DE1789084B2

DE1789084B2 - Duennschicht-verknuepfungsglied und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE1789084B2
Application number: DE19621789084
Authority: DE
Inventors: Paul Kessler Princeton N.J. Weimer (V.StA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1961-08-17
Filing date: 1962-08-16
Publication date: 1973-05-30
Also published as: DE1789084A1; US3385731A

Description

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Der Halbleiterkörper enthält zwei an die Kontakte mit einer Metalischicht-Steuerclekirodc versehen ist. angrenzende Zonen eines ersten Leitungstvps und die im Zwischenraum /wischen den ohmsehen Hlekeine zwischen diesen befindliche Zone entgegen- troden angeordnet und von der Halbleiterschieht gesetzten Leitungstvps. Auf der Oberfläche des Halb- durch eine dünne Isolierschicht getrennt ist. erfinleiterkörpers ist eine ferroelekirisehe Isolierschicht 5 dungsgemäß dadurch gelöst, daU mindestens /\\-\ und auf dieser wiederum eine metallische Steuer- derartige, von der Halbleiterschieht isolierte Metallelektrode angeordnet, welche die mittlere Zone und schicht-Steuerelektroden im Zwischenraum zwischen die beiden an diese angrenzenden Enden der äußeren den ohmschen Elektroden vorgesehen sind.
Zonen des Halbleiterkörpers überdecken. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Im Journal Brit. LR.E., Mai 1960, S. 337 bis 350, io sireifeniormigen Hauptelektroden kleiner als Hin mn. ist ein Halbleiterbauelement beschrieben, das einen vorzugsweise 0.1 bis 20 um. und die Dicke tier Isoplattenförmigen CadmiumsulfidkristaU enthält, des- lierschicht ist kleiner als 2 mn.

sen entgegengesetzte Seiten mit einer Anode bzw. Hin Dünnschicht-Verknüpfungsglied mit diesen

einer kammartig geformten Kathode kontaktiert sind. Merkmalen läßt sich im Str.Hnerhöhungsbctrieb und

Zwischen den vorspringenden Teilen der kamm- 15 mit hohen Schaltfrequenzen beireihen. Die HaIb-

avüücn Kathode weist der Kristall längliehe Yer- le ^i schicht läßt sich durch Aufdampfen herstellen,

tiefungen auf. in denen sieh eine aufgedampfte Es isi dabei überraschend !.lfaeh. die erforderliche

Steuerelektrode befindet. Der Kathodenkontakt muß uerinue Konzentralion an Naf'stellen zu erreichen,

in der Lage sein, fräger in den praki.vch isolieren- was seinen Grund vermutlich darin hat. daß der

den Cadmiumsulfideinkristall, tier möglichst frei von 20 Abstand tier Hauptelektrode!! kleiner ist al· die

(iitterlehlem sein soll, zu injizieren. Im Betrieb (iröße der unvermeidlichen Unregelmäßigkeiten, die

(ließt ein raumladungsbegren/ter Strom. ti' '.lurch ohne nennenswerten Einfluß bleiben.

Es is! lerner bekannt, daß auf tier Oberfläche von !jei einem bevor/unten Aufdampfverfahren zum

Zinkoxid-Kristallen durch Einwirkung von atoma- Herstellen eines Dünnschicht-Verknüplungsglictles

rein Wasserstoff eine η-leitende Anreicherungsschicht 25 gemäß der Erlindung wird als Aufdamplmaske für

erzeugt werden kann, die eine hohe Oberflächen- den Zwischenraum zwischen den Hauptelel· !roden

leitfähigkeit aufweist, und daß sich die Leitfähigkeit ein gespannter Draht verwendet, und die L nierlage.

von Zinkoxidkristallen durch ein elektrisches Γ "eld auf die die Hauptelektrode!! aufgedampft werden,

beeinflussen läßt (J. Pins. Chem. Solids. Pergamon wird bezüglich des Drahtes zwischen zwei Aufdampl-

J'ress. l^l'58. Bd. 6. S. 155 bis 168). 30 schritten quer zur Drahtlängsrichtung um eine

Die bekannten Unipolar- oder Feldefiekt-Halb- Strecke, die kleiner als der Drahldurchmesser isi.

leiierbauelemente lassen alle in der einen oder an- derart verschoben, daß der unlvdampl'te Zwischen-

deren Hinsicht zu wünschen übrig. Es war insbeson- laimi zwischen den Rändern der Hauptelektrode!!

ilere bisher nicht möglich. Bauelemente dieser Art kleiner als der Drahtdurchmesser wird,

herzustellen, die im sogenannten > Stromerhöliungs- j5 [Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

betrieb-; getrieben werden konnten. Unter -Snom- Zeichnung näher erläutert. Dabei werden auch der

erhöhungsbetrieb« ist dabei eine Betriebsart zu ver- Aufbau und die Herstellung von Feideflckt-1 IaIh-

stehen. bei der der das Bauelement durchfließende. leiterbauelemenlen erläutert, deren Prinzipien auch

steuerbare Strom (Verbraucherstrom) bei der Steuer- für die Dünnschieht-Verknüpfungsgüeder gemäß tier

elekirodenspannung Null einen kleinen Wert hat und .|o Erfmdumi gelten. Es zeigt

mit zunehmender Steucrspannung bestimmter PoIa- Fig. la eine Querschnittsansicht eines Dimn-

rität ansteigt. Diese Betriebsart hat aber den Vor- schicht-Feldelfekttransislors.

teil, daß im Ruhezustand, also bei fehlendem F" i g. Ib eine Draufsicht auf den Transistor nach

Steuersignal. Slrom- und Leistungsverbrauch klein F i u. 1 a.

sind. .15 F i g. 2 eine Draufsicht auf einen alitieren Feld-Hin weiterer Nachteil der bekannten Feldelfeki- elTekttransisior.

Halbleiterbauelemente besteht darin, daß sie nur Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Halbieiterbau-

schwer leprotluzierbar herstellbar sind und daß im element, das aus mehreren in Reihe geschalteten

allgemeinen monokristalline Halbleiterkörper be- Feldeffekttransistoren bestellt.

nöligl werden, die sich bisher nicht wirtschaftlich 50 F i g. 4 b'v: 8 Querschnittsansicht-Mi von fünf wei-

iliirch Aufdampfen herstellen lassen. Mit Aufdampf- teren Halbleiterbauelementen.

verfahren lassen sich andererseits rasch, reproduzier- F" i g. 9 eine graphische Darstellung der Strombar und mit geringem Aufwand dünne Schichten mit Spannung^-Kennlinien des in Fig. la und 1 b darengen Abmessungstoleranzen herstellen, so daß gestellten halbleiterbauelements,
tliese Verfahren an sich sehr geeignet für die Massen- 55 Fig. 10a bis iod F.nergicnheaudiagramme zur produktion preiswerter Bauelemente, die wenig Erläuterung der Arbeitsweise der beschriebenen Raum einnehmen, geeignet sind. Halbleiterbauelemente.

Der vorliegenden Erlindung liegt dementsprechend Fig. 11 und 12 Querschnittsansichten zweier wei-

tlie Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben lerer Ausführ.ingsformen von FeldefTekt-l-lalbleiter-

geschilderten Nachteile ein Dünnschicht-Verkniip- 60 bauelementen.

fungsglied anzugeben, das im Stromerhöhungsbetrieb Fig. 13 bis 15a Querschnittsansichlen von Dünnarbeiten kann und durch Aufdampfen preiswert, schicln-Verknüpfungsgliedern und
reproduzierbar und mit geringer Exemplarstreuung Fig. 15b eine Draufsicht auf die Elektroden des hergestellt werden k; ,11. Verknüpfungsgliedes gemäß Fig. 15a.

