DE1194986B - Tunneldiode mit teilweise fallender Strom-spannungskennlinie - Google Patents

Tunneldiode mit teilweise fallender Strom-spannungskennlinie

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DE1194986B
DE1194986B DES74844A DES0074844A DE1194986B DE 1194986 B DE1194986 B DE 1194986B DE S74844 A DES74844 A DE S74844A DE S0074844 A DES0074844 A DE S0074844A DE 1194986 B DE1194986 B DE 1194986B
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Dipl-Phys Klaus Schwartzkopff
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Description

  • Tunneldiode mit teilweise fallender Stromspannungskennlinie Es sind Halbleiterdioden bekanntgeworden, die den quantenmechanischen Tunneleffekt in schmalen pn-Übergängen ausnutzen; sie werden daher als »Tunneldioden« oder auch nach ihrem Erfinder als »Esaki-Dioden« bezeichnet. Durch extrem hohe Dotierung und einen geeigneten, Störstellendiffusion weitgehend vermeidenden Legierungsprozeß wird bei der Herstellung dieser Tunneldioden erreicht, daß das Halbleitermaterial auf beiden Seiten des pn-Überganges entartet ist, d. h. daß das Fermi-Niveau im n-Gebiet innerhalb des Leitungsbandes, im p-Gebiet innerhalb des Valenzbandes liegt. Unter diesen Umständen ist die Breite des pn-Überganges so klein, daß eine gewisse Wahrscheinlichkeit für den Übergang von Elektronen aus dem Leitungsband des n-Gebietes in das Valenzband des p-Gebietes und umgekehrt infolge des Tunneleffektes besteht.
  • Das wesentliche Kennzeichen dieser Dioden ist eine teilweise fallende Stromspannungskennlinie bei positiver Polung des p-Gebietes.
  • Der bei dieser Anordnung für die Erzeugung der teilweise fallenden Stromspannungskennlinie wesentliche Tunneleffekt durch Übergang von Elektronen aus dem Leitungsband des n-Gebietes in das Valenzband des p-Gebietes bei positiver Polung des p-Gebietes ist von dem bei normal, d. h. nicht entartet dotierten Dioden schon länger als Zener-Effekt bekannten Tunneleffekt zu unterscheiden.
  • Beim Zener-Effekt tunneln die Elektronen bei Polung der Diode in Sperrichtung beispielsweise vom Valenzband des p-Gebietes in das Leitungsband des n-Gebietes der Diode, sobald eine bestimmte Feldstärke erreicht und vorher kein Durchschlag auf Grund eines anderen Leitungsmechanismus erfolgt ist.
  • Weiterhin sind Anordnungen der Art Metall-Isolator-Metall bekannt, deren Stromspannungskennlinie Tunneldiodeneigenschaften zeigt. Die teilweise fallende Stromspannungskennlinie tritt aber nur bei Temperaturen auf, bei denen beide Metalle supraleitend sind (J. G i a e v e r, Phys. Rev. Letters, 5 [1960], S. 147 und 464).
  • Ferner sind Anordnungen der Art Metall-Isolator-Metall bekannt, bei denen die Elektronen durch Tunneleffekt aus dem negativ gepolten Metall in das Leitungsband des Isolators übergehen und von dort in das positiv gepolte Metall abfließen. Diese Anordnungen besitzen jedoch keine teilweise fallenden Stromspannungskennlinien.
  • Es wurden. ferner bereits die Gleichrichtereigenschaften einer Metall-p-Halbleiter-Anordnung bzw. einer Metall-Isolator-p-Halbleiter-Anordnung diskutiert, wobei der Tunneleffekt als möglicher, für den gesamten Gleichrichtungseffekt verantwortlicher Leitungsmechanismus in Durchlaßrichtung angenommen wurde. Diese Annahme hat sich im Laufe der weiteren Entwicklung als teilweise unzutreffend erwiesen. Ein Hinweis auf die Erzeugung einer teilweise negativen Stromspannungskennlinie mittels des Tunneleffektes in Durchlaßrichtung ist an keiner Stelle der genannten Untersuchung gegeben.
