DE1152764B - Unipolartransistor mit einem steuernden pn-UEbergang - Google Patents
Unipolartransistor mit einem steuernden pn-UEbergangInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
S 71158 Vmc/21g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 14. AUGUST 1963
Die Erfindung bezieht sich auf einen Unipolaroder Feldwirkungstransistor.
Im allgemeinen weisen Unipolar- oder Feldwirkungstransistoren einen Halbleiterkörper von einem
Leitfähigkeitstyp auf, der mit ohmschen Zu- und Ableitungselektroden
versehen ist. Zwischen die Zu- und Ableitungselektroden wird eine Spannung angelegt.
Das durch die Spannung erzeugte Feld läßt Ladungsträger von der Zuleitungselektrode zur Ableitungselektrode fließen. Es können eine oder mehrere
Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zwischen den Zu- und Ableitungselektroden vorgesehen
sein, welche einen pn-übergang am Halbleiterkörper bilden. Der dem pn-übergang zunächst liegende Teil
des Halbleiterkörpers wird gewöhnlich als der »Kanal« bezeichnet. Die wirksame Querschnittsfläche
des Kanals ist durch Anlegen einer Gegenspannung an den pn-übergang steuerbar und verursacht, daß
die Raumladungszone oder -schicht am pn-übergang sich ausdehnt oder in den Kanal hinein zusammenzieht.
Hierdurch wird die wirksame Querschnittsfläche des Kanals beeinflußt. Durch eine solche
Steuerung der effektiven Fläche des Kanals ist die Trägerströmung zwischen Zuleitungs- und Ableitungselektrode steuerbar. Ein zu verstärkendes Signal kann
an diese Steuerzonen oder Torzonen angelegt werden, um auf diese Weise die effektive Querschnittsfläche
der Kanalzone zu modulieren, wodurch die Trägerströmung in dem Körper gesteuert wird. Es erfolgt
eine Verstärkung, da ein relativ kleines Signal praktisch die ganze den Kanal durchfließende Leistung
steuert.
Ein Nachteil der bekannten Halbleiteranordnungen besteht darin, daß die effektive Länge des Kanals
relativ groß ist. Infolgedessen versagt die Steuerung, wenn die Frequenz der Signalwelle am Eingang etwa
vergleichbar der Triftzeit der Ladungsträger längs des Kanals ist.
Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, einen verbesserten Unipolartransistor zu schaffen, bei dem
die Kanallänge etwa vergleichbar der Kanalbreite sein soll. Weiterhin sollen bei einem Unipolartransistor
nach der Erfindung die Steuerzonen längs einer Korngrenze ausgebildet sein, die sich über den
Kanal hinweg erstreckt.
Es sind bereits Vorschläge von Halbleiterbauelementen bekannt, welche Zonen vom η-Typ aufweisen,
die durch Korngrenzen getrennt sind. Bei Germanium bilden die Korngrenzen gewöhnlich eine
Zone vom p-Typ. Diese Zonen werden dabei offenbar in einer üblichen Art und Weise benutzt. Es handelt
sich dabei um transistorartige Bauelemente, bei Unipolartransistor mit einem steuernden pn-übergang
Anmelder:
William Shockley,
LosAltos, Calif. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. F. Werdermann, Patentanwalt, Hamburg 13, Innocentiastr. 30
Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 18. November 1959 (Nr. 853 905)
William Shockley, Los Altos, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden
denen Ladungsträger in eine Basiszone emittiert und durch eine Kollektorzone aufgefangen werden.
Ferner ist ein Halbleiterbauelement bekannt, bei dem der Strompfad durch die Korngrenze hindurch
verläuft und die Breite der Korngrenze durch Anlegen einer Spannung zwischen ihr und dem benachbarten
Halbleitermaterial verändert wird. Auch hier handelt es sich um Germaniummaterial, bei dem die
Korngrenze vom p-Typ ist. Der leitende Strompfad verläuft nicht durch den Körper des Halbleitermaterials,
sondern entlang der Korngrenze.
Bei den bekannten Transistoren, bei denen Korngrenzenflächen verwendet sind, handelt es sich stets
um bipolare Transistoren.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Unipolartransistor mit einem steuernden pn-übergang. Erfindungsgemäß
wird vorgeschlagen, daß eine Korngrenzenfläche quer zu dem Strompfad zwischen den
beiden ohmschen Elektroden angeordnet ist und daß die steuernde pn-Übergangsfläche sich längs eines
Teiles der Korngrenzenflächen erstreckt. Dadurch wird die Eignung zum Betrieb bei besonders hohen
Frequenzen, insbesondere Frequenzen, die vergleichbar sind zur Triftzeit der Ladungsträger längs des
Kanals, wesentlich verbessert.
Die längs der Korngrenzenfläche sich erstreckenden Teile der pn-Ubergangsfläche können bei einem
Unipolartransistor gemäß der Erfindung paarweise
309 667/222
Claims (1)
- die nebeneinander so angeordnet werden, daß sie die richtige Ausrichtung haben. Wenn die Impfkristalle abgezogen werden, wird ein Kristall mit einer Grenzfläche gebildet.Eine besonders günstige Korngrenze für die Diffusion zur Erzeugung der beschriebenen Anordnungen ist eine sogenannte Kleinwinkel-Korngrenze, die aus einem Bereich oder einer Fläche von Kantenversetzungen zusammengesetzt ist, die sich durch siesymmetrisch zum Strompfad angeordnet sein. Ferner kann ein plattenförmiger Halbleiterkörper auf einer Oberflächenseite mehrere vorspringende Teile mit je einem Strompfad und je einer steuernden Ubergangsfläche aufweisen. Weiter können zwei pn-Ubergangsflächen an der Korngrenzenfläche mit einem spitzen Winkel zusammenstoßen.Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen eines derartigen Unipolartransistors bestehtdarin, daß in einen Körper aus Halbleitermaterial ίο hindurch erstrecken. Die Kantenversetzungen können vom einen Leitfähigkeitstyp, der eine Korngrenzen- eine Vielzahl von einzelnen Atomebenen sein, so daß fläche aufweist, die sich durch ihn hindurch erstreckt, sie eine vergleichsweise kleine Störung innerhalb der dotierende Fremdstoffe vom entgegengesetzten Leit- an sich vollkommenen Kristallstruktur darstellen, fähigkeitstyp diffundiert werden, um eine Diffusions- Die Platte 21 mit der Korngrenze 11, die sichzone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu bil- 15 durch sie hindurch erstreckt, wird dann einem Diffuden, die sich an der Korngrenze tiefer in den Halb- sionsvorgang ausgesetzt, bei welchem Dotierungsleiterkörper hinein erstreckt. material, das einen entgegengesetzten Leitf ähigkeits-Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen bei- typ verursacht, in die Platte hineindiffundiert wird, spielsweise näher erläutert. wie in Fig. 3 B durch die über der Oberfläche derFig. 1 zeigt einen Unipolartransistor mit Korn- 20 Platte vom η-Typ gebildete Schicht vom p-Typ angrenze gemäß der Erfindung; gedeutet wird. Bekanntlich erfolgt eine Diffusion inFig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht Kristallen leichter längs Korngrenzen als durch die zur Erläuterung der Raumladungsschicht innerhalb übrige Masse des Kristalls hindurch. Es wird andes Kanals; genommen, daß dies infolge des schlechteren Zu-Fig. 3 zeigt die Arbeitsstufen bei der Herstellung 25 sammenhanges der Atome an einer Korngrenze der einer Anordnung entsprechend Fig. 1, und Fall ist. Ein gewisser Grad von Lockerheit des Zu-Fig. 4 zeigt einen Unipolartransistor mit mehreren sammenhanges bzw. des Zusammenpassens der Kanälen und die Arbeitsstufen zu seiner Herstellung Atome an der Korngrenze ergibt mehr Raum für dieDie in Fig. 1 gezeigte Anordnung weist einen Kör- Atome des diffundierenden Materials, so daß diese per aus Halbleitermaterial vom einen Leitfähigkeits- 30 sich an den Atomen vorbeibewegen können, welche typ, beispielsweise vom η-Typ, auf, der eine Korn- den eigentlichen Kristallaufbau bilden. Im Ergebnis grenzfläche 11 besitzt, die sich durch den Körper
erstreckt. Es werden nun Diffusionszonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise vom
p-Typ, an der Korngrenze gebildet; diese erstrecken 35
sich an der Grenzfläche tiefer in den Körper hinein.
Dadurch wird ein Kanal 12.gebildet, der relativ kurz
ist, da die Torzonen längs einer scharfen Kante konvergieren. An dem einen Ende des Halbleiterkörpers
vom η-Typ ist eine geeignete ohmsche Zuleitungs- 40 einem Gegenstrom durch die Torzone hindurch beielektrode s angebracht, und an dem anderen Ende tragen. Jedoch zeigt der erfolgreiche Betrieb von des Körpers vom η-Typ ist eine ohmsche Ableitungselektrode d angebracht. An den Diffusionszonen vom
p-Typ auf einander gegenüberliegenden Seiten der
Anordnung sind ohmsche Steuerelektroden g ange- 45
ordnet. Mit 13 sind pn-Übergangsflächen bezeichnet.Wie Fig. 2 zeigt, ist zwischen der Zuleitungselektrode und der Ableitungselektrode eine Spannungsquelle 16 angeordnet, um eine Trift von
Ladungsträgern durch die Kanalzone 12 zu ver- 50 ähnlich derjenigen zu bilden, die in Fig. 2 dargestellt Ursachen. Das Eingangssignal wird an die Klemmen ist, und dann die Versetzungen, aus denen sich die 17 gelegt und dient zur Modulierung der Raum- Korngrenze zusammensetzt, sich aus der Arbeitszone ladungszone 18. An der Last 19, beispielsweise einem unter dem Einfluß einer mechanischen Beanspruchung Belastungswiderstand, wird ein Ausgangssignal ab- herausbewegen zu lassen. Auf diese Weise ist es genommen. Die Raumladungszonen erstrecken sich 55 möglich, eine Diffusionsanordnung herzustellen, welche im Bereich der Korngrenzfläche zueinander hin, und die Korngrenze für die bevorzugte Diffusion benutzt, die Kanallänge ist etwa der Kanalbreite vergleichbar.
Eine Anordnung nach Fig. 1 und 2 läßt sich auf
die in den Fig. 3 A bis 3 E veranschaulichte Art und
Weise herstellen. Es wird eine Platte 21 aus Halb- 60
leitermaterial vom η-Typ ausgewählt, die eine Korngrenzfläche 11 hat, welche sich durch sie hindurch
erstreckt. Solche Platten 21 mit Korngrenzen können
aus einem Kristall herausgeschnitten werden, bei dem
die Korngrenzflächen als Kristallstörungen während 65
des Ziehprozesses erzeugt werden. Kristalle mit Korngrenzen können aus einer Schmelze gezogen werden,
indem ein Paar von Impfkristallen verwendet wird,dringt die Diffusion an den Korngrenzen tiefer in die Platte ein, wie es durch die Zacken 22 in Fig. 3 B angedeutet wird.Bei einer Kleinwinkel-Korngrenze der oben erörterten Art schreitet die Diffusion am leichtesten in Richtung der Kantenversetzungen fort. Die Versetzungen in der Kanalzone liegen senkrecht zur Richtung des elektrischen Stromes und können zuDioden und Transistoren mit Versetzungen, daß auf Grund der Gegenwart einiger weniger Versetzungen kein größerer Gegeneffekt zu erwarten ist.Es wurde festgestellt, daß Korngrenzflächen, die aus weit voneinander entfernten Kantenversetzungen bestehen, dazu veranlaßt werden können, sich bei Anlegung mechanischer Beanspruchungen zu bewegen. So ist es möglich, eine Diffusionsanordnungaber sie nicht in dem arbeitenden Bereich oder Kanal beläßt, wenn die Anordnung anschließend fertiggestellt wird.Es werden dann Bereiche des Kristalls, die in Fig. 3 B gezeigt sind, in geeigneter Weise, beispielsweise durch einen Oxydbelag, maskiert. Die dargestellte Maske hat die Form von Bändern 23 (vgl. Fig. 3 C), die sich über den Kanal erstrecken.Sodann wird der Kristall in eine geeignete Ätzlösung gebracht, so daß das Material, wie in Fig. 3 D gezeigt, weggeätzt wird, um Halbleiterstücke vom η-Typ mit Steuerzonen vom p-Typ zu erzeugen. Ge-
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