DE1257988B

DE1257988B - Photoempfindlicher Feldeffekttransistor

Info

Publication number: DE1257988B
Application number: DEN26955A
Authority: DE
Inventors: Gesinus Diemer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-07-01
Filing date: 1965-06-26
Publication date: 1968-01-04
Also published as: DK119264B; US3348074A; NL6407445A; CH448293A; SE325347B; AT264612B; BE666241A; GB1105269A; JPS429736B1; FR1455195A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-29/10

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1 257 988
N 26955 VIII c/21
26. Juni 1965
4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft einen photoempfindlichen Feldeffekttransistor mit einem Halbleiterkörper, bei dem ein zwischen zwei Anschlußkontakten fließender Strom durch Strahlung und eine zwischen den Anschlußkontakten angebrachte Steuerelektrode moduliert wird.

Unter einer zwischen den Kontakten am Halbleiterkörper angebrachten Steuerelektrode wird eine Steuerelektrode verstanden, die den zwischen den Kontakten vorhandenen Teil des Halbleiterkörpers wenigstens teilweise überdeckt.

Es waren bereits photoempfindliche Feldeffekttransistoren bekannt, bei denen die Steuerelektrode eine Halbleiterschicht ist, die mit dem mit den beiden Anschlußkontakten versehenen Halbleiterkörper einen photoempfindlichen p-n-Übergang bildet. Durch das Anlegen eines Potentials an die Steuerelektrode, durch das der p-n-Übergang in Sperriehtung vorgespannt wird, wird im Halbleiterkörper eine Raumladung in Form eines Erschöpfungsbereiches erzeugt, d. h. in Form eines Bereiches, aus dem die freien Ladungsträger weggezogen werden. Dieser Bereich kann den Stromweg zwischen den beiden Kontakten unterbrechen. Durch Bestrahlen des p-n-Überganges kann nun über diesen Übergang einPhotostrom erzeugt werden, der an einem im Steuerkreis liegenden elektrischen Widerstand einen Spannungsabfall herbeiführt, durch den sich das Potential der Steuerelektrode ändert, was zu einer Veränderung (Verringerung) des Erschöpfungsbereiches und damit zu einer Modulation des dem Halbleiterkörper durchfließenden Stromes führt.

Solche Feldeffekttransistoren haben unter anderem den Vorteil, daß ihre Strahlungsempfindlichkeit um etwa den Faktor 100 höher sein kann als die eines guten Phototransistors.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen photoempfindlichen Feldeffekttransistor der eingangs genannten Art mit einer noch höheren Empfindlichkeit als die der bekannten photoempfindlichen Feldeffekttransistoren und mit großen konstruktiven und schalttechnischen Möglichkeiten zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerelektrode eine durch eine Isolier- oder Sperrschicht vom Halbleiterkörper getrennte, photoempfindliche Schicht mit einem solchen Dunkelwiderstand und einer derartigen Dicke enthält, daß bei Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper und dem dabei im Halbleiterkörper auftretenden Potentialabfall in dem an die Isolier- oder Sperrschicht angrenzenden Teil der photoempfindlichen Schicht parallel zur Isolier- oder Sperrschicht ein Potentialabfall Photoempfindlicher Feldeffekttransistor

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven

(Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Gesinus Diemer, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 1. Juli 1964 (64 07 445)

auftritt, der durch Erhöhung der Leitfähigkeit der photoempfindlichen Schicht durch Bestrahlung herabgesetzt wird, ohne daß ein Photostrom über die Isolier- oder Sperrschicht fließt.

Bei einem photoempfindlichen Feldeffekttransistor nach der Erfindung kann also, im Gegensatz zu den bekannten photoempfindlichen Feldeffekttransistoren, durch Bestrahlung eine sich ausdehnende Raumladung erzielt werden. Außerdem kann bei FeIdeffekttransistoren nach der Erfindung auch von Raumladung in Form eines Anreicherungsbereiches, d. h. eines Bereiches, in dem freie Ladungsträger angezogen werden, Gebrauch gemacht werden.

Der Wirkungsweise eines photoempfindlichen FeIdeffekttransistors nach der Erfindung liegt nicht das Erzeugen eines Photostromes zugrunde wie bei den erwähnten bekannten, photoempfindlichen Feldeffekttransistoren, sondern die Erhöhung der Leitfähigkeit einer photoempfindlichen Schicht, wodurch eine besonders hohe Empfindlichkeit erzielbar ist.

