DE1207012B - Halbleiterbauelement mit einer injizierenden und einer sammelnden Elektrode - Google Patents

Halbleiterbauelement mit einer injizierenden und einer sammelnden Elektrode

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DE1207012B DET11699A DET0011699A DE1207012B DE 1207012 B DE1207012 B DE 1207012B DE T11699 A DET11699 A DE T11699A DE T0011699 A DET0011699 A DE T0011699A DE 1207012 B DE1207012 B DE 1207012B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
T11699 VIII c/21g
24. Dezember 1955
16. Dezember 1965
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit wenigstens einer Minoritätsträger injizierenden Elektrode auf der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers und wenigstens einer Minoritätsträger sammelnden Elektrode auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers. Bei einer Spitzendiode ist beispielsweise die Minoritätsträger injizierende Elektrode die Spitzenelektrode, während die Minoritätsträger sammelnde Elektrode die mit dem Halbleiterkörper nichtsperrend verbundene Elektrode ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verlauf der an sich durch Diffusionsvorgänge vorgegebenen Diffusionsträgerbahnen in einem Halbleiterkörper zu verändern. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Halbleiterkörper über seinen Querschnitt senkrecht zu der kürzesten Verbindungslinie zwischen der injizierenden und der sammelnden Elektrode unterschiedlich dotiert ist.
Eine unterschiedliche Dotierung senkrecht zu der kürzesten Verbindungslinie der injizierenden und der sammelnden Elektrode über den Querschnitt des Halbleiterkörpers ist noch nicht bekanntgeworden. Es sind vielmehr nur Halbleiteranordnungen bekanntgeworden, bei denen nur im Oberflächenbereich und somit nicht über den Querschnitt des Halbleiterkörpers im Sinne der vorliegenden Erfindung eine unterschiedliche Dotierung vorhanden ist.
Es ist an sich bekannt, daß die Ladungsträgerbahnen bei den bisher bekannten Halbleiteranordnungen praktisch ausschließlich durch Diffusionsvorgänge bestimmt sind. Da die Diffusionsgeschwindigkeit relativ gering ist, wurden die Laufzeitverhältnisse und damit die obere Grenzfrequenz für Transistoren bereits dadurch verbessert, daß zusätzlich ein elektrisches Feld im Basisraum des Halbleiterkörpers zur Wirkung kommt, um sozusagen die benutzten Ladungsträger, das sind die Minoritätsträger, zusätzlich zu beschleunigen. Dies läßt sich durch eine in Laufrichtung der Ladungsträger gerichtete, unterschiedliche Dotierung des Halbleiterkörpers erreichen. Die Dotierung wird dabei so gewählt, daß sich eine mit den Bahnen der benutzten Ladungsträger zusammenfallende elektrische Feldrichtung ergibt. Das bedeutet z. B. bei einem pnp-Transistor, daß im Basisraum des Halbleiterkörpers von der kollektorseitigen Sperrschicht nach der emitterseitigen Sperrschicht hin stark zunehmend dotiert werden muß, so daß nach dorthin der Leitwert des Grundkörpers sehr rasch bis zu unerwünscht hohen Werten zunimmt.
Halbleiterbauelement mit einer injizierenden und einer sammelnden Elektrode
Anmelder:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Als Erfinder benannt:
Dr. Wilhelm Engbert, Ulm/Donau
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich bei Halbleiteranordnungen wie Dioden oder
so Transistoren auch auf die übliche Weise, d. h. ohne innerliches elektrische Feld, relativ kurze Laufzeiten erreichen lassen, da man ohne weiteres den kürzesten Diffusionsweg noch praktisch vernachlässigbar gering ausgestalten kann. Die wesentliche Begrenzung der
as oberen Betriebsfrequenz ist aber offenbar dadurch gegeben, daß bei den bisher bekannten Halbleiteranordnungen die einzelnen Längen der Diffusionsbahnen sehr unter sich verschieden sind, so daß sich einerseits störend eine hohe Raumladungskapazität (Diffusionskapazität) ausbildet, andererseits eine Verwaschung in der Steuerung der einzelnen Ladungsträger eintritt, da diese nicht mehr gleiche Laufzeiten im Halbleiterkörper besitzen.
Diese Nachteile lassen sich aber durch die Anwendung der Lehre nach der Erfindung praktisch nahezu beseitigen, indem nämlich in der Halbleiteranordnung ein inneres elektrisches Feld erzeugt wird, das die Ladungsträgerbahnen im günstigen Sinne beeinflußt, beim vorerwähnten Beispiel also in der Weise, daß die weiten Diffusionsbahnen sozusagen an die kürzeren Diffusionsbahnen herangedrückt werden, was die vorerwähnten Wirkungen zeigt.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Die F i g. 1 zeigt einen Legierungstransistor, wie er beispielsweise als Schalttransistor bekannt ist und Verwendung findet. Die Legierungspillen 2 und 3 sind annähernd gleich groß. Auf einem Halbleiterkörper 1, ζ. B. aus η-leitendem Germanium, ist an gegenüberliegenden Stellen je eine Legierungspille 2 und 3 vorgesehen. Das Material der Legierungspillen
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ist in an sich bekannter Weise derart gewählt, daß gehen büschelartig auseinander, so daß sich wieder im Halbleitergrundkörper 1 zwei Sperrschichten 4 die großen Laufzeitunterschiede und die unerwünscht und 5 entstehen, zwischen denen und den jeweiligen hohe Diffusionskapazität einstellen.
Pillen der Halbleiterkörper p-leitend ist. Bei η-leiten- Auf eine derartige Anordnung kann nun die Lehre dem Germanium für den Halbleiterkörper kann man 5 nach der Erfindung zur Verbesserung des elektrifür die Legierungspillen 2 und 3 beispielsweise In- sehen Gesamtverhaltens angewendet werden, indem, dium verwenden. Die Legierungspillen sind in üb- wie an Hand von Fig. 2 erläutert, der Halbleiterlicher Weise mit Anschlüssen 6 bzw. 7 versehen, körper über seinen Querschnitt senkrecht zu seinen z. B. vergoldeten Kupferdrähten, und am Halbleiter- Ladungsträgerbahnen derart unterschiedlich dotiert körper 1 ist in ebenfalls bekannter Weise sperr- io wird, daß das Diffusionsbahnenbüschel zu einem im schichtfrei ein Basianschluß 8, z. B. ein mittels eines wesentlichen parallelen Paket von Diffusionsbahnen üblichen Zinnlotes befestigter Nickeldraht, befestigt. zusammengedrängt wird. Die mittlere Bahnlänge entin einer derartigen Halbleiteranordnung sind die spricht dann etwa der kürzesten im Normalfall Bahnen der benutzten Ladungsträger, das sind die (F i g. 3) auftretenden Bahnenlänge.
