DE1464701C - Halbleiterbauelement mit mindestens einem PN Übergang - Google Patents
Halbleiterbauelement mit mindestens einem PN ÜbergangInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterbauelemente mit mindestens einem PN-Übergang und mit
einer Struktur, bei der die Beweglichkeitsanisotropic der Ladungsträger ausgenutzt werden kann.
Die Arbeitsweise der meisten gebräuchlichen Halbleiterbauclemente beruht im wesentlichen auf der
Wechselwirkung der bipolaren Ladungsträger miteinander
sowie mit ihrer Umgebung, dem Kristallgitter. Ein für die Funktion des Halbleiters wichtiger Parameter
ist die Beweglichkeit der elektrischen Ladungsträger
innerhalb des sie umgebenden Kristallgitters. Ergebnisse der Halbleiterphysik haben gezeigt, daß die
Beweglichkeit der elektrischen Ladungsträger im Krs'.allgiller bestimmter Haltleiter unterschiedlich ist
ur.d daß diese Unterschiede von der physikalischen Orientierung des Kristallgitters abhängen. Die Träger
bewegen sich infolgedessen mit verschiedenen Geschwindigkeiten richtungsabhängig durch den HaIblciterkrihtall.
Es wurde eine schnell wachsende Zahl von Halbleitermaterialien bekannt, die diesen riehtungsmäßig
orientierten Unterschied bezüglich der Beweglichkeit der elektrischen Ladungsträger aufweisen.
Die unterschiedliche Beweglichkeit der elektrischen Lidungsträger bezüglich der Kristallorientierung
wird als Beweglichkeitsanisotropie bezeichnet.
In der Halbleitertcchnik wurden auch eine Reihe
anderer Anisotropieeigenschaften bekannt ur.d zum Teil praktisch ausgenutzt. Da Anisotropieeigenschaften
mit der Tatsache zusammenhängen, daß innerhalb des Kristalls Strukturebenen mit einer mehr oder weniger
dichten atomaren Besetzung existieren, ist es verständlich, daß bei gewissen in der Halbleitertechnik üblichen,
sich auf kristallines Material erstreckenden Verfahrensmaßnahmen, gewisse Vorzugsrichtungen zu berücksichtigen
sind, wodurch sich die Möglichkeit eröffnet, bei geschickler Ausnutzung geeigneter Vorzugsrichtungen
gewünschte physikalische Effekte zu realisieren. So ist es z. B. eine violgeübte Praxis, beim Schneiden
von Kristallbarren, beim Ätzen, Legieren u.dgl. für Nach der Lehre der Erfindung wird also Halbleitermaterial,
das eine Beweglichkeitsanisotropie aufweist, in ausgewählten Bereichen eines zu erstellenden Halbleiterbauelements
verwendet und hierdurch die Güte in bezug auf bestimmte Bauelementeparameter verbessert,
ohne daß äußere Kräfte angewandt werden müssen.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen an Hand der nachstehend aufgeführten Zeichnungen
näher erläutert.
F i g. 1 zeigt einen Körper aus Halbleitermaterial mit einem PN-Übergang, der die optimale Orientierung
der Trägerbeweglichkeit für die Verbesserung der Injektionsleistung veranschaulicht;
F i g. 2 stellt einen verbesserten Schichttransistor dar, der die Orientierung des Halbleitermaterials innerhalb
des Basisgebietes verdeutlicht;
F i g. 3 zeigt einen Fadentransistor, der die Wirkung der Beweglichkeitsanisotropie auf den Trägertransport
darstellt.
Unter Beweglichkeitsanisotropie versteht man eine richtungsmäßig orientierte Differenz der Geschwindigkeit
elektrischer Ladungsträger innerhalb eines monokristallinen Halbleiters.
Diese Beweglichkeitsdifferenzen sind im allgemeinen am größten in Richtungen, die senkrecht zueinander
stehen.
Eine Beweglichkeitsanisotropie kann in bezug auf verschiedene Ladungsträgertypen, z. B. Löcher und
Elektronen sowie in bezug auf Träger desselben Vorzeichens bestehen.
