DE1291835B

DE1291835B - Flaechentransistor

Info

Publication number: DE1291835B
Application number: DEG11972A
Authority: DE
Inventors: Saby John Sanford
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1952-06-14
Filing date: 1953-06-12
Publication date: 1969-04-03
Also published as: DE1291834B; NL299567A; GB738216A; US2999195A

Description

Bei einem bekannten Flächentransistor mit einem Halbleiterplättchen des einen Leitfähigkeitstyps sind durch Eindiffusion von den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bewirkendem Verunreinigungsmaterial durch die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterplättchens eine an der einen dieser beiden Oberflächen liegende Emitterzone und eine an der anderen dieser beiden Oberflächen liegende Kollektorzone gebildet.
Es ist auch ein Transistor bekannt, dessen an dem Basiskörper befestigte Basiselektrode die Emitterzone längs ihres Umfangs umgibt. Dieser Transistor weist ferner einen Basiskörper in der Form eines Halbleiterpiättchens,dds einen Leitungstyps auf. An der einen der beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterplättchens ist die Emitterelektrode befestigt, an der anderen der beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterplättchens ist die Kollektorelektrode befestigt. Zwischen jeder dieser beiden Elektroden einerseits und dem Basiskörper des einen Leitungstyps andererseits soll sich eine Zone des zum Basiskörper entgegengesetzten Leitungstyps und deshalb auch ein pn-übergang befinden.
Die Erfindung betrifft einen Flächentransistor mit einem Basiskörper in Form eines Halbleiterplättchens des einen Leitungstyps, in dem durch Eindiffusion. von den entgegengesetzten Leitungstyp bewirkendem Verunreinigungsmaterial durch die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterplättchens eine sich an der einen dieser beiden Oberflächen befindende Emitterzone und eine sich an der anderen dieser beiden Oberflächen befindende,- der Emitterzone gegenüberliegende Kollektorzone gebildet sind und an dem eine die Emitterzone umgebende Basiselektrode befestigt ist.
Es ist bekannt, bei einem Transistor mit auf derselben Seite des Halbleiterplättchens liegender Emitterzone, Kollektorzone und Basiselektrode die Anordnung so zu treffen, daß die der aufgesetzten Schneide eines meißelartig zugespitzten Emitterdrahtes entsprechende @ elliptische Emitterkontäktfläche mit der Ellipsenhauptachse parallel zu dem geraden Basiselektrodeuxand-dicht neben dem Rand der Basiselektrode'liegt,- während die Kollektorelek= trode auf der anderen Seite des Emitterdrahtes angeordnet ist.
Dies hat den Nachteil, daß der Einfluß des Potentials der Basiselekttode':aüf die Ladungsträger in den einzelnen Bereichen der Emitterzone mit zunehmendem Abstand dieser Bereiche von der Basiselektrode abnimmt. Das hat zur Folge, daß die Stromdichte des vom Emitter zum Kollektor fließenden Stroms ungleichmäßig über. die. Emitter-pn-Übergangsfläche verteilt ist.
Wenn es gelingt, den Strom gleichmäßiger über die Emitter-pn-Übergangsfläche zu verteilen, da dort die Stromstärke wegM;, des zusätzlichen Basisstroms größer ist als der Strom über die Kollektor-pn-übergangsfläche, ist es möglich, den Transistor mit einem höheren Nennstrom zu betreiben. Dabei soll das Verhältnis von Kollektorstrom zu Basisstrom, nämlich die Stromverstärkung, nicht beeinträchtigt werden.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die Gleichmäßigkeit der Steuerwirkung über die ganze Fläche der Emitter- und Kollektorzone zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Flächentransistor der eingangs angegebenen Bauart eine oder mehrere langgestreckte Emitterzonen aufweist und die -Basiselektrode zwei oder mehrere langgestreckte, an ihrem Kopf über eine Leiter miteinander verbundenen Teile aufweist, die längs der Langseite der Emitterzone (n) liegen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Einfluß des Basiselektrodenpotentials auf die Ladungsträger in der Emitterzone gleichmäßiger über die Emitterpn-übergangsfläche verteilt ist als bei der bekannten Anordnung und daß das Verhältnis von Umfang zu Flächeninhalt -de@ Emitter-pn-übergangsfläche im -Vergleich. mit einen flächengleichen kreisförmigen Ausbildung vergrößert wird; so daß auch die mittleren Bereiche der Emitterzone stärker vom Einfluß der Basiselektrode erfaßt werden.
Der zulässige Nennstrom kann schließlich noch dadurch gesteigert werden, daß die zulässige Stromdichte, die im wesentlichen von der Erwärmung des Halbleitermaterials abhängt, noch dadurch vergrößert wird, daß die Kollektor- und Emitterelektrode je ein Kühlblech aufweisen.
An Hand der.. Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der trfiridüng näher beschrieben.
F i g. 1 und 2 stellen einen Schnitt und eine Ansicht eines Transistors dar, von dem die Erfindung ausgeht; - ' " F i g. 3, 4 und 5 sind Seitenansicht und Draufsicht eines Transistors nach der Erfindung; F i g. 6 und 7 sind Draufsicht und Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Transistors nach der Erfindung.
Um die nachfolgende Beschreibung vön Aüsfüh-;.ungsbeispielen der Erfindung zu vereinfachen, soll angenommen werden, daß das monokristalline Halbleiterplättchen aus n-Germanium besteht, und daß als Akzeptor-Verunreinigung zur Erzeugung der p-Gebiete Indium verwendet wird. Man erkennt jedoch, daß auch n-p-n-Transistoren nach der Erfindung ausgebildet werden können, bei welchen das Germanium p-leitend und -die- Verunreinigung zur .Erzeugung der Emitter- und Kollektorzone ein Do-"nator ist. Außerdem können auch andere Verunreinigungsmaterialien benutzt werden, wenn auch gegenwärtig, Indium ein bevorzugter Akzeptor für die kommerzielle Herstellung ist. -In F i g.1 und 2 ist ein Transistor dargestellt, von dem die Erfindung ausgeht und der ein Halbleiterplättchen 1 aus n-Germanium mit einer Dicke von weniger als 0,1. cm enthält. -Gewöhnlich sind Dicken zwischen 0,0125 und 0,0375 cm zweckmäßig. Auf den beiden Seiten des Halbleiterplättchens 1 werden einander gegenüberliegende p-Zonen 2 und 3 hergestellt, wobei-diege -Gebiete -durch- ein--dümes- Gebiet von n-Germanium.getrennt sind .dessen Dicke für den Fall krdisföimiger p-Zonen erheblich geringer ist als der Durchmesser dieser, kreisförmigen Zonen. Im Fall anderer Formen der durch Diffusion einer Verunreinigung erzeugten Zonen wird die Dicke des ursprünglichen Germanium plättchens mit :der Querabmessung der Zone verglichen: "Däs "Verunreinigungsmaterial wird in das Germanium zur Erzielung der gewünschten Eindringtiefe eindiffundiert. Bei diesem Herstellungsverfahren liegen die p-Zonen unter den Indiumkügelchen 4 und 5, welche nach einem partiellen Eindiffundieren des Indiums in das Halbleiterplättchen bestehenbleiben. Anschlußdrähte 6 und 7 können in das Indium gleichzeitig mit dem Diffusionsvorgang eingelötet werden. Diese Drähte stellen die Zuleitungen für die Emitter- und Kollektorelek trode dar.
Die Basiselektrode 8 hat die Form eines rechteckigen Körpers aus Metall, z. B. Fernico, der mit einer kreisförmigen öffnung versehen ist, welche eine der beiden Elektroden umschließt. Die Basiselektrode 8 ist mit dem Halbleiterplättchen mittels eines Lötmittels 10 verbunden. Es ist zwar nur nötig, einen ohmschen Kontakt zu schaffen, jedoch ist es zweckmäßig, ein Lötmittel zu benutzen, welches die Leitungseigenschaften des Halbleiterplättchens nicht stört, das im vorliegenden Fall n-leitend sein soll. Dementsprechend kann ein Lötmittel, welches eine Donatorverunreinigung, z. B. Antimon, enthält, mit Vorteil benutzt werden.
Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführung eines Flächentransistors wird gemäß der Erfindung dadurch verbessert, daß eine oder mehrere langgestreckte Emitterzonen vorgesehen sind und die Basiselektrode zwei oder mehrere langgestreckte, an ihrem Kopf über einen Leiter miteinander verbundene Teile aufweist, die längs der Langseiten der Emitterzone (n) liegen.
Diese Formgebung hat den Vorteil, daß der elektrische Widerstand zwischen allen Punkten der Emitterzone und der Basiselektrode trotz der Flächenvergrößerung etwa gleich groß ist, was sich durch einfache Vergrößerung der Kreisfläche der Emitterzone nicht erreichen ließe. Außerdem kann ein großer Emitterstrom aufgenommen werden, da die in der Nähe der Basiselektrode liegenden Teile der Emitterzone den Hauptteil des Stromes aufnehmen.
Ferner ist es leicht, eine ausreichende Kühlung für die Emitter- und Kollektorelektrode vorzusehen. Eine Ausführungsform mit Kühlung ist in F i g. 3, dargestellt, bei der eine Kühlfahne in Form einer dünnen Metallscheibe 12 an jedem Verunreinigungskügelchen 4 und 5 vorhanden ist. Diese Metallscheibe 12 sind im Gebiet des Kügelchens eingekerbt, wie bei 13 dargestellt, um die Befestigung durch Löten zu erleichtern. In der Radialrichtung können die Metallscheiben 12 beliebig groß gemacht werden.
In F i g. 4 ist eine Ausführungsform mit Emitter-und Kollektorelektroden 14 und 15 dargestellt, in welcher eine langgestreckte Emitter- und ein langgestreckte Kollektorzone durch Eindiffusion in das Halbleiterplättchen 1 gebildet werden.
In F i g. 6 und 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, in welcher die großflächige Kollektorelektrode 16 durch Eindiffundieren eines Verunreinigungsmaterials in nahezu die ganze Fläche des Halbleiterplättchens 17 hergestellt ist, auf dessen anderer Seite eine Mehrzahl von länglichen Emitterelektroden 18 mit entsprechend langgestreckten Emitterzonen liegen. Zwischen den Emitterelektroden 18 sind mehrere leitende Teile 19 der Basiselektrode vorgesehen, welche über einen Leiter 20 miteinander verbunden sind. Die Teile 19 können aus Fernico bestehen und durch ein Lötmittel 21 unter Beachtung der für die Befestigung der Basiselektrode 9 bei F i g. 1 erwähnten Gesichtspunkte befestigt sein. Die Anordnung nach F i g. 6 und 7 hat eine sehr große Kollektorelektrode, welche leicht entweder durch Kühlfahnen oder durch eine geeignete Flüssigkeit gekühlt werden kann. Da in der Kollektorelektrode 16 am meisten Wärme entwickelt wird, ist die Anordnung nach F i g. 6 und 7 bezüglich der Wärmeabführung sehr vorteilhaft.
Im vorstehenden und in den folgenden Patentansprüchen ist unter dem Eindiffundieren einer Verunreinigung zu verstehen, daß die Verunreinigung in ein bestimmtes Gebiet des Germaniumkristalls bei einer Temperatur eindiffundiert wird, bei welcher das Germanium an sich noch nicht schmilzt, wenn auch ein gewisses Schmelzen des Germaniums im Verunreinigungsgebiet stattfinden kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Flächentransistor mit einem Basiskörper in Form eines Halbleiterplättchens des einen Leitungstyps, in dem durch Eindiffundieren von den entgegengesetzten Leitungstyp bewirkendem Verunreinigungsmaterial durch die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterplättchens eine sich an der einen dieser beiden Oberflächen befindende Emitterzone und eine sich an der anderen dieser beiden Oberflächen befindende, der Emitterzone gegenüberliegende Kollektorzone gebildet sind und an dem eine die Emitterzone umgebende Basiselektrode befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächentransistor eine oder mehrere langgestreckte Emitterzonen (18) aufweist und die Basiselektrode (19, 20) zwei oder mehrere langgestreckte an ihrem Kopf über einen Leiter (20) miteinander verbundene Teile (19) aufweist, die längs der Langseiten der Emitterzone(n) liegen.
2. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektor- und die Emitterelektrode je ein Kühlblech (12) aufweisen.