Die Sperrschicht zwischen der photoempfindlichen Schicht und dem Halbleiterkörper dient dazu, einen elektrischen Strom zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleiterkörper zu vermeiden oder auf einen nicht störenden Ableitungsstrom zu beschränken. Diese Sperrschicht kann z. B. vom Übergang zwischen dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers und dem der photoempfindlichen Schicht gebildet werden, wobei dieser Übergang, z. B. ein sperrender Übergang zwischen zwei Halbleitermaterialien mit verschiedener Breite des verbotenen Energiebandes und/oder ein p-n-Übergang zwischen Halbleiter-

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materialien mit verschiedenem Leitungstyp sein kann. Bei einer günstigen Ausführungsform besteht die Sperrschicht aus einer zwischen der photoempfindlichen Schicht und dem Halbleiterkörper angebrachten, elektrisch isolierenden Schicht, wie z.B. einer Siliziumoxydschicht. In diesem Fall kann die photoempfindliche Schicht sowohl negativ als auch positiv gegenüber dem Halbleiterkörper vorgespannt sein, im Gegensatz zu dem Fall, in dem die Sperrschicht z. B. von einem p-n-Übergang gebildet wird. Außerdem besteht dann größere Freiheit in der Wahl der Materialien für den Halbleiterkörper und die photoempfindliche Schicht, da zwischen diesen Materialien kein sperrender Übergang auftreten muß.

Besteht die Sperrschicht nur aus einem Übergang zwischen zwei Halbleitermaterialien, so muß dafür gesorgt werden, daß bei Bestrahlung der photoempfindlichen Schicht kein störender Photostrom an diesem Übergang auftritt. Dies ist z. B. dadurch erreichbar, daß der photoempfindlichen Schicht eine Stärke und eine Dotierung gegeben wird, bei denen praktisch keine Strahlung die Umgebung des erwähnten Übergangs erreichen kann, und/oder dadurch, daß für die photoempfindliche Schicht ein photoempfindliches Halbleitermaterial verwendet wird, in dem bei Bestrahlung nur Majoritätsladungsträger erzeugt werden, wie z. B. Cadmiumsulfid, denn bekanntlich wird z. B. an einem p-n-Übergang der Photostrom im wesentlichen durch diffundierende Minoritätsladungsträger bedingt.

Man kann vorteilhaft einen Halbleiterkörper und eine Sperrschicht verwenden, die für Strahlung entsprechend wenigstens einem Teil des Wellenlängenbereiches, der durch die spektrale Empfindlichkeit der photoempfindlichen Schicht bedingt wird, praktisch durchlässig sind. Der Halbleiterkörper hat dann ein verbotenes Energieband mit größerer Breite als die Quantenenergie der zu delektierenden Strahlung. Die Möglichkeit einer störenden Photoleitung im Halbleiterkörper wird dabei beschränkt oder vermieden, während die photoempfindliche Schicht auch durch den Halbleiterkörper und die Sperrschicht hindurch bestrahlt werden kann.

Bemerkt wird, daß unter Schichtwiderstand in üblicher Weise der Widerstand einer Materialschicht pro Quadratzentimeter, d.h. der Widerstand zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seiten eines aus der Schicht herausgeschnittenen Vierecks von 1 cm² verstanden wird.

