DE1789114B2 - Festkörperbauelement. Ausscheidung aus: 1489105 - Google Patents

Festkörperbauelement. Ausscheidung aus: 1489105

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DE1789114B2 DE1789114A DE1789114A DE1789114B2 DE 1789114 B2 DE1789114 B2 DE 1789114B2 DE 1789114 A DE1789114 A DE 1789114A DE 1789114 A DE1789114 A DE 1789114A DE 1789114 B2 DE1789114 B2 DE 1789114B2
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Description

aden Seiten eines Halbleiterkörpers 4 ver- Der Darstellung liegt der FaH zugrunde, daß eine
Zwischen dem Halbleiterkörper 4 und der konstante Gleichspannung von über 600 V für eine
te · Ui6T ^3*?11?301?5 des Halbleiterkör- unterschiedHcheDauer an dieLadungsspeicherschich!
4 weitgehend bedeckende Ladungsspeicher- angelegt ist Die Kurve 15 gibt für die verschiedenen
•MS und auf dieser in gleicher Größe eine Iso- 5 Emwirkungszeiten die gespeicherte Ladungsmenge in
icht 6 vorgesehen. relativer Maßangabe an. Die gespeicherte Ladung
Beim dargestellten Beispiel besteht der Halbleiter- nimmt anfangs rasch zu, nach etwa 4 Minuten Em-
B - 4 aus η-leitendem Silizium eines spezifischen Wirkungsdauer der Spanaung tritt eine Sättigung ein.
stands von 20 Qcm. Die Ladungsspeicher- Fig. 4 zeigt schließlich die Abnahme der in der
ent 5, die allgemein eme Mischung aus einem io Ladungsspeicherschicht 5 gespeicherten Ladung mit
Weitermatenal mit einem nichtleitendem Mat«*n9l der Zeit nach Ende der Spannungsemwirkung. Die
teilt, besteht im beschriebenen Beispiel aus p-Iei- Kurve 16 zeigt hierin zum Vergleich die Ladungsab-
pdem Cu2O und Epoxyharz. Als Isolierschicht 6 nähme bei in eme gewöhnliche Isolatorschicht ein-
*-*. ein Fflm aus Polyäthylenterephthalat. Als Elek- gespeicherten Ladungen, die Kurve 17 bei einer aus
m sind miBeispiel Nickelelektroden aufgebracht 15 Halbleitermaterial und Isoliermaterial gemischten
m Das elektrische Verhalten des erfindungsgemäßen Schicht. Zur Würdigung der Darstellung ist der loga-
Festkörperbauelements wird hauptsächlich durch die ritlimische Maßstab zu beachten. Aus der Darstellung
Eigenschaften der Ladungsspeicherschicht 5 be- ist ersichtlich, daß sich die adungsmenge zunächst
stimmt. Bei dei Herstellung dieser Schicht können rasch und nach wenigen Minutf η nur mehr langsam
Halbleitermaterialien, wie Se, Cu2O, ZuO, NiO, PbO, 20 verringert.
Si. Ge. CdS und ZnSe verwendet w^rdeu. Als nicht- Die dargestellten Kennlinien variieren in weiten
leitendes Material verwendet man beispielsweise Grenzen mit der Zusammensetzung der Mischung.
Glas. Porzellan, Schwefel, Siliconharz, Polyvinyl- D^mit ändert sich auch das Verhalten des erfindungs-
chlorid, Polyvinylacetat, Epoxyharz, Polyvinylbuty- gemäßen Festkörperbauelements,
ral. Wachs usw. Die halbleitenden Teilchen werden 25 Im folgenden sei der Einfluß unterschiedlicher Zu-
mit diesem anorganischen oder organischen Isola- sarnmensetzungen der Mischung auf die ladungsspei-
tionsmaterial gemischt. Der Mischung können weiter chernden Eigenschaften der Ladungsspeicherschicl.t
ein fluoreszierendes Material, wie ZnS (Zn, Cd)S beschrieben.
oder ZnSiO4, ferroelektrische Dielektrika, wie T1O2, Die Ladungsspeicherfähigkeit ist bei Verwendung
A12OS, BaTiO3 oder SrTiO3 oder Metallteilchen zu- 30 eines p-leitenden Halbleitermaterials in der Mischung
gemischt werden, die in Berührung mit den in der der Ladungsspeicherschicht beträchtlich höher als bei
Mischung enthaltenen Halbleiterteilchen einen Photo- Verwendung eines η-leitenden Halbleitermaterials.