Diese Aufgabe wird bei einem Dünnschicht-Yer- 65 F i g. 1 3 zeigt ein aus dünnen Aufdamplschichtcn

knüpfungsglied. bestehend aus einer dünnen Halb- bestehendes Und-Glied. das im Stromverstärkungs-

leiterschicht. tlie mit zwei voneinander beanstandeten betrieb arbeitel. Es enthält eine Schicht 30 aus einem

Metallsehiehtelektroden ohmisch kontaktiert ist und der unten annciiebcnen Halbleitermaterialien, die auf

einer Oberfläche 310 eines isolierenden Trägers 300" aufgedampft worden ist. ■',

Auf die HalbleitcrschiclH 360 sind zwei Hauptelektroden 312 und 314 aufgedampft, die aus Metallschichten bestehen, welche durch einen kleinen Zwischenraum voneinander getrennt sind. Der Zwischcnraum ist vorzugsweise kleiner als 100 um und beträgt vorzugsweise 0,1 bis 20 μΐη, soweit dies der Aufbau des Verknüpfungsgliedes zuläßt. Die Elektroden 312 und 314 können beispielsweise aus Indium oder Gold bestehen und durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht worden sein. Im Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden 312 und 314 befinden sich zwei Steuerelektroden 317 und 319, die durch dünne Isolierschichten 318 bzw. 320 von der Halbleiterschicht 360 getrennt sind. Die Elektroden 317 und 319 können aus Aluminium bestehen, das im Vakuum derart aufgedampft worden ist, daß sich unter den eigentlichen Elektroden dünne Aluminiumoxidschichten gebildet haben, die die Isolierschichten 318 bzw. 320 bilden.

Die Isolierschichten 318 und 320 können andererseits auch aus einem Material mit breiter Bandlücke, ζ. B. Kalziumfluorid, bestehen, und die Elektroden 317 und 319 können dann Goldschichten sein, die auf die Kalziumfluoridschichten aufgebracht wurden. Das Verknüpfungsglied gemäß Fig. 13 stellt ein Und-Glied mit zwei Eingängen dar. Damit ein nennenswerter Strom zwischen den Hauptelektroden fließen kann, müssen beide Steuerelektroden 317 und 319 positiv vorgespannt werden.

Das beschriebene Und-Glied läßt sich dahingehend abwandeln, daß man die beiden isolierten Steuerelektroden 317 und 319 auf gegenüberliegenden Seiten der Halbleiterschicht 360 anordnet.

In Fig. 14 ist ein Dünnschicht-Und-Glied mit fünf Eingängen dargestellt, das durch eine Folge von fünf Aufdampfschritten hergestellt werden kann. Das Verknüpfungsglied enthält einen isolierenden träger 400. auf dessen einer Hauptfläche 410 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier beabstandete Elektroden 412. 413, 415 und 414 angeordnet sind. Diese Elektroden können alle aus Gold bestehen und gleichzeitig aufgedampft worden sein. AIs nächstes wird eine erste Isolierschicht 417 aus cinem Material mit breiter Bandlücke, beispielsweise Kalziumfluorid oder Siliciummonoxid, auf mindestens einen Teil der Elektroden 413 und 415 aufgedampft. Beim dritten Aufdampfschritt wird eine Schicht 416 aus aktivem Halbleitermaterial auf mindestens einen Teil der Elektroden 412 und 414 und der Isolierschicht 417 aufgedampft. Beim vierten Aufdampfschritt wird eine zweite Isolierschicht 418 aus einem Material mit breiter Bandlücke. z. B. Zinksuifid oder Kalziumfluorid. auf mindestens einen Teil der Halbleiterschicht 416 aufgedampft.

Beim fünften Aufdampfschritt werden mehrere Metallelcktroden auf die zweite Isolierschicht 418 aufgedampft. Für diese Elektroden eignen sich z. B. Gold oder Aluminium. Beim vorliegenden Beispiel werden drei derartige Elektroden 401, 403, 405 auf die Isolierschicht 418 aufgedampft. Jede de Elektroden 401. 403, 405. 413 und 415 ist von dei Halbleiterschicht 416 durch eine Isolierschicht getrennt.

Damit zwischen den Elektroden 412 und 414 ein Strom durch das im Stromerhöhungsbetrieb arbeitende Uad-G!ied, z. B. ein Gleichstrom, SieSen lcann, muß an jeder der Elektroden 401, 403, 405, 413 und 415. die als Steuer- oder Eingangselektrodcn dienen, eine positive Spannung liegen.

Bei den oben beschriebenen L'nd-Gliedcrn wirken die verschiedenen Steuerelektrodcn in Reihe auf den gleichen Stronipfad zwischen den Hauptelektroden. so daß die Und-Funktion realisiert wird. Mit den Dünnschicht-Vcrknüpfungsgliederii gemäß der Eiiindung läßt sich jedoch auch die Oder-Funktion realisieren, wie das in den Fig. 15a und 15b dargestellte Dünnschicht-Oder-Glicd zeigt.

Das Oder-Glied gemäß Fig. 15 enthält einen isolierenden Träger 500, auf dessen einer Hauptfläche 410 zwei Hauptelektroden 512 und 514 mit kleinem Zwischenraum voneinander angeordnet sind.

Die Elektroden 512 und 514 haben vorzugsweise die Form langer, schmaler, paralleler Streifen, wie aus Fig. 15b ersichtlich ist.

Auf mindestens einem Teil der Hauptelektroden 512 und 514 ist eine Schicht 516 aus aktivem HaIbleitermaterial niedergeschlagen. Auf mindestens einem Teil der Halbleiterschicht 516 ist eine Isolicrschicht 518 aus einem Material mit einer Bandlückc. die größer ist als die der Halbleiterschicht 516, niedergeschlagen. Schließlich sind auf der Isolierschicht 518 mehrere Metallelektroden 520. die quer zu den Elektroden 512 und 514 verlaufen, aufgebracht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs Elektroden^20 vorhanden, die aus aufgedampften Gold- oder Aluminiumschichten bestehen können. Das Verknüpfungsglied gemäß Fig. 15 läßt sich offensichtlich mit nur vier verschiedenen Aufdampfschritten herstellen. Jede der sechs Elektroden 520 ist von der Halbleiterschicht 516 durch die Isolierschicht 518 isoliert. Bei dem im Stroinverstärkungsbetrieb arbeitenden Verknüpfungsglied genügt es. wenn eine der Elektroden 520 positiv vorgespannt wird, um einen verstärkten Strom zwischen den Elektroden 512 und 514 fließen zu lassen.

Die Hauptelektroden brauchen keinen ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht zu machen. Sowohl die Anode als auch die als Kathode arbeitende Hauptelektrode kann mit der Halblciterschicht einen Tunnelkontakt machen, wie im folgenden noch crläutert wird. Die als Anode arbeitende Hauptclektrode kann mit der Halbleiterschicht auch einen in Flußrichtung beaufschlagten gleichrichtenden Kontakt bilden.

Gewünschtenfalls können auf beiden Seiten des isolierenden Trägers Dünnschicht-Verknüpfungsglieder gemäß der Erfindung angeordnet sein.

Das Wesen des '••Isolierkontaktes«, den die Steuerelektroden mit der Halbleiterschicht bilden, soll an Hand der in den Fig. 10a bis 1Od darsestellten

Energieniveaudiagramme erläutert werden."

Da? Diagramm nach Fig. 10a veranschaulicht einen ohmschen Kontakt zwischen einem Metall und einem Halbleiter. Diese Art von Kontakt leitet Majoritätsladungsträger in beiden Richtungen. Das

heißt, der Kontakt leitet, wenn das Metall positiv und der Halbleiter negativ vorgespannt ist und ebenso, wenn das Metall negativ und der Halbleiter positiv vorgespannt ist.

Ein derartiger ohmscher Metall-Halbleiter-Kontakt besteht beispielsweise zwischen einer Elektrode aus einer Blei-Arsen- oder Blei-Antimon-Legierung und n-Germanium oder r.-Siliciuns. Ebenso wird ein derartiger ohmscher Metall-Haibleiter-Kontakt zwischen

Io

einer Elektrode aus Indium. Gallium oder Alu- In Fig. la ist ein Unipolartransistor mit einer

minium auf p-Germanium oder p-Silicium gebildet. Isolierunterlage 10, beispielsweise einer Platte aus

Fig. 10b veranschaulicht einen gleichrichtenden Glas, keramischem Material, geschmolzenem Quarz.

