15 Sein Fig. 3 a aufgetragen ist und aus der ersichtlich ist, 60 künden in der gleichen Ätzlösung behandelt, worauf wie Impulse oder wellenförmige Signale zur Aus- er wieder mit destilliertem Wasser abgespült wird. In lösung des Schaltvorganges verwendet werden können; diesem Zustand enthält der Halbleiterkörper eine Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Schalteinrichtung p-leitende Kollektorzone 8 mit einem Plateau 6 aus unter Verwendung des Transistors nach Fig. 1; Germanium desselben Leitungstyps, das von der

Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Abhängigkeit der 65 Basiszone 4 bedeckt ist.

Stromverstärkung a_ce vom Emitterstrom. Als nächstes wird die Emitterelektrode 12 ange-

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ent- bracht, indem man ein kleines, gesäubertes, vierecki-

hält einen Germaniumkörper 2 mit einer Schicht oder ges Stück einer Indium-Aluminium-Legierung (0,4 °/s

Aluminium), das mit etwas üblichem Aluminiumflußmittel überzogen ist, auf einen Teil der Basiszone aufbringt. Der Indium-Aluminium-Würfel hat eine Kantenlänge von ungefähr 75 μ. Die so vorbereitete Einheit wird dann ungefähr 3 Minuten bei 450° C in trockenem Wasserstoff erhitzt und im Verlaufe von 20 Minuten auf 300° C abgekühlt; anschließend läßt man sie dann auf Zimmertemperatur erkalten. Etwaige Rückstände des Flußmittels werden mit Salzoder einem anderen Element der V. Hauptgruppe des Periodischen Systems bestehen.

In Fig. 2 sind Kennlinien der Anordnung bei Verwendung als Schalter für hohe Ströme und Geschwin-5 digkeiten dargestellt. Diese Kurven gelten für das beschriebene Ausführungsbeispiel. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, arbeitet die Anordnung bei niedrigen Werten des Basisstromes und bei niedriger Kollektor-Emitter-Spannung wie ein gewöhnlicher säure abgewaschen, die Säure wird dann wiederum io Transistor, bei dem der Kollektor-Emitter-Strom allmit destilliertem Wasser abgespült und die Anordnung mählich mit steigender Kollektor-Emitter-Spannung getrocknet. Als nächstes wird die Basiselektrode an- ansteigt. Jedoch auch beim Basisstrom Null tritt, wenn gebracht, indem man einen kleinen Würfel aus 49°/o die Kollektor-Emitter-Spannung hoch genug gemacht Blei, 49°/o Zinn und 2% Aluminium auf das Ende wird (bei dieser Einrichtung etwa 60 Volt), ein Widereines verzinnten Platindrahtes aufbringt, der zuerst in 15 Standszusammenbruch infolge eines Lawineneffektes ein Flußmittel eingetaucht wurde, wobei dann das ein, und die Anordnung springt plötzlich in einen Lot so weit erhitzt wird, daß es zu einem Kügelchen Zustand hohen Kollektor-Emitter-Stromes über. Erzusammenläuft und am Platindraht haftet. Das Lot- höht man den Basisstrom, so wird die Kollektorkügelchen an der Spitze des Drahtes wird dann in Emitter-Spannung, bei der der Umschlag erfolgt, Flußmittel eingetaucht und auf der Basiszone so nahe 20 wesentlich kleiner. Wie aus der Zeichnung ersichtlich wie möglich an der Emitterelektrode angebracht, die ist, beträgt die Schaltspannung bei einem Basisstrom Einheit wird dann in trockenem Wasserstoif für von 9 mA etwa 30 Volt und für 12 mA etwa 20 Volt. 2 Minuten auf 425° C erhitzt und dann abgekühlt. In diesem Bereich tritt ein vom Lawineneffekt ver-

Anschließend wird die Nickelelektrode 16 an der schiedener Effekt ein, der später genauer erläutert Kollektorzone befestigt, indem eine Seite eines Nickel- 25 werden wird.

Streifens mit einem Lot aus 49 % Blei, 49 % Zinn und Wesentlich ist, daß nach Erreichen des Bereiches

hohen Stromes der Basisstrom auf Null verringert werden kann, ohne daß dadurch der Kollektorstrom beeinflußt wird, und daß der hohe Kollektorstrom mit

2 Minuten in trockenem Wasserstoff auf 300° C er- 30 sehr mäßigen Kollektor-Emitter-Spannungen aufhitzt. rechterhalten werden kann. Bei dem vorliegenden Bei

spiel beträgt der letztgenannte Wert etwa 0,3 bis 0,5 Volt.

Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß sen. So muß die Emitterelektrode z. B. nicht notwen- 35 im stark leitenden Zustand die Anordnung einen gedig auf die Oberfläche auflegiert sein und eine rekri- ringen Serienwiderstand (in diesem Beispiel etwa 3 stallisierte Zone bilden, sie kann auch die Form einer bis 10 Ohm) besitzt, so daß bei einem Kollektorstrom gleichrichtenden Oberflächenschichtelektrode haben. von etwa 100 mA der Spannungsabfall nur etwa Auch die Basiszone braucht nicht die dargestellte und 0,5 Volt beträgt. Daraus ergibt sich eine sehr niedrige beschriebene Struktur zu haben. Die Konzentration 4<> Verlustleitung bei hoher Leitfähigkeit, an Dotierungsmaterial nimmt bei der dargestellten In den Fig. 3 a und 3 b sind Kennlinien dargestellt,

Basiszone von der äußeren Oberfläche zur inneren die die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung Oberfläche bei der Sperrschicht hin ab. Dies ist vor- als Schalttransistor zeigen. Eine für diesen Zweck gezuziehen, jedoch arbeitet die Anordnung nicht sehr eignete Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Der Zeitanders, wenn die Konzentration des Verunreinigungs- 45 maßstab in den Fig. 3 a und 3 b ist gleich. Wie aus materials in der Basis gleichmäßig ist oder wenn die Fig. 3 a ersichtlich ist, kann man den Kollektorstrom Verunreinigungsstoffe in irgendwelcher anderen Weise plötzlich ansteigen lassen, für eine gewünschte Zeiteingeführt worden sind. Falls keine Verstärkung er- dauer aufrechterhalten und dann wieder sehr rasch wünscht ist, kann die Basiselektrode vollständig ent- auf seinen ursprünglichen Pegel verringern. Wie diese fallen. Die Einrichtung arbeitet dann nur als Schalter, 5° Schaltfunktion bewerkstelligt wird, geht aus Fig. 3 b jedoch nicht als Verstärker. Es kann sowohl eine hervor. Um die Einrichtung anzuschalten, wird ein npn- als auch eine pnp-Anordnung Verwendung negativer Spannungsimpuls von ungefähr 50 mW finden. oder in manchen Fällen sogar noch geringerer Lei-

Das für die Befestigung der Elektrode auf der stung zur Auslösung verwendet, wie er durch den Kollektorzone verwendete Lot bestimmt offensichtlich 55 spitzen Impuls A angedeutet ist. Die Anstiegszeit in die elektronischen Eigenschaften dieser Elektrode den leitenden Zustand ist sehr kurz, sie beträgt etwa wesentlich. Der Indiumgehalt des Lotes kann erheb- 0,1 Mikrosekunden. Die Impulslänge kann ungefähr lieh geändert werden. Bei Verwendung eines Lotes, 0,05 Mikrosekunden betragen. Nach einer gewünschdas, wie beschrieben, 2% Indium enthielt, trat der ten Zeitdauer wird ein gleichartiger Impuls B, jedoch Schaltvorgang bei einem Basisstrom von 3 mA auf. 60 j_n entgegengesetzter Polarität, zugeführt, um den Bei Verwendung von 10°/o Indium ist dies bei etwa Schalter in die »Aus«-Stellung zu bringen. Hierbei 5 mA der Fall. Versuchsweise wurden statt des blei-, müssen die hohen Ladungsdichten in der Zone unterzinn- und indiumenthaltenden Lotes Lote aus reinem halb des Emitters beseitigt werden, um eine Gegenindium und aus reinem Blei verwendet; in keinem spannung an der Emittersperrschicht wirksam zu Falle konnte jedoch ein Strombereich ermittelt wer- 65 machen. Dem wirkt jedoch der erhebliche Basiswiderden, bei dem ein Schaltvorgang auftrat. Für eine stand entgegen. Durch eine größere Abschaltleistung, npn-Anordnung kann das Lot für diese Elektrode aus beispielsweise 20 Volt aus einer Quelle mit 50 Ohm 49% Blei, 49% Zinn und 2% Arsen oder Antimon Innenwiderstand, kann jedoch die Anordnung inner-

2% Indium überzogen wird; die überzogene Seite wird dann in Berührung mit der Oberfläche der Kollektorzone des Kristalls gebracht und die Einheit

Der Aufbau der Anordnung kann in vieler Hinsicht abgewandelt werden, ohne die später noch zu beschreibende Arbeitsweise wesentlich zu beeinflus-

halb von 0,04 Mikrosekunden abgeschaltet werden. Für vernünftigere Steuerleistungen, d.h. bei 8VoIt aus einer 50ohmigen Quelle, beträgt die gesamte Abschaltzeit etwa 0,1 Mikrosekunden. Zur Einleitung der Schaltfunktion können auch Spannungen mit anderem zeitlichem Verlauf Verwendung finden. So kann z.B., wie durch die Kurve C inFig. 30 b angedeutet ist, eine sinusförmige Schwingung verwendet werden. Die Einrichtung schaltet ein, wenn die sinusförmige kann. Für niedrige Werte des Kollektorstromes wird angenommen, daß die Löcher durch den Tunneleffekt die Potentialschwelle durchlaufen können und daß ein kleiner, jedoch endlicher Widerstand an der Zwischenschicht (zusätzlich zum Serienwiderstand des Körpers) auftritt. Bei ansteigendem Löcherstrom vermindert sich die Höhe der Schwelle. Der Elektronenstrom, der beim Strom Null im thermischen Gleichgewicht ist, steigt mit niedriger werdender Schwelle.

Spannung den entsprechenden Wert in der negativen io Da der Elektronenstrom und der Löcherstrom in ver-

Richtung erreicht, und schaltet ab, wenn der entsprechende Wert in der positiven Richtung erreicht wird. In gleicher Weise können auch Reckteckschwingungen verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung der Anordnung für schnelle Schaltvorgänge. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist zwischen die Basiselektrode 14 und die Emitterelektrode 12 des Schalttransistors eine Signalquelle 20 geschaltet. Der Emitteranschluß ist geerdet.

schiedener Weise von der Höhe der Potentialschwelle wegen verschiedener Mechanismen abhängig sind, ändert sich das Verhältnis von Löcher- zu Elektronenstrom mit dem Ansteigen des Gesamtstromes. Die vorliegende Anordnung hat manche Eigenschaften, die sogenannten Haken- (»Hook«-) Transistoren mit pnpn-Struktur entsprechen, jedoch sind auch wesentliche Unterschiede vorhanden. Die Hook-Transistoren können negative Widerstandscharakte-

Die negative Seite einer Batterie 22 ist mit dem An- 20 ristiken ähnlich der in Fig. 2 dargestellten Form beschluß der speziellen Kollektorelektrode 16 über einen sitzen, der Durchschlagsstrom, die Schaltgeschwindig-

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₃₀

Arbeitswiderstand 24 verbunden, der Werte von 50 bis 200 Ohm haben kann. Der positive Pol der Batterie, die von 1,5 bis 20 Volt einstellbar sein kann, ist geerdet. Die Signalquelle kann, wie im vorstehenden erwähnt wurde, sinusförmige Spannungen oder andere Wellenformen liefern, sie kann auch kurze Rechteckimpulse abgeben. Da die Kollektorspannung sogar größer als 20 Volt gemacht werden kann, können mit der dargestellten Einrichtung Leistungen in der Größenordnung von 10 bis 20 Watt geschaltet werden.

Wie bereits erwähnt wurde, hat die mit der Kollektorzone verbundene spezielle Elektrode bei einer pnp-Struktur der Anordnung die Eigenschaft, daß sie bei niedrigen Werten des Kollektorstromes Defektelektronen oder Löcher aufnehmen kann, bei höheren Werten des Kollektorstromes jedoch Elektronen abgibt.

In Fig. 5 ist a_ce als Funktion des Emitterstromes für die vorliegende Einrichtung aufgetragen. Wenn a_ce in der Emitter-Basis-Schaltung gleich oder größer als 1 wird, arbeitet die Einrichtung im Gebiet hoher Leitfähigkeit. Der Gesamtwert von a_ce kann in zwei keit- und die Betriebstemperaturbereiche sind jedoch ziemlich anders. Diese Unterschiede beruhen auf der Natur der elektroneninjizierenden Elektrode.

Zu Vergleichszwecken wurde ein solcher pnpn-Transistor mit denselben Abmessungen wie die in Fig. 1 dargestellte Anordnung aufgebaut, mit der Ausnahme, daß der Kollektoranschluß aus einer eutektischen Blei-Arsen-Legierung bestand, die bei 600° C auflegiert wurde an Stelle der aus Blei, Zinn und Indium bestehenden Elektrode des dargestellten Ausführungsbeispieles nach der Erfindung. Auf diese Weise wurde auf der freien Oberfläche der p-Kollektorzone eine η-Zone erzeugt. Mit dieser Anordnung konnte die in Fig. 2 dargestellte Charakteristik nicht erreicht werden, da der Übergang zum stark leitenden Zustand bei sehr niedrigen Strömen eintrat. Typische Werte für den Umschlag unter gleichspannungsmäßigen Bedingungen waren: I_b etwa 1 bis 10 mA, I_CB etwa 10 bis 50 mA. Durch den niedrigen Wert des Umschlagstromes der pnpn-Anordnung ergeben sich im Betrieb zwei Schwierigkeiten. Erstens wird der zulässige Temperaturbereich infolge des Anstieges des Kollektorstromes mit der Temperatur stark verringert. Da der Umschlag bei einem sehr niedrigen Wert des Kollektorstromes erfolgt, ist z. B. die maximale Betriebstemperatur beim Basisstrom Null sehr gering, etwa 35° C, verglichen mit 65° C für Anordnungen gemäß der Erfindung. Zweitens bringt der sehr nied-

und a_e getrennt gemessen werden, ergibt 50 rige Wert des Umschlagstromes ein sehr geringes , bei kleinen Werten des Emitterstromes inneres Feld am Kollektor mit sich, wodurch die Beschleunigung der Minoritätsträger durch das Feld im Kollektor nicht sehr wesentlich ist. Die Anspreehgeschwindigkeit hängt dadurch praktisch vollständig vom Diffusionsstrom ab, so daß zum Erreichen schneller Ansprechgeschwindigkeiten wesentlich dünnere Kollektorschichten notwendig sind als bei der vorliegenden Anordnung.

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45

55

_ce

Teile aufgeteilt werden, nämlich a_t (Löcher), das die Stromverstärkung für vom Emitter injizierte Löcher darstellt, und a_e (Elektronen), das der Stromverstärkung für Elektronen, die von der speziellen Kollektorelektrode injiziert wurden, entspricht.

Wenn Ct₁
sich, daß a_L

sehr klein ist. Es steigt jedoch bei einem kritischen Wert des Emitterstromes sehr rasch an. Zwischen 1 und 5 mA ergibt sich ein Anstieg um zwei Größenordnungen.

Wenn der Betriebszustand der Anordnung in den Bereich hoher Leitfähigkeit umspringt, sind die Sperrschichten praktisch verschwunden. Es erfolgt vom Emitter eine Injektion von Löchern und vom Kollektorkontakt eine Injektion von Elektronen in ungefähr gleicher Anzahl. Bei hohen Stromdichten (ungefähr 10 mA Emitterstrom) nimmt der durch den Emitter injizierte Löcherstrom ab, wodurch das kombinerte α für Löcher und Elektronen wieder absinkt.

Im folgenden soll der Mechanismus, der bei der Injektion von großen Elektronenströmen durch die besondere Kollektorelektrode wirksam ist, beschrieben werden, soweit dieser zur Zeit gedeutet werden

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Halbleiteranordnung, insbesondere für Schaltzwecke, mit einem zwei Zonen verschiedenen Leitfähigkeitstyps enthaltenden Halbleiterkörper und mindestens einer Elektrode an jeder Zone, dadurch gekennzeichnet, daß sieh an der ersten Zone (Basis 4) eine gleichrichtende Elektrode (Emitter 12) befindet und daß an der zweiten

Zone (Kollektor 8) eine Elektrode (16) mittels eines Lotes (18) angebracht ist, das praktisch gleiche Teile Zinn und Blei und weniger als 10 % eines Dotierungsstoffes enthält, der den Leitungstyp der zweiten Zone erzeugen kann.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Kollektor verwendete Lot 2% des Dotierungsstoffes enthält.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Elektrode, die in ohmsehem Kontakt mit der Basiszone steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungskonzentration der Basiszone (4) in an sich bekannter Weise von einer Seite nach der anderen hin abnimmt, daß der Emitter (12) in gleichrichtendem Kontakt und eine Basiselektrode (14) in ohmsehem Kontakt mit der eine hohe Verunreinigungskonzentration aufweisenden Seite der Basiszone stehen und nahe benachbart sind, daß die Kollektorzone (8) in gleichrichtendem Kontakt mit der eine niedrige ao Verunreinigungskonzentration aufweisenden Seite der Basiszone steht und daß sich die mit dem speziellen Lot (18) an der Kollektorzone (8) angelötete Elektrode (16) auf der der Basiszone (4) gegenüberliegenden Seite befindet.

4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einer p-leitenden Kollektorzone, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Elektrode (16) an der Kollektorzone (8) durch Erhitzen in trockenem Wasserstoff für etwa 2 Minuten auf etwa 300° C unter Verwendung eines etwa 2 % Indium enthaltenden Lotes (18) erfolgt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einer η-leitenden Kollektorzone, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Elektrode (16) an der Kollektorzone (8) durch Erhitzen in trockenem Wasserstoff für etwa 2 Minuten auf 300° C unter Verwendung eines etwa 2°/o Arsen, Antimon oder ein anderes Element der Gruppe Vb des Periodischen Systems enthaltenden Lotes (18) erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 814487;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 002 472;
deutsche Patentanmeldung W 6366 VIIIc 21g (bekanntgemacht am 14. 2. 1952);

belgische Patentschrift Nr. 533 765.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 558/357 3.