Mit der Weiterentwicklung der Halbleitertechnik hat man eine zunehmende Zahl von Halbleitermaterialien
gefunden, die die Eigenschaft der Beweglichkeitsanisotropie besitzen. Von diesen sind besonders
bekannt die Klasse der 11-V-Verbindungen, zu denen
Kadmiumdiarsenid (CdAs2), Titandioxyd (TiO2),
»Rutil«, Tellur (Te) und Wisnuittellurid (Bi2Te3) gehören.
Die einatomigen Halbleitermaterialien Ger
den jeweiligen Prozeß günstige Vorzugsrichtungen aus- 40 manium (Ge) und Silizium (Si) zeigen unter elastischer
zunutzen.
Ferner ist es bekannt, bei Halbleiterbauelementen die Hauptoberflächen des 1 lalbleiterkörpers nach bestimmten
Kristallorientierungen auszuwählen (französische Patentschrift 1 154 894).
Der französischen Patentschrift 1 295 244 liegt die Lehre zugrunde, Anisotropieeigenschaften von Halbleitermaterialien
zur Verbesserung der Arbeitsweise von Halbleiterbauelementen auszunutzen. Hierbei läßt
Beanspruchung ebenfalls eine Beweglichkeitsanisotropie.
Das Phänomen der Beweglichkeitsanisotropie kann bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement zur
wesentlichen Verbesserung der Leistung verwendet werden. Dies erreicht man durch eine geeignete Orientierung
eines ausgewählten Materials für den Halbleiterkristall bezüglich der speziellen Geometrie des zu
verbessernden Halbleiterbauelements und der ver-
man jedoch zur Erzeugung von Anisotropie in an sich 50 wendeten Ladungsträger. Man ist dabei bestrebt, die
isotropem Halbleitermaterial auf dieses äußere Kräfte einwirken, wodurch sich eine unterschiedliche Besetzung
von Haupt- ur.d Nebenminimum der-Bandstruktur
und damit eine Anisotropie ergibt.
Der voiliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe,
einen Weg zur Erzeugung von Halbleiterbauelementen mit verbesserten Eigenschaften unter Ausnützung
der Beweglichkeitsanisotropie der Ladungsträger aufzuzeigen.
Derartige Halbleiterbauelemente sind nach der Lehre der Erfindung dadurch gekennzeichnet, d iß
mindestens eine der Zonen aus einem einkristallinen Halbleitermaterial besieht, welches hinsichtlich der
Beweglichkeit der Ladungsträger anisotrop Pst, und dato das einkrislalline Halbleitermaterial dieser Zone so
angeordnet ist, daß die Richtung der maximalen Beweglichkeit der Minoritätsladungsträger dieser Zone
senkrecht auf der PN-Übergangsfläche steht.
Richtung der größten Beweglichkeit mit der Richtung des Arbeitsstromes des Bauelements in Übereinstimmung
zu bringen und die geringere Beweglichkeit den Richtungen der schädlichen Parameter zuzuordnen.
Die Eigenschaften der Beweglichkeitsanisotropie kann z. B. benutzt werden, um die Minoritätsträger-Injektionsleistung
durch Herstellung einer hohen Beweglichkeit für injizierte Träger zu erhöhen. In F i g. 1
ist eine Elektrode zur Injektion von Minoritätsträgern gezeigt, die zur Verwendung in einem nach den Lehren
der Erfindung aufgebauten Halbleiterbauelement geeignet ist. Bei dem gezeigten Bauelement handelt es
sich um einen Halbleiterkristall 1, bei dem die Darstellung am rechten Ende abgebrochen wurde, um den
Anschluß an ein weiteres Gebilde anzudeuten, und der eine ausreichende Verunreinigungsverteilung enthält,
um einen Bereich 2 vom P-Leitungstyp und einen N-Bereich 3 entstehen zu lassen, die durch einen
PN-Übergang 4 getrennt sind. Der Zweck der Vorrichtung
von F i g. 1 für die dargestellten Leitungstypen ist es, Löcher in den N-Bereich 3 zu injizieren.
Dei Halbleiterkristall 1 hat die Eigenschaft der Beweglichkeitsanisotropie in bezug auf die relative
Beweglichkeit der Elektronen und Löcher. Der Kristall 1 ist physikalisch in bezug auf die Ebene 5 des
PN-Übergangs 4 so orientiert, daß das Verhältnis der Komponente der Defektelektror.enbeweglichkeit in der
senkrecht auf dem PN-Übergang 4 stehenden Richtung 6 zu der Komponente der Elektronenbeweglichkeit
in der Richtung 6 einen Maximalwert hat.