Kontakt zwischen einem Metall und einem Halb- dargestellt.

leiter vom n-Leitungstyp. Kennzeichnend für einen 5 Auf der einen Fläche 11 der Unterlage 10 befinden derartigen gleichrichtenden Mr.'.all-Halbleiter-Kon- sich zwei beabstandcte Elektroden 12 und 14. Antakt ist, daß er leitet, wenn er in der einen Richtung grenzend an die Elektroden 12 und 14 und sie zum vorgespannt ist, und sperrt, wenn er in der entgegen- Teil überdeckend, liegt eine Schicht 16 aus Halbgesetzten Richtung vorgespannt ist. Und zwar leiten leitermaterial. Diese Schicht ist im Zwischenraum diese Kontakte entweder, wenn der Halbleiter n-lei- io zwischen den Elektroden 12 und 14 angeordnet, wie tend und negativ vorgespannt ist oder wenn der man aus F i g. 1 a sieht, und erstreckt sich über die Halbleiter p-leitend und positiv vorgespannt ist. Sie Länge dieser Elektroden hinaus, wie am besten aus sperren, wenn der Halbleiter η-leitend und positiv F i g. 1 b ersichtlich wird,
vorgespannt oder p-leitend und negativ vorgespannt ist. In Kontakt mit der Oberfläche der Schicht 16 ist

Ein solcher gleichrichtender Metall-Halbleiter- 15 eine dünne Schicht 18 aus einem Material mit großer

Kontakt besteht beispielsweise zwischen einer Elek- Bandlücke (Trennschichtmaterial) angeordnet. Wie

trode aus Indium, Gallium oder Aluminium und man aus Fi g. 1 b sieht, erstreckt sich die Schicht 18

η-Germanium oder n-Silicium. Ebenso besteht ein über die Lange der Elektroden 12 und 14 hinaus, derartiger gleichrichtender Kontakt zwischen einer Auf der Oberfläche der Schicht 18 befindet sich

Elektrode aus einer Blei-Arsen- oder Blei-Antimon- 20 eine elektrisch leitende Elektrode 20. Die Elektrode

Legierung und p-Germanium oder p-Silicium. 20 ist auf der dem Zwischenraum zwischen den

Fig. 10c zeigt einen Kontakt zwischen einem Elektroden 12 und 14 gegenüberliegenden Seite anMetall und einem Halbleiter mit großer Bandlücke geordnet.

oder einem Isolator. Ein derartiger Kontakt sperrt, An die Elektroden 12 und 14 sind elektrische

wenn das Metall negativ und der Isolator oder Halb- 25 Leiter 13 bzw. 15 angeschlossen. Entsprechend ist

leiter mit großer Bandlücke vorgespannt ist. Ist da- ein elektrischer Leiter 17 an die Elektrode 20 an-

gegen der Isolator oder Halbleiter mit großer Band- geschlossen. Die elektrischen Leiter 13, 15 und 17

lücke negativ vorgespannt und sind im Isolator oder können mittels einer metallischen Paste, beispiels-

Halbleiter mit großer Bandlücke Elektronen vor- weise Silberpaste, mit den entsprechenden Elek-

handen. so fließen die Elektronen vom Isolator zum 30 troden verbunden sein.
Metall. Die in F i g. 1 a und 1 b gezeigte Einrichtung kann

Ein isolierender Metall-Halbleiter-Kontakt, wie er durch Einbau in eine geeignete Schaltung, wie beifür die Steuerelektroden der Verknüpfungsglieder spielsweise in F i g. 1 a gezeigt, als Verstärker beverwendet wird, ist in Fig. 1Od gezeigt. Zwischen trieben werden. Die Elektrode 20 erhält durch Andern Metall und dem Halbleiter ist eine dünne 35 schließen des Leiters 17 an die positive Klemme Schicht aus einem Material hohen spezifischen einer Spannungsquelle 21 eine positive Vorspannung. Widerstandes mit einer Energiebandlücke, die breiter Die Eingangsspannung der Einrichtung wird von ist als die des Halbleiters, angeordnet. Ein der- einem geerdeten Signalgenerator 22, der an den artiges Material wird im folgenden als »Trenn- negativen Pol der Batterie 21 angeschaltet ist, geschichtmaterial« oder auch einfach als »Isolier- 40 liefert,
material« bezeichnet. Eine der beiden beabstandeten Elektroden 12 und

Die Bandlücke des Materials großer Bandlücke 14, im vorliegenden Falle beispielsweise die Elekmuß so groß sein, daß die Sperrschicht oder Schwelle trode 12. ist geerdet. Der Leiter 15 ist an eine Spanzwischcn der Schicht und dem Halbleiter zu hoch nungsquelle, beispielsweise den positiven Pol eine, ist. als daß Elektronen vom Halbleiter in das Lei- 45 Batterie 23. angeschlossen. Der negative Pol der tungsband des Schichtmaterials injiziert werden kcn- Batterie 23 ist geerdet. Zwischen dem positiven Pol nen. Die dünne Schicht zwischen dem Metall und der Batterie 23 und die Elektrode 14 ist ein Lastdem Halbleiter wirkt somit als Potentialschwelle widerstand 24 geschaltet. Die Ausgangsspannung und sperrt den Stromfluß vom Metall zum Halb- kann mit einem Voltmeter, das an Klemmen 25 anleiter oder vom Halbleiter zum Metall. 50 geschlossen, d. h. zwischen den Leiter 15 und Erde

Gleichgültig, mit welchem Vorzeichen eine Vor- oder Masse geschaltet ist, gemessen werden,
spannung angelegt wird, sperrt ein Kontakt dieser Für die Einrichtung gemäß diesem Ausführunss-

Art. obwohl Elektronen im Halbleiter anwesend sein beispiel wurde aufgedampftes Cadmiumsulfid ab

können. Ein derartiger Metall-Halbleiter-Kontakt, Halbleiterschicht 16. aufgedampftes Gold für die

d. h. ein Kontakt mit einer dünnen Schicht oder 55 Elektroden 12, 14 und 20 und aufgedampftes KaI-

einem Material mit breiter Bandlücke zwischen dem ziumfluorid für die Isolierschicht 18" verwendet. Die

Metall und dem Halbleiter, wird im folgenden als Einrichtung wurde so betrieben, daß die Steuer-

»Isolierkontakt« bezeichnet. elektrode 20 mit ungefähr 5 bis 10 Volt positiv vor-

Die Schicht aus dem Material mit der breiten gespannt war. Die Wechselspannungsverstärkune dei

Bandlücke kann aus einem Isoliermaterial im eigent- 60 Einrichtung kann als das Verhältnis der Auseanss-

liehen Sinne, beispielsweise Siliciumdioxid, Alu- spannung zur Eingangsspannung definiert werden

miniumoxid. Kalziumfluorid bestehen. Sie kann aber Für Eingangssignale von ungefähr 50 Millivolt unc

auch aus einem Halbleitermaterial hohen spezi- einem Abstand zwischen der Elektrode 12 und dei

fischen Widerstandes, beispielsweise Zinksulfid, be- Elektrode 14 von ungefähr 15 um war die Span

sieben, wenn die aktive Halblcitcrschicht der Ein- 65 nungwe.mtärkung der Einrichtung fünfziafach.
richtung aus einem Material wie Germanium be- Die Elektroden 12 und 14 bestehen zweckmäßiger

steht, das eine schmalere Bandlücke als das Trenn- weise aus Metallen wie z. B. Indium. Gold, Kupfer

Schichtmaterial hat. sie können als dünne Schichten mit Hilfe von Maskei

ten Teile der Oblriläehe 11 aufstreiehen oder durch

SÄ^{die Elcktrod}™^{durdi Auf}-

,. ii

V,s ,TäSÄ bildende H._Mc_iten,,a,e_ri«, weist mindestens im atomaren Maßstab ein oeri odisches Potentialfeld auf und kann entwede rnSnökristallin oder polykristallin sein. Geeignete Matenahen für die Schicht 16 sind z. B. die elementaren i„ Halbleiter, wie Germanium, Silicium und Germanium-Silicium-Legierungen, Verbindungen der Elemente der Gruppen III und V des Periodischen Systems, wie die Phosphide, Arsenide und Antimonide des Aluminiums, Galliums und Indiums, _J5 sowie Verbindungen der Elemente der Gruppen II und VI, wie die Sulfide, Selenide und Telluride des Zinks und Cadmiums. Auch Zinkoxid kann unter die An-BypVerbindungen eingeordnet werden

Die Bandlücke und der elektrische Widerstand einiger der A„-B_VI-Verbindungen sind so groß daß diese Materialien als Isolatoren oder Dielektrika statt ais Halbleiter betrachtet und als Trennschichtmateriaiien für die Herstellung von Isolierkontakten auf anderen Halbleitern mit einer kleineren Bandlücke « verwendet werden können.

