DE1299087B - Feldeffekt-Fototransistor - Google Patents

Feldeffekt-Fototransistor

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DE1299087B DE1966S0103725 DES0103725A DE1299087B DE 1299087 B DE1299087 B DE 1299087B DE 1966S0103725 DE1966S0103725 DE 1966S0103725 DE S0103725 A DES0103725 A DE S0103725A DE 1299087 B DE1299087 B DE 1299087B
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Description

effekt-Fototransistor ist damit unmittelbar unter der Oberfläche im Halbleiterkristall ein elektrisch leitender Kanal 6 zwischen den beiden Bereichen 2 und 3 erzeugbar, dessen Leitfähigkeit durch Belichtung infolge inneren Fotoeffekts, d.h. durch Veränderung
Bei Betrieb ist der np-Ubergang I (zwischen c und b) geöffnet, der pn-übergang Π (zwischen b
und a) aber gesperrt. Durch den Halbleiterkörper 35 der"Ladungsträgerkonzentration, variierbar ist. fließt deshalb nur ein kleiner Sperrstrom, verursacht Wegen der gegenüber positiven Löchern im allge-
durch Löcher aus der Kollektorzone a, durch Elek
tronen aus der Basiszone b und durch Elektronen, die aus der Emitterzone c stammen und durch die Basiszone b durchdiffundieren. Belichtet man, z.B. von 40 ■der Emitterseite her (deshalb vorzugsweise ringförmiger Emitterkontakt c'), den Halbleiterkörper mit hinreichend kurzwelligem Licht h v, so entstehen durch inneren Fotoeffekt Elektronen und Löcher; die Löcher sammeln sich in der Basis, die Elektronen im 45 Kollektor. Die Basis wird dadurch positiv aufgeladen, und der Stromdurchfluß vom Emitter durch die Basis zum Kollektor wird erleichtert (als grobe Abschätzung: pro inneren Fotoeffekt, d.h. pro Elektron-Loch-Paar, ergibt sich ein Zusatzstrom von etwa 20 50 bis 50 Ladungsträgern). Gerade durch diesen Zusatzstrom bei Belichtung ergibt sich die hohe Lichtempfindlichkeit, d. h. der Vorteil des Fototransistors gegenüber der Fotodiode. 1 =
Von der belichtenden Strahlung hv wird aber schon 55 2 und 3 = während des Durchgangs durch die Emitterzone c, also noch bevor in der Basiszone b ein innerer Foto- 2' und 3' = effekt ausgelöst wird, ein erheblicher Teil absorbiert. Der Wirkungsgrad ist deshalb noch stark herabgesetzt 2" und 3" = und ließe sich erhöhen, wenn die Strahlungsabsorp- 60 tion vermieden werden könnte. 4 =
Weiterhin ist ein fotoempfindlicher Feldeffekt- 5 =
transistor bekanntgeworden, bei dem die Steuerelektrode als eine fotoempfindliche Schicht mit spezi- 5' = ellem Dunkelwiderstand und spezieller Dicke ausge- 6g bildet ist. Die Wirkungsweise dieses fotoempfindlichen Feldeffekttransistors beruht auf der Erhöhung der Leitfähigkeit der fotoempfindlichen Schicht. 5" =
meinen größeren Beweglichkeit der negativen Elektronen ist vorzugsweise ein p-Halbleiterkristall mit insbesondere eindiffundierten η-Bereichen vorgesehen.
Da die Belichtung durch die lichtdurchlässigen Schichten, die elektrisch leitende und die isolierende, erfolgen soll, ist die Kontaktierung der leitenden Schicht vorzugsweise am Rand der leitenden Schicht vorgesehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Fig. 1 und 2.
In der F i g. 1 ist eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Feldeffekt-Fototransistor angegeben. Es bedeutet
Halbleiterkristall, vorzugsweise p-Typ, entgegengesetzt dotierte Bereiche, vorzugsweise also n-Typ, sperrschichtfreie Elektrodenkontakte dieser Bereiche,
Zuführungen zum Anlegen der Betriebsspannung,
lichtdurchlässige Isolatorschicht, lichtdurchlässige, elektrisch leitende, als Steuerelektrode wirkende Schicht, sperrschichtfreier Elektrodenkontakt der lichtdurchlässigen Schicht 5, vorzugsweise am Rand der leitenden Schicht 5,
Zuführung,
6 = elektrisch leitender Kanal zwischen den
Bereichen 2 und 3 (bei Betrieb), vorzugsweise also n-leitend,
7 = Linse zur Bündelung der belichtenden
Strahlung h v,
8 = Grundplatte mit isolierten Durchfüh
rungen,
9 = Kapsel, vorzugsweise zugleich Halte
rung für die Linse.
IO
Der leitende Kanal 6 wird bei Betrieb infolge des Feldeffekts erzeugt. Die belichtende Strahlung Anfällt, mit Hilfe eines optischen Mittels, z. B. einer Linse 7, gebündelt, durch die lichtdurchlässige, d. h. für h ν nicht absorbierende, leitende und die ebenfalls lichtdurchlässige isolierende Schicht hindurch auf den leitenden Kanal und verändert infolge inneren Fotoeffekts dessen Leitfähigkeit.
Wegen ihrer besonders güstigen optischen und zugleich elektrischen Eigenschaften werden bevorzugt ao folgende Materialien beim Aufbau des Feldeffekt-Fototransistors verwendet:
p-Typ-Halbleiterkristall 1 aus GaAs, Si, Go,
lichtdurchlässige Isolatorschicht 4 aus SiO2, SiO, CaF2 oder Al2O3, *5
elektrisch leitende, lichtdurchlässige Schicht S aus SnO2, In2O3, CdO oder ZnO.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, als Lichtquelle für die belichtende Strahlung hv eine Lumineszenz- bzw. Laserdiode zu verwenden. Diese Lichtquelle kann insbesondere in der Kapsel so montiert sein, daß das erzeugte Licht gebündelt auf den Feldeffekt-Fototransistor fällt; die Kapsel 9 enthält dann isolierte Durchführungen für den elektrischen Anschluß der Diode. Die Bündelung der belichtenden Strahlung kann im Fall einer Lumineszenzdiode durch entsprechende Formgebung der Diodenoberfläche, z. B. durch sogenannte Weierstraß-Geometrie, erzielt werden.
In F i g. 2 ist eine solche Anordnung mit eingekapselter Lumineszenzdiode als Lichtquelle für die belichtende Strahlung hv angegeben. Die Bezeichnungen 1 bis 9 entsprechen denen aus F i g. 1 (die Linse 7 aus Fig. 1 entfällt allerdings); außerdem bedeutet:
10 = Sockel, bevorzugt ringförmig,
11 = η-Zone der Lumineszenzdiode mit
Weierstraß-Geometrie der Oberfläche, 11' = sperrschichtfreier Elektrodenkontakt,
bevorzugt ringförmig,
11" = Zuführung (Pol -),
12 = zentrale p-Zone, bevorzugt einlegiert,
12' = sperrschichtfreier Elektrodenkontakt, 12" = Zuführung (Pol +),
13 = pn-übergang (Lichtquelle).
Der Wirkungsgrad ist besonders groß, wenn die Materialien der Lumineszenzdiode und des Halbleiterkörpers des Feldeffekt-Fototransistors aufeinander abgestimmt sind, z.B. bei einer Kombination einer GaAs-Lumineszenzdiode mit einem p-Si-Grundkörper des Fototransistors.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Feldeffekt-Fototransistors gegenüber den üblichen Fototransistoren besteht vor allem in dem erhöhten Wirkungsgrad, der dadurch bedingt ist, daß die belichtende Strahlung im wesentlichen nur in dem leitenden Kanal merklich, und zwar unter Auslösen des gewünschten inneren Fotoeffekts, absorbiert wird.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Feldeffekt-Fototransistors werden vorteilhaft die beiden gleichartig, vorzugsweise η-dotierten Bereiche 2 und 3 in den entgegengesetzt dotierten Halbleiterkristall 1 eindiffundiert, die Isolatorschicht 4 nach der Planartechnik auf der Oberfläche aufgebracht, die leitende Schicht 5 darauf aufgedampft und die sperrschichtfreien Kontakte durch Legieren hergestellt.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Feldeffekt-Fototransistor mit zwei voneinander räumlich getrennten, sperrschichtfrei kontaktierten, gleichartig dotierten Bereichen in einem entgegengesetzt dotierten Halbleiterkristall, insbesondere nur an der Oberfläche des Halbleiterkristalls, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Kristalls zumindest zwischen den beiden gleichartig dotierten Bereichen eine lichtdurchlässige elektrische Isolatorschicht (4) und auf dieser Schicht eine weitere lichtdurchlässige, elektrisch leitende und sperrschichtfrei kontaktierte, als Steuerelektrode wirkende Schicht (S) angeordnet ist.
2. Feldeffekt-Fototransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Isolatorschicht aus einem Siliziumoxid besteht.
3. Feldeffekt-Fototransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht (5) aus SnO2 besteht.
4. Feldeffekt-Fototransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende, als Steuerelektrode wirkende Schicht (5) am Rand kontaktiert ist.
5. Anordnung mit einem Feldeffekt-Fototransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Belichtung des Halbleiterkristalls zwischen den beiden räumlich getrennten Bereichen durch die elektrisch leitende Schicht und die elektrische Isolatorschicht hindurch eine Lichtquelle, insbesondere Lumineszenz- oder Laserdiode, vorgesehen ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekt-Fototransistors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gleichartig, vorzugsweise η-dotierten Bereiche (2, 3) in den entgegengesetzt, vorzugsweise p-dotierten Halbleiterkristall (1) eindiffundiert, die Isolierschicht (4) nach der Planartechnik auf der Oberfläche aufgebracht, die leitende Schicht (S) darauf aufgedampft und die sperrschichtfreien Kontakte durch Legieren hergestellt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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