Bei Verwendung als Injektionselektrode für Minoritätsträger in einem Halbleiterbauelement injiziert der
PN-Übergang 4 Löcher in den N-Bereich 3 aus dem P-Bereich 2. Die Leistung eines PN-Übergangs als
Minoritätsträger-Injektionselektrode oder Emitter ist gegeben durch die Zahl der injizierten Löcher zum Gesamtstrom
über den PN-Übergang 4. Es hat sich gezeigt, daß die Leistung eines solchen Emitters stark abhängig
ist von dem Verhältnis der Lccherbeweglichkeit zur Elektronenbeweglichkeit in dem Bereich, in
den die Löcher injiziert werden. Im vorliegenden Fall trifft dies für den N-Bereich 3 zu. Die Leistungsfähigkeit
des PN-Übergangs 4 als Emitter kann dadurch erhöht werden, daß man das Verhältnis der Defektelektronenbeweglichkeit
zur Elektronenbeweglichkeit in der Richtung vergrößert, die etwa senkrecht auf der
Ebene 5 des PN-Übergangs 4 steht. Eine geringe Elektronenbeweglichkeit begünstigt eine hohe Leistung
des Übergangs 4 als Lccheremitter. Ebenso wirkt sich eine hohe Löcherbeweglichkeit günstig für eine hohe
Injektionsleistung des PN-Übergangs 4 aus.
Wenn die Vorrichtung 1 als Flächendiode verwendet werden soll, indem ohmsche Kontakte an den P-Bereich
2 und den N-Bereich 3 angelegt werden, so folgt aus der verbesserten Injektionsleistung ein niedrigerer
Reihenwiderstand über die Diode.
Bei Verwendung der Anordnung von F i g. 1 als Teil einer Vorrichtung, für deren Funktion der
Wirkungsgrad des Transports injizierter Minoritätsträger von Bedeutung ist, wird die Kristallorientierung
so gewählt, daß der N-Bereich 3 angrenzend an den PN-Übergang 4 die größte Löcherbeweglichkeit in
Richtung auf die Elektrode der Vorrichtung aufweist, zu der die injizierten Löcher wandern sollen. Diese
Richtung steht senkrecht auf der Ebene 5 des PN-Übergangs 4, wobei gleichzeitig die geringste Elektronenbeweglichkeit
in der Gegenrichtung verläuft.
Dem Fachmann dürfte es verständlich sein, daß man viele Vorteile selbst dann realisieren kann, wenn die
Bedingung der Beweglichkeitsanisotropie in nur einer Zone erfüllt ist.
In einem typischen Beispiel kann die Zone 2 aus einem Halbleitermaterial, z. B. aus Germanium (Ge)
bestehen, das einen PN-Übergang 4 mit einem Einkristallbereich 3 aus Wismuttellurid (Bi2Te3) bildet,
bei dem die tetragonale kristallographische C-Achse senkrecht auf der Ebene 5 des PN-Übergangs 4 steht.
Sind an dem den Arbeitsstrom des Halbleiterbauelements bewirkenden Elektrizitätstransport sowohl
Majoritäts- als auch Minoritätsträger beteiligt, wird die Eigenschaft der Beweglichkeitsanisotropie in
anderer Weise wie folgt ausgenutzt:
Nach F i g. 2 kann die Beweglichkeitsanisotropie in einem Transistor dazu ausgenutzt werden, zwei widersprechende
Bedingungen zu erfüllen. Das Gebilde von F i g. 2 ist ein Ausschnitt aus einem herkömmlichen
PNP-Schichttransistor, In diesem sind ein P-Bereich 10 und ein P-Bereich 12 durch einen N-Bereich 11 getrennt,
durch dessen Breite die Emitterschicht 13 und die Kollektorschicht 14 dutch einen für die Transistorwirkung
geeigneten Abstand getrennt werden. Dieser muß genügend gering sein, damit ein bei 13
injizierter Minoritätsträger während seiner Lebensdauer nach 14 diffundieren kann. Für die benötigten
Stromzuführungen sind ohmsche Kontakte 15, 16, 17
ίο an dem Emitter 10, an dem Kollektor 12 und an der
Basis 11 angebracht.