Wie oben envähnt, wurde für die Schicht 16 aufgedämpftes Cadmiumsulfid verwendet. Der spezifische Widerstand von Cadmiumsulfid kann je nach der verwendeten Herstellungsmethode so unterschiedlich sein, daß das Material entweder als Halbleiter oder als Isolator angesehen werden kann Jedoch ist das verwendete kristalline Halbleitermatena! in jedem Falle so beschaffen, daß es, mindestens im atomaren Maßstab ein periodisches Spannungs- _3S oder Potentialfeld aufweist und folglich für die in den Ansprüchen gekennzeichneten Einrichtungen _Eeeignet ist. -

Die auf die Halbleiterschicht 16 aufgebrachte Trennschicht 18 kann beispielsweise aus Siliciummonoxid, Siliciumdioxid. Kalziumfluorid, Alumimumoxid, Zinksulfid od. dgl., d. h. aus Materialien die eine breitere Energiebandlücke als die Halblederschicht 16 sowie einen hohen spezifischen Widerstand haben, bestehen. Damit die Einrichtung leistungsfähig arbeitet, ist der Film 18 vorzugsweise weniger als 2 _tcm dick.

Der Abstand oder Zwischenraum zwischen den Elektroden 12 und 14 ist vorzugsweise kleiner als 100 um und vorteilhafterweise in der Größenordnung von 0,1 bis 20 μΐη. Die Elektrode 20 besteht zweckmaßigerweisc aus einem Metall wie Gold, Alum.n.um und kann beispielsweise nach dem Abdeck- und Aufdampfverfahren auf die Schicht 18 aufgebracht werden.

Ein Merkmal dieses Halbleiterbauelementes bestcht darin, daß die Elektroden 12, 14 und 20. die Halbleiterschicht 16 und die Schicht 18 sämtlich in Form von dünnen Schichten durch Aufdampfen oder andere geeignete Verfahren niedergeschlagen werden 6c können. Da es verschiedene bekannte Verfahren für die programmierte Steuerung und Überwachung des Niederschiagens oder Aufbringen aufeinanderfolgender Materialschichten, beispielsweise durch Aufdämpfen gibt lassen sich die Einrichtungen in wirtschafthcher Weise mit Hilfe automatisierter Anlag™ massenfertigen.

Ein weiteres Merkmal dieser Einrichtung besteht

die po Steuerelektrod«

Bei der in P i«, ι ι ι u

steHen sowohl*^S'iVZf H f ^{Zeigten Einnchtun}i ohmscl, k'nn u ?*'U¹²/'^{5 aUCh die Anode} ^U

ftoHerkoLkt "? ^S,!^eue _c ^re,^lek5°^{de 20 bildet einer}

chicht ?6 D-,, h R, H ^S?^Ich\^{18 zur} Halbleiter-

?„_t ™ , ^Das,^he'^ßt> ^der Kontakt, w.e oben crläu-

St J -"Ϊ T ^Rldlt"ngen und kann dahci

ry δ S^leicnnchtender Kontakt angesehen werden

JJie Arbeitsweise dieser Ausführungsform kann als

αϊ eichTrla^Ti⁰¹¹?⁸^ °^der Ladungsträger_fΠρ. r V ^{8 k bcruhend} betrachtet werden. Um r ,^crnnü,^un§^s?^emaßen Einrichtungen in Stromverp^a|,^Kung. ««treiben zu können, darf die Steuerelek-J™?^ol)e' positiver Vorspannung weder Löcher odei ^uueK|5, ^{klronen in dlc} Halbleiterschicht injizieren nocn hiektronen aus der Halbleiterschicht extrahie- ^-..^'«em Erfordernis wird durch die Elektrode 20 w, ti ₁ ?■ίι"¹" ^{der Ha!b!c}«terschicht einen Isolier„, _f , „^ct- ^{Dcr lsoI}'erkontakt wird in der Weise Η_Ρς π ".ⁿ.^{1an cinen Fi}'m aus einem Material, fi·, ^tncr?^lcband!l-icI<e breiter ist als die des Halbι ι Γ* f^v'^sch _r ^{cn diC} ■ ialblcitcrschicht und die Steuer-^{Ucktrode e}!^nfugt-

hiino«! ^i T ^{Vorailssct7Un}g für den Stromcrhö-

niwirT ■* ^darin- ^{daß die Anz}a^{hl der} ^W I ^acllcn.^zl.^{lstaiulc a}" ^d^'r Eingangsfiaclie zwischen a\1 Z V-, , ,°^{de 1!nd der} Halbleiterschicht oder ^d>^e Anzahl der Haft- oder Einfangstellen im Inneren "_n ίJc'tersclncht so klein ist, daß sie mit Hilfe ! "tf™, ^" Positiven Vorspannung an der Steucr-,',., ^C,^{onne Gefahr} eines elektrischen Dur.hfc-i isolierenden Schicht gefüllt werden

₍|_P„ ," ^Cl£^c ,^großc Anzahl von Oberflächenzustiin_f„,λ ,, Γ. «attste.lcii in der Halbleiterschicht unse-Γ ' ■ "■ ^S° ^{wcrdcn die von} der Kathode und eeförri^. ri f ° ^Halbleiterschicht gezogenen oder tn^ull , ^ble,^kti;^onen unmittelbar eingefangen oder Haihlnff i"·"? ^? ^resuItierende Leitfähiekeit der £_f1' ,^CIt"^schlc|it bleibt praktisch unverändert Wenn ^ c ^P°^SItl? ^VorsP^annung an der Steuerelck-κ °^{ht %verden kan}n. daß sämtliche

^f"²^¹,³¹¹⁰⁶ ⁰^ Haftstellen mit Elektro-

Qf ' ^S° ^{hat cinc weitere} Erhöhunc der P^ Steuerspannung zur Folge, daß die Anzahl

,_ch;_rhT ν ι ^{n Ladun}gsträger in der Halbleiter-™_n„ ^direkt Proportional der angelegten Sienal- :^pannung ansteigt. Man kann zeigen:daß. wenn"diezustand erreicht ist. die folgende Gleichung gilt:

darin ist h der Ausgangsstrom,

Va die Soannung an der Anode oder Ausgangs-

^MaJ^oritätsträg^{er in der}

C die Kapazität oder der kapazitive Widerstand des Breitlückenfilmes zwischen der Steuerelektrode und der Halbleitcrschicht.
I V₁, die Änderung der an die Steuerelektrode angelegten Spannung und

L die Spaltbreite oder der Abstand zwischen der Anode und der Kathode.

Die Steilheit g„, des Halbleiterbauelementes ist

woraus folgt, daß das Verhältnis der Steilheit zum kapazitiven Widerstand

gm C

L₂

1
T

ist, wobei T die Übergangszeit für Ladungsträger in der Halbleitcrschicht zwischen der Anode und der Kathode ist.

In der Einrichtung nach F i g. 1 a und 1 b ist die Halbleiterschicht 16 η-leitend, so daß der Strom durch die Halbleitcrschicht ein Elektronenstrom von der Kathode 12 zur Anode 14 ist. Unter diesen Voraussetzungen benötigt man an der Steuerelektrode 20 eine positive Spannung, um eine Stromerhöhung zu erzielen. Ist die Halbleiterschicht 16 p-leitend, so besteht der Strom durch die Schicht aus einem Defektelektronenstrom von der Anode zur Kathode, und es wird an der Steuerelektrode eine negative Spannung benötigt.

Im Betrieb der in F i g. 1 a und 1 b gezeigten Einrichtung wirkt die Kombination aus der Steuerelektrode 20, der isolierenden Schicht 18 und der Halbleiterschicht 16 als Kondensator mit parallelen Belägen. Wird vom Signalgenerator 22 eine positive Spannung an die Steuerelektrode 20 angelegt, so zieht die positive Ladungsschicht auf der Steuerelektrode 20 eine gleiche negative Ladungsschicht auf dem der Steuerelektrode 20 gegenüberliegenden Teil der Oberfläche der Halbleiterschicht 16 an. Diese negative Ladungsschicht besteht aus Elektronen, die von den Elektroden 12 und 14 in die Halbleiterschicht 16 gezogen oder gefördert werden.

