DE1564317A1 - Halbleiter-Bauelement - Google Patents

Description

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München 2, Rosental 7 -"' - ,,'

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MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTHIAl CO·,LTD·, Osaka / Japan

Die Erfindung "bezieht sich auf Halbleiter-Bauelemente und insbesondere auf Halbleiter-Bauelemente mit negativer Widers tand scharakteri s tik.

Die Aufmerksamkeit wendet sich neuerdings einer Doppelinjektionsdiode zu. Hierbei handelt es sich um ein Halbleiter-Bauelement mit negativem Wideretand. Diese Doppelinjektionsdiode hat den Schiohtaufbau pin. Die i-Zone ist eine Zone, die mit Fremdatomen niedrigen Energieniveaus dotiert ist und die p-Schioht und die n-Schioht sind bekanntlich Sohichten, die p-Leitung oder Mangelleitung beziehungsweise η-Leitung oder tibersohußleitung aufweisen.

Wird an eine solche Diode eine Spannung in der Durchlaßrichtung angelegt, so werden gleichzeitig Elektronen und Löcher oder Defektelektronen in die i-Zone injiziert. Falls dabei das Injektionsniveau der Elektronen und Löcher niedrig liegt, so

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fließt jedoch kaum ein Strom wegen der Rekombination der Elektronen und Löcher, die auf die G?ataaohe zurückzuführen ist, daß die in der i-Zone vorhandenen Fremdatome mit niedrige» Snergieniveau. als Rekombinationszentren wirken. Wird das Injektionsniveau erhöht, so driften die Elektronen und Löoher ohne zu rekombinieren durch die i-Zone und tragen zum Strom bei. Im Endergebnis wird aus einem hohen Widerstand in der i-Zone ein niedriger Widerstand unter schließlicher Ausbildung eines negativen Widerstandes. Bisher wurden Halbleiter-Substrate lediglich mit einer Art von Fremdatomen dotiert, beispielsweise Au, Pe, Co, Zn, Hn, Cu, Ni oder dergleichen, um eine solche i-Zone zu schaffen. Es wurde jedoch experimentell festgestellt, daß ein mit Erfolg zu benutzender negativer Widerstand nicht erhalten werden konnte, wenn nan lediglich mit einer Art von Premdatonen dotiert, wie dies bislang die Praxis war.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein für Schaltelemente verwendbares Halbleiter-Bauelement zu schaffen, das einen negativen Widerstand aufweist.

Gemäß der Erfindung wird ein Halbleiter-Bauelement geschaffen, das dadurch .gekennzeichnet ist, daß ein Halbleiter-Substrat, das man mit mindestens zwei Arten von Fremdatomen dotiert, deren jede darin ein niedriges Energieniveau oder niedrige Energieniveaus ausbildet, mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen versehen wird.

Andere Ziele, Merkmale und Torteile der Erfindung gehen au β der Beschreibung in Verbindung mit den beigegebenen Zeichnungen hervor. In den Zeichnungen zeigern

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Fig. 1 eine schematisehe Schnittdarstellung einer die Erfindung verkörpernden Anordnung; und

Fig. 2 und Kg. J Strom-Spannungs-Kennlinien von erfindungsgenäßen Halbleiter-Bauelenenten.

Wird ein Halbleiter, wie beispielsweise Si, Ge, GaAs, Gap, GaSb oder dergleichen, mit mindestens zwei Arten von Fremdatomen dotiert, wie beispielsweise etwa Au, Co, Gu, Ni, Fe, Zn, Mn oder dergleichen, so werden in dem verbotenen Band des Halbleiters Mehrfach-Niveaus oder MehrfachbUnder (multi-levels) ausgebildet. Befestigt man zwei Metallelektroden am körper eines Halbleiters, der solche Mehrfach-Niveau s oder tlehrfachbänder aufweist, so wird in einfachster Ausführungsform ein Halbleiter-Bauelement gemäß der Erfindung erhalten, dessen Aufbau schematisch in Figur 1 wiedergegeben ist. An den Iletallelektroden 2 und 3 eines Halbleiterkörpers 1, der mit mindestens zwei Arten von niedrige Energieniveaus ausbildenden Fremdatomen dotiert ist und Mehrfach-Niveaus oder Mehrfachbänder (multilevels) aufweist, sind die Leitungsdrähte 4 beziehungsweise 5 befestigt. Wenngleich, die Kenngrößen solcher Anordnungen je nach der Art des Halbleiter-Substrats, der Dotierungsmittel und der Elektrodenmetalle unterschiedlich sind, so wird doch in jedem Fall ein negativer Widerstand erhalten.