Bei einem typischen Schichttransistoraufbau nach F i g. 2 ist es zur Erreichung eines hohen Verstärkungsfaktors
im Basisbereich 11 erforderlich, daß der PN-Übergang 13 zwischen Emitter und Basis ein
leistungsfähiger Löcheremitter ist. Das geht aus der Tatsache hervor, daß der Verstärkungsfaktor χ eines
Schichttransistors bestimmt wird durch das Produkt der Injektionsleistung des Emitters, des Transportfaktors
über die Basis und die Leistung des Kollektors. Somit gilt:
cc = γ ■ β ■ α * .
Dabei bedeutet
Dabei bedeutet
γ = Emitterinjektionsleistung,
β = Transportfaktor der Träger
β = Transportfaktor der Träger
über den Basisbereich,
oc* = Kollektorwirkungsgrad.
oc* = Kollektorwirkungsgrad.
Aus dieser Beziehung ist ersichtlich, daß der Ver-Stärkungsfaktor eines Transistors sich direkt mit der
Emitterinjektionsleistung ändert und daß ein Transistor mit möglichst hoher Emitterinjektionsleistung
angestrebt wird. In der Halbleitertechnik wird jedoch häufig eine zweite Forderung gestellt, welche der
Forderung nach optimaler Injektionsleistung entgegensteht.
Bei Schaltungsanwendungen von Transistoren ist der Basiswiderstand von großer Bedeutung. Man verwendet
allgemein zur Bewertung von Transistoren in Verbindung mit ihrer Schaltung als Gütefaktor das
Produkt aus Verstärkung und Bandweite. Dieses ist umgekehrt proportional dem Basiswiderstand. Da
natürlich eine geringe Elektronenbeweglichkeit, wie sie in Verbindung mit F i g. 1 besprochen worden ist,
ideal wäre für eine Verbesserung der Defektelektronen-Injektionsleistung
des injizierenden PN-Übergangs 4 von Fig. 1 bei dessen Verwendung als Emitter-PN-Übergang
13 von Fig. 2, steht die Forderung einer hohen Elektronenbeweglichkeit zur Verringerung
des Basiswiderstandes in direktem Gegensatz dazu.
Die Erfüllung der genannten Forderung würde wegen der Proportionalität zwischen Leitfähigkeit und
Elektronenbeweglichkeit und wegen der Elektronen als Majoritätsladungsträger im Basisgebiet mit einer
Erhöhung der Leitfähigkeit eine Vergrößerung des Gütefaktors nach sich ziehen. Nach den Lehren der
Erfindung ist es nun möglich, unter Ausnutzung der Beweglichkeitsanisotropie geeigneten Halbleitermaterials
einen Transistor zu konstruieren, in dem beide obengenannten einander widersprechenden Bedingungen
erfüllt sind. In F i g. 2 besteht der Basisbereich 11 vom N-Typ aus einem Halbleiter mit Beweglichkeitsanisotropie in bezug auf verschiedene Trägertypen.
Da der Basiswiderstand hauptsächlich durch eine Komponente der Elektronenbeweglichkeit bestimmt
wird, die parallel zu der Richtung des Basisstroms von der Elektrode 17 zum Kollektor 12 liegt, welche nahezu
parallel zu der Ebene des PN-Übergangs 14 in der
I 464 701
durch den Pfeil 18 dargestellten Richtung verläuft, während der Beitrag der Defektelektronen zu dem
Strom über den Emitter-PN-Übergang 13 bestimmt wird durch die Komponente der Löcherbeweglichkeit,
die in Richtung des Pfeils 19 senkrecht zur Ebene des PN-Übergangs steht, läßt sich erfindungsgemäß eine
verbesserte Transistorkonstruktion erzielen durch Anwendung eines beweglichkeitsanisotropen Halbleitermaterials
für den Basisbereich 11 derart, daß der Strom höchster Elektronenbeweglichkeit in der Richtung
des Basisstroms (Pfeil 18) fließt, der bei Schaltung mit gemeinsamer Basis dem Arbeitsstrom des Transistors
entspricht. Eine weitere Verbesserung ist zu erwarten, wenn die höchste Löcherbeweglichkeitskomponente
in der senkrecht auf der PN-Übergangsebene stehenden Richtung (Pfeil 19) verläuft.
Für den Fachmann dürfte es offensichtlich sein, daß bei Verwendung der derzeit in der Technik verwendeten
Ringbasisformen eine optimale Verbesserung mit einem axial symmetrischen Kristallbasisbereich erzielt
würde, der die höchste Majoritätsträgerbeweglichkeit innerhalb des η-leitenden ringförmigen Basismaterials
in radialer Richtung und die höchste Minoritätsträgerbeweglichkeit in der darauf senkrechten axialen Richtung
besitzt.
Außer den erwähnten Vorteilen, bei denen es sich um die Erfüllung einander widersprechender Erfordernisse
einer erhöhten Injektionsleistung, eines niedrigen Basisvviderstandes und eines hierdurch erzielten höheren
Gütefaktors handelt, können erfindungsgemäß weitere Verbesserungen erzielt werden.
Da, wie schon besprochen, die Elektronen die geringste Beweglichkeit in der senkrecht auf dem PN-Übergang
stehenden Richtung aufweisen, wird der Betrag der Elektronen zu dem inversen Sättigungsstrom verringert.
Außerdem werden natürlich die Elektroneninjektionen in den Kollektor und damit die Trägerspeicherung
im Kollektor reduziert. Unter Trägerspeicherung versteht man das Vorhandensein eines Trägers innerhalb
des Diffusionsabstandes eines PN-Übergangs, der bei Signalumkehrung und Änderung der Vorspannung des
PN-Übergangs innerhalb seiner Lebensdauer zu dem PN-Übergang wandern und den Wert des Sperrwiderstandes
des PN-Übergangs vermindern kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement wird somit auch eine Verbesserung der Größe der
Sperrspannung von PN-Übergängen erzielt. Da das Phänomen des Lawinendurchbruchs auf der Beschleunigung
eines Elektrons in dem über dem PN-Übergang liegenden Feld auf einer solchen Geschwindigkeit beruht,
daß beim Zusammenstoß mit einem Atom in dem Kristall genügend Energie vorhanden ist, um ein
Elektron aus dem Atom auszulösen, wird durch die Verringerung der Beweglichkeit bzw. der Geschwindigkeit
der Elektronen in diesem Bereich die für den Durchbruch benötigte Spannung wesentlich erhöht.
Nach den Lehren der Erfindung lassen sich abruptere PN-Übergänge mit höheren Durchbruchsspannungen
erzielen.
Die Vorrichtung von F i g. 2 kann hergestellt werden aus einem Körper einkristallinen Halbleitermaterials
aus Kadmiumdiarsenid (CdAs2) mit Dotierung
eines geeigneten Leitfähigkeitstyps in den Bereichen 10, 11 bzw. 12 und bei dem der N-Bereich 11 aus
Kadmiumdiarsenid kristallographisch so orientiert ist, daß die tetragonale C-Achse des Kristalls parallel zur
Ebene des PN-Ubergangs 13 verläuft.
Die Eigenschaft der Beweglichkeitsanisotropie läßt sich weiterhin dazu verwenden, die Wirkung der
schädlichen Oberflächenrekombination in einem Halbleiterbauelement zu reduzieren. Wie schon erwähnt,
läßt sich die Güte eines Transistors durch ein Produkt aus drei Faktoren darstellen. Der Injsktionsleistungsfaktor
ist in Verbindung mit F i g. 2 besprochen worden. Der zweite Faktor, der Transportfaktor β wird
bezüglich seiner oberen Grenze von zwei wichtigen
ίο Verlustprozessen im Transistor bestimmt; nämlich der
Volum-Rekombiiation und der Oberflächenrekombination.
Bei bestimmten Transistortypen, z. B. dem Legierungsschichttransistor, trägt die Oberflächenrekombination
am meisten zur Verringerung von β bei, wodurch auch der Verstärkungsfaktor κ stark reduziert
wird.
Bei der Oberflächenrekombination fließen gleiche Teilchenströme von Löchern und Elektronen zur
Oberfläche. Die Normalkomponente dieses Stroms wird als Rekombinationsstrom bezeichnet. Der Rekombinationsstrom
fließt im allgemeinen infolge von Diffusion in einem Trägerkonzentrationsgradienten.
An der Oberfl'iche verschwindet diese normale Komponente des Gesamtstroms durch Rekombination von
Trägern des entgegengesetzten Vorzeichens. Da der Strom, dar für die Wirkungsweise der Vorrichtung
primär von Wichtigkeit ist, im wesentlichen parallel zur Oberfläche fließt, verlaufen Arbeitsstrom und der
Rekombinationsstrom rechtwinklig zueinander. Sowohl der Rekombinations- als auch, der Arbeitsstrom
fließen unter der Einwirkung von Trägerkonzentration und elektrischem Potential, wobei die hierbei sich
einstellenden Stromstärken von der Trägerbeweglichkeit bestimmt werden. In einem Halbleiter mit Beweglichkeitsanisotropie
kann der Rekombinationsstrom durch die senkrecht zur Oberfläche verlaufenden Komponenten der Trägerbsweglichkeit festgelegt werden,
während der Arbeitsstrom bestimmt wird durch die parallel zur Oberfläche verlaufenden Komponenten
der Trägerbeweglichkeit.
Eine Verminderung der Oberflächenrekombination in einem Halbleiterbauelement läßt sich also erreichen
unter Ausnutzung eines Halbleiterkörpers aus beweglichkeitsanisotropem Material. Hierbei ist die kristallographische
Orientierung so zu wählen, daß die kleine Beweglichkeitskomponente senkrecht auf den freien
Oberflächen steht. Infolgedessen fließt der Arbeitsstrom in der Richtung höchster Beweglichkeit, der Rekombinationsstrom
in Richtung der kleineren Beweglichkeitskomponente, wodurch dieser reduziert wird. Aus
der bereits erwähnten Beziehung für den Verstärkzngsfaktor ersieht man, daß eine Reduktion der Oberflächenrekombination
zu einer Herabsetzung der Verluste und einer wesentlichen Erhöhung des Verstärkungsfaktors
eines Flächentransistors führt.
Der auf Oberflächenrekombination beruhende Verlust macht sich besonders stark bemerkbar bei einem
anderen Transistortyp, dem sogenannten Fadentransistor.
In F i g. 3 ist ein Fadentransistor schematisch dargestellt. Darin ist ein länglicher Kristallkörper 20 aus
Halbleitermaterial des Leitungstyps N mit Beweglichkeitsanisotropie mit ohmschen Kontakten 21 und
22 für in der Technik bekannte Verstärkerzwecke versehen.
Ein zur Veranschaulichung als Spitze dargestellter Emitter 23 dient zur Injektion von Minoritätsträgern in das linke Ende des fadenförmigen Stabes 20
aus Halbleitermaterial.
Die Theorie der Wirkungsweise des Fadentransistors ist bekannt. Vereinfachend kann für n-Ieitendes Halbleitermaterial
des Stabes 20 angenommen werden, daß Lecher in das N-Material durch den Emitter 23 injiziert
werden, welche unter dem Einfluß eines zwischen dem Kontakt 21 und dem Kontakt 22 anliegenden
Feldes zu dem Kontakt 22 hin bewegt werden. Durch die Anwesenheit der Defektelektronen und der Elektronen,
die nötig sind, die Raumladung der Löcher zu neutralisieren, wird die Leitfähigkeit des Fadens 20 erhöht
und eine Stromverstärkung erzielt.
In einem derartigen Halbleiterbauelement stellt die Rekombinationsgeschwindigkeit der injizierten Träger
eine wesentliche Einschränkung für den erzielbaren Verstäikungsgrad
dar. Durch die Rekombination der Überschußträger bei deren Drift zum Kollektor hin
wird die überschüssige Leitfähigkeit und damit der Verstärkungsgrad unter Umständen weitgehend herabgesetzt.
