DE1152185B - Halbleiterbauelement mit veraenderlichem Widerstand - Google Patents

Halbleiterbauelement mit veraenderlichem Widerstand

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DE1152185B DEW26788A DEW0026788A DE1152185B DE 1152185 B DE1152185 B DE 1152185B DE W26788 A DEW26788 A DE W26788A DE W0026788 A DEW0026788 A DE W0026788A DE 1152185 B DE1152185 B DE 1152185B
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Raymond Myrl Warner Jun
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Description

Die Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente und insbesondere Feldeffekt-Halbleiterbauelemente mit mehreren Stromkanälen.
Die Wirkungsweise von Feldeffekt-Halbleiterbauelementen wird in dem Aufsatz »The Field Effect Transistor« von G. C. Dacey und I. M. Ross in der Zeitschrift Bell System Technical Journal, Bd. 34, S. 1149, November 1955. beschrieben.
Weitere Untersuchungen der dort beschriebenen Einrichtungen führten zur Entwicklung eines Feldeffekt-Halbleiterbauelementes, das unter anderem als elektronisch veränderlicher Widerstand, als Impedanzwandler mit großem Frequenzbereich, als kurzschlußfester negativer Widerstand und als Festkörper-Transformator verwendet werden kann.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Halbleiterbauelement mit veränderlichem Widerstand und besteht darin, daß mindestens ein im wesentlichen ebener pn-übergang durch den Halbleiterkörper von einer Oberfläche zur gegenüberliegenden verläuft, daß an dem Halbleiterkörper an jeder Zone je zwei durch einen Bareich mit stark verringertem Querschnitt in der gleichen Zone getrennte niederohmige Elektroden so angebracht sind daß je zwei Elektroden an verschiedenen Zonen einander gegenüberliegen und an mindestens ein solches Elektrodenpaar eine Sperrspannung über den pn-übergang angelegt ist.
Das Bauelement kann so aufgefaßt werden, daß zwei dünne Halbleiter-Stromkanäle durch einen pn-Ubergang getrennt sind und an jedem Ende der beiden Kanäle niederohmige Anschlußelektroden vorgesehen sind, so daß sich ein Element mit vier Elektroden, eine Feldeffekt-Tetrode, ergibt.
Da der pn-übergang in Sperrichtung vorgespannt ist, wird eine Verarmungsschicht in Nähe des Übergangs hervorgerufen, deren Dicke von der Sperrspannung abhängt. Der Stromkanal in jeder Zone ist durch die Grenze der Verarmungsschicht und die freien Oberflächen des Körpers definiert. Der Widerstand jedes Stromkanals ist abhängig von seinem Querschnitt, und zwar in dem Sinne, daß der Widerstand um so größer ist, je kleiner dieser Querschnitt ist. Daraus folgt, daß der Widerstand durch Änderung der Sperrspannung am pn-übergang eingestellt werden kann.
Bekannte Bauelemente mit vier Elektroden, die in der äußeren Form eine gewisse Ähnlichkeit mit dem erfindungsgemäßen Bauelement haben, besitzen dagegen nicht vier niederohmige Elektroden, sondern eine oder mehrere gleichrichtende Elektroden und weisen auch nicht zwei dünne, von einem pn-Übergang getrennte Strompfade auf, deren Widerstand durch eine Feldsteuerung geändert werden kann.
Halbleiterbauelement
mit veränderlichem Widerstand
Anmelder:
Western Electric Company, Incorporated,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Dezember 1958 (Nr. 779 593)
Henry Asaph Stone jun., Bernardsville, N. J.,
und Raymond Myrl Warner jun.,
Morris Plains, N. J. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
Bei einem Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Betrieb des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements wird eine veränderliche Vorspannungsquelle an gegenüberliegende, von dem pn-übergang getrennte Elektroden angelegt. Die Signal- oder andere Quelle, deren Strom gesteuert werden soll, wird mit einer der Leitfähigkeitszonen oder -kanäle in Reihe geschaltet.
Die beschriebene Anordnung bildet einen elektronisch einstellbaren Widerstand, dessen Widerstandswert durch das Anlegen einer Spannung an den pnübergang eingestellt werden kann. Änderungen der an dem Übergang liegenden Spannung bewirken Änderungen in der Ausdehnung der Verarmungsschicht. Diese Änderungen ergeben zusammen mit dem strukturmäßig verringerten Querschnitt Majoritäts-Stromkanäle mit wechselndem Querschnitt bis zum völligen Abschnüren, wenn die Grenze der Verarmungsschicht die Oberfläche des Körpers erreicht.
Ein Merkmal des elektronisch einstellbaren Widerstandes besteht darin, daß der Vorspannungskreis keinen Strom zieht. Ferner tritt der Strom im Widerstand mit dem die Vorspannung liefernden Kreis nicht in Wechselwirkung. Der Strom im Widerstand moduliert auch selbst den Widerstandswert nicht, d. h., der Majoritätsträgerstrom in einer Zone beeinflußt die Ausdehnung der Verarmungsschicht in dieser Zone
309 649/255
nicht. Der Widerstand des Halbleiters ist also für eine gegebene Vorspannung konstant und unabhängig von der Signalspannung.
Bei anderen Ausführungsbeispielen einer Schaltung zum Betrieb des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements können die Spannungen der vier Elektroden so eingestellt werden, daß sich gegenseitig beeinflussende Ströme in jedem der Kanäle hervorgerufen werden. Dann ergeben sich Eigenschaften, die die Verwendung als negativen Widerstand, als Impedanzwandler oder als Transformator ermöglichen. Es ist hervorzuheben, daß bei diesen Anwendungen Leistungsverstärkung erzielt wird, was sich aus den Eigenschaften ernes Feldeffekt-Transistors ergibt.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ins einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen
Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels der Feldeffekt-Tetrode,
Fig. 3 die Feldeffekt-Tetrode als elektronisch einstellbaren Widerstand,
Fig. 4 die Schaltung nach Fig. 3 in schematischer Darstellung,
Fig. 5 die Feldeffekt-Tetrode als kurzschlußfestes negatives Widerstandselement,
Fig. 6 die Strom-Spannungs-Kennlinie der Schaltung nach Fig. 5 und
Fig. 7 und 8 besondere Schaltungsmöglichkeiten der Feldeffekt-Tetrode.
Die Grundform des Halbleiterbauelements ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Darstellung ist, wie auch andere, in bestimmten Dimensionen stark übertrieben, um eine bessere Anschaulichkeit zu erhalten. Das Halbleiterbauelement 10 besteht aus einem Plättchen eines Silizium-Einkristalls. Ein geeignetes Ausgangsmaterial zur Herstellung des Elements ist eine Scheibe mit p-leitendem Silizium, dessen Widerstand 20 Ohm · cm beträgt und das eine Dicke von 0,38 mm aufweist. Eine solche Scheibe wurde einer Phosphor-Diffusionsbehandlung ausgesetzt, indem sie nach Benetzung mit einer Lösung von Phosphorpentoxyd in Äthylenglycol-monomethyläther in einem Ofen aufgeheizt wurde, und zwar für 12 Stunden bei 1300° C. Dadurch wurde eine η-leitende Schicht von 0,071 mm Tiefe auf beiden Seiten der Scheibe erhalten. Eine Seite der Scheibe wurde dann mit einem geeigneten Schleifmittel geläppt, bis die Scheibendicke auf 0,147 mm herabgesetzt war und dabei der pn-übergang in die Mitte der Scheibe rückte. Um die Herstellung eines niederohmigen Anschlusses an diese geläppte Seite zu erleichtern, wurde eine dünne Borschicht eindiffundiert, indem die Oberfläche mit einer Lösung von Boroxyd in Äthylenglycol-monomethyläther bedeckt wurde und 1 Stunde auf etwa 1000° C aufgeheizt wurde.
Die Oberflächen des Scheibchens wurden dann durch Flüssigkeitshonen geglättet und goldplattiert. Mit einer Ultraschall-Schneidevorrichtung wurde die Scheibe in Plättchen von 2,54 mm Durchmesser aufgeteilt. Danach wurde mit der Ultraschall-Schneidevorrichtung eine Ringnut von 1,53 mm mittleren Durchmessers und 0,10 mm Breite konzentrisch in jede Seite des Plättchens geschnitten, und zwar bis auf eine Tiefe von 0,033 mm oberhalb des pn-übergangs. Die p-leitende Seite des Plättchens wurde mit einer Wachsmaske überzogen und die p-leitende Seite chemisch geätzt.
Zuleitungen von 1,27 cm Länge aus feinem Golddraht mit einem nagelartigen Kopf von 0,76 mm Durchmesser wurden unter Druckanwendung mit den mittleren hervorstehenden Teilen des Plättchens verbunden. Gleiche Golddrahtanschlüsse wurden im Bereich des äußeren Randes des Plättchens angebracht. Im Laufe der weiteren Behandlung wurden die η-leitende und die p-leitende Seite chemisch geätzt, um die Kanalwiderstände auf optimale Werte zu
ίο bringen, wobei Wachsmaskierungen benutzt wurden. Bei Anwendung eines bromfreien Ätzmittels wurde der Widerstand des p-leitenden Kanals durch mehrmalige Behandlung auf 2500 Ohm erhöht, bei dem eine elektronische Wechselwirkung zwischen den beiden Kanälen beobachtet wurde. Nach weiterer Ätzung erhöhte sich der Kanalwiderstand auf 7000 0hm, und das Halbleiterbauelement begann negative Widerstandseigenschaften zu zeigen.
Die Feldeffekt-Tetrode 10 besteht also aus einem
2Q scheibenförmigen Siliziumplättchen mit einer n-leitenden Zone 12 und einer p-leitenden Zone 13, zwischen denen sich ein pn-übergang 11 befindet. Eine Ringnut 14 ist in der η-leitenden und eine ähnliche Nut 15 in der p-leitenden Zone vorgesehen. Beide Nuten sorgen für einen Bereich verringerten Querschnitts, in dem die Steuerung des Stromdurchgangs durch Änderung der Verarmungsschicht wirksam wird. Niederohmige Anschlüsse 21 und 23 führen zu den am Umfang liegenden Teilen des Elementes außerhalb der Nut und ähnliche Anschlüsse 22 und 24 zu den Mittelteilen. Ein Stromfluß zwischen dem Mittelteil und dem Umfang findet also auf beiden Seiten des pn-Übergangs 11 statt.
Eine vorteilhafte Einsatzmöglichkeit für eine FeIdeffekt-Tetrode ist in Fig. 3 gezeigt.
Die in vereinfachter Form dargestellte Tetrode 30 besitzt niederohmige Anschlüsse 31, 32, 33 und 34. Der η-leitende Bereich 35 und der p-leitende Bereich 36 bilden einen pn-übergang 37. Die Stromsteuerkanäle verlaufen durch die Teile 38 und 39 mit verringertem Querschnitt auf beiden Seiten des Übergangs. Um das Element als elektronisch veränderlichen Widerstand zu benutzen, wird an die Klemmen 41 und 42 eine Quelle 40 für das zu steuernde Signal angeschlossen. Eine einstellbare Vorspannungsquelle 43 liegt an den Klemmen 44 und 45. Die Kondensatoren 46 und 47 verhindern das Eintreten von Gleichstrom aus der Vorspannungsquelle 43 in den Wechselstrom-Signalkreis.
In Fig. 4 ist die Schaltung in schematischer Form dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 3. Der Strom oder das Signal, das zu steuern ist, wird an die Klemmen 41 und 42 entweder in Reihe oder parallel in bekannter Weise geschaltet. Eine Spannungsquelle 43 zur Änderung des Widerstandes der Anordnung liegt über den Klemmen 44 und 45.
Die Größe der Sperrspannung von der einstellbaren Spannungsquelle 43 an dem pn-übergang 37 bestimmt im wesentlichen die Ausdehnung der Verarmungsschicht auf beiden Seiten des Übergangs. Wenn die Spannung in Sperrichtung erhöht wird, wird die Verarmungsschicht größer, bis die vollständige Abschnürung eintritt, wenn die Grenze der Verarmungsschicht eine Fläche der Nut erreicht. Das völlige Abschnüren tritt nicht notwendigerweise in beiden Kanälen gleichzeitig auf. Es hängt stark von der ursprünglichen Störstellenverteilung und der Dicke beider Leitfähigkeitsbereiche ab. Genauer ist die Dicke der Ver-
armungsschicht in beiden Kanälen und damit der Widerstand der beiden Kanäle an einem Ende durch die Spannung F31 — F33 und am anderen Ende durch die Spannung F32 — F34 bestimmt. Die Indizes bezeichnen die Elektroden, an denen die Spannung F abgegriffen wird. Die Kondensatoren 46 und 47 können normalerweise einen Wert von 0,01 uF bei einer Signalfrequenz von I MHz haben. Die Hauptforderung an ihre Größe besteht darin, daß ihr Widerstand bei der Signalfrequenz gegenüber dem Kanalwiderstand zu vernachlässigen ist.
