DE1414927A1 - Vorrichtung mit einem halbleitenden Elektrodensystem - Google Patents

Vorrichtung mit einem halbleitenden Elektrodensystem

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DE1414927A1 DE19601414927 DE1414927A DE1414927A1 DE 1414927 A1 DE1414927 A1 DE 1414927A1 DE 19601414927 DE19601414927 DE 19601414927 DE 1414927 A DE1414927 A DE 1414927A DE 1414927 A1 DE1414927 A1 DE 1414927A1
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Description

Y.Philips · G-loeilampenf abx-i öken, Einöh oven/rioXland,
"Voi'i-ichtung mit einem halbluiteiiäen ülektroaensystem." Zusatz zu Patent „ ο.« ββ.β (Paüentantuulcaing H 16242 VIIIc/2ig)
Die Erfindung betrifft eine Torrichtung mit einem Halbleiterkörper mit Dioaenstrulrcur, <ier aus zwei Elektroden von verschiedenem Leitfäiiigkeiistyp mit dazwischen einer hochohnägen ■hellicht, ala auch einer -./eiteren gleichrichtenden !iülektrooe (als üt euer el OiCv; r OG e bozeicanct) oestoht, ciexen. Er Schöpfung üsejäxciit den ;jtroni.'.eg in ilex- Diocenstruk::ur von eier im 'JHyο von öer Utsuerulolctrocie verschiedenen Elektrode (als li'ol^eelektrode t) zu der im '1^g mit der Steuerelektrode übereinn EleküroOe (als üasiaeliiktrode "bezeichnet) unt-or— tor«;ciien kann, ohne dats ein liurchstich zur Basiselektrode bewirkt -.iird«, Hin halbleiteiides .,-xelztrooensyDtera dieser Art im Ansroruch '5 des Hauntoateutes besichriebeno
Bie Ei'±'in'3uni5 bsz-.veext, eiae Yorriclvt.-n^ au schaffen, oie als elettronissuhcr «ca:.leer vsxv/eadbar iat„ Im Anbruch 24 des Sauiit._»atences wurrlon lbGi-eits Vorricht-.ngen für eine sol-Aneeailung beschrieben, dia daruun: beruht, dass ein nega-
Widerstand ents^eat, indem der otrom zur üteuerelektrode in «lea iii-;jne flieaat, dass ein im i-teuereloktrodenkreis liegender V/xderstand eine ilittkopplung herbeiführt. Die Erfindiuns Ta&zueckJh, eine Albaii; einur solchen Vorrichtung zu schaffen, die sieh dadurch unterscheidet, dass zum Herbeiführen einer
ΈΙ/Β 9?2o
8 Q9 8 O 6/0 0.9 8
.'iciialtwiiicung eine nur sehr geringe ./fceuerspannung und Steuerenergie genügt.
Die Erfindung weist das Kennzekchen auf, dass die Basis— und die Fo^geelektrode zwischen zwei Leitern liegen, die durch steuerung des unter der Einwirkung eines zwischen der Steuerelektrode und der Polgeelektrode wirksamen geringen Sperr .otentials, z„B. cies Eoircaktpotentials zwischen der 3teuer- und der i'olgeelektrode selbst, zwischen der Baais— und der Polgeelektrode ersiel Gen ütrom-üpannungs-Verhältnisses mit Durchschlageharakteristik und anschliessend negativem "widcr-^tandsteil, stromleitend miteinander verbunden werden können«
Im G-egensatz zu den im IloUptpateirfc becchrieoenen Ausführun;isbeispielen, in denen es sich um eine konstante Vorspannung zwi· clien c.er. Steuer- und der B:..üiselektrode hanieli >:^ i;jt ..iach c.er Erfindung zwischen dar oteuer— und eier l'ol.ceelektrode normaleiv/eiüe ein geringes rott-ntial in tier .Verrichtung wirksam» Dieses Potential hut zur jiOlge, daüü üine Ij'rijchöpfun^ssciriciit von der iJtuUürol-^ktroae aus den Halbleiterkörper curciurin t und don .b'L'romvvüg zwischen der Fol^e- und der 13;siselektrocie abkneift, .^-enau vi/ie bereits im iiciuptpatent beschrieben wurdeo Beim neuen L'chaltv er fahren v/ird unter Konf-.tanthalten des ioüentials in der ßporrichtung zwischen dor Steuer- und der JjOlgeelektrode, die Spannung zwischsn der Bois- und der Polgeeloktroae gesteigert, in dem binne, dass die Basiselektrode negativer polarisiert wird, wenn sie von der n-Lcitun..;sart ist, und positiver polarisiert wird, wenn sie von der p-Leitungsart ist, bis otromdui-chbruch von der Basiselektrode nach der Polyeelektrode stattfindet,, Dieser Stromdurchbruch/als ein örtliches Durchschlagen der Erachöpfun-;sschicht aufgefasst werden« Ist 3tromdurchbruch erfol.rfc, so kann ein grosser .Strom zwischen der Basis- und der Folgeelektrode fliessen bei einer niedrigen Spannung zwischen diesen beiden Elektroden, da diese
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Elektroden samt eiern Halbleiterkörper in diesem Zustande eine in der Vorwärtsrichtung polarisierte p-i-n-Oiod enstrukt ur darstellen.
Eine 33eeonae.rhu.it der Vorrichtung nach der Erfindung ist die gerinne bperrnuannung zwischen der bteuer- und der l'ol^eelektroae, die ;jum Herbeiführen des „tromdurchbrucas zwischen der Basis- und der Eol^eelektrode bei hoher Spannung erforderlich ist«
Es it/b einleuchtend, das; eine iiunaume üer boerrspanuung *
zwischen dor ./fc uor~ und der I'ol_- ο elektrode zu einer Z1UiIa \me der Euj-.-chechlagks. .annun.g zwischen der !L; a si S-- und der "i'olgeelekti.'oue itihrt„ Um.-eiceärt vwraulaüijt eine /ibnahtne c'.ex· operrüpanriun»: zv/i:.!C-ie"o der .teuer- vm- der■ Uol^eolektro "e sine lanva urne >...er jJurcüüu^la^&jj.jUiJii.uixfj ^u'iochcii- der jiais- und der Ι<ό1 ge öl eitt ro de. "l hat uich erjobexi, oasa auch wenn keine aussehe .-/oei'i-fjyuüJüun'-jEsquclle zwischen die bteuer- und Irolgeelelrtrocio gucchaltet wird, üiote .Ololrfcrofen somit kurzgeschlossen werden, eine Durchs chla^syc-nnung auf rechtei hai i en v/i rd, da der innüre i^uiicaktoojciitialunuei-uoliied z«'is.chen der iJteuerele .tr ο de und der jiOl™ieleici<roüa zura Tii'ziülen einer den otrom-Yier zv.'ische1:! doi- ':nslu- und αcv toi;;;eelektrode abkneii'ßu'-Gn
. ä
-t,
Die j3rfin<iun.;t wird an ,,"and der Seicimung näher erlcüutert.
Pig· 1 zeif^t ein Prinzipschema eines Ausführun^üb iopioles nach der Eriinoung.