Es wird angenommen, daß der negative Widerstand durch einen Lawineneffekt verursacht wird, der darauf zurückzuführen ist, daß Elektronen mit einem hohen Injektionsniveau injiziert werden. Die Annahme beruht auf der Tatsache, daß die Schwellenspannung der Kenngröße des negativen Widerstands mit ansteigender Temperatur erhöht

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wird. Eine Strom-Spannungs-Kennlinie (Strom I, Spannung V) einer solchen Halbleiteranordnung ist in Figur 2 dargestellt. Das kennzeichnende Merkmal für den negativen Widerstand der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß der Anstieg des Stroms im Flußzustand ausgezeichnet ist, wobei sich die Kurve bis zu einem hinreichend niedrigen Wert erstreckt, und daß der Sprung im Bereich des negativen Widerstands abrupt erfolgt. Der negative Widerstand einer konventionellen pin-Diode war bisher so beschaffen, daß sich die Schwellenspannung mit ansteigender Temperatur erniedrigte, und daß der Sprung des negativen Widerstandes allmählich erfolgte.

Die symmetrische Anordnung zweier gleichartiger Elektroden an einer i-Zone, welche die erfindungsgemäßen Mehrfach-Niveaus oder Mehrfachbänder (multi-levels) aufweist, läßt einen zweiseitigen negativen Widerstand entstehen. Auch liefert hierbei der gleiche Aufbau wie der einer konventionellen pin-Diode einen steileren negativen Widerstand, ähnlich dem in Figur 2 gezeigten, als er durch konventionelle Doppelinjektion zu erzielen ist. Oder anders ausgedrückt, insofern der negative Widerstand aus dem Lawineneffekt resultiert, können die zweiseitigen Kennlinien des negativen Widerstands sogar bei einem Aufbau n-i-n und p-i-p erhalten werden. Darüber hinaus können die Kenngrößen des negativen Widerstands dadurch beeinflußt werden, daß man an der i-Zone zusätzliche elektrische Kontakte vorsieht.

Es sollen im nachfolgenden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden.

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Ein Si-Substrat wurde nach einem bekannten Verfahren mit Au und Co dotiert. Zwei Ag-Elektroden vrarden an dem so behandelten Substrat befestigt, so daß eine Diode gebildet wurde. Durch Beobaohtung ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie wurde erwiesen, daß die in Figur 3 dargestellte beidseitig negative Widerstandscharakteristik erhalten worden war.

Ausführungsbeispiel 2

Ein GaAs-Substrat wurde mit Cu und Mn dotiert. Die eine Oberfläche des Substrate wurde durch Eindiffundieren von Mn zu einem entarteten p⁺-Bereioh ausgebildet, der mit Sn legiert wurde. Die gegenüberliegende Oberfläche wurde mit Sn unter Ausbildung eines n⁺-Bereiohs legiert. Die Strom-Spannungs-Kennlinie der so gebildeten p⁺in⁺-Diode zeigte einen einseitig negativen Widerstand wie in Figur 2 wiedergegeben. Dieser negative Widerstand wird auf Doppelinjektion zurückgeführt.

Ausführungsbeispiel 5

Ge wurde nach einem bekannten Verfahren unter Ausbildung der Struktur ρ nin mit Cu und Fe dotiert. Auch bei dieser Diode wurde eine Strom-Spannungs-Kennlinie wie die in Figur 2 gezeigte beobachtet und ihre Schwellenspannung V₊. lag sehr hoch, beispielsweise etwa bei 200 V oder darüber.

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_^ Wenngleich

BAD

Wenngleich im obigen einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements beschrieben worden sind, so ist doch klar, daß hieran Abänderungen und Modifikationen verschiedener Art vorgenommen werden können. In jedem Fall kann bei Anwendung eines Halbleiters, der mit zwei oder mehr Arten von Fremdatomen dotiert ist, die in diesem niedrig liegende Energieniveaus ausbilden, eine günstige negative Widerstandscharakteristik erhalten werden, und es bestehen breite Anwendungsmöglichkeiten, wie beispielsweise für Schaltelemente und für steuerbare Gleichrichter.

Patentanspruch

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BAD

Claims (1)

Patentanspruch

1. Halbleiter-Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiter-Substrat, das mit mindestens zwei Arten von Fremdatomen dotiert ist, deren jede ein niedrig liegendes Energieniveau oder niedrig liegende Energieniveaus darin ausbildet, mit mindestens zwei elektrischen Anschlüssen versehen ist.

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