volteffekt bewirken. Es soll nun näher auf die Eigen- Wird als p-leitendes Material Cu2O verwendet, so
schäften des erfindungsgemäßen Festkörperbau- bleibt die gespeicherte Ladung relativ lang erhalten,
elements eingegangen werden. 35 während bei Verwendung von Selen aH p-leitendes
Die ladungsspeicheiaden Eigenschaften einer Material ein verhältnismäßig schneller Abbau der
Schicht 5 aus 70 Gewichtsprozent p-leitendem Cu2O zunächst sehr hohen gespeicherten Ladung statt-
und 30 Gewichtsprozent Siliconharz im Vergleich zu findet.
einer reinen Isolierschicht, die aus 70 Gewichtspro- Mit Hilfe des η-leitenden Materials ZnO läßt sich
zent fluoreszierendem (ZnCn)S und 30 Gewichtspro- 40 nur etwa die halbe Ladungsmenge im Vergleich zur
zent Siliconharz besteht, sind in den F i g. 2 bis 4 ver- Verwendung von Cu2O in der Mischung erreichen,
anschai'licht. Ähnlich verhält es sich mit anderen n-leilenden HaIb-
F i g. 2 zeigt die bei unmittelbarem Einwirken einer leitermaterialien.
Gleichspannung auf die Ladungsspeicherscnicht S für Der Abbau der gespeicherten Ladung läßt sich
4 Minuten in Abhängigkeit von der Spannungshöhe 45 auch durch Lithteinwirkung auf die Ladungsspeicher-
in der Schicht 5 gespeicherte Ladungsmenge. Zum schicht beeinflussen. Hierdurch ergibt sich die Mög-
Vergleich zeigt die Kurve 10 die in der Isolierschicht lichkeit einer Verwendung des Festkörperbauelements
ohne Halbleitermaterial an der mi; der negativen für lichtabhängige Steuerungen. Die Menge der ge-
Eiektrode in Berührung steheodea Oberfläche gespei- speicherten Ladung kann außerdem erhöht werden
cherte Ladungsmenge in negativer Polarität und die 50 durch den Zusatz eines fluoreszierenden Leuchtstoffs,
Kurve 11 die an der mit der positiven Elektrode in beispieisweis·: (ZnCn)S. In diesen Fall ist die La-
Berührung stehenden Oberfläche gespeicherte La- dungsspeicherfähigkeit von der an der Schicht herr-
dungsmenge positiver Polarität. Entsprechend zeigt sehenden Beleuchtungsstärke abhängig,
die Kurve 12 die in Abhängigkeit von der Spannungs- Die speicherbare Ladungsmenge ist weiterhin da-
höhe gespeicherte Ladung an derjenigen Schichtober- 55 durch erhölibar, daß der Mischung ein ferroelektri-
flache, die mit einer Elektrode in di&kter Berührung scher Stoff, wie beispielsweise BaTiO. zugesetzt wird,
steht, während die Kurve 13 die Ladungsmenge an Bei Verwendung von NiO als Halbleitermaterial und
der Oberfläche zeigt, die von der Elektrode durch BaTiO3 als ferroelektriscber Stoff nimmt bei steigen-
eine Isolierschicht getrennt ist. Zwischen zwei Elek- der Zumischung des ferroelektrischen Stoffes die
troden wird in der Ladongsspeicherschicht im Gegen- 60 speicherbare Ladungsmenge zu, bis der ferroelektri-
satz zu einer gewöhnlichen Isolierschicht an beiden sehe Stoff einen Anteil von 60 Gewichtsprozent er-
Oberflächsn eine I.idung gleicher Polarität gespei- reicht; darüber hinaus fällt die Ladungsmenge wieder
chert. Die gespeicherte Ladungsmenge nimmt pro- ab.