Unter der kapazitiven Wirkung zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleiterkörper wird die zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleiterkörper auftretende Kapazität und die dadurch im Halbleiterkörper erzeugte Raumladung verstanden. Diese Kapazität wird, insbesondere während der Bestrahlung der photoempfindlichen Schicht und durch den auftretenden Spannungsabfall im Halbleiterkörper infolge von Stromdurchgang, pro Oberflächeneinheit der Sperrschicht und in Richtung von einem zum anderen Anschlußkontakt des Halbleiterkörpers gesehen, von Stelle zu Stelle verschieden sein. Dadurch wird die durch die kapazitive Wirkung pro Oberflächeneinheit der Sperrschicht im Halbleiterkörper erzeugte Raumladung gleichfalls in Richtung von einem zum anderen Anschlußkontakt von Stelle zu Stelle verschieden sein.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform eines photoempfindlichen Feldeffekttransistors nach der Erfindung besteht die Steuerelektrode nur aus der mittels der Sperrschicht vom Halbleiterkörper getrennten photoempfindlichen Schicht. Hat die photoempfindliche Schicht im Dunkeln (d.h. wenn die photoempfindliche Schicht nicht bestrahlt wird) einen hohen Schichtwiderstand, so tritt bei Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper in der photoempfindlichen Schicht ein Potentialabfall parallel zur Sperrschicht auf, der praktisch dem in dem an der Sperrschicht angrenzenden Teil des Halbleiterkörpers auftretenden Potentialabfall entspricht. Die Kapazität zwischen der Steuerelektrode (der photoempfindlichen Schicht) und dem Halbleiterkörper ist dann praktisch gleich Null, und es tritt keine kapazitive Wirkung auf. Wird die photoempfindliche Schicht durch Bestrahlung in den leitenden Zustand gebracht, so kann in dieser Schicht praktisch kein Potentialabfall auftreten. Der Potentialabfall in dieser Schicht wird daher sich verringern oder verschwinden, so daß an der Sperrschicht infolge eines bleibenden Potentialabfalls im Halbleiterkörper ein Potentialsprung auftritt, der, in Richtung von einem zum anderen Anschlußkontakt gesehen, von Stelle zu Stelle verschieden sein wird. Durch diesen Potentialsprung tritt zwischen der photoempfindlichen Schicht und dem Halbleiterkörper eine kapazitive Wirkung auf, wobei im Halbleiterkörper eine Raumladung erzeugt und der Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper moduliert wird.

Die photoempfindliche Schicht ist mit einem Anschlußkontakt versehen, wodurch an dieser Schicht eine modulierende Spannung angelegt werden kann, die das Potential der photoempfindlichen Schicht im leitenden Zustand bedingt. Auf diese Weise kann dann die kapazitive Wirkung außerdem noch elektrisch moduliert werden.

Bei einer wichtigen Ausführungsform eines photoempfindlichen Feldeffekttransistors nach der Erfindung ist die photoempfindliche Schicht mit einer Metallschicht bedeckt, die für Strahlung, für welche die photoempfindliche Schicht empfindlich ist, durchlässig sein kann, so daß die photoempfindliche Schicht einfach durch diese Metallschicht hindurch bestrahlt werden kann. Die Metallschicht ist praktisch eine Äquipotentialfläche, und die kapazitive Wirkung zwischen der Steuerelektrode, wenn die photoempfindliche Schicht nicht bestrahlt wird, und den Halbleiterkörper wird praktisch durch die kapazitive Wirkung zwischen der Metallschicht und dem Halbleiterkörper bedingt, wobei die photoempfindliche Schicht und die Sperrschicht als das zwischen den Platten des von der Metallschicht und dem Halbleiterkörper gebildeten Kondensators vorhandene Dielektrikum dienen. Die kapazitive Wirkung ist dabei unter anderem von der gemeinsamen Stärke der photoempfindlichen Schicht und der Sperrschicht abhängig. Es ist einleuchtend, daß die kapazitive Wirkung durch Verringerung der Stärke des Dielektrikums erhöht werden kann. Die Stärke des Dielektrikums kann dadurch herabgesetzt werden, daß die photoempfindliche Schicht durch Bestrahlung in den leitenden Zustand gebracht wird, wobei nur die Sperrschicht noch als Dielektrikum wirkt und die leitende photoempfindliche Schicht zusammen mit der Metallschicht eine der Kondensatorplatten bildet. Die Stärke des Dielektrikums ist dann praktisch auf die Stärke der Sperrschicht beschränkt. Durch Vergrößerung der kapazitiven Wirkung wird im Halb-

leiterkörper Raumladung erzeugt und also der Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper moduliert. Die Metallschicht kann, wenn die Sperrschicht von einer Isolierschicht gebildet wird, sowohl an einer negativen als auch an einer positiven Vorspannung gegenüber dem Halbleiterkörper angelegt werden, wobei im Halbleiterkörper nach Wunsch eine Raumladung in Form eines Erschöpfungsbereiches oder eines Anreicherungsbereiches erzeugt werden kann. Bemerkt wird, daß bei den oben besprochenen bekannten photoempfindlichen Feldeffekttransistoren mit Hilfe von Strahlung nur Raumladung in Form eines Erschöpfungsbereiches erzeugt werden kann. Naturgemäß muß die photoempfindliche Schicht eine ausreichend große Stärke gegenüber der Sperrschicht haben, um durch Bestrahlung dieser Schicht eine ausreichend große Änderung der kapazitiven Wirkung zum Modulieren des Stromdurchganges durch den Halbleiterkörper erzielen zu können.

Die Erfindung wird an Hand einiger in den Zeich- _ao nungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines photoempfindlichen Feldeffekttransistors nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Transistor nach F i g. 1 gemäß der Linie H-II,

F i g. 3 einen Querschnitt des Transistors nach F i g. 1 gemäß der Linie ΙΙΙ-ΙΠ, und

F i g. 4 und 5 zeigen Strom-Spannungs-Kurven bezüglich zwei verschiedener Ausführungsbeispiele von photoempfindlichen Feldeffekttransistoren nach der Erfindung.

Die F i g. 1, 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines photoempfindlichen Feldeffekttransistors mit einem Halbleiterkörper 4 mit zwei Anschlußkontakten 2 und 3, über die durch den Halbleiterkörper 4 ein elektrischer Strom geleitet werden kann. Dieser Strom kann mit Hilfe von Strahlung 9 und einer zwischen den Kontakten 2 und 3 am Halbleiterkörper 4 angebrachten Steuerelektrode 8 gesteuert werden. Nach der Erfindung ist die Steuerelektrode eine mittels einer Sperrschicht 7 vom Halbleiterkörper 4 getrennte photoempfindliche Schicht 8 mit einem Dunkelwiderstand und einer Stärke, bei denen bei Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper 4 und dem dabei in diesem Körper auftretenden Potentialabfall in der photoempfindlichen Schichte, wenigstens in dem an der Sperrschicht 7 angrenzenden Teil der Schicht 8 und praktisch parallel zur Sperrschicht 7 ein Potentialabfall auftritt, der durch Vergrößerung der Leitfähigkeit der photoempfindlichen Schicht 8 durch Bestrahlung mit Strahlung 9 verringert werden kann, wobei infolge der sich ändernden kapazitiven Wirkung zwischen der Steuerelektrode 8 und dem Halbleiterkörper 4 wenigstens stellenweise eine zunehmende Raumladung im Halbleiterkörper 4 erzielt werden kann, wodurch der Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper 4 moduliert wird.

Die Steuerelektrode besteht bei einem einfachen Ausführungsbeispiel nur aus der mittels der Sperrschicht 7 vom Halbleiterkörper 4 getrennten photoempfindlichen Schichte.

Der photoempfindliche Feldeffekttransistor nach den Fig. 1, 2 und 3 kann wie folgt aufgebaut sein.

Auf einer Glasplatte 1 mit Abmessungen von etwa 2,5 · 3 mm sind die Anschlußkontakte 2 und 3 angebracht, die z. B. aus dünnen Goldschichten mit einer Stärke von je 200 bis 300 A bestehen. Die Anschlußkontakte 2 und 3 haben je einen praktisch rechtwinklig freiliegenden Teil von etwa 1 · 1 mm² für Kontaktzwecke und einen streifenförmigen Teil, auf dem der Halbleiterkörper 4 angebracht ist. Zwischen diesen streifenförmigen Teilen der Anschlußkontakte 2, 3 besteht ein Spalt 5 mit einer Breite von etwa 10 μΐη. Der Spalt 5 wird in F i g. 1 annähernd durch die gestrichelten Linien begrenzt. Die Anschlußkontakte 2 und 3 werden dadurch erzielt, daß die Glasplatte 1 durch Aufdampfen mit einer Goldschicht bedeckt und anschließend das gewünschte Muster für die Kontakte 2 und 3 in üblicher Weise mit Hilfe eines photoerhärtenden Lacks und eines Ätzmittels angebracht wird.

Der Halbleiterkörper 4 besteht z. B. aus einer Zinnoxydschicht mit etwa 10¹⁸ freien Elektronen pro Kubikzentimeter und Abmessungen von etwa 1 mm · 1 mm · 0,1 μΐη. Die Zinnoxydschicht 4 kann auf übliche Weise durch Aufdampfen aufgebracht sein.

Auf den Halbleiterkörper 4 ist eine Sperrschicht in Form einer elektrisch isolierenden Schicht 7 aus Siliziumoxyd mit einer Stärke von etwa 0,1 μπι aufgebracht. Diese Schicht kann auf eine in der HaIbleitertechnik übliche Weise durch Aufdampfen aufgebracht sein, ebenso wie die auf der Sperrschicht 7 liegende photoempfindliche Schicht 8, die im vorliegenden Beispiel aus Kadmiumsulfid mit einer Konzentration an Kupferatomen von etwa 3 · 10¹⁸ pro Kubikzentimeter und einer Konzentration an Chloratomen von etwa 3 · 10¹⁸ pro Kubikzentimeter besteht. Die Kadmiumsulfidschicht 8 ist etwa 2 μΐη stark und hat einen spezifischen Widerstand im Dunkeln von etwa 10¹² Ohm/cm, d. h. einen Schichtwiderstand im Dunkeln von 0,5 · 10¹⁶ Ohm.

Wie aus den F i g. 1 und 3 ersichtlich ist, ragen die Isolierschicht 7 und die photoempfindliche Schicht 8 an einer Seite aus dem Halbleiterkörper 4 heraus. Dies ist nicht notwendig, aber aus dem Grunde gemacht, um in einfacher Weise einen mit der photoempfindlichen Schichte verbundenen Anschlußkontakt 12 anbringen zu können, was nachfolgend noch näher besprochen werden wird.

Die photoempfindliche Kadmiumsulfidschicht 8 ist für Strahlung 9 mit etwa im Bereich von 3500 bis 900A liegenden Wellenlängen, insbesondere für Strahlung 9 mit etwa im Bereich von 5000 bis 8500 A liegenden Wellenlängen photoempfindlich. Vorzugsweise wird nur der oberhalb des Spaltes 5 liegende Teil der photoempfindlichen Schicht 8 bestrahlt, wobei die übrigen Teile der photoempfindlichen Schicht 8 mit z. B. einer schwarzen Lackschicht bedeckt sein können. (In den Figuren nicht dargestellt.) Die photoempfindliche Schichte kann auch durch die Glasplatte 1, den Halbleiterkörper 4 und die Isolierschicht 7 hindurch bestrahlt werden, da diese für Strahlung mit etwa im Bereich von 3500 bis 8500A liegenden Wellenlängen durchlässig sind. Dies kann vorteilhaft sein, wenn auf die photoempfindliche Schicht 8 eine Metallschicht aufgebracht ist, da diese Metallschicht dann nicht durchlässig zu braucht.

Ein photoempfindlicher Feldeffekttransistor nach den F i g. 1 und 2 kann z. B. für grünes Licht ein bei einer Betriebsspannung von 3 V zwischen den Elektroden 2 und 3 eine Empfindlichkeit von etwa 10¹⁰ Amp./Lumen haben. Dies ist eine beträchtlich

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größere Empfindlichkeit als die der eingangs be- ten Teil 12 und einem auf der photoempfindlichen schriebenen bekannten photoempfindlichen Feld- Schicht 8 liegenden und mit ihr Kontakt machenden effekttransistoren, welche eine Empfindlichkeit von Teil 14, der in der Draufsicht nach Fig. 1 praktisch etwa 100 Amp./Lumen haben können. bis zum Spalt 5 reicht, der durch gestrichelte Linien

In Fig. 4 ist für verschiedene Intensitäten der 5 dargestellt ist (s. für den Spalt 5 auch Fig. 2). Strahlung 9 der durch den Halbleiterkörper 4 fließen- Bei einer wichtigen Ausführungsform eines photo-

den Strom ζ in beliebigen Einheiten gegen die Span- empfindlichen Feldeffekttransistors nach der Erfinnung V zwischen den Kontakten 2 und 3, gleichfalls dung besitzt die Steuerelektrode eine auf der photoin beliebigen Einheiten, abgetragen. Die Kurve α ist empfindlichen Schicht angebrachte Metallschicht, praktisch eine Gerade und ist gemessen bei Abwesen- io Diese Ausführungsform kann die gleiche Konstrukheit der Strahlung 9. Die Kurven b, c und d sind bei tion haben wie die, welche bereits an Hand der zunehmenden Intensitäten der Strahlung 9 gemessen. F i g. 1, 2 und 3 besprochen wurde, ausgenommen, Bemerkt wird, daß bei großen Strahlungsintensitäten daß die in diesen Figuren durch gestrichelte Linien die Kurven der Fig. 4 einander näher liegen als bei dargestellte Metallschicht 15 auf der photoempfindkleinen Intensitäten der Strahlung 9. 15 liehen Schicht 8 angebracht ist. Die Metallschicht 15

Bei Beleuchtung der photoempfindlichen Schicht 8 liegt oberhalb des Spaltes 5 (s. F i g. 2) und fällt in verringert sich der Strom im Halbleiterkörper 4 zwi- der Draufsicht nach F i g. 1 mit dem Spalt 5 zusamschen den Kontakten 2 und 3. Dies läßt sich wie men. Die Metallschicht 15 erstreckt sich vorzugsfolgt einsehen: weise nicht oberhalb der Kontakte 2 und 3, um die

Wird die photoempfindliche Schicht nicht bestrahlt 20 Möglichkeit von Störkapazitäten zu beschränken. Die und der Kontakt 3 z. B. positiv gegenüber dem Kon- Metallschicht 15 kann einfach ein Verlängerungstakt 2 vorgespannt, so tritt im Halbleiterkörper 4 stück des Anschlußkontaktes 12 sein, infolge von Stromdurchgang ein Potentialabfall auf. Die photoempfindliche Schicht 8 kann in diesem

Infolge des hohen Schichtwiderstandes der photo- Fall durch die Glasplatte 1, den Halbleiterkörper 4 empfindlichen Schicht 8 wird in dieser Schicht parallel 25 und die Sperrschicht 7 hindurch, die praktisch durchzur Sperrschicht 7 praktisch der gleiche Potential- lässig sind für Strahlung entsprechend dem durch die abfall auftreten. An der Sperrschicht 7 tritt dann spektrale Empfindlichkeit der photoempfindlichen praktisch kein Potentialsprung auf, so daß keine Schicht 8 bedingten Wellenlängenbereich, mit Strahkapazitive Wirkung eintreten kann. Wird nun die lung IO bestrahlt werden.

photoempfindliche Schicht durch Bestrahlung leitend, 30 Die Metallschicht 15 kann an eine Vorspannung so wird der Potentialabfall in dieser Schicht ab- gelegt werden. Es tritt zwischen der Metallschicht 15 nehmen oder verschwinden, während der Potential- und dem Halbleiterkörper 4 eine kapazitive Wirkung abfall im Halbleiterkörper 4 aufrechterhalten wird. auf, die durch das Potential der Kontakte 2 und 3 Die Schicht 8 wird dann ein zwischen den Poten- und der Metallschicht 15 und, falls die photoempfindtialen der Kontakte 2 und 3 liegendes Potential an- 35 liehe Schicht nicht bestrahlt wird, durch die gemeinnehmen, wobei, da der Halbleiterkörper 4 η-Typ same Stärke der photoempfindlichen Schichte und Leitfähigkeit hat, beim Kontakt 3 ein Erschöpfungs- der Sperrschicht 7 bedingt wird. Die Metallschicht 15 bereich im Halbleiterkörper 4 entsteht, wodurch der und der Halbleiterkörper können dabei als die Platten Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper 4 be- eines Kondensators angesehen werden, wobei die schränkt wird. Es ist möglich, daß gleichzeitig beim 4° Schichten 7 und 8 das dazwischenliegende Dielektrikum Kontakt 2 ein Anreicherungsbereich entsteht, aber bilden. Wird die photoempfindliche Schicht 8 durch dessen Einfluß ist gering gegenüber dem des Erschöp- Bestrahlung leitend, so bilden die Metallschicht 15 fungsbereiches. und die photoempfindliche Schicht 8 gemeinsam eine

Während der Bestrahlung der photoempfindlichen der Kondensatorplatten, wobei das Dielektrikum auf Schicht 8 wird die kapazitive Wirkung zwischen die- 45 die Sperrschicht 7 beschränkt wird. Die Stärke des ser Schicht und dem Halbleiterkörper durch eine Dielektrikums kann durch Bestrahlung also von der möglichst dünne Sperrschicht 7 günstig beeinflußt. gemeinsamen Stärke der Schichten 7 und 8 auf nur Die Sperrschicht 7 wird so dünn wie möglich gewählt. die Stärke der Schicht 7 reduziert werden, was eine Besonders dünne Isolierschichten mit einer Stärke beträchtliche Abnahme der Stärke des Dielektrikums von 50 bis 100 A können z. B. dadurch erzielt wer- 5° bedeutet, wodurch die kapazitive Wirkung des Konden, daß auf den Halbleiterkörper 4 eine Schicht aus densators stark zunimmt und folglich der Strom durch einem Monomeren eines organisch polymeren Kunst- den Halbleiterkörper stark moduliert werden kann. Stoffs (Kunststoffschicht) aufgedampft wird, die unter Es ist einleuchtend, daß für beträchtliche Modu-Elektronenbombardement polymerisiert wird. lation die Stärke der photoempfindlichen Schicht 8

Die Steuerelektrode kann vorteilhaft mit einem mit 55 groß sein muß gegenüber der der Sperrschicht 7. der photoempfindlichen Schichte verbundenen An- Ist z.B. der Kontakt 3 positiv, gegenüber dem

schlußkontakt 12 versehen sein. Durch das Anlegen Kontakt 2 vorgespannt und wird die Metallschicht 15 dieses Anschlußkontaktes an eine einstellbare Span- mit dem Kontakt 2 durchverbunden oder negativ nungsquelle kann man das Potential, welches die gegenüber dem Kontakt 2 vorgespannt, so wird im photoempfindliche Schicht 8 während der Bestrahlung ^6o η-Typ Halbleiterkörper 4 durch Bestrahlung ein sich annimmt, einstellen und/oder modulieren, wodurch erweiternder Erschöpfungsbereich entstehen. In die im Halbleiterkörper 4 erzeugte Raumladung und F i g. 5 ist für verschiedene Intensitäten der Strahlung der Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper 10 der durch den Halbleiterkörper fließende Strom i elektrisch moduliert werden können. in beliebigen Einheiten gegen die Spannung V zwi-

Der Anschlußkontakt 12 kann z.B. eine auf- ⁶5 sehen den Kontakten 2 und 3, gleichfalls in beliebigen gedampfte Goldschicht mit einer Stärke von etwa Einheiten, aufgetragen (der Kontakt 3 ist positiv A sein. Der Kontakt besteht aus einem auf der gegenüber dem Kontakt 2 vorgespannt) für den Fall, Glasplatte 1 liegenden, für Kontaktzwecke bestimm- daß die Metallschicht 15 mit dem Kontakt 2 durch-

verbunden ist, d. h. die Metallschicht 15 und der Kontakt 2 das gleiche Potential haben. Die Kurve A ist bei Abwesenheit der Strahlung 10 erzielt. Die Kurven B, C und D sind bei zunehmenden Intensitäten der Strahlung 10 erzielt. Bemerkt wird, daß bei großen Intensitäten der Strahlung 10 die Kurven der Fig. 5 einander näher liegen als bei kleinen Intensitäten der Strahlung 10. Wird die Metallschicht 15 gegenüber dem Kontakt 2 negativ vorgespannt, so entstehen einander näher liegende Kurven für die gleiche Intensitäten, bei denen die Kurven- bis D erzielt sind. Dies bedeutet eine abnehmende Empfindlichkeit. Wird die Metallschicht 15 gegenüber dem Kontakt 2 positiv vorgespannt (aber mit einem negativen Potential gegenüber dem Kontakt 3), so ent- ig stehen weiter voneinander liegende Kurven, was höhere Empfindlichkeit bedeutet. Wird die Metallschicht 15 gegenüber dem Kontakt 2 positiv vorgespannt, wobei der Spannungsunterschied zwischen der Metallschicht 15 und dem Kontakt 2 größer ist als der zwischen den Kontakten 2 und 3, so entsteht durch Bestrahlung kein Erschöpfungsbereich. In diesem Fall entsteht ein Anreicherungsbereich, mit dem der Strom durch den Halbleiterkörper 4 moduliert werden kann. Wünscht man mittels eines Anreicherungsbereiches zu modulieren, so ist es aber vorteilhaft, einen Halbleiterkörper 4 mit einem höheren spezifischen Widerstand zu verwenden als der der hier verwendeten Zinnoxydschicht 4.

