DE1564343A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung

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DE1564343A1 DE1966M0070615 DEM0070615A DE1564343A1 DE 1564343 A1 DE1564343 A1 DE 1564343A1 DE 1966M0070615 DE1966M0070615 DE 1966M0070615 DE M0070615 A DEM0070615 A DE M0070615A DE 1564343 A1 DE1564343 A1 DE 1564343A1
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Masaru Tanaka
Akio Yamashita
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CQ*, LTD., Osaka, Japan
Halbleitervorrichtung
Die Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, und zwar solche, die die für Schaltelemente zweekmäßigenCharakteristiken negativer Widerstände aufweisen«
In letzter Zeit wird einer Doppelin j ektions- Diode· mehr und mehr Beachtung geschenkt, die eine Halbleitervorrichtung mit negativem Widerstand ist. Diese Doppelinjektions-Diode weist eine p-i-n-Struktur auf» Der i-Bereich ist ein Bereich, der mit einem Störstoff gedopt ist, der einen tiefen Pegel in einem verbotenen Band eines Halbleitersubstrats ergibt· Die p~ bzw. η-Bereiche sind bekannte Bereiche, in denen Löcher bzw» Blek« tronen als Ladungsträger in der Majorität sinde
Wenn an eine solche Diode eine Spannung in Vorwärtsrichtung gelegt wird, werden Elektronen und Löcher gleichermaßen ; in den i-Bereich injiziert. Wenn der Injizierpegel der Elektronen!
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und Löcher niedrig ist, fließt aufgrund der Eekombination von Elektronen und Löchern, die dadurch verursacht wird, daß der im i-Bereich bestehende tiefe Störpegel als BekombinationsZentrum wirkt, kaum ein Strom· Wenn der Injizierpegel höher wird, wandern die Elektronen und Löchei durch den i-Bereich ohne zu rekombinieren und tragen so zum Stromkreislauf bei. Daraus ergibt sich, daß der große Widerstand des i~Bereichs in einen niedrigen Widerstand oder sogar in einen negativen Widerstand verwandelt wird»
Bei einer solchen Diode ist der Störstoff mit niedrigem Pegel im i-Bereich gleichmäßig verteilt. Eine Diode solcher Bauart weist jedoch keinen negativen Widerstand auf, der für Schaltelemente genügt, d.h· ihre Schaltzeit ist verhältnismäßig lang (in der Größenordnung von 10 Sekunden) und das Verhältnis zwischen Übergangsspannung und Haltespannung ist klein·
Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung einer Halbleitervorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verteilung des Störstoffs im i-Bereich nicht gleichmäßig ist, daß im Halbleitersubstrat wenigstens ein Bereich ausgebildet ist, der ein Dichtegefälle des Tiefpegelstör- ' stoffs aufweist und daß das Halbleitersubstrat mit wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen versehen ist, von denen
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wenigstens einer in einem Bereich mit großer Dichte des Tiefpegelstörstoffs angeordnet ist»
Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung hat eine Schaltzeit in der Größenordnung von 10*" Sekunden und das Verhältnis zwischen Übergangs·»· und Haltespannung ist groß. Im Gegensatz zu bekannten p->iH3HDiodea weist die erfindungsgemäße Ealbleiteryorriehtuag ias weitere beacht« liehe Merkmal auf8 daß der leckstrom iß abgeschaltetem Zustand ganz gering ist*
leitete liazalheiteöj, forteile Bad Merkmale der Erfindung ergabea siel·, mm dsr foig©tid©a B@seb.reibo.Bgo Auf der Zeichnung ist die Erfiadaag "baiepieleweis® v@r&a~ schaulicht, u.nd zwar neigen ·
Pig· 1 @iae schematisehe Daretellaag eiaer erfinduogsgemäßen Vorrichtung sinfacheter BauErtö
Fig* 2 eine Spannungs-Strom-Gharakterietik eiaer
Fig. 3 eine schematisch® Darstellung eiaer anderen Ausführungsform der Erfindung®
Die Arbeitsweise der erfindungegemäßen Halbleiter« vorrichtung wird zunächst anhand τοη Figo 1 beschrieben*
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Der nit einem Tiefpegelstörstoff gedopte !Bereich ist mit 11 bezeichnet· Die Dichte des Störstoffs ist nicht gleichmäßig* sie wird Tielmehr mit zunehmendem Abstand Ton der Verbindungsfläche 12 and Annäherang an die Verbindungsflache 15 geringer« Metallelektroden 14 und 15 sind mit dem Körper des Halbleiters rerbunden und weisen Anschlußklemmen 16 bzw· 17 auf·
Wenn eine Gleichetromspannung an die Klemmen 16 und 17 gelegt wird, wird ein elektrisches Feld in den i-Bereich 11 induziert« Da der spezifische Widerstand des Bereichs in der Iahe der Yerbindungsfliche 12 höher lsi, ist das induzierte Feld in diesem Bereich entsprechend stärker» Bei einer kritischen Spannung verden die Atome durch Kollision Ton Elektronen ionisiert» wodurch die Anzahl der Elektronen und löcher wächst and dementsprechend der Widerstand des Bereichs 11 geringer wird· Die die Atome ionisierenden Elektronen «erden τοη der Elektrode 14 injiziert, wenn eine negatiTe Spannung an der Klemme 16 liegt. WtKQ andererseits die Klemme 16 positiT ist kommen diese Elektronen entweder τοη der rechten Seite des Bereichs oder sie werden thermisch in dem Bereich erzeugt, der einen
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höheren spezifischen Widerstand aufweist« Auf dies© Weise \ wird der in Fig· 2 au erkennende negative Widerstand erzielt. ! Is ist zu bemerken, daß die Übergangsspannung Vth höher wird, wenn solche Metallelektroden eine Schottkygrense bilden, sobald sie mit dem Körper des Halbleiters in Verbindung stehen· ·
Selbstverständlich können die Metallelektrodeη auch durch n« oder p-leiteade Schiohtea ersetzt werdea® Es lit auch mögliehfdie Dichte des Tiofpsgelstörstoffs im Gebiet nahe der Grenzfläche 13 im i«-Bereioh 11 größer au, machen* Solche Abwandlungen verändern selbstverständlich nicht das Prinzip der Erfindung«
Im folgenden werden Beispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben«
(1) Gold (Au) wurde als Tiefpegelstörstoff von einer Seite" in Ge des n-fyps mit einem spezifischen Widerstand von 10-Aycm diffundiert9 Bei diesem Verfahrea kann die Dichteverteilung des StörstoffS9 äie ©in Merkmal der Erfindung iflit, im Ge durch geeignetes Steuern der Zugabemenge des Störstoffs, der Diffusionstemperatur und der Diffusionszeit t.'..,.,- bewirkt werden·. Selbst wean Au nur von einer Seite in das Ge hinein diffundiert wird, entsteht an der anderen Seite des Halbleiters §i& Bereich mit großer Dichte
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von Au, da Au dazu neigt, sich beim Abkühlen nach Wärmediffusion an der Oberfläche abzusondern· Daraufhin wird der so gebildete andere Bereich durch Polieren entfernt· Es wurde dann Mo-iäetall auf das Ge aufgesprüht-, um Elektroden zu bilden. Die Strom (I)-Spannung (V)-Charakteristik der so erhaltenen Diode ist in Fig 2 dargestellt« Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß ein negativer Widerstand sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsstromrichtung erscheint· Die Übergangsspannung Vth ist jedoch in einer Richtung größer. Dies ist deshalb der Fall, weil die Schottkygrenze zwischen der Elektrode 14 und dem Ge das Injizieren, von Elektronen in einer Richtung erschwert·
(2) Kupfer (Cu) wurde als tiefpegelbildender Störstoff in Si von beiden Seiten thermisch. ■ diffundiert, das einen spezifischen Widerstand von 100/L/cm aufweist· Auch in diesem Fall ist es möglich, durch entsprechendes Steuern der Diffusionstemperatur und der Diffusionszeit einen Bereich mit großer Dichte von Cu auf der Oberfläche auszubilden» Eine η-Schicht kann dann durch Legieren von Au (0,8 t) mit Si nahe der Oberfläche gebildet werden· Figur 3 zeigt eine auf diese Weise hergestellte Diode* In dem
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mit Cu gedopten i-Bereich 51 nimmt die Dichte von. einen tiefen. Pegel bildendem Cu im Bereich 5t mit dem Abstand Ton der Grenzfläche 32 bzw. 55 nach innen ab· Mit 54 und 55 sind η-leitende Schichten, mit 56 und 57 Metallelektroden aus Au (O9S t Sb) und mit 58 und 59 die mit den Metallelektroden verbundenen Klemmen bezeichnet* Die bei dieser Vorrichtung erzielte V/I-Charakteristik zeigt einen stromgesteuerten starken negativen Widerstand, der in beiden Richtungen symmetrisch ist· Auch ist die Übergangsspanming vierzig- bis fünfzigmal höher als bei bekannten p-i-n-» Dioden.