Diese" Elektronen wirken als Ladungsträger, die den Stroinfluß durch die aktive Schicht 16 von der Elektrode 12 zur Elektrode 14 erhöhen oder verstärken. Bei den vorliegenden Halbleiterbauelementen wurden Steilheitswerte bis zu 5000 [iS bei einer Eingangskapazität von 300 pF erreicht. Messungen derFrequenz als Funktion der Kapazität ergeben Verstärkungsgrad-Bandbreite-Produkte bis zu mehreren Megahertz für diese Einrichtungen.

F i g. 9 zeigt ein Ausgangsstrom-Ausgangsspannungs-Kennlinienfeld für eine im Stromerhöhungsbetrieb arbeitende Einrichtung in der Ausführungsform gemäß F i g. 1 a und 1 b. Längs der Ordinate ist der Ausgangsstrom als Funktion der Ausgangs-Spannung (bei geerdeter Kathode) für verschiedene Werte der an der Steuerelektrode liegenden positiven Spannung aufgetragen. Im normalen feetriebsbereich ist der Steuerelektrodenstrom stets um einen Faktor von 100 bis 1000 kleiner als der Ausgangsstrom.

Man sieht, daß bei ansteigender Spannung an der Steuerelektrode der Ausgangsstrom bis zu einem Spannungswert von ungefähr 6 Volt klein bleibt. An diesem Punkt beginnt der Ausgangsstrom sehr rasch anzusteigen. Die Steilheit dieser Einheit beträgt bei hoher Steuerelektrodenspannung ungefähr 5000 nS und der Spannungsverstärkungsfaktor ist ungefähr 60. Mit Einrichtungen gemäß dieser Ausführungsform sind Leistungsverstärkungsgradc von .'-.!gefahr 5000 erhalten worden.

Es konnte keinerlei etwa von den Geschwindigkeiten der Füllung oder Leerung von Oberflächenzuständen oder Haftstellen abhängige Auswirkung auf den Frequenzgang bei hohen Frequenzen beobachtet werden. Es wird daher angenommen, daß bei hohen positiven Spannungen sämtliche Elektronenhaftstellen bereits gefüllt sind, so daß ein geringer weiterer Anstieg des Steuerelektrodenpotentials sich unmittelbar in einer Zunahme der Elektronen im Leitungsband äußert. Man darf daher annehmen, daß die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtungen im Bereich hoher Frequenzen durch Einfangerscheinungen nicht ernsthaft beeinträchtigt wird.

In F i g. 2 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der die Anode, die Kathode und die Steuerelektrode eine kammartig ineinandergezahnte Anordnung bilden. Die auf einem isolierenden Träger niedergeschlagene Schicht 26 aus Halbleitermaterial kann aus einem der oben erwähnten Materialien, beispielsweise Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Galliumphosphid usw. bestehen. Eine Trennschicht 28 ist auf einen Teil der einen Fläche der aktiven Halbleiterschicht 26 nach irgendeinem geeigneten Verfahren, beispielsweise Abdecken und Aufdampfen, niedergeschlagen.

Die kammartig ausgebildete Anode und Kathode sind auf die der Schicht 28 gegenüberliegenden Fläche der Schicht 26 aufgebracht. Die Anode und die Kathoae können aus einem in der oben beschriebenen Weise aufgedampften Metall bestehen. Die Steuerelektrode kann aus einem Metall bestehen, das ähnlich wie die Schicht 28 auf die der Schicht 26 gegenüberliegenden Fläche so aufgebracht ist. daß die einzelnen Finger der Steuerelektrode sich jeweils über dem spaltförmigen Zwischenraum zwischen den benachbarten Fingern der Anode und Kathode befinden. Ein Vorteil dieser Ausfführungsform besteht darin, daß die Einrichtung dank der ^vergrößerten Ausbildung der Elektroden größere Leitungen verarbeiten kann.

In F i g. 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, die mehrere auf einer einzigen Isolierunterlage niedergeschlagene Dünnschicht-Feldeffekttrioden enthält Mit Hilfe geeigneter Abdeck- und Aufdampfverfahren, wie bereits beschrieben, werden mehrere Kathoden 12' sowie mehrere Anoden 14' auf einer isolierenden Glasunterlage 10' niedergeschlagen.

Auf die Kathoden 12' und die Anoden 14' ist eini Halbleiterschicht niedergeschlagen. Auf mindesten; Teile der Halbleiterschicht wird eine Trennschich niedergeschlagen. Danach werden mehrere Steuer elektroden 20' auf die Schicht in der Weise nieder geschlagen, daß sie jeweils gegenüber dem Zwischen raum zwischen einer entsprechenden Kathode 12 und Anode 14' angeordnet sind.

In F i g. 3 sind, um die Zeichnung nicht unnötii zu komplizieren, das Halbleitermaterial und di' Trennschicht nicht gezeigt. Aus der obigen Beschrei bung und den gezeigten Elektroden dürfte jedocl die konstruktive Ausbildung der in F i e.. 3 gezeigte: Einrichtung klar ersichtlich sein.

Die auf diese Weise erzeugten Einzeltrioden kön

13 14

nen gewünschtenfalls zusammengeschaltel werden, Hauptfläche 11 der Unterlage 10, eine Trennschicht

beispielsweise in Kaskade, so daß das Ausgangssignal 18 auf mindestens einem Teil der Schicht 16 und

einer Triode jeweils für die Steuerung anderer Tri- eine Steuerelektrode 20 zwischen der Kathode 12

öden verwendet werden kann. Bei der gezeigten Ein- und der Anode 14 auf der der Schicht 16 entgegen-

richtung sind drei getrennte Einheiten hintereinander 5 gesetzten Seite der Schicht 18.

geschaltet, so daß "sie als dreistufiger Verstärker be- Die Isolierunterlage 10 kann aus G'3^r. geschmoltrieoen werden können. R_{1 v} R_L„ und R, ₃ sind Strei- zenem Quarz oder aus keramischem Material hefen aus aufgedampftem Halbleitermaterial, die je- stehen. Die aktive Halbleiterschicht 16 kann aus weils als Lastwiderstände für die einzelnen Trioden einem beliebigen kristallinen Halbleitermaterial, das dienen. io ein periodisches elektrisches Spannungs- oder Poten-

Die FeidelTckteinriehtung nach F i g. 4 besteht aus tialfeld im atomaren Maßstab aufweist, bestehen, einer Isolierunterlage 10", einer metallischen Steuer- Die Trennschicht 18 kann aus einem Material, wie elektrode 20" auf der einen Flache 11" der Unter- Kalziumflourki oder Aluminiumoxid bestehen, und lage 10". einer Trennschicht 18" über einem Teil der die Elektroden können aus in der oben beschriebe-Fl'achell" und der Elektrode 20". eincT Schicht 16" 15 nen Weise aufgedampftem Metall bestehen,
aus kristallinem Halbleitermaterial auf der Trenn- Bei dieser Ausführungsform muß der von und schicht 18". sowie einer metallischen Kathode 12" nach der Kathode und der Anode in die aktive und einer metallischen Anode 14" auf der der Schicht fließende Strom die Trennschicht 18 durchSchicht 18" gegenüberliegenden Flache der aktiven tunneln. wahrend die nämliche Schicht 18 eine aus-1 lalblei'.crschicht 16". 20 reichende Isolierfestigkeit haben muß. um den

Wie bei den übrigen Ausführungsformen hat die Durchtritt von Strom zur Steuerelektrode 20 zu ver-

Trennschicht 18" vorzugsweise eine Dicke von wc- hindern. Lm dies zu erreichen, kann man die Schicht

niger als 2 um. Der Zwischenraum zwischen der Ka- 18 unterhalb der Steuerelektrode 20 dicker als un-

thode 12" und der Anode 14" verläuft vorzugsweise terhalb der Kathode 12 und der Anode 14 machen, parallel zur Steuerelektrode 20" und dieser gegen- 25

über. Man sieht, daß bei dieser Ausführungsform die Herstellungsverfahren
tatsächliche Anordnung der Kathode. Anode und

Steuerelektrode in bezug auf die aktive Halbleiter- W>e bereits erwähnt, können die für die erfin-

schicht und der Trennschicht ähnlich wie bei der dunusgemäßen Einrichtungen verwendeten dünnen

Einrichtung nach Fi g. 1 a ist. wobei jedoch in 30 Schichten nach irgendeinem geeigneten Verfahren

F i g. 4 die isolierende Unterlage die Steuerseite der niedergeschlagen oder aufgebracht werden. Während

Einrichtung trägt oder haltert. Entsprechend können derzeit das Aufdampfverfahren die brauchbarste

die hier beschriebenen anderen Ausführungsformen Methode zum Niederschlagen oder Aufbringen

in der Weise hergestellt werden, daß man die ver- gleichförmiger dünner Schichten darstellt, kann man

schiedenen Schichten in der umgekehrten Reihen- 35 sich auch anderer Verfahrensweisen, beispielsweise

folge aufbringt oder niederschlägt. der Zerstäubungs- oder Aufspritzmethode, bedienen.

Die Dünnschichttriode nach F i g. 5 besteht aus Mar, kann zeigen, daß die cbere Cneiize der Lei-

einer Isolierunterlage 10. einer Schicht 16 aus akti- stungsfähigkeit bei hohen Frequenzen für die eiTin-

vem kristallinen Halbleitermaterial auf der einen dungsgemäßen Einrichtungen von der Übergangszeit

Hauptflache 11 tier Unterlage 10. einer Kathode 12 40 oder Laufzeit für die in der aktiven Halbleiterschicht

und einer Anode 14 auf der der Unterlage 10 ent- zwischen der Kathode und der Anode wandernden

gegei-.geset/ten Fläche der Halblei<erschicht 16. einer Ladungsträger abhängt. Die Übergangszeit kann ver-

Trennschicht 18 auf einem Teil der Halbleiterschicht kürzt werden, indem man entweder die Trägerbeweg-

16 und der Elektroden 12 und 14. sowie einer Steuer- lichkeit in der Halbleiterschicht erhöht oder den

elektrode 20 auf der der Schicht 16 entgegengesctz- 45 Spalt oder Abstand zwischen der Anode und der

ten Seite der Schicht 18. Kathode verkleinert.

Die Elektroden 12. 14 und 20 können bcispiels- Der enge Zwischenraum zwischen der Anode und

weise aus in der oben beschriebenen Weise aufue- der Kathode kann mit Hilfe eines zweistufigen AuI-

dampi'tem Metall bestehen: sie sind vorzugsweise so dampfverl'ahrens in folgender Weise genau kontrol-

angeordnel, daß die Steuerelektrode 20 gegenüber 50 licrt werden. Ein in einem Rahmen eingespannter

dem Zwischenraum zwischen der Kathode 12 und Draht wird als Aiifdampfungsmaske verwendet. Der

der Anode 14 liegt. Die Einrichtung gemäß diesem Draht kann beispielsweise 25 um dick sein. I'm cine

Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in hohe Genauigkeit zu erzielen, ist der gespannte Draht

Fi u. 1 a gezeigten Einrichtung dadurch, daß hei letz- vorzugsweise imverdralli. wobei der Draht durch

terer die Kathode und die Anode zwischen der Un- 55 eine Ziehdüse gezogen worden ist. Ein Metall wie

tcrlage oder dem Halter 10 und der Halhlciteischicht z. B. Gold wird sodann auf eine unterhalb des Drah-

16 angeordnet sind, während bei der Einrichtung tes gehaltene isolierende Unterlage aufgedampft. Als

nach Fig. 5 die Kathode 12 und die Anode 14 zvvi- Unterlage kann beispielsweise eine Glasplatte dienen,

sehen der aktiven Halbleiterschicht 16 und der Nach dem ersten Aufdampfungsschritt sind auf

Trennschicht 18 liegen. Sämtliche Elektroden dieser 60 der einen Fläche der Glasplatte zwei Goldschichten

Aiisführungsform befinden sich auf der gleichen Seite mit einem spaltförmigen Zwischenraum von 25 um

der aktiven Schicht 16. die zuerst auf die Isolier- Breite vorhanden. Der Rahmen wird nunmehr um

unterlage 10 niedergeschlagen wird. eine kleine Strecke quer zum Spalt und parallel zur

Bei dem Halbleiterbauelement gemäß Fig.fi be- einen Fläche der Glasplatte mittels einer Präzisionsrinden sich sämtliche drei Elektroden ebenfalls auf 65 schraube bewegt. Sodann nimmt man eine zweite der gleichen Seite der Einrichtung. Diese Dünnfilm- Bedampfung der Glasplatte mit Gold vor. Während triode hat eine Isolicruntcrlagc 10. eine Schicht 16 des zweiten Aufdampfschrittes wird etwas Gold auf aus kristallinem Halbleitermaterial auf der einen einem Teil des zuvor durch den Draht abccdecktcn

15 ^f 16

Spaltes niedergeschlagen. Die Breite des Spaltes kann Fläche Il und der Elektroden 12 und 14 Eint

auf diese Weise auf einen Wert verkleinert werden, Steuerelektrode 70 wird in der Weise ^llL"^r=^e.^bl,^L iv _s0

der viel kleiner ist als die Dicke des als Maske be- man Aluminium unmittelbar auf die Semem ^

nutzten Spanndrahtes. Man kann auf diese Weise aufdampft, daß die resultierende Elektrode siu ^

Spalte oder Zwischenräume von nur 1,0 um Breite 5 genüber dem Spalt zwischen der Kathode J- ui

zwischen zwei aufgedampften Elektroden erhalten. Anode 14 befindet.

Ein Rahmen mit mehreren gespannten Drahten Wie oben erläutert, wurde gefunden, dab

i Fäll i sehr dünne Js ^

auch lVder Weise durchführen. der Größenordnung von 30 A hat. nimmt hier en und den darin eingespannten Stelle der Trennschicht 18 der zuvor bescnrieDenu die Unterlag oder den Halter 15 Ausführungsformen ein und verhmde.i. dal· <rain bev.eüt. "Ebenso kann man Steuerelektrode 70 Löcher in die' aktive Halhleiur-

i pi'

en mit mehreren gespannten Drahten Wie oben erläut, g

kann in Fällen verwendet werden, wo mehrere Spalte diesen Voraussetzungen eine sehr dünne ^

gewünscht werden, wie z. B. bein- Aufbringen einer schicht aus Aluminiumoxid 78 zwischen der . eue^

Serie \ on Einrichtungen auf einer einzigen Unterlage. io elektrode 70 aus Aluminium und der aktiven ^lJ:.

Das Verfahren ist davon abhängig, daß die Draht- leiterschicht 16 gebildet wird. Diese .^Isoll|i?^Ll _jn

maske und die Unterlaue nebeneinander bewegt wer- aus Aluminiumoxid, die vermutlich eine Uk ■«·

den. Man kann es auch lVder Weise durchführen. der Größenordnung von 30 A hat. nimmt hier

daß man den Rahmen bnrieDe Draht !enthält und

jieücnüber dem Drain bev.eüt. Ebenso kann man Steuerelektrode 70 L

«.o-.w.hl den Drain al-, aucn die Unterlage heweucn. schicin 16 injiziert oder, wenn sie positiv vorgc-p~ii' ^

I is soll niinmeiir ein Verfahren zuMüldunu einer ist. Elektronen aus der Schicht 16 aulnimmi.

tlünnen 1 reiinschiclu zwischen einem Metall und Bei der in F i g. S gezeigten Dünnschichiinodc ^- -

tinem Halbleiter beschrieben weiden. Dieses Ver- 20 linden sieh alle drei Elektroden au! der gleich.

la.ilen hai sich als brauchbar liir die lleistelluim \on Seite der Einrichtung. Die Triode bestein au- uii-

ill- Sieuerelektroden für die crlindmusgemälW Ein- Isolierunterlage 10. einer Schicht 16 au- ^:i-^;liw!n

richtungen dienenden Isoliei kontakten'erwiesen. Es Halbleitermaterial auf der einen HaupUlaciie ^ ■■-

wurde 'gelunden. daß. wenn man Aluminium bei Unterlage 10. einer Kathode 12 und einer Λικκ.-

cinem unter Atmosphäreiidruck Heilenden Druck 25 auf der Schicht 16 und einer SteuereU 'r.irodc Ml /^■■-

oder Mn Vakuum auf eine Schicht aus Halbleiter- sehen der Kathode 12 und der Anode 14. Die K,r

nuierial aufdampft, zwischen dem aufgedampften thode und die Anode können aus aulgedamp.>,..■.

Aluminium und dem Halbleitermaterial eine dünne Metall, beispielsweise Indium. Gallium Gold od.'..Ji.

Schicht aus Aluminiumoxid entsteht. Während all- bestehen.

gemein bekannt ist. daß Aluminium, wenn es der 30 :.>ie Steuerelektrode 80 besteht aus auigcdampilcm Luft ausgesetzt ist. sich mit einer dünnen Schicht Aluminium. Wie bei tier Ausiuhrungsloim ΐκη η oder einer Haut aus Aluminiumoxid überzieht, über- Fig. 7 wird zwischen der Steuerelektrode 80 und uei raseht es einkermaßcn. daß ein derartiger Film aul aktiven Halblciterschicht 16 eine dünne Isohei-cniun derjenigen Oberfläche des niedergeschlagenen AIu- aus Aluminiumoxid 88 gebildet. Diese i-olierciuie miniums gebildet wird, die sich in"inniüer" Berührung 35 Aluminiumoxidschicht sorgt in der gleichen ci-c. mit der flalbleiterschicht befindet und lolulich der wie die Schicht 18 der zu,or beschriebenen Au-IuI: Luil nicht unmittelbar ausgesetzt ist. ^ rungslormen dafür, daß bei positiv vorgespannt Das Aluminium wird unter einem Unterdruck oder Steuerelektrode 80 kein wesentlicher Strom zwi-Ji-i, \'akuum von ungefähr H) "Torr aufgedampft. E- der Steuerelektrode 80 und der Schicht 16 Mehl. wird angenommen, daß wahrend des Yerdampiens i<> Bei den oben beschriebenen Ausluhrung-l.>-;.,cn sich eini'-ie der Aluminiummoleküle mil einigen der erfolgt der Stromtluß in der I lalbleiteischieht mi wevorhandenen SauerstolTmoIeküle vereinigen können sentüeiien parallel zur Ebene der Schicht und tie: und daher als Aluminiumoxid niederüeschlaiicn wer- ebenen Steuerelektrode. In den beiden nach-k.uiiden. Is wird geschätzt, daß die auf diese Weise zwi- den Beispielen werden Dünnscliichunuden beschnes'.-hei der Masse der aufgedampften Elektrode und i:, ben. die im StromerhöhtmgsbetriUi mil im wesentder I lalbleiteischieht liebiklete Aluminiumoxid- liehen quer zur E.lieue der dim,len Schichten \ ei jauschiehl weniger als K)OA dick ist. lenden StromlUiß arbeiten. Bei diesen Ausluhrung-Diese dünne Aluminiumoxidschicht vermag in der formen kann der Spalt zwischen der Lingangselekgleichen Weise wie die oben beschriebenen dickeren trode und der Ausgangselektrode durch die Di,'..e Siliciumdioxid- oder Kalziumlluoridschichten den 50 der niedergeschlagenen Schichten, statt ihnen uie Stromlluß zwischen dem Aluminium und der Halb- kritische Lageeinstellung von im seitlichen Anstand lederschicht in beiden Richlunücn zu sperren oder voneinander angeordneten Elektroden iv-iimmi zu verhindern. Es wird somit ein Isolierkoniakt ge- werden. Die Steuerelektrode ist bei diesen \us!i.hbiklet. tier als Steuerelektrode in den erfmdumiMie- rungsformen durchlöchert oder perlorierl. maix'ii Einiichtungeii dienen kann. " ' 55 Öie in Fig. 11 gezeigte Düniisdiichllriode K-w-\n Selbstverständlich wird eine Aluminiumoxidschichl aus einer metallischen Kathode 120. die aiii der einen auch auf derjeniücn Oberfläche des Aluminiums ge- Hauptlläche 110 einer Isolierunterlage 100 niederbildet, die der Luft ausgesetzt ist; jedoch beeinträch- geschlagen ist. Die Elektrode 120 kann beispielsweise tigt diese Aluminiumoxidschicht die Arbeitsweise der aus einem schmalen Streifen aufgedamplten Indiums Einrichtuni; nicht, da elektrische Leiter sich ohne 60 bestehen. . weitere:; all diesen freilieuenden Aluminiumober- Eine erste Schicht aus Halbleitermaterial 160 wird, !lachen beispielsweise mittels Silberpasie. anbringen beispielsweise durch Aufdampfen, aul mindestens l_;lsscn. einen Teil der Elektrode 120 aufgebracht. Zwei Die Feldellekttriode uemüß F i α. 7 hat eine Iso- .Steuerelektroden 190 und 191 aus Aluminium werlierunterkigelO. zwei nahe beieinander angeordnete 65 den auf die Malbleiterschicht 160 so aufgebracht, Metallelektrode!! 12 und 14 auf der einen Fläche 11 daß die Öffnung zwischen diesen beiden Elektroden der Unterlage 10 und eine Schicht 16 aus aktivem der Kathode 120 gegenüberliegt. Die Alunimium-Halbleitermaterial über mindestens einem Teil der eleklroden 190 und 191. die in der oben beschriebe-

17 ¹⁸

nen Weise im Vakuum aufgedampft werden, sind von 260 ein in einen Isolierbelag 280 eingekapseltes

einer dünnen Isolierschicht aus Aluminiumoxid urn- Sieuergitter od'-r Geflecht aufgebracht,

schlossen. Gewünschtenfalls kann man die beiden Dies kann in der Weise geschehen, daß man zu-

Aluminiumelektroden 190 und 191 durch eine nicht nächst ein Material mit großer i^aridlucke, rveispics-

gezeime Lcitunesverbindung an eine äußere Schal- 5 weise Kalziumlluond. in einem bestimmten Cmter-

tung elektrisch anschließen. oder Geiiechtmuster auf die Schicht ^60 aukia.,v,.!i.

Eine .weite Schicht 161 aus dem gleichen Halb- als nächstes schmalere Linien oder Streifen aus

leitermaterial wie es zuvor verwendet wurde, wird einem Metall, beispielsweise Aluminium oder („'id.

nunmehr auf mindestens einen Teil der Steuerelek- auf das gleiche Gitter auldamplt und schließlich eine

troden 190 und 191 und über denjenigen Teil der io weitere Schicht aus dem Material mit breiter H.-d-

ersten Schicht 160, der durch die Öffnung zwischen lücke im gleichen Gitter- oder Geflechtmuste; ■:■ ,:

den Steuerelektroden 190 und 191 freiliegt, aufge- n:\or auf das Metall aufdampft,

bracht. Sodann wird eine metallische Anode 140 auf Das Gitter oder Gellecht kann auch dadurch h-_-;--

die zweite Halbleiterschicht 161 gegenüber der Ka- gestellt werden, daß man Aluminium im gewun^n;,;!

thode 120 aufgebracht. 15 Muster auf die Schicht 260 unter solchen Bedin-:· -

Man kann die Steuerelektroden 190 und 191 auch gen niederschlagt (beispielsweise durch Aufd;inv. ί

n\\- aulgedamp..cm Gold oder Aluminium, das man der Anfangs- und 1 lulieile des Aluminiums im · .-

um einer aufgedampften Schicht 180 aus Isolier- kuum). daß das niedergeschlagene Aluminium

material, beispielsweise Kalziumfluorid oder Silicium- mit einer dünnen Isolierschicht 280 aus Alumni u·

Clioxid. umhüllt, herstellen. 20 oxid überzieht.

Bei der Einrichtung gemä'l dieser Ausführungs- Als nächstes wird eine zweite Schicht 261 au·■ ... λ

form hat der Fluß von Laduntzstrüscrn von der Ein- gleichen Halbleitermaterial wie die erste Schiclr 2-·>\

jzangselektrode 120 nach der Ausgangselektrode 140 auf die Schicht 260 und mindestens einen Teil ..„■>

tlas Bestreben, gecen die ÖfinuniTzwischen den bei- Steuergitters 290 aufgebracht. Danach wird eine ;:. -

ilen Steuerelektroden 190 und 191 zu konvertieren. 25 tallische Anode 240 auf die zweite Halbleitersclu· '■!