Die Metallschicht 15 kann durchlässig gewählt sein, so daß die photoempfindliche Schicht 8 von oben her mit Strahlung 9 bestrahlt werden kann. Dies kann bei der Wahl der Materialien für den Halbleiterkörper 4 und die Sperrschicht 7 vorteilhaft sein, da diese dann nicht für die Strahlung 10 durchlässig sein müssen. Die Metallschicht 15 kann z. B. wegen ihrer geringen Stärke oder wegen einer rasterf örmigen Ausbildung lichtdurchlässig sein.

Bemerkt wird, daß die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. So kann in Fällen, in denen die photoempfindliche Schicht unmittelbar oder über eine auf diese Schicht aufgebrachte Metallschicht bestrahlt wird, die Sperrschicht aus einer undurchlässigen Isolierschicht, z. B. einer schwarzen Lackschicht bestehen, um die Gefahr einer störenden Photoleitung im Halbleiterkörper zu beschränken. Auch sind andere als die erwähnten Materialien für den Halbleiterkörper und die photoempfindliche Schicht verwendbar. So kann die photoempfindliche Schicht z. B. aus Kadmiumselenid bestehen. Weiter kann die photoempfindliche Schicht unmittelbar auf den Halbleiterkörper aufgebracht sein, wobei die Sperrschicht vom Übergang zwischen den Materialien der photoempfindlichen Schicht und des Halbleiterkörpers gebildet wird. Dieser Übergang kann ein Übergang zwischen Materialien mit verschiedener Breite des verbotenen Energiebandes und/oder ein p-n-Übergang sein, der beim Betrieb in der Sperrichtung vorgespannt werden kann. Der Halbleiterkörper kann dabei z. B. aus Germanium und die photoempfindliche Schicht aus Galliumphosphid bestehen. Durch geeignete Wahl der Stärke und der Dotierung der photoempfindlichen Schicht kann dabei das Auftreten eines störenden Photostromes über den Übergang vermieden werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Photoempfindlicher Feldeffekttransistor mit einem Halbleiterkörper, bei dem ein zwischen zwei Anschlußkontakten fließender Strom durch Strahlung und eine zwischen den Anschlußkontakten angebrachte Steuerelektrode moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (8) eine durch eine Isolier- oder Sperrschicht (7) vom Halbleiterkörper (4, 5) getrennte, photoempfindliche Schicht (8) mit einem solchen Dunkelwiderstand und einer derartigen Dicke enthält, daß bei Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper (4, 5) und dem dabei im Halbleiterkörper (5) auftretenden Potentialabfall in dem an die Isolier- oder Sperrschicht (7) angrenzenden Teil der photoempfindlichen Schicht (8) parallel zur Isolier- oder Sperrschicht (7) ein Potentialabfall auftritt, der durch Erhöhung der Leitfähigkeit der photoempfindlichen Schicht (8) durch Bestrahlung herabgesetzt wird, ohne daß ein Photostrom über die Isolieroder Sperrschicht (7) fließt.

2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (7) aus einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen dem Halbleiterkörper (4) und der photoempfindlichen Schicht (8) besteht.

3. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (4) und die Sperrschicht (7) für Strahlung durchlässig sind, die wenigstens einem Teil des durch die spektrale Empfindlichkeit der photoempfindlichen Schicht (8) bedingten Wellenlängenbereiches entspricht.

4. Feldeffekttransistor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (8) nur aus der durch die Sperrschicht (7) vom Halbleiterkörper (4) getrennten photoempfindlichen Schicht besteht.

5. Feldeffekttransistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (8) mit einem mit der photoempfindlichen Schicht verbundenen Anschlußkontakt (12) versehen ist.

6. Feldeffekttransistor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (8) eine auf die photoempfindliche Schicht aufgebrachte Metallschicht (15) umfaßt.

7. Feldeffekttransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (15) für Strahlung durchlässig ist, für die die photoempfindliche Schicht (8) empfindlich ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1276 269.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen