DE1261252B - Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
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
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)
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.
809 508/279
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.
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)
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.
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
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Legal Events
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C2 | Grant after previous publication (2nd publication) |