I*ig. 2 zei.r:t öle ,jtiOm-Lipanaungökeiinlinien zviischen der I'Ol.^ und der Basiselektrode für verschiedene Werte der LJpannung an der Steuerelal'-trode, und
Fig. 3 zei^t die Beziehung zwischen-der Duichschlagöspannuni; in der Kennlinie nach l?igo 2 und r-er Spannung zwischen der Steuer- und der ji'ol"eelektrodeβ ^
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In Figo 1 ist ein Halbleiterkörper 1, vorzugsweise scheibenförmiger Gestalt, dargestellt, der aus einem Einkristall von nahezu intrinsiker Leitungsart besteht«, Der Differenzgehalt an. wirksamen Donatorverunreinigungen und wirksamen Akzeptorverunreinigungen in diesem hochohmigen intrisiken !Teil ist
—13 3 im Absolutwert vorzugsweise kleiner als 5» 10 pro cm , vor-
13 3
zugsweise kleiner als 10 pro cm . Auf dem Körper 1 sind einander gegenüber zwei Elektroden verschiedener Art legiert, doh. die iSteuerelektrode, welche aus dem Kontakt 2 und der zugehörigen niederohmigen n-Art-Zone 3 besteht, und die IOlgeelektrode, ?/elche aus dem Metallkontakt 4 und der zugehörigen niedärohmigen p-Art-Zone 5 besteht, Am Umfang des .kreissymmetrischen Halbleiterkörper 1 ist die Basiselektrode angebracht, die aus dem ringförmigen Metallkontakt 6 und der zugehörigen ringförmigen niederohmigen n-Art-Zone 7 besteht. Die Basiselektrode (6,7) bildet samt der IPolgeelektrode (4»5) eine p-i-n- Diodenstruktur dieses lialbleitenden Elektrodensystems. Der Kingform der Basiselektrode ist für die Wirkung nicht Wesentlich, wird aber vorzugsweise angewendet im Zusammenhang mit der dadurch erreichbaren weiteren ,Verbesserung der Diodenkennlinie. Durch die Anwendung von intrinsik-halbleitendem Germanium im Körper 1 stellen alle drei dotierten Elektroden eine Gleichrlchterverbindung mit dem Körper dare Mr die Wirkung nach der Erfindung besteht aber iiur die Hauptanforäerung, dass die Steuerelektrode eine gleichrichtende Verbindung darstellt« Da die Basiselektrode und die Steuerelektrode im $yp übereinstimmen,'ist die Basiselektrode auch immer eine mehr oder weniger gleichrichtende Verbindung» WiT die folgeelektrode^ aber besteht diese Anforderung keineswegs»
Nach, der Erfindung wird nicht der Basiskoütaict 6# sondern die / ■Polg©elektrode 4 an Erde oder einen anderen Punkirbestimmten Potentials gelegt, und die zwischen der Basiselektrode 6 und
■ · ■ «· - ■ ■ · ■ , ■■
der !Folge elektrode 4 gebildete Diodenstraiktur wird, „;als elefct-roniseher Sehalter benutziu Bei Zunahme der Spannung V-J30 zwi—' sehen diesen Elektroden nimmt'der Strom I- zur Basiselektrode 6'
BADOBiGINAL -;« ~ 5 ~
809806/0098 "—~~"
zunächst in sehr geringem Masse, dann aber beim Überschreiten der "Durchschlagsspannung" VV q plötzlich auf ' einen sehr hohen Wert zu„.