  • Ferner sind bereits Dioden in der Anordnung Metallelektrode - Halbleiter - Sperrschicht - Metallgegenelektrode bekannt, wobei die Sperrschichten aus eigens aufgebrachten Isolationsschichten der verschiedensten Art, beispielsweise Lacken oder Oxydschichten, bestehen. Ebenso sind Verfahren zur Herstellung solcher Isolationsschichten bekannt.
  • DieletztgenanntenMetall-Halbleiter-Isolator-Metall-Anordnungen haben jedoch alle die üblichen Gleichrichtereigenschaften und keineswegs eine teilweise fallende Stromspannungskennhnie. Die genannten Verfahren bezwecken ebenfalls nur- eine Verbesserung der Gleichrichtereigenschaften der genannten Anordnungen.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine Tunneldiode mit teilweise fallender Stromspannungskennlinie und gegenüber der oben beschriebenen Esaki-Diode verbesserten Eigenschaften.
  • Bei dieser Tunneldiode mit teilweise fallender Sromspannungskennlinie besteht die Erfindung darin, daß zwischen zwei flächenhaften metallischen Elektroden eine Isolatorschicht und, eine p-leitende, entartet dotierte Halbleiterschicht hintereinander angeordnet sind und daß der Kontakt zwischen der p-leitenden Halbleiterschicht und der Elektrode sperrfrei ist.
  • Bei der Tunneldiode nach der Erfindung wird also der hochdotierte n-Halbleiter der Esaki-Diode durch ein Metall und der durch ein besonderes Legierungsverfahren erzeugte steile pn-Übergang durch eine Isolatorschicht ersetzt. Die physikalischen Vorgänge, welche die teilweise fallende Stromspannungskennlinie verursachen, sind dieselben wie bei der oben geschilderten Esaki-Diode.
  • Die Tunneldiode nach der Erfindung kann auch so weitergebildet sein, daß zwischen der Isolatorschicht und der angrenzenden Elektrode eine weitere n-leitende, entartet dotierte Halbleiterschicht angeordnet und daß der Kontakt zwischen der n-leitenten Halbleiterschicht und der Elektrode sperrfrei ist.
  • Verglichen mit den bisher bekannten Esaki-Dioden haben Tunneldioden gemäß der Erfindung eine sehr große Lebensdauer. Der Minimumstrom ist sehr viel kleiner, und die Kennlinie ist praktisch temperaturunabhängig. Die Spannungen, die zum Strommaximum bzw. Stromminimum gehören, lassen sich schon bei der Herstellung der Tunneldiode gemäß der Erfindung durch entsprechende Wahl der Halbleiterstoffe und die Ströme durch Festlegen der Dicke der Isolierschicht vorausbestimmen.
  • Im folgenden sei an Hand einiger Ausführungsbeispiele die Erfindung noch näher erläutert. Beispiel I Tunneldiode der Ausführungsform Metall-Isolator-p-Halbleiter-Metall Ein Aluminiumblech (99,99 °/o) wird mit einer Oxydschicht elektrolytisch überzogen. In der Elektrolyseanordnung dient das Aluminiumblech als Anode und ein Platinblech als Kathode. Eine wäßrige Lösung aus 3 °/o Borsäure und 0,05 °/o Borax bildet den Elektrolyten. Eine Gleichspannung von 20 Volt wird etwa 2 Minuten lang angelegt. Während dieser Zeit bildet sich auf dem Aluminiumblech eine etwa 300 A dicke Aluminiumoxydschicht (A120$), die als Isolator wirkt. Auf diese Isolierschicht wird ein mit Cd über die Entartung p-dotiertes InSb-Plättchen gelegt (1018 Cd-Atome/cm$). Die Abmessungen des Plättchens sind 1 x 1 x 0,5 mm s. Die gesamte Anordnung wird in einer Edelgasatmosphäre auf eine Temperatur von 550°C erhitzt, bis das InSb-Plättchen zu einem Tröpfchen zusammenschmilzt. An der Grenze Halbleiter-Isolierschicht diffundiert dabei InSb in die A1,08-Schicht ein. Der Diffusionsvorgang stellt den mechanisch festen Zusammenhalt der Anordnung her. Anschließend werden das Aluminiumblech und das InSb mit den bekannten Methoden kontaktiert. Beispiel II Tunneldiode der Ausführung Metall-n-Halbleiter-Isolator-p-Halbleiter-Metall Zwischen je ein Plättchen aus p-leitendem und n-leitendem InSb wird eine 0,5 #t dicke Quarzglasfolie als Isolierschicht gelegt. Die Anordnung wird auf etwa 550°C erhitzt und 30 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Die InSb-Plättchen schmelzen zu Tröpfchen zusammen. An der Grenze Halbleiter# Isolierschicht diffundiert dabei InSb von beiden Seiten in die Quarzglasfolie ein, bis die Isolierschicht etwa 50 A beträgt. Dadurch wird der mechanisch feste Zusammenhalt der Anordnung hergestellt. Anschließend werden die Kontakte angelötet und eventuell überstehende Teile der Isolierschicht bzw. des Halbleitermaterials abgeätzt.
  • Beispiel III Tunneldiode der Ausführung Metall-n-Halbleiter-Isolator-p-Halbleiter-Metall Auf ein p-leitendes GaAs-Plättchen (2 - 1011-Zn-Atöme/cm3) wird eine etwa 40 A dicke Aluminiumschicht (99,99 °/o) aufgedampft. Diese Aluminiumschicht wird für 10 Tage dem Luftsauerstoff ausgesetzt und oxydiert hierbei zu A1203. Ein n-leitendes InSb-Plättchen (a = 5000 P-1 cm-1) wird auf die Oxydationsschicht gelegt und die gesamte Anordnung 10 Minuten auf einer Temperatur von 600°C gehalten. Die Abmessungen der Halbleiterplättchen sind 4 x 4 x 0,5 mm3. An der Grenze Halbleiter-Isolierschicht diffundiert dabei in geringem Maße InSb in die A1203-Isolierschicht ein. Dieser Diffusionsvorgang stellt den mechanisch festen Zusammenhalt der Anordnung her. Anschließend werden das InSb bzw. GaAs nach den bekanten Methoden kontaktiert.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Tunneldiode mit teilweise fallender Stromspannungskennlinie, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß zwischen zwei flächenhaften metallischen Elektroden eine Isolatorschicht und eine p-leitende, entartet dotierte Halbleiterschicht hintereinander angeordnet sind und daß der Kontakt zwischen der p-leitenden Halbleitschicht und der Elektrode sperrfrei ist. 2. Tunneldiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Isolatorschicht und der angrenzenden Elektrode eine weitere n-leitende, entartet dotierte Halbleiterschicht angeordnet und daß der Kontakt zwischen der n-leitenden Halbleiterschicht und der Elektrode sperrfrei ist. 3. Tunneldiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolatorschicht etwa 50 A beträgt. 4. Tunneldiode nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten aus Al'IB°-Verbindungen bestehen. 5. Tunneldiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht aus einer Quarzglasfolie besteht. 6. Tunneldiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht aus einem Oxyd besteht. 7. Verfahren zum Herstellen einer Isolatorschicht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxyd durch Oxydation einer vorher aufgebrachten Metallschicht gebildet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1044 286; schweizerische Patentschriften Nr. 213 131, 336 505; Phys. Zeitschr. der Sowjetunion, Bd.l, 1932, S. 60 bis 87; Funkschau, 1961, Hft.
  2. 2, S. 63 und 64; Journ. of appl. Physics, Bd. 32, 1961, Nr. 4, S. 646 bis 652.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH213131A (de) * 1938-11-08 1941-01-15 Sueddeutsche Apparate Fabrik G Einrichtung mit Kondensatoren zum Steuern oder Abstimmen von Wechselstromkreisen.
DE1044286B (de) * 1954-09-15 1958-11-20 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, beispielsweise Richtleiter oder Transistor
CH336505A (de) * 1951-10-29 1959-02-28 Standard Telephon & Radio Ag Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern und nach dem Verfahren hergestellter Selengleichrichter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH213131A (de) * 1938-11-08 1941-01-15 Sueddeutsche Apparate Fabrik G Einrichtung mit Kondensatoren zum Steuern oder Abstimmen von Wechselstromkreisen.
CH336505A (de) * 1951-10-29 1959-02-28 Standard Telephon & Radio Ag Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern und nach dem Verfahren hergestellter Selengleichrichter
DE1044286B (de) * 1954-09-15 1958-11-20 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, beispielsweise Richtleiter oder Transistor

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