DE1439122A1 - Halbleiterbauelement mit veraenderbaren negativen Teilen der Kennlinien - Google Patents

Description

• Halbleiterbauelement mit veränderbaren negativen Teilen der Kennlinien Die vorliegende Erfindung bezieht eich auf ein Halbleiterbauelement mit veränderbaren negativen Teilen seiner Kennlinien.
• Es ist bekannt, daß bei Halbleiterbauelementen mit pn-Übergängen negative Kennlinienbereiche erzeugt werden können. Dabei handelt es sich um Durchbruchseigenschaften von pn-Übergängen, welche bei bestimmten Werten der am Bauelement anliegenden Spannung auftreten. So äst z.B. bei den bekannten Yierschichtdiodej welche vier Zonen abwechselnd unterschiedlichen Leitungetype aufweist, bei jeder Polarität der an den äußeren Klemmen anliegenden Spannung immer ein pn-Übergang in Sperrichtung gepolt. Wird nun die außen anliegende-Spannung_ über einen bestimmten Wert erhöht, so bricht der in SperrichtumgF geschaltete pn-Übergang durch, so daß ein Stromfluß durch das

  gesamte Bauelement- statttindet# Das bei. di@aem Durahbruohsvor-

  . gang die Spannung am Bauelement vienigatons toilwei®s zusamen#-

  bricht' entateht in der @tror.sg@lu,ol@onnlini® ein Bereich

  mit negativen dynamischen if'ideratgnde 111a vorliegende rs-

  findung geht nunmehr von der Erkonntnia aus # dap, auob in

  Balbleitesa, welche keine pn-btarj#= t@a raufweisen, Zustände der

  xonsentrntion der freien. ladunggtr'ctger realisierbar sind*

  =4i1 denn in Hinblick auf den Stromfluß durch einen derartigen

  Halbleiter negativ® djcnamisohe 17.fideretände erzielbar sind® -

  Der weeentliehs Unt®eaohied gegenüber bek ten Anordnungen

  beoteht dflrinp da83 dabei keine Durohbruoha-erooheinuen -

  pn-'Ubsrsäsen aueßehutst worden und daß ea eich dabei

  v=mdynamiiiahrs Zustände handeltg welche ataL'k- m `efl-

  b

  daeohon dlaioh,gewioht abweichen*

  Dei.-_eien Halbleiterbauelement mit vei°änderbaren negativen

  feilen der Kennlinon ist daher gemUß der Erfindborge-

  sehene- daß fär dien HalbleiterkUrper ein Halbl®itgrmatgrlal

  verwendet ist, bei dem die Bowegläohkelten der

  Bad Defektelektronen sich in ihrer Größe wesentlich xz@ter-.

  adhaiden, daß Mittal vorgeaehen Bind, die in, dem Halbloiter-

  körper eine. inhomogone Verteiltes zusätzlicher laduetrger

  in soloher'Grüäe erzeugen und aufraohterht®ng @dsß eine

  2rageriber®oh@remmu in dem gesamten HalbleiterUer erfoltc

  und daß die sueätsliohe entetohende Trägerkonzentration groß.

  gegenUber der Dotierungßkonsentration oder der Konzentration von

  Itekombinationezentren tat und daß weitere Mittel- rorgeeehen Bind,

  äse den trägertiberQOht ommten Halblaiteikörper einen Strom ale

  weitere unabhängige Größe sutprLgen.

  Zweo3®äßigerwaioe findet Halbleitarraatorial mit einer relativ

  niedrigeren gigealeitungediohte, m.BR kleiner ale 10@@ o& 3

  ,Verwendung*

  Usmäß einer Weiterbildung der Mr:sndung tat vorgesehen® äcß

  die Dotiarungekon$entimtionen und die Xonzentrationen der

  Pokonbinationosentren klein sind, vorgliehƒn mit den gonsen-.

  trationoa der beweghohen Iadungsträger.:

  De ist insbesondere darauf zu aohteb, daß der Halbleiter-

  kristall eine Oberi'läohonrelcombination aufreisst, die klein

  oder von gleicher Größenordnung ist, verglichen mit der

  Yoluxenrekombionatione damit die an der Oberfläche erzeugten Iadungo-

  träger in, das - Innere-- des Kristalls -diffundieren mnnex und --

  nicht an der ßberfläebe rekombiniexena . Aus :dem. gleichen Grunde -

  sind die an den Hälblezterkristallänzuswhließenden Kcntäktie=-

  rangen durch solche Mittel vörsunehmenß --=die keine . zusatzIichen- -

  A_-

  . Rekombinat ionavorgänge bervörrüf en-...

