DE1514228B2

DE1514228B2 - Feldeffekttransistor

Info

Publication number: DE1514228B2
Application number: DE19651514228
Authority: DE
Inventors: Akio Ikeda Yamashita (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1964-10-17
Filing date: 1965-10-15
Publication date: 1971-02-25
Also published as: US3437891A; NL150267B; FR1454612A; GB1066159A; NL6513327A; DE1514228C3; DE1514228A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor mit einer gegenüber einem Stromkanal isolierten Steuerelektrode, bestehend aus einem Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps, in dessen einer Oberfläche die durch den Kanal getrennten Quellen- und Abflußelektrodenbereiche vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angeordnet sind, die durch je eine metallische Elektrode ohmisch kontaktiert werden.

Es ist schon ein derartiges Halbleiterbauelement bekannt (»RCA Review«, Dezember 1963, S. 641 bis 660), das aus einem Halbleitersubstrat eines Leitfähigkeitstyps, aus zwei getrennten, in einer Oberfläche des Substrats ausgebildeten Bereichen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, aus zwei den Kontakt zu den zwei Bereichen bildenden Elektroden, aus einer über die zwei getrennten Bereiche und dem zwischen diesen liegenden Teil des Substrats sich erstreckenden Isolierschicht und aus einer Steuerelektrode besteht, die auf der Isolierschicht vorgesehen ist.

Es sind weiter Vierschicht-Schaltdioden unter den Handelsnamen Diac und Triac der General Electric bekannt, die einen PNPN-Aufbau haben, sowie symmetrische Silicium-Schaltelemente des Aufbaus PNPNP oder NPNPN. Herkömmliche siliciumgesteuerte Gleichrichter bzw. Schaltelemente dieser Art besitzen eine Stromsteuerung. Es handelt sich demnach bei ihnen nicht um eine leistungslose Steuerung.

Aufgabe der Erfindung ist es, derartige Schaltelemente mit einer nahezu leistungslosen Steuerung zu versehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl im Quellen- als auch im Abflußelektrodenbereich ein weiterer halbleitender Bereich vom Leitfähigkeitstyp des Substrats vorgesehen ist, der mit dem Quellen- und dem Abflußelektrodenbereich und mit dem dazwischenliegenden Substratteil eine gemeinsame Oberfläche bildet, und daß die beiden metallischen Elektroden, die den Quellen- bzw. Abflußelektrodenbereich kontaktieren, gleichzeitig auch die in diesen ausgebildeten Bereiche vom Leitfähigkeitstyp des Substrats kontaktieren. Es sollen demnach die herkömmlichen Vierschicht-Schaltdioden durch einen nach der Planartechnik aufgebauten Feldeffekttransistor ersetzt werden. Ein Feldeffektbauelement kann bereits durch äußerst schwache Felder bzw. sehr kleine Spannungen gesteuert werden. Man erhält also eine nahezu leistungslose Steuerung. Das ist eine Folge der Tatsache, daß das Halbleiterbauelement in Feldeffektbauweise ausgeführt ist, was eine sehr große Eingangsimpedanz zur Folge hat.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

F i g. 1 ein Aufbauschema, das ein Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, und

F i g. 2 ein Diagramm, das die Spannungs-Strom-Charakteristiken eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zeigt.

In F i g. 1 sind die η-Bereiche N₁ und N₂ getrennt in der einen Oberfläche eines p-Bereiches P₂ ausgebildet, und ferner sind die p-Bereiche P₁ und P₃ in den Bereichen TV₁ bzw. N₂ ausgebildet. Eine Elektrode 5 ist über den Bereichen P₁ und N₁ angebracht, und eine Elektrode D ist ebenfalls über den Bereichen P_:! und N-, angebracht. Über den Bereichen /V₁, P₁ und .V₂ erstreckt sich eine Isolierschicht /„, auf der ferner eine Elektrode G ausgebildet ist.