In Fig. 2 sind, diese Durchschlagkennlinien dargestellt. Die Kurve a betrifft eine aussere Spannung V zwischen
CS
der Steuer- und der Po Ige elektrode (2 bzw, 4) von O V1, die Kurve b eine Spannung V o von 0,2 V, die Kurve c eine Spannung Yncs von 0,5 V. Die Kurve d gilt für beliebige
C ο
negative Werte der Spannung Yna* Man sieht daraus, dass λ
C S H
bereits bei einem sehr geringen Wert der ,Spannung V eine
, es
sehr wirksame Sperrung des Stromweges zwischen der BasLs- und der Folge elektrode (6 bzw„ 4-) herbeigeführt werden kann0 D-^e Basisspannung V, muss dann die Durchschlagspannung V, überschreiten, um den Stromweg zur Folgeelektrode zu schliessen«
In Fig. 3 ist die Art und Weise dargestellt, wie diese Durchschlagssj»annung V- bei zunehmendem Wert der St euer spannung
V s zunimmt. Ein geringer negativer Wert der iSteuerspannung
V ist bereits hinreichend, um ien Basis-Folgeelektrode-*
es : .T-
Stromwegi ohne, weiteres- zu sehlieösen (Kurve d in Fig. 2) „ Die Sperrung wird durch einen gegebenenfalls zwischen die ■ | S&teaer— ulftd die Folge elektrode (2-bzw, 4) geschalteten Widerstand 8 ^nachteilig beeinflusst, fLa der durch diesen Widerstand f3|iessende Äbleitüngsstrom| (et^a 100 /UA) die effektiv wirksamei Sperrspannung zwischen p,er Steuer-' und der Folgeelektrodje (2 bzw# 4) erniedrigt»; Andererseits bewirkis der Widerstand 8 eiae Abnahme des Stromes zur Steuerelektrode. in dem "Bin"-Zustand (Stromführungszustand zwischen den Elektroden 4» und 6) des Halbleiterelement es und kann daher mtphmal erwünscht sein. Biia^olcher Widerstand hat daher vorzugsweise e|nen gröaseren Wert als der innere Widerstand der Diodensiruktur zwischen der Basis- und der Folgeelektrode im ' j gut-stromführenden Zustand, Jedoch einen kleineren Wert als der AbIeitungswiderstand zwischen der Steuerelektrode und den
INSPECTED . . "
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"beiden anderen Eläctroden im schlecht-stromführenden Zustand des Halbleiterelementes, vorzugsweise einen Wert zwischen 100 und 2000 Ohm, wenn das Element 1 aus Ge hergestellt ist«
Von der zwischen den Elektronen 6 und 4 erzielten StromiSpannungskennlinien nach !"ig. 2 wird Gebrauch gemacht, um die Vorrichtung als elektronischen Schalter zu betreiben. TJm eine leitende Verbindung zwischen mit diesen Elektroden 6 und 4 verbundenen Leitern 9 bzw» 10 zu bewirken, wird ent- J^ weder diesen leitern kurzzeitig eine Spannung V, zugeführt, welche die Durchschlagsspannung V, (Fig. 2) über-
D SO
schreitet, oder die Spannung V wird kurzzeitig herabgesetzt, so dass ein Einstellpunkt im betreffenden Teil der Kennlinien nach Figo 2 erreicht wird, fär den ein geringer .Spannungsabfall (0,5 V) bei hoher Stromstärke (wenigstens einige raA) gilt. Die Verbindung wird wieder dadurch unterbrochen, dass die Spannung an und/oder der Strom durch die Leiter 9, 10 kurzzeitig gleich Bull gemacht wird.
An die Leiter 9» 10 wird vorzugsweise eine Vorspannung von einigen Volt angelegte Durch eine Schaltspannung an der Steuerelektrode 2 kann dann eine so hohe Schwelle (Durchschlags- W spannung V, herbeigeführt werden, dass die zwischen den Leitern 9» 10 wirksame (Jesaatspannung nie diese Burchschlfegsspannung überschreiten kann· Eine geringe Spannung von 0,5 If genügt bereits zum Erzeugen einer Schwellenspannung von etwa 70 V. Wird dagegen die Schalt Spannung von entgegengesetzten Vorzeichen, so wird wegen des negativen Widerstandsteilea der Kennlinien nach Fig* 2 selbsttätig ein Zustand von hoher Stromleitung und niedrigem Spannungsabfall erreicht. Die dazu erforderliche SSteuerspamrang, "bzw. Steuerenergie an der Steuerelektrode ist äusserst gering, da hierfür wenige 0,1 V genügen«
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel mit einer Schaltspannung V mit einem Ruhewert von 0,2 V und einer Vorspan
CS ·
nung von 20 V zwischen den Leitern 9 und 10 konnte zwischen
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die Leiter 9» 10 eine leistung von 200 mW (20 Y χ 10 mA) ge-' schaltet werden» Die dazu erforderliehe Einsehaltenergie betrug noch Icein /u¥ ISek; der während des "Ein"-Zustandes durch den Steuerelektrodenkreis fliassende ;Ström würde- von einem Widerstand 8 von 400«ftauf 0,5 raA beschränkt„Dieser .Strom kann gewünschtenfalls nahezu auf Hull herabgesetzt werden, indem die Schalt spannung V . von einem geringen positiven Wert
CS
nach einem "bleibenden geringen negativen Wert umgeschaltet -wird.