  Zur Erzeugung von frei beweglichen lädungsträgerpaaren an-

  einer Begrenzungsfläche des 'HalbleiterkristärLe:st 'entweder

  elektxomagn@tische Strahlung oder, thermische Erregag=== per ---

  . .es sind hohe elektrisöbe ° Felder vorgesehen=- Es .iet ebenso== mog y=;-_

  lieh, an einer Begrenzung des HaÄbleiterkristalle in einem -

  weiteren ängrenz-enden Hälbleiterkristall -Trägermultiplikation

  durch-hohe elektrische Felder, -zöB a ::in pä-brgängen -Zu erneu-

  gen. Insbesondere iät zur Trägermultiplikation ein. Hä ihleiter@

  kristal.,- va°geseheri@-= in Welchem=- eine'- auBere pennungs:- eine

  Trägermuitiplikatzori; hervcrrüft_a_ _

  Eine Vieterbildung-`der Erfindung"szeht vär,saß dis =ange -des

  Halble@.terk@°.i,,tal3s k@.e@.ä@"@.@.@ -gcger:@ber -der-_ge@tcrteza @@°

  streclun des öxientraorasabfalls

  d r gesamte ei

  terkristall-.mit Zusatz l.icben .Trägern:-äber ebaemmt"ZSt:ö

  orzugsweise ist vorgesehen- def= als-_'albleiterkrist-ill ein

  Einkristall -höchster Reinheit und - Störstellenfreiheit x7erwen

  äung-firidet, -damit-.die elektrischen Bigenscbaften des Kristalle,

  die- durch . die ._ züsätzlichen Ladungsträger 'bedingt sind über

  den. Einfluß -der --Störstellen dominieren.: :. . .

  Als Mittel., die dem trägerüberschwemmten Halbleiterkristall

  einen'Strem als unabhängige Größe aufprägen,. sind an den .

  Halbleiterkristall. anzubringende Kontakte-in Verbindung mit

  einer Spannungsquelle und einem Widerstand, der groß; ver-

  glichen eit dem sich einstellenden Bahnwiderstand des Halb-

  leiterkristalle ist, vorgesehen. -

  Eine Weiterbildung der- Erfindung sieht vor, . daß- die Größe des

  aufgeprägten Atromes so klein ist, daß sowohl bei einer unab-=

  hängig vorgegebenen Randkonzentration an der Halbleiterkristall

  leite, an der die zusätzlichen Ladungsträger erzeugt werden,

  der quas. neutrale Raumladungszustand im.lnneren_des Halblei--

  terkristalls erhalten bleibt als auch die-Trägerkonzentration .

  im Halbleiter, die sich einstellt ohne Einwirkung der äußeren

  Spannungsquelle, sieh nur wenig ändert. -

  Außer den Kontakten für den Stromfluß sind noch weitere Koü=

  takte vorgesehen, die den am Halbleiterkristall

  Spannungsabfall abnehmen. Die den Spannungsabfall abgreifende .-

  Kontakte, könnet in der Nähe der enden des . Halbeiterkriätalle

  angeordnet sein und zweckmäßgerweise Ringform . aufweisen,:: -

  Eine il-usführungsform der Erfindung sieht vor, da3--!der Strom

  zuführungekontakt an der Seite, an dem die zusätzlichen la.-. -

  dungsträger mit einer beliebigen Randkänzentration erzsuot und--

  aufrechterhalten werden, gitterförmig ausgebildet-$to -- - -

  - Im 2rinzip ist vorgesehen, daß- der aufgeprägte Strom und die

  - erzeugte Ran4konzentraton als zwei unabhängige Größen-zeitlich

  monoton.gleibh-@und%der gegeninnig variiert werden können;: --

  wobei gemäß einer--Weiterbildung d er Erfindung zusätzliche Maß-

  nahmen ergriffen werden-- können, die eine Kopplung der zeitli-@F:

  chen Veränderungen dieser Größen ermöglichen ° = _-

  Ebenso ist =vorgesehen,- daß die Randkonzentration :und der- auf

  `= geprägte Strom- in-`unabhängiger= @xdezse @-monotone -zeitliche Ver -: - -

  änderungdn aufweisen,-, und. zwar entweder', in:: gieiclasinniger-

  oder gegensinniger Tendenz. -- -- -

  Gemäß einer -'1eiterbildung der Erfindung können. diese beiden

  -im Prinzip unabhängigen Veränderungen nach einem Steuerung s==

  Ulan zeitlich gekoppelt sein. Eine ,Neiterbildung-=der- Erfindnng--

  gestattet-9 daß die eine dieser. Größen monoton 1=verändert Wird-9 @-

  während die andere periodische - Schwankung aufweist..--das heißt, -_

  daß -entweder der Strom monoton verändert wird, wenn die .Rand=-

  konzentration periodische Schwankungen-aufweist oder daß --die

  'Randkonzentration-monoton verändert-wird und der:Strom periv

  odische Schwankungen aufweist. Gezäß einer .ter-bildung der Erfindung ist vorgesehen, daß

  beide_-.unabhä#gige Größen periodische Zchvianküngen aufweisen:y-

  wobei. :9i-ch : dziese_-Schwankungen in -den Frequenzen unterscheiden

  - können j.- .daß- die eine ein gänzäähl.ges : Vielfaches

  der anderen Frequenz ist und insbesondere in dem die Thesen-

  Beziehungen entweder in einem festen-oder in einem zeitlich

  veränderbaren Verhältnis zueinander gebracht werden. -

  Die Erfindung geht von der Erkenntnis ans,.* daß die elektri--

  achen Eigenschaften herkömmlicher Bauelemente im allgemeinen

  durch die Struktur und geometrische Anordnung fester Dotierun-

  gen bestimmt sind. Hierbei spielt im wesentlichen das Verhal-

  ten der Minoritätsladungsträger eine dominierende Rolle: -

  Im Gegensatz hierzu sind bei. der Anordnung gemäß der-Erfindung

  durch äußere Einflüsse erzeugte hocbgradige Nichtgleicbge-

  wichtszustände ausschlaggebend, die durch zusätzliehä Ledüngs- --

  träger entstehen und zur Folge haben, daß das _ entspxechende-

  H=albleitergebiet -eine Konzentrationsverteilung der beweglichen =.

  Elektronen und Löcher aufweist, die sehr stark -von -den thermi-

  schen Gleichgewichtskonzentrationen dieser ladungsträger ab-..

  weichte j

  Die vorliegende Erfindung bezieht sich also- auf die Eigen.

  schaften eines trägerüberschwemmten Halbleitergebietes. Bei

  starken Abweichungen der Zustandsgrößen vom thermodynamischen -@-

  Gleichgewicht werden die Trägerbewegungen in Halbleitern durch

  . simultane Vorgänge bestimmt. Es sind hierbei als cbärnkteri=-

  sche Gesichtspunkte die @ Hiehtlinearität, der Einfluß . einer

  Stromaufprägung und der Eänfluß des Rsumladungszustandes auf

  die Z. u.s-tand-sgre,en -her.~drzuhebe. o=;- _ .

  Bei linearen oder. 13nearisierten 1'roblemen-.trete@a..-.@de::@@tand-

  werte der

  lediglibh als Multiplakatoren;tör* _

  die linear sü-verpen-ierten i'artallösungeü-@der :@ustandegrof en.. .

  Im Gegensatz hierzu, `erden die : Zustndagrotn @a -einem

  -tr@.@erüberschv@e@mte@v@a3:bleiterg@@aiet @xr.@cL@@ ..@d@er,--@üa.chtl.@ne..

  arität -der, Abweichungen--der Zustandegroßeh--vei therncdyrtal.@_._

  scheu Gleiehgewich*t Furiktienen- ihrer #Rant bznfansVzerte ö= -

  Bereits - die`seV Sachverhält führt in den Physikallscheh--° Kczl--- -

  sequerizen- über denrfahruxagsbeech -iineärer-= oder= lznearr

  sierter Probleme hinaus; d ie bei den hexWö"lieh-eaä Bäüelemen;.

  .

  t.en .a.m=. allgemeia-en zu Grunde -liege

  Gemäß vier Erfindung- -wird ein.- räutilichauagedehntea@, träger.`-

  überschwemmtes @a@.ble.tergeie- betrachtet taxid a@bitlare .

  Trägerbewegungen' sewe-.Rekombination und-Paarbildung-in _ diesem .

  'Halbleitergebiet"- berücksichtigt-

  -Auch- bei Strom'löeigket "wird von vornherein." ein starke '@p"r' "'

  h'öhung der- Trägerdichten von einem Rand hex aufrcchierhalten:e_

  -Die

  des. Wxäeutralen Raümlädüzfgszustandes" ist in-

  folge der °hoheai ;Teägerdchte weitgehend er üllt o B"it die ülaht .

  linearen ..Ezgenschafteri eines- trägerüberschw'emmten=üalbleitter

  gebietes in. gj°deatzliL-chen %Yesensiu.,8en bergortreten zu-lassen, -

  werden die Verhältnisse . 1m folgenden Sinne- eines Beis ieä-a

  etwas ideali-Oierts

  Die gegen die dichte der beweglichen Ladungsträger=kleinen

  Konzentrationen der Dotierung und der Rekambxnationezeritren

  werden vernachläßigt; der Rekonbinationakoeffizient der dz==

  rekten Rekombxnatian spielt dann die Rolle 'einer_--phänomenolo-

  gischen °- .

  Modellgröße des Kristalle. #

  Die Stromaufprägung mit Hilfe eines hinreichend großen äußeren

  Widerstandes hat- zur folge, - daß: die räumliche Verteilung der

  Zusatandsgrößen des trägerüberschwemmten=-Halbleitergebietes

  von dem, aufgeprägten-Strom abhängig wird.- Dies bedeutet phsi-

  kalisch, daß die in-der Zeiteinheit transportierte Ladüngs=

  menge als integrale Größe eine Einvrirkung des Raumladungszü==-

  standes auf @die räumliche Verteilung des *-geeamten` Nichtgleich-"

  gewichtszuständes in innern deaHalbleitergebietes erzwingt=,-

  Dies kommt dadurch zu Stande-2 daß sich die elektrische Feld-

  stärke bzwa das elektrostatische Potential als reaultierende ..

  des inneren. Mechanismus frei ausweiehend einstellt ö.

  Die Erfindung wird-en Hand der in :den Piguren - därge steliten°-

  Kennlinien und Ausführungsbeispiele näher=: erläutert -

  In Figur i tot das spezifische Kennlinzenfeld. der 'Stromspannurige-

  abhängigkeit der Anordnung gemäß. der Erfindung ädgrgestellt=. In

  der Ordinate ist die Stromdichte . j g - gemessen an A/cm2, urid in -

  :der Abszisse g die Unter den gemachten Vorausset -Zungen @Ortsun-

  abhängige elektrische Feldstärke :,: gemessen in -"/c; im. Innern. .:.._.

  des Halbleiters aufgetragen _ . :. .- - .

  Infolge - der-- vernachläßigten Dotierungskönzentxation -ist die .

  Teldstärke E ort#aÜnabhängig und deshalb 'der Spannung direkt

  -groportional. Ersichtlich gehen die Kennlinien nicht,durch

  den Nullpunktdes Diagramms. Dies ist eine Folge der--zur

  ambipolaren Diffusion äquivalenten inneren elektromotorischen

  . @träft o - - - -

  Das Kennlinienfeld ist für ein Germenium ähnliches Kristall-

  modell berechnet. Kurvenparameter ist die unabhängige Rand-

  konzentration no. Der.aufgeprägte Gesamtstrom hat die physi-

  kalische-Bedeutung einer weiteren Integrationskonstante.

  hu-Bereich positiver Stromrichtung kann jeder Funkt dea-Kenn--

  .linienfeldes durch zwei verschiedene Zustände des Mediums

  erreicht werden. Das zweifach überdeckte Gebiet, es ist das

  Gebiet positiver Stromrichtung, ist.durch eine Einhüllende ,

  von- einem verbotenen Gebiet getrennt. Mit größer werdenden

  Räkombinationskoeffizienten dehnt sich dieses verbotene Gebiet

  ih. Richtung größerer Feldstärke aus. . Mit wachsender Rändkon--

  zentration-nimmt die Nichtlinearität zwischen .Strom und Spannung

  ersichtlich - zu. Die Randkonzentration n. und' der nu:rgeprägte .

  Strom -lassgn sich jeweils in unabhängigen Schritten uariierbn.

  IHierauf heruh@-die Möglichkeit, Kennlinien mit neg@tvem Wider-

  stand parametrisch zu erzeugen.

  Im Gebiet I des in"Figur 2 dargestellten Zustandsdiagramms,

  das die Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke-El. gemessen

  in, v/cm, von der Randkonzentration no, gemessen in G`MyJ3 zeigt

  nimmt die elektrische felastärke bei festgehaltenem Strom im

  Gebiet positiver Stromrichtung mit wachsender Randkonzentra-

  tion no -ab"- im Gebiet II hingegen zu. Durch unabhängige Zu=

  ordnung der Werte des Stromes und der Randkonzentration kön-

  nen in gewissen Grenzen Kennlinien mit negativem.Widerstand

  von beliebiger Gestalt parametrsch erzeugt werdenp In= dieser

  Hinsicht unterscheidet sich das Bauelemezit gemäß der Erfindung

  grundsätzlich von dem bisher realisierten Bauelementen mit

  negativen Widerständen wie Tunneldiode oder Vierechichtendiflde.9 -

  die durch ihre Struktur festgelegt Binde - -

  Es ist von den vielen möglichen Beispielen an Kennlinienfel-

  dern mit spezifischen negativen Widerßtänden gemäß der -Erfsn

  dung eines in Figur- 3 als Ausführungsbeispiel-angegeben'.' Das=- -

  Ausführungebeiepiel nach Figur 3 zeigt den-Zusarräenhang

  sehen der Stromdichte j und der ortsunabhängigen Fe Idstärke.E.ä=

  Gemäß dzebem@Auaführungsbeispiel wurdsn an= demustande be-.-

  reich Il- der Figur 2 zunehmende-Schritte.--von 0 _.Mit -a'bnehmenden

  Schritten von. i i- verknüpft. Ällgernein ergeben e.eh huch SmZu4-.

  eitandsbereich - I andere negative Kennlinien7" wein; zunehmende

  Schritte von .j- @mit._ zuaxehm.nden ßchr.tten_: von:,n vcricräürft -

  werden. - : --. . - .°-

  jeder Zuordnung-Von Stromwerten _j und -en :n.o

  entspricht i'n den Figuren 1. bis ,9 -eia station.neruaand--:

  Das ,Zustandsdiagramm nach Figur 2, das die Abhä@ägigkei-.er- -

  .-ortsunabhängigen- f eldstänke B- von. der eandkonzentratlon n :- -

  bei verschiedenen Stromdiebten- zeigt, stellt- die Existenz von

  Minima im Gebiet -positiver Stromrichtung =dar:oBei' negativer

  Strcmrichtungp, das ist im Gebiet 11I -treieh er schtli.ch keine

  Minizea auf a Die allen Minima gemeinesmd . Kurve- und .die>--Kurve

  für ver den' geaamtotr@. i j=fl i teilt das Dschv.noen e ag°ä- @ixi

  drei "Gebete -Äue. einer 'Untersuchung. der -äumüchenerte --

  lung der Quasi=-permi.-hotentiüle - der Elektron uncöe%er -er .@: -

  -gibt sich daß jedem. dieser Ge.biäte- I bis -= III-Zustandsdia- _-

  gramm nach Figur 2 verschiedener Beweguagsuatand der~ 'beiden-- -'-

  Trägerkollektiv s ental?richt a- Neben, den bisher -aetracätete

  stationären Vorgängen- kommen auch 1,Yechsistrovora@r.ga- zum'- An-=:@

  wendung@ @vtobei dem ti°ägerüberaehvae=ten Gebiet nuhmebr. eii =

  Wechselstrom-aufgeprägt-=wird., .und unabhängig' .-davon glej.ch

  s.tig ,euch die $andkonzentr. atiön n-. @-eödischecheränkuhgen '

  ausführt o Je n,acb -q1en. Thesenverb ä;len-issen: zwischen 'eci@sel=

  strolz und - -dencla@ nkun: -

  _ a gen . derandkonzentxaticn . sorieneh dem °@

  Verhältnis der, requentexider beiden @.-eripdisohe::Sc@avnkura- en - .