In der gezeigten Schaltung verläuft der Signalweg durch beide Kanäle 38 und 39 parallel. Da lediglich der Leckstrom durch den pn-übergang fließt, steht die Sperrspannung praktisch vollständig unverändert an dem gesamten Übergang. Die Tatsache, daß der Signalstrom durch beide Kanäle parallel läuft und nicht über den pn-übergang, hat verschiedene vorteilhafte Folgen. Zunächst erscheint die Kapazität des pn-Übergangs nicht im Signalkreis und stellt somit keine Frequenzgrenze dar. Ferner moduliert das Signal selbst den Kanalwiderstand nicht. Für eine bestimmte Vorspannung ist der Widerstand also auch für große Signale konstant. Die Signalspannung kann ferner den pn-übergang nicht durchbrechen, und damit ist die Signalleistung nur durch die Wärmeabfuhrmöglichkeiten des Halbleiterkörpers beschränkt.
Für eine typische Feldeffekt-Tetrode mit einer »step«-Grenzschicht liegt der Vorspannungsbereich zwischen 0 und 100 Volt. Als »step«-Grenzschicht wird eine Grenzschicht mit verhältnismäßig steiler Störstellenverteilungskurve bezeichnet. Zwischen der Vorspannung und dem Widerstand wurde bis zur Verdreifachung des Widerstandes bei der Vorspannung Null ein im wesentlichen linearer Zusammenhang beobachtet. Der Widerstand selbst ist bis zu einem Wert von etwa dem Einhundertfachen des Widerstandes bei der Vorspannung Null steuerbar, wobei die Abweichung von der Linearität wächst. Ein sehr wesentlicher Vorteil dieses Bauelements ist darin zu sehen, daß praktisch keine Vorspannungsleistung benötigt wird, da der Vorspannungsstrom nur der sehr kleine Leckstrom des pn-Übergangs in Sperrichtung ist.
Ais Vorspannungen sind hier Gleichspannungen angenommen. Selbstverständlich können auch Wechselspannungen benutzt werden, wenn deren Frequenz von der des zu steuernden Signals getrennt werden kann. In bestimmten Schaltungsanordnungen können also Filternetzwerke an Stelle der einfachen Kondensatoren und Widerstände verwendet werden.
Die Anordnung nach Fig. 5 zeigt die Feldeffekt-Tetrode als negatives Widerstandselement. Es ist zu erkennen, daß diese Anordnung einen Zweipol darstellt, und es kann gezeigt werden, daß die Anordnung notwendigerweise kurzschlußfest ist.
In Fig. 5 bezeichnen wie auch in Fig. 7 und 8 gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Der Halbleiterkörper in Fig. 5 besitzt vier niederohmige Elektroden 31, 32, 33 und 34. Die Elektroden 32 und 33 sind miteinander verbunden, so daß die n- und die p-leitenden Kanäle in Reihe liegen. Die äußere Spannung wird an die Elektrode 31 angelegt, und Elektrode 34 wird an Erde gelegt. Wie bereits erwähnt, ist die Potentialdifferenz an dem pn-übergang an einem Ende F31 — F33 und am anderen Ende F32 — F3.,. Die Ausdehnung der Verarmungsschicht ist also an einem Ende größer als am anderen, je nach den Werten dieser Potentialdifferenzen. Die Grenze der Verarmungsschicht ist demnach im allgemeinen keine parallele Ebene, sondern eine Fläche, deren Abstand von dem pn-übergang sich längs des Kanals in nichtlinearer Weise ändert.