Der Stromfluß in der Triode gemäß dieser A"usfüh- 261 aufgebracht. Vorzugsweise ordnet man die Λ::-

rungsform erfolg· quer zur Ebene der die Einrich- ode 240 gegenüber der Kathode 220 an.

lung bildenden dünnen Schichten. Durch die Verkleinerung des Zwischenraums /_:■'-

Die in Fig. 12 gezeigte Einrichtung besteht aus sehen der Kathode und der Anode der vom Six·!·:

einer metallischen Kathode 220, die auf die Haupt- 30 quer durchllossenen Einrichtungen gemäß dieser in.<

fläche 210 der Isolierunterlage 20», niedergeschlagen der vorherigen Ausführungsform wird es möglic.:.

ist. Eine erste Schicht aus" Halbleitermaterial 260 höhere Verhältnisse von Steilheit zu Kapazität und

wird auf mindestens einen Teil der Elektrode 220 folglich ein verbessertes Verstärkungsgn-.d-Ban,;-

aufgebracht. Sodann wird auf die Halbleiterschicht breite-Produkt bei diesen Einrichtungen zu erhalte.·■.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

η , ... sprüchc 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, dall

Patentansprüche: ^ _{Sleucrclcktroden (S}20) jeweils parallele

!. Dünnschicht-Verknüpfungsglied, bestehend Strumwege zwischen den Hauptelektroden (512.

aus einer dünnen Halbleiterschicht, die mit zwei 514) beeinllussen.

voneinander beabstandeten Metallschichtelek- 5 11. Verknüpfungsglied nach Anspruch In. datroden ohmisch kontaktiert ist und mit einer durch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode^ Metallschicht-Steucrelektrode versehen ist. die (520) aus streifenförmigen Metallschichten beim Zwischenraum zwischen den ohmsehen Elek- stehen, die im Abstand voneinander quer über troden angeordnet unu von der Halbleiterschicht den Zwischenraum zwischen den Hauptelekdurch eine dünne Isolierschicht getrennt ist. 10 troden verlaufen.

dadurch gekennzeichnet, daß min-

destens zwei derartige, von der Halbleiterschichi

isolierte Metallschicht-Steuerelektroden im Zwi- Din Erfindung betriilt ein Dünnschicht-Verknüpschenraum zwischen den ohmschen Elektroden fungsglied. bestehend aus einer dünnen Halbleitervorgesehen sind. ₁₅ schicht, die mit zwei voneinander beabstandeten

2. Verknüpfungsglied nach Anspruch 1. da- Metallsehichteiektroden ohmiseh kontaktiert ist und durch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum mit einer Metallschicht-Steuerelektrode versehen ist. ZwK lien den si:, ilenförmigen Hauptelektroden die im Zwischenraum /wischen den ohmschen Elek- (Ml. 314: 412. 414: 512. 514) kleiner als troden angeordnet und \on der Halbleiterschicht !no um. vorzugsweise 0.1 bis 20 ,,in. und die 20 durch eine dünne Isolierschicht getrennt ist.

Dicke der Trennschicht (318. 320: 417. 418: 518) Die Bemühimsien. ein röhrenähnliches Halbleiter-Heiner als 2 um ist. bauelement zu schauen, das ohne Vakuum und ohne

3. Verknüpfungsglied nach Anspruch I oder 2. Heizung auskomm!, sind schon sehr alt. So ist bei- <ladurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter- spielsweise schon in der britischen Patentschrilt schicht aus Ciermanium. Silicium. Aluminium-. 25 434457 eine Art \oii l'nipolar- oder Feidellekt-Ciallium- oder Indium-Phosphid. -Arsenid oder transistor beschrieben, der zwei streitenlörmige Me- -Antinionid. oder aus Zink- oder Cadmium- talleleklroden aufweist, zwischen deren einander Sulfid. -Selenid oder -Tellurid besteht. gegenüberliegenden Rändern sich ein streifenförmi-

4. Verknüpfungsglied nach Anspruch I. 2 ger. dünner Halbleiterkörper befindet. Die Leitfähigoder 3. dadurch gekennzeichnet, .laß die Trenn- _i0 keit des Halbleiterkörpers wird durch ein elektrisches schicht aus Kalziumlluoriu. Silieiummonoxid. Feld gesteuert, das mittels einer Steuerelektrode Siliciumdioxid. Aluminiumoxid θ'__τ Zinksulüd erzeugt wird, welche von der Oberfläche des HaIhbesteht. leiterkörpers durch eine dünne Isolierung getrennt

5. Verknüpfungsglied nach einem der vorher- isi. Es ist auch bekannt, auf beiden Seiten des HaIhuehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. 45 leiterkörpers je eine Steuerelektrode vorzusehen und daß die Elektroden aus Gold. Indium oder AIu- diese Steuerelektrode mit dem gleichen oder verminiiim bestehen. schiedenen Steuersignalen zu beaufschlagen. Im Be-

(). Verknüpfungsglied nach einem der vorher- trieb liegen die beiden Hauptelektrode!! und der

gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. Halbleiterkörper in einem Reihenstromkreis, der

daß die Halbleiterscliicht (360) auf einem isolie- _;o außerdem eine Betriebsspannungsquelle und einen

renden Träger (300) angeordnet ist und daß sich Verbraucher enthält.

alle Elektroden (312. 314. 317. 319) auf der dem Es sind ferner aus der USA.-Patentschrilt 2 ¹M K 628

Träger abgewandten Seile der Halbleiterschicht FeldelTekltransistoren bekannt, bei denen sich zwi-

belinden. scheu dem Halbleiterkörper und der Steuerelektrode

7. Verknüpfungsglied nach einem der An- 45 ein llüssiger Elektrolyt befindet.

sprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß Weiterhin ist in der USA.-Palentschrift 2 900 531 die Hauptelektrode!! (512. 514) auf der Ober- ein Feldeffekttransistor beschrieben, der einen stablläche(510) eines isolierenden Trägers (500) an- förniigen Körper aus einem Halbleitereinkristall entgeordnet sind, daß die Halbleiterschichi auf der hält, mit dessen Enden ohmsche Elektroden verbundem Träger abgewandten Seite der Hauptelek- 50 den sind. Am Umfang des stabförmigen Halbleitertroden angeordnet ist und daß die Steuerelek- körpers befindet sich eine metallische Steuerelektroden (520) auf der den Hauptelektroden ab- trode. die den Halbleiterkörper ganz umfassen kann gewandten Seite der Halbleiterschicht angeordnet und von diesem durch eine dünne Isolierschicht gesind, trennt ist. welche chemisch auf der Oberfläche des

8. Verknüpfungsglied nach einem der An- 55 Halbleitermaterials erzeugt wurde und beispielssprüchc 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß weise aus einem Oxid des Halbleitermaterials besieh mindestens eine Steuerelektrode (413. 415) steht. Die Dicke dieser Isolierschicht soll in tier auf der einen Seite der Halbleiterscliicht (416) Größenordnung von 100 A und darüber liegen. Das und mindestens eine weitere Steuerelektrode (401. durch die Steuerelektrode erzeugte Feld beeinflußt 403 oder 405) auf der anderen Seite der Halb- 60 bei diesem Transistor offensichtlich die Leitfähigkeit lederschicht befindet. einer dünnen Inversionsschicht, die sich unterhalb

9. Verknüpfungsglied nach einem der vorher- der auf dem Halbleiterkörper erzeugten Isolierschicht gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. gebildet hat.

daß alle Si uerelektroden (317. 319: 401. 403. Ebenfalls mit einer Inversionsschicht arbeilet ein

405. 413. 415) in Reihe liegende Teile desselben C₅ aus der USA.-Patentschrift 2 791760 bekannter

Stromweges zwischen den Hauptelektioden be- Feldeffekttransistor, der einen Körper aus einem

einflussen. slahl'örmigen Halbleitereinkristall enthält, dessen

10. Verknüpfungsglied nach einem der An- Enden mit ohmschen Elektroden kontaktiert sind.