(5) Silizium (Si) mit einem spezifischen Widerstand Ton 100A /ca wurde sur Herstellung einer Vorrichtung verwendet* die die gleiche Struktur aufwies, nie dl· des Beispiels (2). Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, die Übergangsspannung in der Charakteristik des negativen Widerstands dadurch zu verändern, daß man eine !!-Metallelektrode als dritte Elektrode mit dem Teil des i-Bereichs 51 verbindet, der eine geringe Dichte des Cu mit tiefem Pegel aufweist* Bs wird vermutet, daß dieser Effekt dadurch erzielt wird, daß
durch die dritte Torelektrode eine Anzahl Träger in den i-Bereich eingebracht wird·
BAD OHiitf·^ ^8-. 909830/0809
•Μ Q «·
Selbstverständlich können auBer dem erwähnten Ge and Si auoh Mischhalbleiter, beispielsweise GaAi oder QaF als Halbleitersubstrat verwendet werden, ohne die Wirkung der Erfindung sti rerändern* Im allgemeinen können außer Ca and Au auoh Fe, Co9 Hi, 2n, Mi oder dergleichen als Tief*· pegelstörstoffe verwendet werden* In diesem Fall verändert , sich jedoch der Pegel m}4 der Art des Halbleitersubstrats, in das der S tor st off gedopt wird* Ferner arbeiten die mei«· •ten dieser Tiefpegelstörstoffe als Akitptoren und sind daher p~leitend· Durch Verbinden einer n-Schieht mit der p-Schioht tird die Verhältnis tön übergaogssimnnung zu Haltespannung merklieh größer und die Vorrichtung wird dadurch für Schaltelemente geeigneter«
Die erfihAunfsgem&Be Halbleitervorrichtung kann für Schalteleme&te» automatische Steuerschaltelemente und dergleichen verwendet werden und besitzt einen weiten Anwendungsbereich·
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Claims (1)

  1. Patentanspruches
    1#j Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in Einern Halbleitersubstrat wenigstens ein Bereich (11, 31) vorhanden ist, der zur Bildung eines Diehtegefalles mit einem Tiefpegelstörstoff gedopt ist und daß das Halbleitersubstrat mit wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen (14, 15; 36, 37) versehen ist, voa denen wenigstens einer ( z,B. (14)an einem eine große Dichte des Tiefpegelsto***» stoffs aufweisenden Teil angebracht ist*
    2» Halbleitervorrichtung aaofa. Anspruch 1« da&uroh gekennzeichnet, daß in einem anderen feil des »it dem Tief** pegelstörstoff gedopten Halbleitersubstrats ein Bereloh ausgebildet ist, der eine Leitfähigkeit aufweist, die der des Störstoffs entgegengesetzt ist, und daß der Bereich mit einem elektrischen Anschluß versehen ist«,
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    -ΛΟ ' L e er seife
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