DE1261252B - Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE1261252B DED48616A DED0048616A DE1261252B DE 1261252 B DE1261252 B DE 1261252B DE D48616 A DED48616 A DE D48616A DE D0048616 A DED0048616 A DE D0048616A DE 1261252 B DE1261252 B DE 1261252B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
HOIl
Deutsche Kl.: 21 g - 41/00
Nummer: 1261252
Aktenzeichen: D 48616 VIII c/21 g
Anmeldetag: 10. November 1965
Auslegetag: 15. Februar 1968
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement aus Antimon und einem Zusatzstoff aus der Gruppe VI des Periodischen Systems und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es ist bekannt, daß ein Stibnit-Kristall, also ein aus Antimon und Schwefel bestehender Körper, als Halbleiterschaltelement verwendet werden kann, wenn der Anteil an Antimon das stöchiometrische Mischungsverhältnis um 1%, vorzugsweise mehr als 1,5%, übersteigt. Ein solches Schaltelement schaltet bei Belastung durch eine Feldstärke von mehr als 1000 V/cm von einem hochohmigen Zustand in der Größenordnung von 109 Ohm · cm in einen niederohmigen Zustand der Größenordnung von 104 Ohm · cm um und wird durch eine Wärmebehandlung, die auch durch einen elektrischen Impuls hervorgerufen sein kann, wieder zurückgeschaltet. Man hielt einen Antimon-Mehranteil von mindestens 1 % für unbedingt erforderlich, da andernfalls eine ao Umschaltfeldstärke von mehr als 106 V/cm benötigt werde, die in der Praxis nicht zur Verfügung stände. Der genau einzuhaltende Mehranteil von Antimon ist natürlich nachteilig. Es ist ein sehr kompliziertes Herstellungsverfahren erforderlich, das mit einem genauen Abwägen der Mischungsbestandteile beginnt und voraussetzt, daß während des gesamten Herstellungsprozesses im ganzen Halbleiterkörper ein konstantes Mischungsverhältnis aufrechterhalten bleibt, damit nicht an einer Stelle, die später einmal im zu schaltenden Strompfad liegt, versehentlich dieser Mehranteil fehlt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches, bistabiles Halbleiterschaltelement der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem man nicht so genau auf das Mischungsverhältnis zu achten hat.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterschaltelement in Richtung der angelegten Feldstärke eine Dicke von höchstens 1 mm, Vorzugsweise weniger als 200 μ, hat.
Bei einer solchen Ausgestaltung dürfen bei irgendwelchen Teilen des Strompfades das Antimon und der Zusatzstoff auch etwa im stöchiometrischen Mischungsverhältnis vorliegen. Insbesondere kann sogar das ganze Halbleiterschaltelement so aufgebaut sein, daß das Antimon und der Zusatzstoff etwa im stöchiometrischen Mischungsverhältnis vorhanden sind. Der hier betrachtete Bereich soll den gesamten bisher ausgeschlossenen Bereich bis zu einem Antimonmehranteil von l°/o umfassen. Es kommt aber auch ein rein stöchiometrisches Mischungsverhältnis Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies
Halbleiterschaltelement und Verfahren
zu seiner Herstellung
Anmelder:
Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark)
Vertreter:
Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,
6000 Frankfurt 1. Kühhornshofweg 10
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Ib Knud Kristensen,
Langes0, Nordborg (Dänemark)
mit den in der Praxis nicht zu vermeidenden Störstellen in Frage.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die in der Literatur angegebene Umschaltfeldstärke von mehr als 106 V/cm für ein Halbleiterschaltelement, das im stöchiometrischen Mischungsverhältnis zusammengesetzt ist, auf einer Fehlinterpretation beruht und vermutlich auf einen Temperaturstöreinfluß zurückzuführen ist. Sorgt man durch die geringe Dicke des Halbleiterschaltelements dafür, daß beim Ansteigen der Feldstärke nicht gleichzeitig eine wesentlicheTemperaturerhöhungauftrit^steigtdieUmschaltfeldstärke nicht höher als etwa 4,5 · 10* V/cm. Eine solche Feldstärke läßt sich in der Praxis ohne Schwierigkeiten erzeugen, wenn ein entsprechend dünnes Halbleiterschaltelement benutzt wird, wie es bereits aus Gründen der Temperaturkonstanz gewählt worden ist. Außerdem hat die geringe Schichtdicke den Vorteil, daß der Durchgangswiderstand im niederohmigen Zustand entsprechend gering ist, was für viele Anwendungszwecke vorteilhaft ist.
Das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement kann aus den bekannten Mischungsbestandteilen Antimon und Schwefel bestehen. Es ist aber auch möglich, ein Element mit etwas anderen Eigenschaften aus Antimon und Selen aufzubauen. Mit Selen ergeben sich unter sonst gleichen Verhältnissen niedrigere Umschaltfeldstärken als mit Schwefel. Außerdem liegt der Schmelzpunkt von Selen (220° C) über demjenigen von Schwefel (119° C). Dies ergibt eine höhere Beständigkeit des Systems Antimon—Selen und wegen des geringen Dampfdrucks des Selens auch einfachere Herstellungsmöglichkeiten.
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eines unterhalb dieser Elektrode 3 liegenden Strompfades in den niederohmigen Zustand. Dieser Zustand wird beibehalten, auch wenn die betreffende Zuleitung 4 wieder von der Spannungsquelle abgeschaltet wird. Es kann jedoch ein Zurückschalten in den hochohmigen Zustand erfolgen, wenn der betreffende Strompfad auf ein höheres Temperaturniveau, z, B. durch einen starken hindurchfließenden Strom, gebracht wird.
Für die Herstellung des dünnen Halbleiterschaltelements kommen auch andere Verfahren in Frage, beispielsweise das Herstellen eines einzelnen Kristalls, von dem dünne Scheiben abgeschnitten und beidseitig mit Elektroden belegt werden, das Aufschmelzen
Ein besonders vorteilhafter Anwendungszweck ist die Herstellung eines Dünnschichtspeichers. Hierzu wird eine dünne Schicht des Halbleitermaterials auf eine gemeinsame Elektrode aufgebracht μηα auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Vielzahl von Einzelelektroden versehen. Da immer nur ein unterhalb der jeweiligen Einzelelektrode liegender Pfad umgeschaltet wird, kann eine durchgehende Schicht für eine Vielzahl von einzelnen Speicherelementen benutzt werden. Die geringe Schichtdicke ermöglicht es, mit geringen Leistungen zu arbeiten und die Speicherwerte schnell ein- und auszulesen. Unter einer geringen Schichtdicke werden hierbei vorzugsweise Werte von weniger als 100 μ verstanden.
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, das 15 einer dünnen Schicht auf eine Elektrode u. dgl. m.
Halbleiterschaltelement mit Mitteln zur verstärkten
Wärmeabfuhr zu versehen. Hierzu rechnet beispielsweise eine Elektrode aus gut wärmeleitendem Material, die jjine größere Querschnittsfläche besitzt als
das anliegende Halbleiterelement. Je besser die 20
Wärmeabfuhr ist, um so größer kann die Schichtdicke des Halbleiterschaltelements gewählt werden.
Ein besonders einfaches Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Antimon und der Zusatzstoff durch Kathodenzerstäubung auf eine Elektrode aufgetragen werden und eine Wärmebehandlung zur Erzielung eines kristallinen Zustandes erfolgt. Die Wärmebehandlung kann beispielsweise durch einen Stromimpuls oder durch äußere Temperatureinflüsse vorgenommen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmebehandlung lediglich im Bereich des später gewünschten Strompfades erfolgt, weil dann außerhalb des oder der Strompfade ein Material sehr hohen Widerstandes verbleibt, so daß man auf engem Raum viele Stromwege nebeneinander unterbringen kann. Der die Wärmebehandlung bewirkende Stromimpuls kann hierbei direkt durch die für den Betrieb vorgesehenen Elektroden zugeführt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Schaltelement veranschaulicht, welches als Speicher dient.
Auf einer großen Metallelektrode 1 ist eine beispielsweise durch Kathodenzerstäubung erzeugte Schicht 2 aus einem etwa stöchiometrischen Gemisch von Antimon und Selen aufgetragen. Die Schichtdicke d beträgt 100 μ. Auf dieser Schicht 2 sind Einzelelektroden 3 mit entsprechenden Zuleitungen 4 angebracht. Die Elektrode 1 ist mit einer Zuleitung S verbunden, die dauernd an einem Pol einer Spannungsquelle liegt. Die Zuleitungen 4 können wahlweise an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen werden. Die Schicht ist zunächst amorph und wird dann durch einen Stromimpuls unterhalb der Elektroden 3 in einen kristallinen Zustand umgewandelt.
Sobald eine der Zuleitungen 5 mit der Spannungsquelle verbunden worden ist, entsteht unter der zugehörigen Elektrode 3 in der Schicht 2 ein elektrisches Feld. Wenn dieses Feld die Durchbruchfeldstärke überschreitet, erfolgt ein Umschalten innerhalb

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement aus Antimon und einen? Zusatz aus der Gruppe VI des Periodischen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß das Element in Richtung der angelegten Feldstärke eine Dicke von höchstens 1 mm, Vorzugs' weise weniger als 200 μ hat.
2. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antimon und der Zusatzstoff etwa im stöchiometrischen Mischungsverhältnis vorliegen.
3. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Antimon und Schwefel besteht.
4. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Antimon und Selen besteht.
5. Halbleiterschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünne Schicht des Halbleitermaterials auf einer gemeinsamen Elektrode ausgebreitet und auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Vielzahl von Einzelelektroden besetzt ist.
6. Halbleiterschaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Mitteln zur verstärkten Wärmeabfuhr versehen ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterschaltelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Antimon und der Zusatzstoff durch Kathodenzerstäubung auf eine Elektrode aufgetragen werden und eine Wärmebehandlung zur Erzielung eines kristallinen Zustandes erfolgt.
8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterschaltelements nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung lediglich im Bereich des später gewünschten Strompfades erfolgt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 622 534;
USA.-Patentschriften Nr. 2 816 228, 2 968 014;
»Solid State Abstracts«, Vol. 2, N. 4, Ref. Nr. 10 998.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 508/279 2.68 © Bundesdruckerei Berlin
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