Der Effekt der Rekombination kann beschrieben werden als das Produkt der Rekombinationsgeschwindigkeitskonstanten
für die Überschußträger, welche dem rezipropen Wert der Lebenzeit der Minoritätsträger
entspricht und der Übergangszeit, d. h. also die Geschwindigkeit, mit der die Träger in der Zeit rekombinieren,
während welcher sie in Bewegung sind. Für eine gute Transistorleistung ist zu fordern, daß das
Produkt der Rekombinationsgeschwindigkeit und der Übergang der Rekombinationsgeschwindigkeit und
der Übergangszeit klein ist.
Der Oberflächenbeitrag zur Rekombinationsgeschwindigkeit ist eine monoton wachsende Funktion
der senkrechten Beweglichkeitskomponente. Daher läßt sich offenbar die Wirkungsweise des Transistors
verbessern durch Herabsetzen der Trägerbeweglichkeit als Vektor 24 dargestellt. Gleichzeitig sollte die Trägerbeweglichkeit
parallel zur Verbindungslinie zwischen den Elektroden, die als Vektor 25 dargestellt ist, auf
einem konstanten oder höheren Wert aufrechterhalten werden. Das Ausmaß der erzielten Verbesserung hängt
natürlich ab von der Größe der Oberflächen und der Volumrekombinationsgeschwindigkeiten des für die
Vorrichtung benutzten Materials. Eine Anisotropie der Beweglichkeit nur eines der Ladungsträger ergibt
bereits die erfindungsgemäßen Vorteile. Da die Diffusion zur Oberfläche amipolar ist, wird sie durch eine
verringerte Beweglichkeit jedes Trägertyps !verzögert.
Eine Vorrichtung des in F i g. 3 gezeigten Typs kann aufgebaut werden aus einkristallinem Kadmiumdiarsenid
(CdAs2) vom N-Leitungstyp, wobei Elektroden
21 und 22 entlang der C-Achse des Kristalls orientiert sind und die Injektionselektrode 23 entlang
seiner Α-Achse orientiert ist.
Claims (7)
1. Halbleiterbauelement mit mindestens einem PN-Übergang, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der Zonen (2, 3) aus einem einkristallinen Halbleitermaterial besteht,
welches hinsichtlich der Beweglichkeit der Ladungsträger anisotrop ist, und daß das einkristalline
Halbleitermaterial dieser Zone so angeordnet ist, daß die Richtung (6) der maximalen Beweglichkeit
der Minoritätsladungsträger dieser Zone senkrecht auf der PN-Übergangsfläche (5) steht.
2. Als Transistor ausgebildetes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das einkristalline Halbleitermaterial der Basiszone (11) sowie dessen Orientierung so gewählt
ist, daß die Richtung (19) der maximalen Beweglichkeit der Minoritätsladungsträger der Basiszone
(11) senkrecht auf der Emitter-Basis-Übergangsfläche (13) steht und daß die Richtung (18)
der maximalen Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger in zur Kollektor-Basis-Übergangsfläche
(14) parallelen Ebene verläuft.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einkristalline Halbleitermaterial
einer Zone (2, 3) Wismuttellurid ist, dessen tetragonale C-Achse senkrecht auf der PN-Übergangsfläche
(5) steht.
4. Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Basiszone (11) benutzte
einkristalline Halbleitermaterial Kadmiumdiarsenid ist, dessen tetragonale C-Achse parallel zur Ebene
der Emitter Basis-Ubergangsfläche (13) verläuft.
5. Transistor nach Anspruch 2 mit ringförmiger Basis, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung
des beweglichkeitsanisotropen Materials für die ringförmige Basis so gewählt ist, daß in dieser
die Richtung maximaler Majoritätsladungsträgerbeweglichkeit in radialer, diejenige der maximalen
Minoritätsträgerbeweglichkeit jedoch in azimutaler Richtung verläuft.
6. Fadentransistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorkörper (20) aus einkristallinem beweglichkeitsanisotropem
Halbleitermaterial besteht, dessen Orientierung so gewählt ist, daß die Richtung maximaler Trägerbeweglichkeit in Richtung
(25) des Driftfeldes und die Richtung minimaler Trägerbeweglichkeit innerhalb von Ebenen
verläuft, die senkrecht auf der Richtung (25) des Driftfeldes stehen.
7. Fadentransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) des Transistors
aus Kadmiumdiarsenid besteht, dessen tetragonale Achse in Richtung des Driftfeldes verläuft.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009583/289
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