DE1261252C2 - Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Elektronisches, bistabiles sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE1261252C2 DE1965D0048616 DED0048616A DE1261252C2 DE 1261252 C2 DE1261252 C2 DE 1261252C2 DE 1965D0048616 DE1965D0048616 DE 1965D0048616 DE D0048616 A DED0048616 A DE D0048616A DE 1261252 C2 DE1261252 C2 DE 1261252C2
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Description

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.
Ein besonders vorteilhafter Anwendungszweck ist die Herstellung eines Dünnschichtspeichers. Hierzu wird eine dünne Schicht des Halbleitermaterials auf eine gemeinsame Elektrode aufgebracht und 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. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke weniger als 100 μ.
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, das Halbleiterschaltelement mit Mitteln zur verstärkten Wärmeabfuhr zu versehen. Hierzu rechnet beispielsweise eine Elektrode aus gut wärmeleitendem Material, die eine größere Querschnittsfläche besitzt als das anliegende Halbleiterelement. Je besser die 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 5 verbunden, die dauernd an einem Pol einer Spännungsquelle 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 4 mit der Spannungsquelle verbunden worden ist, entsteht unter der zugehörigen Elektrode 3 in der Schicht 2 ein elekirisches Feld. Wenn dieses Feld die Durchbruchfeldstärke überschreitet, erfolgt ein Umschalten innerhalb 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 einer dünnen Schicht auf eine Elektrode u. dgl. m. ·
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 niederohmigeri Zustand der Größenordnung von Patentansprüche: 104 Ohm · cm um und wird durch eine Wärmebehandlung, die auch durch einen elektrischen Im-
1. Elektronisches, bistabiles, sperrschichtfreies puls hervorgerufen sein kann, wieder zurückgeschaltet. Halbleiterschaltelement aus Antimon und einem 5 Man hielt einen Antimon-Mehranteil von mindestens Zusatzstoff, der ein Element der Gruppe VI des 1 % für unbedingt erforderlich, da andernfalls eine Periodischen Systems ist und mit Antimon eine Umschaltfeldstärke von mehr als 106 V/cm benötigt chemische Verbindung bildet, wobei die Bestand- werde, die in der Praxis nicht zur Verfügung stände, teile etwa im Bereich des stöchiometrischen Mi- Der genau einzuhaltende Mehranteil von Antimon schungsverhältnisses vorliegen, dadurch ge- ίο ist natürlich nachteilig. Es ist ein sehr kompliziertes kennzeichnet, daß wenigstens in Teilen des Herstellungsverfahren erforderlich, das mit einem ge-Strompfades das Antimon und der Zusatzstoff im nauen Abwägen der Mischungsbestandteile beginnt stöchiometrischen Mischungsverhältnis mit einem und voraussetzt, daß während des gesamten Herstel-Mehranteil des Antimon von weniger als 1 % vor- lüngsprozesses im ganzen Halbleiterkörper ein konliegen und daß das Element in Richtung der an- 15 stantes Mischungsverhältnis aufrechterhalten bleibt, gelegten Feldstärke eine Dicke von höchstens damit nicht an einer Stelle, die später einmal im zu 1 mm, vorzugsweise weniger als 200 μ hat. schaltenden Strompfad liegt, versehentlich dieser
2. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, Mehranteil fehlt.
dadurch gekennzeichnet, daß es aus Antimon und Es ist ein bistabiles, sperrschichtfreies Halbleiter-
Schwefel besteht. 20 schaltelement aus Bleichromat od. dgl. bekannt, das
3. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, als Schmelztropfen derart auf einander zugekehrte, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Antimon und eng benachbarte Spitzen zweier Elektroden aufge-Selen besteht. bracht wird, daß sich zwischen den Elektrodenspitzen
4. Halbleiterschaltelement nach einem der An- ein dünner Film bildet. Wegen der geringen Dicke spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 25 des Films erfolgt das Umschalten vom hochohmigen eine dünne Schicht des Halbleitermaterials auf in den niederohmigen Zustand bei relativ kleinen einer gemeinsamen Elektrode ausgebreitet und Spannungen.
auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Viel- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
zahl von Einzelelektroden besetzt ist. elektronisches, bistabiles Halbleiterschaltelement der
5. Halbleiterschaltelement nach einem der An- 30 eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem der sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es Mehranteil des Antimon, bezogen auf das stöchiomit Mitteln zur verstärkten Wärmeabfuhr ver- metrische Mischungsverhältnis wenigstens stellenweise sehen ist. auch weniger als 1 °/o beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter- Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß schaltelementes nach einem der Ansprüche 1 35 wenigstens in Teilen des Strompfades das Antimon bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antimon und der Zusatzstoff im stöchiometrischen Mischungsund der Zusatzstoff durch Kathodenzerstäubung verhältnis mit einem Mehranteil des Antimon von auf eine Elektrode aufgetragen werden und eine weniger als l°/o vorliegen und daß das Halbleiter-Wärmebehandlung zur Erzielung eines kristal- schaltelement in Richtung der angelegten Feldstärke linen Zuständes erfolgt. 4° eine Dicke von höchstens 1 mm, vorzugsweise weniger
7. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter- als 200 μ, hat.
schaltelements nach Anspruch 6, dadurch ge- Bei einer solchen Ausgestaltung dürfen bei irgendkennzeichnet, daß die Wärmebehandlung lediglich welchen Teilen des Strompfades das Antimon und im Bereich des später gewünschten Strompfades der Zusatzstoff auch etwa im stöchiometrischen erfolgt. 45 Mischungsverhältnis vorliegen. Insbesondere kann
sogar das ganze Halbleiterschaltelement so aufgebaut ' ' sein, daß das Antimon und der Zusatzstoff etwa im
stöchiometrischen Mischungsverhältnis vorhanden
sind. Es kommt auch ein rein stöchiometrisches Mi-50 schungsverhältnis mit den in der Praxis nicht zu
vermeidenden Störstellen in Frage.
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches, Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die
bistabiles, sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement in der Literatur angegebene Ümschaltfeidstärke von aus Antimon und einem Zusatzstoff, der ein Element mehr als 106V/cm für ein Halbleiterschaltelement, der Gruppe VI des Periodischen Systems ist und mit 55 das im stöchiometrischen Mischungsverhältnis zuAntimon eine chemische Verbindung bildet, wobei sammengesetzt ist, auf einer Fehlinterpretation bedie Bestandteile etwa im Bereich des stöchiometri- ruht und vermutlich auf einen Temperaturstöreinfluß sehen Mischungsverhältnisses vorliegen, und auf ein zurückzuführen ist. Sorgt man durch die geringe Verfahren zu seiner Herstellung. Dicke des Halbleiterschaltelements dafür, daß beim
Es ist bekannt, daß ein Stibnit-Kristall, also ein 60 Ansteigen der Feldstärke nicht gleichzeitig eine weaus Antimon und Schwefel bestehender Körper, als sentliche Temperaturerhöhung auftritt, steigt die Um-Halbleiterschaltelement verwendet werden kann, schaltfeldstärke nicht höher als etwa 4,5 · 10* V/cm, wenn der Anteil an Antimon das stöchiometrische Eine solche Feldstärke läßt sich in der Praxis ohne Mischungsverhältnis um 1%, vorzugsweise mehr als Schwierigkeiten erzeugen, wenn ein entsprechend 1,5%, übersteigt. Ein solches Schaltelement schaltet 65 dünnes Halbleiterschaltelement benutzt wird, wie es bei Belastung durch eine Feldstärke von mehr als bereits aus Gründen der Temperaturkonstanz gewählt V/cm von einem hochohmigen Zustand in der worden ist. Außerdem hat die geringe Schichtdicke Größenordnung von 109 Ohm · cm in einen den Vorteil, daß der Durchgangswiderstand im
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