Bahnen der Minoritätsträger und bei n-leitendem 15 Die Anwendung der Lehre nach der Erfindung ist, Halbleiterkörper also die der Defektelektronen, durch wie bereits ausgeführt, nicht etwa auf Anordnungen Diffusionsvorgänge vorgegeben, so daß sie etwa einen beschränkt, bei denen die die Minoritätsträger inVerlauf besitzen, wie er mit 9 in der Fig. 1 ge- jizierende Stelle durch eine auf einen Spitzenkontakt strichelt eingezeichnet ist. Man erkennt aus der oder eine Legierungspille zurückgehende Sperr-F i g. 1 deutlich, daß die etwa in der Mitte liegenden 20 schicht gebildet wird, sondern sie ist auch auf alle Ladungsträger wesentlich kürzer sind als die in den anderen Arten von Halbleiteranordnungen anwend-Außenbereichen liegenden Bahnen, woraus sich die bar, wie beispielsweise Fototransistoren und sogegroße Basisraumkapazität (Diffusionskapazität) und nannte Rate-growing-Transistoren. Unter Ratedie großen Laufzeitunterschiede erkennen lassen. growing-Transistoren versteht man bekanntlich Tran-Wird nun, wie gemäß der Erfindung vorgeschlagen, 25 sistoren, bei denen durch unterschiedliche Ziehim Halbleiterkörper 1, so wie in Fig. 2 angedeutet, geschwindigkeit aus der Schmelze und/oder Tempeein von der Mitte nach dem Rand des Halbleiter- raturänderung während des Kristallziehens pn-Übergrundkörpers 1 hin zunehmende Dotierung vorge- gänge im Halbleiterkörper erzeugt werden,
sehen, beim Ausführungsbeispiel also eine nach dem Die unterschiedliche Dotierung für die Zwecke Basisanschluß 8 hin zunehmende η-Dotierung, so 30 der Erfindung kann auf verschiedenartige Weise erentsteht in radialer Richtung ein inneres elektrisches zielt werden. Beispielsweise ist es möglich, nachträg-FeId, welches die Ladungsträgerbahnen 9, so wie es Hch in den Halbleiterkörper oder in das Ausgangsinder F i g. 2 dargestellt ist, nach der Mitte hin zu- material desselben entsprechendes Störstellenmatesammendrängt. rial von außen her eindiffundieren zu lassen, wobei Um einen Begriff über eine mögliche Größenord- 35 sich dann durch entsprechende Wahl der Diffusionsnung bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeit und der Diffusionstemperatur und auch des einzu geben, ist in der Fig. 2 noch mit eingezeichnet, zudiffundierenden Materials die Dotierung in gewelche Dotierungszahlen beispielsweise Anwendung wissen Grenzen beliebig gestalten läßt. Auch ist es finden können. Dabei ist in einer weiteren Skala zu- möglich, beispielsweise bei einem Transistor wie er gleich angegeben, welche inneren Potentialunter- 40 in F i g. 2 dargestellt ist, das Lot zur Befestigung der schiede den einzelnen Dotierungszahlen zukommen. Basiselektrode 8 zugleich zur Dotierung im Sinne der Als Horizontale ist die Breite des Halbleiterkörpers 1 Erfindung zu benutzen. In bestimmten Fällen wird mit aufgetragen, so daß die über den einzelnen es auch möglich sein, bereits den Ausgangskristall Abszissenwerten ablesbaren Dotierungswerte jeweils für den Halbleiterkörper mit der entsprechenden darüberliegenden Stellen des Halbleiterkörpers 1 zu- 45 Dotierung für die Anwendung der Lehre nach der zuordnen sind. Die im Innern des Halbleiterkörpers Erfindung zu versehen.
auftretende elektrische Feldstärke errechnet sich In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es durch den Potentialunterschied bezogen auf die auch möglich, eine nichtkontinuierliche Änderung Längeneinheit. der Dotierung des Halbleiterkörpers vorzusehen, In der Fig. 3 sind die Verhältnisse bei einer 50 beispielsweise dadurch, daß beim Ziehen des HaIb-Spitzenkontaktdiode dargestellt, die durch Anwen- leiterkristalls die Ziehgeschwindigkeit wesentlich dung der Lehre nach der Erfindung elektrisch we- höher gewählt wird, als es an sich für einen homosentlich verbessert werden können. genen Kristall mit einwandfreiem Gitteraufbau er-Die Fig. 3 zeigt einen Halbleitergrundkörper 1, forderlich ist. Bisher ist es nämlich üblich, z.B. einen der auf eine beispielsweise block- oder blechförmige 55 Germanium- oder Siliziumkristall mit etwa 5 cm Basiselektrode 10 sperrschichtfrei aufgelötet ist. Auf Wachstumsgeschwindigkeit pro Stunde zu ziehen, den Halbleiterkörper ist die Kontaktelektrode 11 mit Erhöht man die Ziehgeschwindigkeit auf etwa 20 bis ihrer Spitze aufgesetzt, wobei in an sich bekannter 50 cm Wachstumslänge pro Stunde, so findet offen-Weise eine Sperrschicht 12, halbkugelförmiger Ge- bar ein ungleichmäßiges Einbauen der Störstellen in stalt, im Halbleiterkörper 1 gebildet wird. Diese die 6° den Halbleiterkristall statt, das Potentialverhältnisse Minoritätsträger in den Halbleiterkörper 1 injizie- im Sinne der Lehre nach der Erfindung im Innern rende Elektrode ist sozusagen der Ausgangsbereich des Halbleiterkristalls zur Folge hat. Aus einem derfür die einzelnen Diffusionsbahnen, die in der Fig. 3 art hergestellten Halbleiterkristall, der beispielsweise ebenfalls mit 9 bezeichnet sind, ähnlich wie in den aus Germanium oder Silizium oder auch aus andevorhergehenden Ausführungsbeispielen. Die Form 65 rem Halbleitermaterial bestehen kann, hergestellte der einzelnen Diffusionsbahnen ist etwa so wie die Kristalloden zeigen ein wesentlich besseres Hoch-Feldlinien eines Kugelkondensators gegenüber der frequenzverhalten als die nach der üblichen Methode Erdoberfläche, d. h., die einzelnen Diffusionsbahnen hergestellten Halbleiterbauelemente.
Der Halbleiterkörper kann in an sich bekannter Weise einkristallinen Aufbau besitzen. Es hat sich aber in manchen Fällen, insbesondere im vorerwähnten Fall der nichtkontinuierlichen Dotierung, gezeigt, daß der einkristalline Aufbau in diesem Fall nicht unbedingt erforderlich ist, sondern daß eine Störung des einkristallinen Aufbaues in gewissem Maße die elektrischen Eigenschaften noch verbessern kann.

Claims (5)

Patentansprüche: IO
1. Halbleiterbauelement mit wenigstens einer Minoritätsträger injizierenden Elektrode auf der einen Oberfiächenseite des Halbleiterkörpers und wenigstens einer Minoritätsträger sammelnden Elektrode auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers, insbesondere Transistor oder Diode, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper über seinen Querschnitt senkrecht zu der kürzesten Verbindungslinie zwischen der injizierenden und der sammelnden Elektrode unterschiedlich dotiert ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Dotierung derart gewählt ist, daß die Ladungsträgerbahnen zueinander parallel verlaufen.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Dotierung derart gewählt ist, daß die Ladungsträgerbahnen konvergieren.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedliche Dotierung derart gewählt ist, daß die Ladungsträgerbahnen divergieren.
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die injizierende Elektrode lichtempfindlich ausgebildet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 814 487;
deutsche Patentanmeldungen ρ 2845 B VHIc/21g (bekanntgemacht am 12.10.1950), ρ 2846 B VIIIc/
21g (bekanntgemacht am 12.10.1950);
USA.-Patentschrift Nr. 2 672 528;
belgische Patentschriften Nr. 530 566, 536181,
536988;
Zeitschrift Naturw., Bd. 40, 1953, S. 578 und 579.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 758/320 12.65 ® Bundesdruckerei Berlin
DET11699A 1955-12-24 1955-12-24 Halbleiterbauelement mit einer injizierenden und einer sammelnden Elektrode Pending DE1207012B (de)

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