Wenn nun Gleichspannungen zwischen den Elektroden 5 und D und den Elektroden S und C. wie sie in F i g. 1 gezeigt sind, angelegt werden, wird zwischen den Bereichen P₂-N₁ und den Bereichen P₃-N₂ Vorspannung in der einen Richtung und zwischen den Bereichen ./V₁-P₁ und den Bereichen N₂-P₂ Vorspannung in Gegenrichtung entwickelt. Die vom Bereich N₁ zum Bereich P₂ injizierten Elektronen laufen durch den Kanal unmittelbar unter der Isolierschicht I_n hindurch und werden in der Nähe der Trennschicht P₂-N₂ gespeichert, wobei sie die Sperre der Trennschicht

ίο P₂-N₂ beseitigen, und folglich tritt zwischen den Elektroden S-D ein Einschaltzustand ein.

Wenn die Steuerspannung gleich Null ist, ist die den Einschaltzustand bewirkende Spannung hoch, da kein Kanal formiert wird, während, wenn die Steuerspannung angelegt wird, die Spannung, die den Einschaltzustand bewirkt, niedrig ist.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung einen symmetrischen Aufbau hat, wie z. B. PNPNP oder NPNPN und keine Polarität aufweist, gilt dasselbe Verhältnis, wenn in F i g. 1 die Vorspannung umgekehrt wird. Man erhält daher einen Wechselstromschalter, mit dem eine Einschaltspannung gesteuert werden kann.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben. p-Silizium mit einer Leitfähigkeit von 20 Ω cm wurde durch eine SiO₂-Maske mittels eines wohlbekannten Verfahrens mit Phosphor dotiert und ferner durch eine andere SiO₂-Maske mit Bor dotiert. Anschließend wurde SiO₂ bis zu dem in F i g. 1 gezeigten Grad verdampft, um eine Isolierschicht zu bilden. Die Elektroden sind durch aufgedampfte Aluminiumfilme gebildet worden. In F i g. 2 sind die Spannungs-Strom-Charakteristiken der entstehenden Vorrichtung dargestellt, wobei auf der Ordinate der Strom in mA aufgetragen, auf der Abszisse die Quellen-Abflußspannung aufgetragen und als Parameter für unterschiedliche Spannungs-Strom-Charakteristiken verschiedene Steuerspannungen verwendet sind. Wie gezeigt, sind die negativen Widerstandskennwerte auf Grund des symmetrischen Aufbaues der Vorrichtung symmetrisch, und die Einschaltspannung, z. B. A = 60 V, B = 44 V, C= 23 V, verringert sich in dem Maße, wie die Steuerspannung ansteigt.

Als Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung mit einer PNPNP-Struktur beschrieben worden. Das Verhältnis bei einer Vorrichtung der NPNPN-Struktur ist ähnlich dem der PNPNP-Struktur, und es ergeben sich ähnliche Kennwerte.
Obgleich die Isolierschicht I_n so vorgesehen ist, daß sie sich über den Bereichen N₁-P₂-N₂ in F i g. 1 erstreckt, ändern sich die wesentlichen Merkmale in der Wirkungsweise der Anordnung nicht, wenn die Isolierschicht so vorgesehen wird, daß sie sich über den Bereichen P₁-N₁-P₂-N₂-P₃ erstreckt.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen kann mit dem beschriebenen Feldeffekttransistor eine Einschaltspannung gesteuert werden, dieser kann mit einer kleinen Steuerleistung als Wechselstromschalter verwandt werden und hat daher eine große technische Bedeutung.

Claims

Patentansprüche:

1. Feldeffekttransistor mit einer gegenüber einem Stromkanal isolierten Steuerelektrode, bestehend aus einem Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps, in dessen einer Oberfläche die durch den Kanal getrennten Quellen- und Abflußelektrodenbereiche vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp

angeordnet sind, die durch je eine metallische Elektrode ohmisch kontaktiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Quellenais auch im Abflußelektrodenbereich ein weiterer halbleitender Bereich vom Leitfähigkeitstyp des Substrats vorgesehen ist, der mit dem Quellen- und dem Abflußelektrodenbereich und mit dem dazwischenliegenden Substratteil eine gemeinsame Oberfläche bildet, und daß die beiden metallischen Elektroden, die den Quellen- bzw. Abflußelektrodenbereich kontaktieren, gleichzeitig auch die in diesen ausgebildeten Bereiche vom Leitfähigkeitstyp des Substrats kontaktieren.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierschicht ferner über die zwei zweiten Bereiche erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen