DE1464696A1 - Tunnel-Diode,insbesondere aus Germanium,und Verfahren zur Herstellung der Tunnel-Diode - Google Patents

Tunnel-Diode,insbesondere aus Germanium,und Verfahren zur Herstellung der Tunnel-Diode

Info

Publication number
DE1464696A1
DE1464696A1 DE19631464696 DE1464696A DE1464696A1 DE 1464696 A1 DE1464696 A1 DE 1464696A1 DE 19631464696 DE19631464696 DE 19631464696 DE 1464696 A DE1464696 A DE 1464696A DE 1464696 A1 DE1464696 A1 DE 1464696A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
tunnel diode
plane
diode according
level
junction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19631464696
Other languages
English (en)
Other versions
DE1464696B2 (de
Inventor
Im Samuel Sung-Soon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of DE1464696A1 publication Critical patent/DE1464696A1/de
Publication of DE1464696B2 publication Critical patent/DE1464696B2/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/482—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body
    • H01L23/485—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body consisting of layered constructions comprising conductive layers and insulating layers, e.g. planar contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/291—Oxides or nitrides or carbides, e.g. ceramics, glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/04042—Bonding areas specifically adapted for wire connectors, e.g. wirebond pads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H01L2924/12036—PN diode

Description

14646J6
Dr.-lng. RUDOLF SCHIgRSNG Docket 14 012
Patentanwalt 19. Juni 1963
BOBLINGEN/WURTT. Dr.Schie/E
Bahnhofrlrafle 14 · Telefon 7319
Anmelderin: International Business Machines Corp., Sew York, H.Y.
Tunnel-Diodef inabesondere aus Germanium , und Verfahren zur Herstellung der Tunnel-Diode
Die Erfindung befaßt sich mit der Tunnel-Diode und mit der Herstellung einer solchen Tunnel-Diode. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Germanium-Tunneldioden und deren Herstellung.
Wie die konventionelle Halbleiter-Diode, so ist auch die Tunnel-Diode ein Zweipol-Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper oder mit einer Zone des einen Leitfähigkeitstyps, die von einer anderen Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch eine gleichrichtende Sperrschicht oder durch einen PH-Übergang getrennt ist.
Abweichend von der konventionellen Halbleiter-Diode hat die Tunnel-Diode einen echarfen PN-Übergang bei entarteter Dotierung auf beiden Seiten dieses Überganges. Der Dotierungspegel
' IQ
liegt größenordnungsmäßig bei 10 ? Störstoffatomen pro ecm oder mehr. Dies sind etwa vier oder fünf Größenordnungen mehr als die normale Dotierung beim üblichen Halbleiterbauelement,
Zwischen den entartet dotierten Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitetyps tritt beim Gebrauch der Diode das bekannte Phänomen des quantenmechaniachen Tunnelns auf. Eine solche Diode zeigt in ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie bei einer in Durchlaßrichtung gepolten Vorspannung einen negativen Widerstandsbereioh.
809809/09AO
Zusammen mit der tunnelnden Eigenschaft der Diode vermeidet dieses Phänomen das Problem oder den Nachteil der Minoritätsträger-Driftzeit, das bei den meisten Halbleiterbauelementen vorhanden ist. Dadurch wird die Tunnel-Diode zu einem schnellarbeitenden Bauelement, was far viele Zwecke, wie beim Schalten mit hoher Geschwindigkeit und bei der Erzeugung von Schwingungen sehr hoher Frequenz wünschenswert ist.
Als Material für den Halbleiterkörper oder Halbleiter-Ausgangsplättchen hat man bei der Herstellung von Tunnel-Dioden bereits die verschiedensten Halbleiterstoffe, wie Germanium, Silicium, Siliciumkarbid und intermetallische Verbindungen verwendet. Das Ausgangaplättchen ist sehr oft vom Leitfähigkeitstyp N und mit einem aktiven Störstoff stark dotiert, was durch die verschiedenartigsten, an sich bekannten Methoden zustande gebracht werden kann.
Das starke Dotieren bei der Kristallzüchtung, das Abkühlen stark dotierter Lösungen und die Pestkörperdiffusion sind sämtlich bei Materialien wie Germanium praktiziert worden. Es sollte anzunehmen sein, daß auch Material vom P-Leitfähigkeitstyp .als Ausgangsmaterial für die Plättchen bei Tunnel-Dioden verwendet werden kann. Zur Zeit werden die meisten Tunnel-Dioden durch Schaffung eines PN-Überganges nach der Legierungsmethode zwecks Bildung eines scharfen PN-Überganges hergestellt. Wenn man als Ausgangsmaterial des Plättchens Halbleitermaterial, wie Germanium, vom N-Leitfähigkeitstyp benutzen würde, dann werden der PN-Übergang und seine zugehörige rekristallisierte P-Typzone gewöhnlich durch die Verwendung von Akzeptorstörstoffen, wie Gallium, Indium, Aluminium, Bor oder andere Legierungen entartet gemacht.
Die Auswahl des Materials für das Ausgangsplättchen ist gewöhnlich durch Paktoren bestimmt, wie Materialkosten, leichte Fabrikation und durch"besondere Wünsche für die elektrischen Eigenschaften der Tunnel-Dioden. Zum Beispiel haben Tunnel—
809809/0940
Dioden aus Germanium höliere Werte für das Verhältnis des Spitzenstromes zum Talstrom als Tunnel-Dioden aus Silicium. Auf der anderen Seite haben sie größere Abweichungen in der Betriebsspannung. Intermetallische Verbindungen, wie Gallium-Arsenid, können noch bei hohen Temperaturen betrieben werden und sind gewöhnlich kostspieliger als Germanium oder Silicium.
Tunnel-Dioden aus Germanium haben sich wegen ihrer leichten Herstellbarkeit und wegen des oben erörterten hohen Verhältnisses von Spitzenstrom zu Talstrom als attraktiv erwiesen. Bei manchen Anwendungen ist es wünschenswert, daß solche Halbleiterbauelemente höhere Werte des Verhältnisses von Spitzenstrom zu I Talstrom aufweisen als dies bisher erreichbar war. Außerdem ist es vorteilhaft, die Kapazität der Tunnel-Dioden kleiner zu haben, um deren elektrische Leistung zu verbessern.
Bis jetzt ist die Signalübertragungsgeschwindigkeit einer Tunnel-Diode durch das Ausmaß der Dotierungs- oder Störstoffkonzentration festgelegt worden. Höhere Dotierungskonzentrationen werden zu höheren Geschwindigkeiten führen. Jedoch sind nach höheren Konzentrationen von Leitfähigkeit bestimmenden Störstoffen, die man einem Halbleiterkörper nutzbar einverleiben kann, zu Grenzen gesetzt. Überdotierung kann zu einer unerwünschten polykristallinen Struktur führen. Es würde daher wünschenswert , sein, die Arbeitsgeschwindigkeit einer Tunnel-Diode, wenn möglich, während des Herstellungsprozesses durch andere Mittel als durch die Höhe des Dotierungspegel zu kontrollieren oder fest zulegen·
Es ist somit Gegenstand der Erfindung, eine neue und verbesserte Tunnel-Diode mit verbesserten elektrischen Eigenschaften zu schaffen. Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer Tunnel-Diode mit einem verbesserten Wert für das Verhältnis des Spitzenstromes zum Talstrom. Ein weiterer Gegenstand besteht in der Schaffung einer Tunnel-Diode aus Germanium, die nicht nur ein verbessertes Verhältnis von Spitzen-
809809/0940
atom zu Talstrom aufweist, sondern auch, eine reduzierte Kapazität hat.
Ein zusätzlicher Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Tunnel-Diode anzugeben, welches ihr verbesserte elektrische Eigenschaften verleiht. Außerdem ist ein Gegenstand der Erfindung die Schaffung eines neuen und verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Tunnel-Dioden, welches mit größerer Leichtigkeit deren Signalübertragimg und oder deren Verhältnis des Spitzen— stromes zum Talstrom zu kontrollieren vermag.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Tunnel-Diode einen Halbleiterkörper, dessen Material von einem gegebenen Leitfähigkeitstyp ist, dessen Dotierungspegel den Wert
IQ 20
1·10 bis 2*10 Atome pro ecm aufweist und dessen orientierte Fläche im wesentlichen parallel zu einer kr !stenographischen EUene innerhalb des Bereiches von 10 bis 55 Grad zur 111 Ebene ist. Die Tunnel-Diode enthält auch innerhalb des Halbleiterkörpers einen scharfen PH-Übergang, der durch Einführung von StSrstoff des entgegengesetzten Leitfähigkeitstype in ausreichender Konzentration an der vorstehend erwähnten Ebene zur Entartung eines Teiles des Halbleiterkörpers, gebildet wird. Die Tunnel-Diode enthält fernerhin elektrische Anschlüsse an den Halbleiterkörper vom eben erwähnten gegebenen Leitfähigkeitetyp wa& an den entarteten Teil ve» vom vorstehend erwähnten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp·
Ebenfalls in Obereinstimmung mit der Erfindung umfafit das Verfahren zur Herstellung einer Tunnel-Diode die Bildung einer Fläche in einem entartet dotiertem Körper aus Halbleitermaterial des einen Leitfähigkeitstyps, welche im wesentlichen parallel zu einer kristallographisehen Ebene innerhalb von 10 , bis 55 Grad gegen die 111 Ebene orientiert ist. !
* BAD ORIGINAL
809809/6940
Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt fernerhin die Bildung einer entartet dotierten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in der vorerwähnten einen Fläche, welche von dem Körper durch einen PH-Übergang mit einer schmalen Übertragungsschicht getrennt ist· Das Verfahren enthält außerdem die Anbringung elektrischer Anschlüsse an den Halbleiterkörper und an die entartet dotierte Zone.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine beispielsweise Ausführungsform näher erläutert.
Fig..la ist eine vergrößerte Grundriß-Darstellung einer Tunnel-Diode gemäß der Erfindung.
fig. Ib ist eine Schnittzeichnung gemäß der Linie Ib-Ib in fig. la.
Fig. 2 ist eine Kurve, die zur Erklärung einer vorteilhaften Eigenschaft des Bauelements nach Pig. I verwendet wird.
Pig. 3 ist ein Diagramm, das bei der Erörterung der Erfindung nach Pig. I herangezogen wird.
Fig. 4 ist ein anderes Diagramm, das ebenfalls zur Erläuterung der Erfindung dient.
Die Vorrichtung nach lig. la und Fig. Ib enthält einen Halbleiterkörper oder ein Ausgangsplättchen 10 aus einem Halbleitermaterial von einem gegebenen Leitfähigkeitstyp, dessen
TQ PO
Dotierungspegel den Wert von 1·10 7 bis 2»10 Atome pro eeffl hat und der eine im wesentlichen parallel zu einer kristallen- ^ graphischen Ebene innerhalb von 10 bis 55 Grad zur 111 Ebene >* orientierte Fläche enthält. r
fach einer besonderen Aueführungsform des Erfindungsgedankens ist das Plättchen 10 aus Germanium hergestellt, dessen Ver-
R η α fl η ο / η Q / ή
unreinigungspegel oder Dotierungskonzentration den eben erwähnten Betrag hat. Insbesondere ist für einige besondere Anwendungsfälle das Material in attraktiver Weise aus P—Typ—Germanium, das mit Gallium in einer Konzentration in der Größen-IQ
Ordnung von 5#10 Atome pro ecm dotiert ist.
Die gewünschte, oben erwähnte kristallographische Ebene wird in an sich bekannter Weise durch ein Materialab tragverfahren an einem einzelnen Germanium-Kristall gebildet, der optisch oder durch eine Röntgenstrahlmethode orientiert ist. Wie anschließend ausgeführt wird, können verschiedene kristallogra-" phische Ebenen innerhalb des Bereiches von 10 bis 55 Grad zur 111 Ebene verwendet werden, was von der besonderen Charakteristik abhängig ist, die man von der Tunnel-Diode verlangt.
Die Tunnel-Diode umfaßt außerdem einen scharfen PH-Übergang im Plättchen 10 (siehe Fig. Ib), der durch Einführung, z.B. auf dem Wege des Einlegierens, eines Störstoffes des entgegengesetzten oder Jf-Leitfähigkeitstyps an der erwähnten kristallographischen Ebene in ausreichender Konzentration gebildet wird, womit ein Teil des Plättchens entartet wird·
Zuerst wird ein isolierendes Stück 12 aus einem passenden ) Material, wie Siliciummonoxyd oder Quarz, innig mit einem Teil der oberen Oberfläche des Germanium-Plättchens 10 verbunden. Diese Oberfläche entspricht der gewünschten kristallographischen Ebene. Das Bauteil 12 wird auf die obere Oberfläche des Plättchens 10 durch Aufdampfen einer Schicht aufgebracht, deren Dicke in der Größenordnung von 0,15 Tausendstel Zoll, deren Länge etwa 5 Tausendstel Zoll und deren Breite etwa von denselben Abmessungen ist·
Das Aufdampfen kann in der konventionellen Weise durch Aufdampfen des Siliciummonoxyds über eine Blendenmaske aus Molybdän durchgeführt werden. '
AIb nächstes wird eine elektrisch: leitende Schicht 13 vorzugsweise mit einem Oberflächenteil dee Gliedes 12 durch Aufdampf em in der an sich bekannten Weise über eine Öffnung einer Moly%dänmaske verbunden. Als leitende Schicht 13 hat sich eine reine Hiekelhaut oder eine dünne SilberSchicht, die auf einer dünnen Chromsehieht niedergeschlagen ist, einwandfrei Gewährt.
■■ . -.'■.■ ί <',·■■ ·.·■■ ' ■■} ■ . ' ■■.. ■.■'■'.■ ■ ' ' ■ ■
Danach wird 4±ne Elektrode 14 innig mit einem Teil der leitenden Schicht 13 Verbunden, und ein überhängender Teil 15 der Elektrode 14 wird an das Plättchen 10 anlegiert. Die Elektrode 14 ist vorzugsweise ein Legierungsglied oder Legierungskügelchen, welches insbesondere vorteilhaft 25t Arsen, 5$ Antimon, 585* Zinn und 35# Blei enthält. Hatürlieh können auch andere Zusammensetzungen der eben erwähnten Elemente verwendet werden. Das Kügelchen kann dem Gewichte nach ent" halten: Arsen innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 53^» Antimon innerhalb des Bereiches von 0,1 bis IO56, Zinn innerhalb des Bereiches von 15 Ms 8θ£, der Best ist Blei.
Die Elektrode 14 kann fest mit einem feil der leitenden Schicht 13 und mit einem Seil des Plättchens 10 durch Aufdampfen eines Kügelchens verbunden werden, welches seine vier Legierungekomponenten über die öffnung in einer geeig- ( neten Molybdänmaske bindet. Alternativ können die Komponenten der Pille aufeinanderfolgend auf die exponierten Teile des Metallfilma 13 und des Plättchens aufgedampft werden, wobei das Arsen zwischen dem Aufdampfen von zwei anderen. Komponenten aufgedampft wird.
Das Arsen ist offenbar als der aktive Störstoff der Legierungspille anzuseilen, der beim Legieren mit dem Sermanlizm» plttttchen 10 den Übertragangsbereich der Tunnel-Diode ma£ etwa 75 AngstroÄ verjüngt und eine entartete I^Ty-Zone am Überhang 15 erzeugt. .
BAD ORIG>NAL
809809/09Λ0
Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält fernerhin elektrische Anschlüsse für den P-Typ-Halbleiterkörper 10 und für den entarteten Teil oder Überhang 15 vom N-Leitungstyp. Dazu wird eine Verbindung in Form eines dünnen Drahtes 16 mit dem Metallfilm 13 in geeigneter Weise durch die Methode der thermischen Kompressionsbindung hergestellt. Diese Methode ist an sich bekannt und von H.Christensen in der Zeitschrift Bell Laboratories Record April 1958. Seite 127 bis 130 unter dem Titel "Electrical Contact with Thermo-Compression Bonds" beschrieben.
Bei diesem thermischen Verbindungsverfahren werden Hitze und Druck über ein meiselartig geschärftes Werkzeug am Ende des Leiters 16, der auf dem Metallfilm 13 ruht, angewandt, um so eine gute mechanische und elektrische Verbindung an der Stelle der Verbindung zu bewirken. An der unteren Oberfläche des Halbleiterplättchens wird mit einem ohmschen Lötmittel ein Leiter in Form einer Metallplatte 17 festgemacht, so daß mit dem Draht 16, dem Film 13 und der Elektrode 14 elektrische Anschlüsse auf entgegengesetzten Seiten des PH-Übergangs gebildet sind.
Zur Reduzierung der Größe des PN-Überganges 11 auf einen Wert welcher zu der gewünschten Strom-Spannungskennlinie nach Fig. führt, wird ein Ätzverfahren benutzt. Dieses entfernt Material auf den oberen Teilen des Halbleiterplättchens, so daß das isolierende Teil 12 jetzt über einen Teil des Plättchens, wie in Fig. Ib gezeigt, übersteht. *
Nachstehend sei der Legierungsprozeß kurz erläutert. Da Arsen bei einer Temperatur -von über 600° C sublimiert und da Arsen zu den Elementen des Mehrkomponentenmaterials gehört, das zur Bildung der Elektrode 14 und des PH-Überganges 11 benutzt wurde, ist es nicht ratsam, die Legierungstemperaturen größer als etwa 600° C zu machen. Das Legieren kann durch Starten mit der Mehrkomponenten-Pille und des Plättchens bei Raumtemperatur
Ö09809/09A0
bewerkstelligt werden, woran sich die Einführung des Systemes in einen Legierungeofen anschließt, so daß die Temperatur
des Systemes in mehreren Sekunden, etwa 5 Sekunden, bis auf etwa 600 C anwächst. Darauf werden System und Ofen schnell auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Der Erfinder konnte noch keine Erklärung dafür finden, warum ein Halbleiterbauelement bei der Bildung eines PN-Überganges durch Einführung einer ersten Type von Leitfähigkeit bildender Verunreinigung in eine vorgegebene Fläche eines entartet dotierten Halbleiterkörpers der entgegengesetzten Leitfähigkeitstype cjuantenmechanisches Tunneln zeigt, wenn diese Fläche im wesentlichen parallel zu einer Fläche innerhalb eines Bereiches von 10 bis 55 Grad zur^Ebene orientiert. Die folgenden Darlegungen werden jedoch dazu beitragen, die diesbezüglichen Verdienste des Erfinders erkennen zu lassen.
Bisher ist es üblich gewesen, eine Tunnel-Diode durch Einlegieren eines Störstoffkörpera an der kristallographischen 111 Ebene eines entartet dotierten Plättchens herzustellen. Die folgende Tabelle zeigt das Verhältnis des Spitzentunnelstromes Jp zum Talstrom Jy bei Tunnel-Dioden, die aus 10 Ausgangsplättchen hergestellt sind, die wiederum aus einem Kri— stallschnitt auf der 111 Ebene gewonnen sind und von 10
Plättchen aus dem Kristallschnitt auf den 211 und 221 Ebenen und von einer Ebene 20° zur 111 Ebene in der oben erklärten Weise.
Kristall Ebene J P: JV ,4-5,3 Ebene 113 J P:JV ,5-12 ,1
Bereich ,7-8,4 ,9-12 ,5
1 111 2 ,1-3,24 211 Bereich ,2-11 ,8
2 111 5 221 9
-3 111 1 20°zu 9
9
Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß bei einem Material eine Vergrößerung de3 Verhältnisses des Spitzenstromes zum TaI-
809809/094
- ίο -
strom bei einer Tunnel-Diode erreicht werden kann, wann man als geplante kristallographische Ebenen andere als die 111 Ebene verwendet.
Fig. 3 zeigt graphisch die Ausbildung des Verhältnisses des Spitzenstromes zum Talstrom einer Tunnel-Diode, wenn das Einlegieren am Plättchen an verschiedenen kristallographischen Ebenen durchgeführt wird. Auf der Ordinatenach.se ist das Verhältnis des Spitzenstromes zum Talstrom aufgetragen, während die Abszissenachse eine Gradeinteilung zu den verschiedenen kristallographischen Ebenen, die dort mit eingetragen sind, " enthält.
Es ist zu ersehen, daß die 111 Ebene bei 0° nachgewiesen ist, die 221 Ebene liegt annähernd bei 15° von der 111 weg und zwar auf einer Seite dieser Ebene. Die 110 Ebene liegt auf der gleichen Seite etwa 35 Grad davon ab.
Die 211 Ebene ist etwa 20 Grad von der 111 Ebene auf der anderen Seite entfernt während die 100 Ebene etwa 55 Grad davon auf der selben Seite liegt.
Die vertikalen Linien im Schaubild spiegeln die Streuung der ) Werte bei den verschiedenen Gradwerten wieder, die in jedem Falle beim Experimentieren mit 40 Tunnel-Dioden zustande kam. Der kleine Kreis in jeder Vertikallinie repräsentiert den Mittelwert.
Nach dem Schaubild ist das Verhältnis des Spitzenstromes zum Talstrom am niedrigsten für die 111 Ebene. Ein beachtlicher Zuwachs dieses Verhältniswertes besteht, wenn eine Ebene verwendet ist, die wenigstens 10 Grad von der 111 Ebene weg ist.
Es ist auch aus dem Schaubild zu ersehen, daß der Mittelwert des Verhältnisses des Spitzenstromes zum Talstrom im Bereich von 10 bis 55 Grad zur 111 Ebene nicht stark variiert, und
809809/0940
- li -
/zu daß der Bereich von 10 bis 20 Grad sehr attraktiv sei scheint. Es erscheint auch, daß es wünschenswert ist, eine Tunnel-Diode durch Errichtung eines PN-Überganges in einer Plättchenfläche zu errichten, welche irgendeiner der Schar der 100, der 211, der 221 und der 110 Ebenen entspricht.
Pig. 4 ist in der Konstruktion ähnlich der Fig. 3 mit der Ausnahme, daß die Ordinatenachse das Verhältnis der Kapazität zum Spitzenstrom darstellt. Da die Signalübertragungsgeschwindig— keit einer Tunnel-Diode umgekehrt proportional zu ihrer Kapazität ist, gibt die höhere Zahl auf der Ordinatenachse die niedere Arbeitsgeschwindigkeit des Bauelementes wieder. Danach führt die Verwendung einer kristallographischen Ebene mit etwa 10 bis 20 Grad gegen die 111 Ebene in einer Tunnel-Diode zu einer Vorrichtung mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit. Eine Ebene im Bereich von etwa 20 bis 35 Grad von der 111 Ebene ist für eine Tunnel-Diode mit mittlerer Arbeitsgeschwindigkeit, während eine Ebene im Bereich von über 35 bis 55 Grad von der 111 Ebene für langsam arbeitende Vorrichtungen wünschenswert sind.
Durch die Benutzung einer Ebene im Bereich von etwa 10 bis 20 Grad gegen die 111 Ebene kann auch die beste Gleichförmigkeit in der Arbeitsgeschwindigkeit der Bauelemente erhalten werden, wie aus den kurzen Vertikallinien zu entnehmen ist.
Wie aus den vorstehenden Darlegungen hervorgeht, wird die Signalübertragungsgeschwindigkeit einer Tunnel-Diode durch Auswahl der kristallographischen Ebene gesteuert, in die man legiert, um den PN-Übergang zu bilden. Damit hat man ein äußerst wichtiges Werkzeug bei der Herstellung solcher Vorrichtungen in der Hand und vermeidet einige kritische Probleme, auf die man bisher in Verbindung mit der starken Dotierung in den Halbleiterzonen gestoßen war. Zusätzlich ist eine größere Freiheit bei der Übertragungsgeschwindigkeit einer Tunnel-Diode gewährleistet. Der Konstrukteuer hat jetzt ein weiteres Steuerungsmittel für die
809809/0940
™" JL έ_ "™
Gewinnung eines hohen Wertes für das Verhältnis von Spitzenstrom zu Talstrom in der Hand.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit der Bildung des PH-Überganges der Tunnel-Diode durch einen Legierungsverfahrensschritt vorstehend beschrieben worden ist, sind natürlich auch, andere Methoden anwendbar, wie z.B. die Anwendung des epitaktischen Dampfniederschlages zur Bildung eines passenden Pli-Überganges. Ein solches Verfahren, das auch hier verwendet werden kann,ist in der amerikanischen Patentschrift 3 014 820 unter der Bezeichnung "Vapor Grown Semiconductor Device" beschrieben.
Pat entansprüche
809809/09A0

Claims (8)

Patentansprüche
1.) Tunnel-Diode, insbesondere Tunnel-Diode aus Germanium, dadurch gekennzeichnet, daß der PN-Übergang (11) in einer Fläche des entartet dotierten HaXbIeiterkörpers (10) gebildet ist, die im wesentlichen parallel zu einer kristenographischen Ebene orientiert ist, deren lage von der lage der 111 Ebene innerhalb eines Bereiches von 10 bis 55 Grad abweicht.
2.) Tunnel-Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PN-Übergang (11) in einer Fläche des entartet dotierten Halbleiterkörpers (10) gebildet ist, deren Orientierung parallel zur kr !stenographischen 211 Ebene oder 221 Ebene oder 110 Ebene oder 100 Ebene liegt.
3.) Tunnel-Diode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge-
19 kennzeichnet, daß die Dotierung des Halbleiterkörper 10
on
bis 2*10 Störatome pro ecm beträgt.
4.) Tunnel-Diode nach den Ansprüchen 1 bis 3ι dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper F-leitendes Germanium enthält, das mit Gallium in einer Konzentration von 1019 bis 2Ί020 Atomen pro ecm dotiert ist.
5.) Tunnel-Diode nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der PN-Übergang im Halbleiterkörper (10) durch Legierung aus einer Legierungspille (14) gebildet ist, welche Arsen, Antimon, Zinn und Blei enthält.
809809/0940
6.) Tunnel-Diode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die legierungspille 2$ Arsen, 5$ Antimon, 58$ Zinn und 35$ Blei enthält.
7.) Tunnel-Diode nach den Ansprüchen 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß die antartet dotierten Halblexterzonen durch einen PN-Übergang mit einer schmalen Übertragungsschicht getrennt sind.
8.) Verfahren zur Herstellung einer Tunnel-Diode nach den " Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche eines Halbleiterplättchens (lO), welche einer kristallographischen Ebene entspricht, deren Lage um 10 bis 55 Grad von der Lage der 111 Ebene abweicht, teilweise eine isolierende Schicht (12) aufgebracht ist, daß auf diese isolierende Schicht (12) eine elektrisch leitende Schicht (13) aufgetragen wird und daß wiederum auf diese elektrisch leitende Schicht (13) eine überhängende Elektrode (14) aufgesetzt ist, die an der überhängenden Stelle (15) an den Plattehenkörper (10) anlegiert wird.
80980 9'/0940
DE19631464696 1962-06-20 1963-06-20 Verfahren zum herstellen einer esaki diode insbesondere mit einem halbleiterkoerper aus germanium Pending DE1464696B2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US20386462A 1962-06-20 1962-06-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE1464696A1 true DE1464696A1 (de) 1968-11-21
DE1464696B2 DE1464696B2 (de) 1971-06-09

Family

ID=22755631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19631464696 Pending DE1464696B2 (de) 1962-06-20 1963-06-20 Verfahren zum herstellen einer esaki diode insbesondere mit einem halbleiterkoerper aus germanium

Country Status (3)

Country Link
US (1) US3258660A (de)
DE (1) DE1464696B2 (de)
GB (1) GB1039789A (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3354361A (en) * 1965-06-10 1967-11-21 Gen Electric Sandwiched construction for a tunnel diode

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL209275A (de) * 1955-09-02
NL247746A (de) * 1959-01-27
US3109758A (en) * 1959-10-26 1963-11-05 Bell Telephone Labor Inc Improved tunnel diode
US3121828A (en) * 1961-09-18 1964-02-18 Ibm Tunnel diode devices and the method of fabrication thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US3258660A (en) 1966-06-28
DE1464696B2 (de) 1971-06-09
GB1039789A (en) 1966-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE961913C (de) Verfahren zur Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen mit p-n-UEbergaengen
DE69631664T2 (de) SiC-HALBLEITERANORDNUNG MIT EINEM PN-ÜBERGANG, DER EINEN RAND ZUR ABSORPTION DER SPANNUNG ENTHÄLT
DE2538325C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
DE977615C (de) Verfahren zur Herstellung eines fuer Signaluebertragungsvorrichtungen bestimmten Halbleiterelements
DE1246890B (de) Diffusionsverfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements
DE1127488B (de) Halbleiteranordnung aus Silizium oder Germanium und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE1084381B (de) Legierungsverfahren zur Herstellung von pn-UEbergaengen an der Oberflaeche eines Halbleiterkoerpers
DE1024640B (de) Verfahren zur Herstellung von Kristalloden
DE1179646B (de) Flaechentransistor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1282796B (de) Integrierte Halbleiteranordnungen und Verfahren zum Herstellen derselben
DE1414538A1 (de) Unterschiedliche Leitfaehigkeitszonen aufweisende Halbleiteranordnung und Verfahren zu dessen Herstellung
DE1166938B (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
DE1018558B (de) Verfahren zur Herstellung von Richtleitern, Transistoren u. dgl. aus einem Halbleiter
DE2517252A1 (de) Halbleiterelement
DE1564940B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halb leiteranordnung sowie danach hergestellte Anordnung, insbesondere Transistor
DE1950478A1 (de) Halbleiterbauelement mit steuerbarer Kapazitaet
DE1464696A1 (de) Tunnel-Diode,insbesondere aus Germanium,und Verfahren zur Herstellung der Tunnel-Diode
DE1805261A1 (de) Temperaturkompensierte Referenzdiode und Verfahren zur Herstellung derselben
DE1806980A1 (de) Halbleiter-Bauelement
DE1464696C (de) Verfahren zum Herstellen einer Esaki Diode, insbesondere mit einem Halbleiter korper aus Germanium
DE2209534A1 (de) Micro-Alloy-Epitaxie-Varactor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2721744A1 (de) Heterojonctions-transistor
EP1095410B1 (de) Halbleiteranordnung mit ohmscher kontaktierung und verfahren zur kontaktierung einer halbleiteranordnung
DE2153196A1 (de) Elektrolumineszenz-Anzeigevorrichtung
DE2709628A1 (de) Verfahren zum herstellen von halbleitern

Legal Events

Date Code Title Description
SH Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971