Es ist einleuchtend, dass vielerlei Abarten möglich sind, wie bereits im Hauptpatent betont wurde. !Namentlich können die Porm und die Leitungaarten der verschiedenen Elektroden, wie do-rt angegeben, noch abgeändert werden«,
Im Prinzip ist es .denkbar, die'Steuerelektrode an einen Punkt bestimmten Potentials zu legen und die Schaltspannung der Polgeelektrode zuzuführen. Der Differentialwiderstand der Diodenstruktur zwischen der Basis- und der Steuerelektrode ist aber verhältnismässig hoch, was für den beabsichtigten Zweck meist bedenklich .ist. Auch kann der Strom zur Eolgeelektrode nicht auf ähnliche Weise durch einen Widerstand unterdrückt werden» da dann gleichzeitig der Strom zur Steuerelektrode unterdrückt wird* |
iPatentanspa&che»
ÜHtvfii

Claims (3)

  1. Patentansprüche:
    1 „ Vorrichtung mit einem nalbleitenden Elektrodensystem, dessen Halbleiterkörper aus. -.einer Diodenstruktur von zwei Elektroden von verschiedenem Leitfähigkeitstyp mit dazwischen einem hochohmigen Teil, sowie auf dem erwähnten hochohmigen !Deil einer weiteren gleichrichtenden Elektrode (als Steuerelektrode "bezeichnet) besteht, deren 1 Erschöpfungsschicht den ötromweg in der Diodenstruktur von der im Typ von der Steuerelektrode verschiedenen Elektrode (als Folgeelektrode bezeichnet) zu_der im Typ mit der ,Steuerelektrode übereinstimmenden Elektrode (als Basiselektrode bezeichnet) unterbrechen kann, ohne dass ein Durchstich zur Basiselektrode herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis- und die Folgeelektrode zwischen zwei Leitern liegen, die durch ,Steuerung des unter der Einwirkung eines zwischen der Steuer-· und der
    Folgeelektrode wirksamen geringen ;Sperrpotentials, z„B. des Kontaktpotentials zwischen der Steuer- und Folgeelek- ; trode selbst, zwischen.der Basis- und der FoIgeelektrode erzielten Strom-Spannungsverhältnisses mit Durohschlagkennlinie und anschliessend negativem Widerstandsteil, stromleitend miteinander verbunden werden können.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die folge elektrode mit einem Punkt bestimmten Boten-r tials verbunden ist und dass eine die Durchschlagespannung der zwischen der Basis- und der Folgeelektrode gemessenen Strom-Spannungskennlinie bedingende !Steuerq.uelle im Kreis zwischen der Steuer- und der Folgeelektrode liegt»
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- · zeichnet ι dass im Verbindungsweg zwischen der Steuerelektrode Uöd der FolgeeiektSFötiö' ein Widerstand liegt, dessen Wert grosser-ist als ded? innere Widerstand der Hiodenstruk- · tür zwischen der Basis- und. der Folgeelektrode im gut-strom-'· ■
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    leitenden Zustand, jedoch kleiner ist als der Ableitungswiderstand' zwischen der steuerelektrode und den "beiden anderen Elektroden im schlecht-stromleitenden Zustand des Halbleiterelementes, vorzugsweise bei Anwendung eines Hal"bleiterkör-pers aus Germanium einen Wert zwischen 100 und 2000 0hm hat. ■·
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