  ist es möglich; eine den Enden des trägeruherschciemmten Me-

  diums durch Potentialeonden abgegriffene,Bignälspännung para.-

  metrisch zu verstärken. Im Prinzip ist es auch möglich, diesen

  Vorgang umzudrehen-, in dem man das abfallende elektrostatische

  Potential als vorgegeben betrachtet und den.dureh das Halblei-

  tergebiet fließenden Gesamtstrom verstärkt. Diese Möglichkeiter

  sind lediglich eine Frage der äußeren Schaltung...-Zur techni-

  schen Ausföhrung und Anwendung des erörterten physikalischen

  Sachverhaltes -sei folgendes ausgeführt* _ _

  Für die Erfindtng- ist s ein ausgedehntes - halbleitexgebiet von . -

  einer Dicke in- der Größenordnung einiger z00 u :. zweckmäL3zg

  Hierfür ist- ein:hochgereinigter Hal.bleiterkrstall@--zu' ver

  vuenden,der" Weitgehend von Störstellen befreit -ist. - Um-f die

  Dotierungseinfltisse klein ,zu=halten .Wird angestrebt ;-.: bei--.-.

  spielsz7eise -einen eigenleitenden Hä7.hlei,terkristall @.-.zu `gerrren--

  den 4 - -_ :- -.-_:

  Die Erfindung -wird an Hand von in- den Figuren 4,?bis-.@9- darge,@ @- -_.

  stellten Ausfuhrungsbeiapielen näher erläutert--

  In dem Diagram- nach Figur 4 .ist- die Konzentra@äoxsverteilung

  n (x) als Vunktion von x 'im Inneren des Kristalls bei. zwei =

  verschiedenen Randkanzentationen n@ an der linken Begrenzung -.

  des Kristsälh schematisch, därgestellt # dabei bedeutet Z die.

  Länge des Krietailea Die zu=einem festgehaltenen Wert von no

  jeweils dargestellten Kurvenverläufe gehören zu verschiede-

  nen Stromäufprägungä -

  In Figur 5 ist eine Ausführungsfort der Anordnung gemäß

  der Erfindung schematisch dargestellt Der lialbleiterkörper 1

  besitzt -zwei sperrfreie und rekombinationsarme Elektroden 2

  und- 3,9 die durch Auf dampfen oder elektraly tische Abscheidungen

  anzubringen sind. An der Halbleiterbegrenzung an der Elek---

  trode 3 ist zur Erzeugung der frei wählbaren Randkonzentra-

  tion no, z-.Bö durch Paarerzeugung an der-freien Oberfläche.

  die kontaktierte Fläche-klein gegenüber der Stirnfläche dee

  Kristalles zu halten. Ein Ausführungsbeispiel dieser Elektro"

  de ist-in Figur 6 schematisch -dargestellt .-Der .auf den Halb-

  leiterkristall einfallende Lichtstrom.ist durch die Wellen-'

  knie 9 symbolisiert o - - - - - - -

  In dem an die 'Elektroden 2 und 3 anzuschließenden Stromkreis -

  befindet sich ein ohmscher Widerstand 4, der groß ist im Ver-

  gleich zu-dem inneren Widerstand des Halbleiters 1=ä Die zu

  wählende Größe -des Widerstandes 4 bestimmt den-Arbeitspunkt

  in der Charakteristik des@Diagramms nach. Figur_i@

  Der Widerstand- 4 in- der Diagramm nach Figur- 1= stellt eine

  durch der Nullpunkt 'gehende: Grade im negativen Bereich des

  Diagramias dar o -Die Neigung dieser Graden richtet sich. nach

  der Größe* des Widerstandes. ` . _ _ .:

  Wenn kein äußerer Strom durch eine zusätzliche Spurxaunga-

  quelle in. den i. Stromk- eis --aufgepr äiZt wird, dann la.efert der

  Üalbleiter bei einer vorgegebenen 'Randkonzentration=n nach

  Maßgabe der zur ambipolaren Diffusion äquivalenten "elektromo-

  torischen Kraft einen Strom negativer Richtung, dasheißt im

  Halbleiter von rechts naeh' links, .d essen, Größe au ".,dem @Scbnitt-

  punkt der Widerstandsgraden -mit der Kennlinie, die -zu der

  Wert no gehört, abzulesen ist ä Wird hingegen durch .eine

  äußere Spannungsquelle 6 über den Widerstand 5,-der klein

  gegenüber dem Widerstand 4 ist, im Zusammenwirken.- mit@den

  Widerstand 4,- ein äußerer Strom aufgeprägt, . eo . können ,au f - .

  der betrachteten Kennlinie auch die anderen möZlichen'Ström- -

  beziehungsweise Spannungewerte erreicht werden.-Iie dien hier- -.

  bei. am Halbleiter als Resulterende der jeweil s vor'sich ge-

  henden inneren Trägerbewegungen einetellende Spannung ist mit

  .dem Spannungsmesser 8 über die ringförmige Blektrode 7 abzu:--

  greifen. Also können je nach Größe und Richtung des Stromee.

  die in den Figuren 1 und 2 dargestellten:Zuatände des@halblez-

  tenden Mediums, die einen entsprechenden Zusammenhäng zwischen

  dem aufgeprägten Strom und der am Halbleiterkörpex'äbfallenden

  Spannung repräsentieren, erreicht werden.

  Zur Erzeugung einen Kennlinienfel-des mit neggtiven Wider

  ständen, wie es beispielsweise in Figur 3 dargestellt iot, ist

  die Randkonzentration xio mit entsprechend zugeordneten Inde-

  rängen der Stromaufpr4gung zu variieren -- -: .- - _ -

  Indem Diagramm nach-Figur 3 iot ein Beispiel gegeben" in.

  dem abnehmende Werte vorn no zunehmende Schritte-der Stromauf-.--

  prägung entsprechen-

  Die , - --

  Gestalt 'der negativen Kennlinien hängt von-der-frei -.

  wählbaren. Zuordnung -zwischen den Änderungen von- n. und den

  Änderungen des aufgeprägten Stromes ab, wobei-außerdem noch .

  der Ausgangspunkt dieser Änderungen im- Unnlinienfeld einen

  Einfluß auf die Gestalt der negativen Kennlini.ensahar besitzt.

  Dis Existenz negativer Kennlinien rührt" physikalisch gesehen

  von dem Energiereservoir der inneren ellektromotorischen Traft

  her, die durch -ambipolare Diffusion entsteht und --deren. Größe

  durch die Randkonzentration no bestimmt wird.

  In -'igur-6 ist die an der Stirnseite des Halbleiterkristalls 1

  angebrachte J%lekträde 3 schematisch dargestellt. Die . 1ek-

  trode 3- soll die -Stirnfläche des Halbleiters nicht vollständig

  bedecken, da nach einer Ausführungsform Ladungsträ"gerpaare

  erzeugende elektromagnetische Wellen auf den Halbleiterkristall

  auftreffen sollen, wodurch die Randkonzentration no erzeugt

  -und aufrechterhalten wird; gemäß der-Erfindung ist sie-im Zu-

  sämmenhang zeit der Stromaufprägung-.zu variieren - -

  In dem in Figur 6 dargestelltem Ausführungsbeispiel der Elek-

  trode 3 ist diese gitterförmig auf dem Halbleiterkristall ange--

  bracht. Die einzelpen gitterförmigen Metallbelegungen sind -

  elektrisch miteinander verbunden. Es sind ebenso.ändere netz-

  oder maschenartige Gebilde als -Elektrode.verliendbarwenn

  paarerzeugende elektromagnetische Wellen Verwendung finden

  sollen.

  Im Prinzip ist.-es-auch möglich, die Randkonzentration -no

  auf andere Weite zu erzeugen, Wie -diese beiepielaiv6ise in .

  Figur ? schematisch dargestellt worden Ist-.

  Im Prinzip ist der Aufbau das Bauelements gerihäß der Erfindung .

  der gleiche wie in dem Ausführungsbeispielnach- F igur 5

  Die Elektrode 3 kann dabei. ringförmig den Halbleiterkretal3 1

  umgeben, sie kann aber auch ähnlich nie in Figur 6" auf der

  Stirnfläche des Halbleiterkristalls 1 angebracht_sein. Zur

  Einstellung der Randkonzentration sind@in dem Ausführungebei--

  spiel nach Figur 7 aber nicht mehr elektromagnetisehe.Wellen

  vorgesehen, sondern ein eigenes Halbleitergebiet 10, das mit

  Hilfe eines pn--Überganges Trägervervielfachung vornimmt. Die-

  ses rekombinationsfreie Gebiet grenzt an das Halbleiterge-

  biet 1 an. Der Halbleiterteil 10 wird von einer eigenen Strom-

  quelle 11 über den Widerstand 12 gespeist.

  Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 sti=t"im wesentlichen

  mit dem in Figur 5 dargestellen überein. Der Halbleiterkristall

  wird dabei von einer Spannungsquelle 1.3 gespeist, die einen = _ -

  Wechselstrom aufprägt gemäß -

  z -= Z g.+ Z@-sin (m 1t .+ )- -

  -Ig sei - ein- Gleichstromanteil, -Io die Amplitude" der sinusformigsn

  Stronaufprägung mit der Kreisfrequenzcr3 Z und einer, beliebigen

  Phase ,..

  Die zugehörige Randkonzentration kann entweder-konstant ge--

  halten. werden oder monoton zeitlich variieren oder ebenfalla-

  wie die Spannungsquelle `t3 nach einem° periodischen titgeaetz

  verändert werden, im letzteren -falle . beispielsiqeise nach, der

  Gleichung .- t -° - - _ - -- =: _ - _

  . nR = nQ -+ n ° ein (t= +, )

  nR -ist die Randkonzentration Wie sie sich ergibt aus einer

  zeitlich konstanten Paarerzeugung n. an der Stirnoberfläche

  und dem sich sinusförmig ändernden Anteil mit einer Amplitn-- '' - -

  de al, der Kreisfrequenz c3 2, und einer beliebigen Phase ?2.

  Die Kreisfrequenzen c31: und c.-_ 2 sind im allgemeinen verschieden-

  und können vorzugsweise ganzzahlige. Vielfache voneinander sein:.

  In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 9 ist zusätzlich ein

  Rückkopplungssystem vorgesehen. Die Randkonzentration am-Halb®

  .ieiter 'I wird", wie im Ausführungebeispiel nAch Fi@Ur 7---

  ausführlich -

  dargestellt, erzeugt, gleichzeitig wird-von

  dem den eingeprägten Strom liefernden Kreis über einen

  Übertrager 'i4 dem Eingangskreis ein Teil der Energie u.#

  - geführt, wodurch in an sich bekannter Weise bei. richtiger

  Polung des Übertragers hückkopplung auftritt.

Claims (2)

1. P a t e n t a n s_ p r ü c h e 1: Halbleiterbauelement mit vernderbaren negativen Teilen der Kennlinien, dadurch gekennzeichnet, daß für den Halbleiterkörper ein Halbleitermaterial verwendet ist, bei dem die Bewegliehkeiten der Elektronen und Defektelektronen sich' in ihrer Größe wesentlich unterscheiden, daß Mittel vorgesehen sind, die indem Halbleiterkörper eine inhomogene . Verteilung zusätzlicher Ladungeeträger in solcher Größe. erzeugen und-aufrechterhalten, .daß eine Trägerüberschwemmung in dem gesaZmten Halbleiterkörper erfolgt, und daß die zusätzlich entstehende Trägerkonzentration groß gegenüber der Dotierungskonzentration oder der Konzentration von Rekombinationszentrenist und daß weitere Mittel vorgesehen sind, die dem trägerüberschwemmten Halbleiterkörper einen Strom als weitere unabhängige Größe aufprägen:
2. 2. Halbleiterbauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleitermaterial mit einer relativ niedrigen Eigenleitungsdichte, z. B. kleiner als 1013em Verwendung findet. i 3. Malbleiterbäuolemettt nach fatontanapruch i und 2, dadurch " gekennzeichnet, daß dio Dotierungakonzontrationon und die Konzentrationen der Rakombinationszentron klein oiad vor- gliohen mit der Komontration der beweglichen ladungsträger. @@ gableiterbauelement nach wenigstenn einem der patentanaprrüohe 1 bin 3, dadurch gekennzeichnet, dail der Halbleiterkrietall eine Obertlgohenurekombination aufweint # die klein oder von gleicher Größenordnung, verglichen mit der Volumonrekombinationf dito " . " 3o galbleiterbauelement nach 2atentnngpruoh 1 bi® 4, dadurch geken»asiohnat, da nur rrzougt>,von fei beweglichen tadungeträgerpaaren elektromagnetieohe Otrahlung an eine Begrennungaflhoh® den lialbleiterkrintalle vorgesehen tot* 6e galbleiterbauelement nach patentanapruah i bis 3, dadurch gekennzeichnet, date zur Urxougvon frol beweglichen Iadungeträgerpaaren tharmieohe rrregung an einer Begrensunge# altohe den galblsiterkrietalle vorgeaehen ist e 7* galbleiterbaueltmont nach patezeeyrruch 'd bin 6, dadurch " gekannaeichnatt daß nur M#rneugung von frei bewtgliohen badungetrh$erpiaarea hohe elektrische Felder an einer Bo# CVnstltoho den- Kalbleiterkrietalls vorgeneheu ne 8v Halbleiterbauelement nach weüig®tezm einen der, !n®prüehe 1 bim 79 dadurch gekennseiahnetß daß aUrzeugung von treibeweglioh®n Iadungeträgergaaren an einer Begronate- eha de® Halbleäterkrietrllö in einen eigenen' angrenzenden talble.terkrß.atallhare.oh @r@ig@x@uaiyL.kt.en durch hohe elektrische Yelder, ad.Be pn-°Jber'Csen vorgenommen iat,2 99-Halbleiterbauelement nach wen,gstene einem der Anoprüah 1 bin 8 9 dadareh gekonnreiahnet p daß- tzua @räg®tipli in den bleiterkotall mit pn-Überg=g, o14 Auße_ paaggl®gt lat. - , W0 8albleiterb®ienaent nach wanägetene einem gor Ansprn 1 ble 9 9 dadurch gekeneiob-hot e de 3 die -ixe geG Näl- l@ifieer@telh .ein iut# gegenüber der eatwten atro den Konzentrat:Loneabfall-vo i 1 a Halbleiterbauelement nach vonigetens einem der japahe 1 bin 10# dadurch gekennzeichnet Q dhß alt @äa.b,@rk@@i@` ein Ät3®tall höchster Reinheit und`ti@gt®@@.@he . . Veenduna :fändet* 12®Se.bleiterbau®1®ment nach wexg:.atehe einem d®z, prü*i.ä1 bis 119 dadurch gekeraeie%ete daß die an den @@.blei= kristhanaue®hließenden Kontaktie en durch aul°°, _ voreen Bind' die keine zuetLtzlioh®n 8®kombtIonawz-,# - 8l herwrrufen 13s Ilßlbleiterbauelement nach wonigotenfl einem d®t A»präohe 1 bin 12, dadurch gekannaeieluet, das als -Mittel, dis äei trägerübersohwommten Halbleiturkristall einen Strom a.e unabhängige Größe autprägon, an den Halbleiterkrintall en## subringende Kontakte in Verbindung mit einer Spannue- üuslle und einem Widerstand, der groß, vorgldcheu mit dem sich ein®tollonäen Bahnwiderstand den Halbleiterkrintalla ist, rorgenehen einds . 16s Halbleiterbauelement nach wenigetene einem der AneprUahe 1 bis 13, dadurch gekennsoiehnet, daß die Größe des auf- geprägten Strome® ao klein ist, daƒ bei einer unabhängig vorgegebemßn gamdkonsantration an der Halblaiterkrietail- esite, an der die zusätzlichen Ladungsträger erzeugt worden, der auaei-neutrale ßaumladunZszuotand im inneren des lialb;p leiterkrietalle erhalten bleibt* 15. gaibleiterbauelement nach wenigateno einem der AnsprUohe x bis 14, dadurch gekennoichnet, daß die Größe den aut-& goprägton Stromes so klein ist, aaß sich die Trägerkonzentration, die eich ohne Ziawirkung der äußeren SpamrungequaUs im Nalb## leitsr einetellt" zur vonig ldudart. _ 16s galbleiterbauelemont nach wenigstens einem der Aneprücha 1 bin 15# dadurch gekenncoiohnat, daß außer den Kontakten ftr den Stromt2u$ noch xeltoro Kontakte, die den am 1Talbleiter-# krietall auftretenden Spungoabtali äbnehmeng sorge- gehen eindp. 17o Halbleiterbauelement noch wonigutene eine der Anapibho .. 9 bin 169 dadurch gekennzeichnt g daß .die den apunge abtall abgroitendon Kontakte in der lt3:e der zaen d®e . - - lialbleiterkriiötazllo angeordnet eindG. 113e Nalbleiterbauelement nach Amspch,16 oder 17jo durch - geketinneiebntg ctaß die zur Spau=un&aabne vorzusehoen .. Elektrofon ringfü=isinde 19# Halbleiterbauelement nach wonidatens einem der.,nepri@cho 1 bin 189 dadurch gokcnuzeicknoto diLß dertrcmuft , kontakt an der Seite # an. dem die zuaätzlichen Zadu'9Sater mit einer beUebien Radlaonseutration- ergaugt und aue rocht ezhalton »rden, gittorfö=ig aungebild®t into 2®. Halbleiterbauelement nach vronigeten oinem tmr Ansprüche 1 bin 190 dadurch gokennezick»t, daß der aufgopzägte sm ein wecheolföruig modulierter 01®iohstrom lote 21 11albleiterbauelement nach wenigeteno einem der Anprüche . 1 bin 20! 'dadurch gvkennzeiohn®ts daß mittel vorgesehen Binde welche die ßtromeu#rUmit der I,!Xnau der dm. kontetttration in ai»r frei vorgegebenen V®ine verkopp4lnA - 22 * Halbleiterbauelement nach wonßgetena einem der -Ansprüche ' 1 bio 21, dnduroh daß der Stros - eine monotone Veränderung erfährt und die ätgndkomentratfon periodische ßchwankungen auotWhrt e - 23, Halhbitorbauelvment, nach vsnigeton» einem der AnprUche 1 bis 22, dadurch gokarazoichut# _da$ die Rmdkonnentrsaon monotone Veränderungen ortarfi und der Dtron perioäieche- ßohwankmgen ausführt. Sd* Hslbleiterbaueleme»t nach wonigutenn slnom der, A"prüohe 1 bis 23, dadutoh gekonnseiohnet, da13 aowohl der ßtron &%a auch dir Rundionnflntration poriodisoha ßohWngeno JMM besondere mit verschiedener Preßuon, nueene - 25* 11albleiterbaueloment nah wonig®tens der Anspruch* 1 bin 24, dadurch go-kenneiohn®t # daß die Prequemen stob, . um ga»sshl*gi Vielfach unterscheiden. 24, galblßiterbaueltment nach vronigatena einem der Aunpritohs 1 bis 25, dadurch gekonnaseiohn®t,, daß die 7Paeanbesiehw@gen der beiden 0oh*enken seitlich konstant se td, . A 27o Halblefterbautlonent oh wenigstens einen der Ansprüche '! bis 289 dadurch geke=zeiohnat, daß die l'huonbor4ohmgem der beides 8ohkungen seitlich veränderbar sind. ,. Italbleiterbauelem®nt naoh wenigstens einem der prtohe ä bis 27s dadurch gokel3$Qhnot! daß die Swed*ünge der beidex Größen abhängig vanain=der vaw eich gehen. 39* galbieiterbauaiement nach wenigatena eine'der inapah 1 bis 289 dadurch gekems®lehne, daß die Sch ge der beiden Größen gds oppelt Bind _