Die Mittelspannung, mit F32 oder F33 bezeichnet, ist eine abhängige Variable, deren Wert durch die aufgedrückte Spannung F31 und die Konstanten der Halbleitereinrichtung bestimmt wird. Bei dieser AnOrdnung muß der Strom in beiden Kanälen gleich sein, und damit nimmt die Mittelspannung F32 einen solchen Wert an, daß die Spannungsabfälle in "beiden Kanälen umgekehrt proportional ihrer Leitfähigkeit sind. Die Leitfähigkeiten sind variabel, da die Dicke der Kanäle durch die Verarmungsschicht herabgesetzt wird, die wiederum von der angelegten Sperrspannung abhängig ist.
Wenn die Spannung in Sperrichtung anwächst, erhöht sich auch die Summe der Potentialdifferenzen über dem pn-übergang oben mit F31 — F33 und unten mit F32 — F34 bezeichnet. Damit wächst die effektive Eindringtiefe der Verarmungsschicht in die Kanäle. Nach der bei Feldeffekt-Transistoren üblichen Terminologie dient also jeder Kanal als »Gatter« für den anderen, und der Spannungsabfall jedes Kanals hängt vom Strom im anderen ab. Bei der FeldeffektTetrode in der Schaltung nach Fig. 5 wächst daher der Kanalwiderstand, gegeben durch die Eindringtiefe der Verarmungsschicht, schneller als die Spannung. Der Strom fällt also mit wachsender Spannung, so daß sich die negative Widerstandskennlinie 60 in Fig. 6 ergibt. Die Kurzschlußfestigkeit der Einrichtung geht daraus hervor, daß jede Kurzschlußlinie, wie die gestrichelte Linie 61, die Kurve 60 in nur einem Punkt schneidet.
In Fig. 7 ist die Feldeffekt-Tetrode in einer Schaltung als Impedanzwandler oder Gyrator gezeigt. Die Darstellung stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar. Es können einige Komponenten zusammengefaßt oder in anderer Weise bequemer angeordnet werden. Zum Beispiel können die getrennten Vorspannungsquellen
79 und 86 zu einer Gleichstromquelle mit zwei getrennt regelbaren Ausgängen zusammengefaßt werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 7 sind an eine Feldeffekt-Tetrode 30 Leitungen 88 und 89 an eine Seite und Leitungen 90 und 91 an die andere Seite angeschlossen. Einstellbare Vorspannungsquellen 76, 79 und 86 sind über Klemmen 71, 72 und 74 an die Elektroden 31, 32 und 34 gelegt. Sie besitzen Entkopplungswiderstände 75, 78 und 85 und sind auf der anderen Seite an Erde angeschlossen, die mit 77,
80 und 87 bezeichnet ist. Sperrkondensatoren 84 und 92 sind an beiden Seiten der Anordnung vorgesehen, und an entgegengesetzten Seiten der Tetrode sind Wechselstromerden an die Klemmen 72 und 73 angeschlossen. Diese Erdverbindungen sind mit 82 und 83 bezeichnet. Die Erdverbindung 82 ist wegen des Sperrkondensators 81 eine reine Wechselstromerde. Die Verbindung 83 ist als Erde für Wechselstrom und Gleichstrom geeignet.
In dieser Schaltung wird eine Feldeffekt-Tetrode als nicht umkehrbare Einrichtung benutzt, indem die Potentiale der vier Elektroden so eingestellt werden, daß der Strom in beiden Kanälen in der gleichen Richtung fließt. Es ist natürlich notwendig, die Potentiale an den vier Elektroden so einzustellen, daß immer eine Sperrspannung über dem pn-übergang liegt. Die Spannungen an den vier Elektroden für
diesen Betriebszustand können mit Hilfe folgender Ausdrücke dargestellt werden:
Bedingungen für die Vorspannung in Sperrichtung:
(F31-F33) >0, (F32-F34) >0.
(D (2)
Bedingungen, daß in beiden Kanälen der Strom parallel nach unten fließt:
IO
Wenn unter diesen Bedingungen die Spannung an der Elektrode 31 erhöht wird, erhöht sich die Sperrspannung über dem pn-übergang und damit die Eindringtiefe der Verarmungsschicht, so daß sich der Kanalwiderstand erhöht. Der Strom im rechten, p-leitenden Kanal wird also herabgesetzt, was eine Änderung des Stromes gegen die Richtung des Stromdurchgangs darstellt. Wenn andererseits die Spannung an der Elektrode 33 erhöht wird, d. h. weniger negativ gemacht wird, wird die Sperrspannung über dem pn-Ubergang und damit der Kanalwiderstand in beiden Kanälen herabgesetzt. Im n-leitenden Kanal fließt also mehr Strom, und die Änderung des Stromes ist ein Anwachsen oder eine Änderung im gleichen Sinn wie die Richtung des Stromflusses in diesem Kanal. Die Schaltung bewirkt also eine Phasenumkehr der Strom-Spannungs-Beziehung, die die Nichtumkehrbarkeit der Schaltung zeigt.
Die Anordnung der Wechselstromerden beeinflußt die Betriebsweise der Schaltung. Die in Fig. 7 gezeigte Darstellung mit Wechselstromerden 82 und 83 an einander gegenüberliegenden Seiten der Tetrode ermöglicht die Übertragung des Signals von einer Seite des Elements zur anderen durch Schwankungen der Gesamtausdehnung der Verarmungsschicht. Diese Betriebsweise ist relativ wirksamer, als wenn die Wechselstromerden an benachbarten Seiten, beispielsweise den Klemmen 72 und 74, angeschlossen werden. Bei einer solchen Anordnung werden die Schwankungen in der Ausdehnung der Verarmungsschicht fast vollständig auf das Ende der Tetrode beschränkt, an dem die Wechselstromerden angeschlossen sind.
Fig. 8 veranschaulicht eine weitere spezielle Anwendung der Feldeffekt-Tetrode mit vier Elektroden. Diese Schaltungsanordnung kann zur Erzielung einer transformatorartigen Wirkungsweise benutzt werden. Für diesen Betriebszustand können die Potentiale der vier Elektroden wie folgt definiert werden:
Bedingungen für die Vorspannung in Sperrichtung nach Fig. 7:
(V31-Vss)>0, (1)
(F — V ) > 0. (2)
Bei Transformatorbetrieb verlaufen die Ströme in den beiden Kanälen in entgegengesetzter Richtung. Daher sind
(V31-VS2)>0, (3)
(F33-F34XO. (4)
In der Schaltung nach Fig. 8 kann das Element an einen Eingang 80 über den Sperrkondensator angeschlossen werden, und die Elektrode 33 wird an eine Ausgangsleitung 81 angeschlossen. Die Elektroden 32 und 34 sind, wie gezeichnet, an Erde 82 gelegt. Wenn die Spannung F31 erhöht wird, ergibt die Erhöhung der Sperrspannung eine Erhöhung des Widerstandes im p-Kanal und die Herabsetzung des Stromes, der als in Aufwärtsrichtung fließend angenommen werden soll. Der Änderungssinn des Stromflusses ist also nach unten und dem Sinn des Spannungsanstiegs an der Elektrode 31 entgegengerichtet, andererseits, wenn die Spannung an der Elektrode 33 erhöht wird, d. h. weniger negativ wird, wird die Sperrspannung herabgesetzt, und der Widerstand im n-leitenden Kanal ermöglicht deshalb einen stärkeren Strom. Die Änderung des Stromes im n-leitenden Kanal hat also die gleiche Richtung wie der Stromfluß in diesem Kanal, d. h. nach unten. Wieder verläuft diese Änderung des Stromes im entgegengesetzten Sinn wie die Änderung der Spannung an der Elektrode 33, und die Schaltung zeigt damit eine einem Transformator analoge Wirkung.
Diese Aueführungsbeispiele als Impedanzwandler und als Transformator weisen verschiedene vorteilhafte Eigenschaften auf. Zunächst haben sie einen besonders großen Frequenzumfang, dessen untere Grenze im wesentlichen an Gleichstrom heranreicht. Darüber hinaus ergeben diese Bauelemente, die teilweise auf Feldeffektprinzipien beruhen, eine Leistungsverstärkung auf Grund der Stromentnahme aus der Vorspannungsquelle. Diese Eigenschaft zusammen mit den übrigen, oben beschriebenen Signalübertragungseigenschaften ergibt vorteilhafte Bauelementeeinrichtungen, die bisher unbekannt waren.
Die Erfindung ist an Hand von Ausführungen beschrieben worden, die lediglich als Beispiele gedacht sind. So können Halbleiterbauelemente der erfindungsgemäßen Art mit zusätzlichen Zonen anderer Leitfähigkeit in der Nachbarschaft der beiden Zonen, an denen die Elektroden angebracht sind, vorgesehen werden. Unter betrimmten Umständen kann das aus fertigungstechnischen Gründen oder für die Einkapselung erwünscht sein. Ferner ist es mit Diffusionsund Maskierungstechniken möglich, einen pn-Ubergang und Bereiche mit vermindertem Querschnitt herzustellen, die den durch die Nuten gebildeten Bereichen äquivalent sind. Wenn jedoch solche Anordnungen benutzt werden, weisen nur die beiden mittleren, einander benachbarten Leitfähigkeitszonen Elektroden auf.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Halbleiterbauelement mit veränderlichem Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im wesentlichen ebener pn-Ubergang durch den Halbleiterkörper von einer Oberfläche zur gegenüberliegenden verläuft, daß an dem Halbleiterkörper an jeder Zone je zwei durch einen Bereich mit stark verringertem Querschnitt in der gleichen Zone getrennte niederohmige Elektroden so angebracht sind, daß je zwei Elektroden an verschiedenen Zonen einander gegenüberliegen und an mindestens ein solches Elektrodenpaar eine Sperrspannung über den pnübergang angelegt ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einer dünnen Platte besteht und der pn-übergang im wesentlichen parallel zu den größeren Begrenzungsflächen der Platte verläuft.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche mit stark verringertem Querschnitt durch ringförmige Nuten in jeder der beiden Zonen gebildet sind.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten gleichen Durchmesser und gleiche Tiefe haben.
5. Schaltungsanordnung zum Betrieb des Halbleiterbauelements nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Stromkreis, der eine Spannungsquelle zur Vorspannung des pn-Übergangs in Sperrichtung enthält, zwei gegenüberliegende, durch den pn- Übergang getrennte Elektroden (32, 34; Fig. 3) verbindet, ein zweiter Stromkreis, der eine Signalquelle enthält, zwei auf der gleichen Seite des pn-Übergangs liegende Elektroden (33, 34) verbindet und dritte und vierte Stromkreise jeweils zwei gegenüberliegende, durch den pn-übergang getrennte Elektroden (31, 33 bzw. 32, 34) verbinden und daß der dritte und vierte Kreis reine Wechselstromkreise sind.
6. Schaltungsanordnung zum Betrieb des Halbleiterbauelements nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durch den pn-übergang getrennte, sich nicht gegenüberliegende Elektroden (32, 33; Fig. 5) direkt miteinander verbunden sind, an eine der verbleibenden Elektroden (31) ein Stromkreis über die vierte an Erde gelegte Elektrode (34) angeschlossen ist.
7. Schaltungsanordnung zum Betrieb des Halbleiterbauelements nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Elektrode ein besonderer Stromkreis angeschlossen ist, an mindestens drei Elektroden Spannungsquellen angeschlossen sind, durch welche der pn-übergang in Sperrichtung vorgespannt wird und in beiden Zonen ein Stromfluß in gleicher Richtung hervorgerufen wird, daß die Stromkreise durch Kapazitäten gleichstrommäßig von den Spannungsquellen isoliert sind und Schaltmittel wenigstens zwei Elektroden wechselstrommäßig an Erde legen.
8. Schaltungsanordnung zum Betrieb des Halbleiterbauelements nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei gegenüberliegende, durch den pn-übergang getrennte Elektroden (31, 33; Fig. 8) getrennte Stromkreise angeschlossen sind, die Kondensatoren zum Absperren von Gleichstrom enthalten, und ein weiterer Stromkreis die verbleibenden Elektroden (32, 34) direkt miteinander und mit Erde verbindet.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1039 646;
deutsche Patentschrift Nr. 836 826;
schweizerische Patentschrift Nr. 282 857;
USA.-Patentschrift Nr. 2717 342;
»IRE Transact on Electron Devices«, 1958, S. 13 bis 18, insbesondere S. 13, Fig. 1.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 649/255 7.
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