portional zur angelegten Spannung zu und der Spei- Zum Erhalten einer definierten Ladungsspeicher-
chereffekt setzt bereit bei sehr niedrigen Spannungen 65 charakteristik kann der Mischung außer dem halblei-
ein. tenden und dem isolierenden Material auch sowohl
Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der gespeicherten ein fluoreszierender Leuchtstoff als auch ein ferro-
Ladnngsmenge von der Spannungseinwirkungsdauer. eleiktrischer Stoff zugesetzt werden. Schließlich läßt
sich die Ladungsspeicherfähigkeit auch dünn Bei- dert, daß große Elektronenmengen in der Ladungs-
raengung geringer Mengen eines Metalls; beispiels- speicherschicht S bei der Elektrode 1 gespeichert sind,
weise von Kupfer eines- Gesamtanteils von 5 % in der Der Stromfluß wird dadurch unterdrückt, wodurch
Mischung, beeinfluss en; Wird em Metall verwendet, die Gleichrichterwirkung entsteht,
das bei Berührung mit dem Halbleitermaterial einen 5 Der Strompfad zwischen den Elektroden 1 und 2
Photovblteffekt zeigt, so kann die in der Ladungs- kann auch durch halbleitertechnische Maßnahmen
speicherschicht gespeicherte Ladungsmenge hl Ab- als Gleichrichterzweig gestaltet sein. Es ist möglich,
härigigkeit von aufgestrahltem Licht Verändert wer- einen'p-leitendeh Halbleiterbereich an einen ii-leiten-
den. den Halbleiterbereich anzuschließen, oder auch einen
Um ein definiertes Verhalten des Festkörperbau- io Punktkontaktgleichrichtereffekt auszunützen, bei dem
elements zu erzielen, ist zuerst das erwünschte ein Metallteil in gleichrichtenden Kontakt mit dem
Ladungsspeicherverhalten der Ladungsspeicher· Halbleiterkörper gebracht ist.
schicht 5 zu ermitteln und dann im wesentlichen Für die beschriebene Ausführung sei angenommen,
empirisch die erforderliche Zusammensetzung der daß die Elektrode 1 in gleichrichtendem Kontakt mit
Mischung dieser Schicht herauszufinden. »5 dem Halbleiterkörper 4 steht. Damit liegt eine ge-
Die in der Ladungsspeicherschicht 5 vorhandene steuerte Diode vor, deren zwischen den Elektroden 1 elektrische Ladung nimmt Einfluß auf die Ladungs- und 2 fließender Strom durch Anlegen einer Spanträger im Halbleiterkörper 4. nung zwischen den Elektroden 1 und 3 steuerbar ist.
Wird beim Festkörperbauelement nach Fig. 1 Die gleiche Wirkung ist auch durch Anlegen einer zwischen den Elektroden 1 und 3 eine Wechselspan- ao Spannung zwischen den Elektroden 2 und 3 erzielbar,
nung angelegt, so tritt zwischen den Elektroden 1 jedoch ist dann der Einfluß auf die Kennlinie gerin-
und 2 eine Spannung auf, die einen einweg-gleich- ger.
gerichteten Strom fließen läßt. Die Verhältnisse sind Beispielsweise ist Aluminium als die Metalleiekin F i g. 5 zu erkennen. In dieser Figur zeigt Kurve 60 trode 1 auf einem Ende an den aus η-leitendem SiIidie zwischen den Elektroden 1 und 3 angelegte Wech- as cium eines spezifischen Widerstandes von 0,2 Q cm selspannung und Kurve 61 den zwischen den Elek- bestehenden Halbleiterkörper 4 angeschweißt. Dabei troden 1 und 2 fließenden Strom. Der Effekt der Ein- entsteht eine p-n-Grenzschicht. Die Ladungsspeicherweg-Gleichrichtung dieses Stromes ist unabhängig schicht S ist aus p-leitendem Gi2O und Polystyrol von dem für den Halbleiterkörper 4 verwendeten hergestellt. Als IscHerschicht 6 ist ein Polyäthylen-Material bzw. vom in der Ladungsspeicherschicht 5 30 terephthalatfilm verwendet auf den die Metallelekenthaltenen Halbleitermaterial. Die Gleichrichter- trode 3 aus Aluminium aufgedampft ist. Das der eigenschaften können durch Anheben der Wechsel- Metallelektrode 1 gegenüberliegende Ende des Halbstromfrequenz verbessert werden. Fig. 6 gibt die leiterkörpers 4 ist goldplattiert und mit der Ohmschen Abhängigkeit des zwischen den Elektroden 1 und 2 Elektrode 2 versehen. Zwischen den Elektroden 1 fließenden Stromes von der als Parameter aufgetrage- 35 und 2 wird ein Wechselstromsigiial angelegt,
nen Wechselspannungsfrequenz an. Man erkennt, daß F i g. 7 zeigt die für eine solche Anordnung zwider Strom zunimmt, wenn die Wechselspannung und sehen den Elektroden 1 und 2 erhaltenen Gleichrichihre Frequenz angehoben werden. Befindet sich die tcrkennlinien. Kurve 66 gilt ohne Einwirken einer Elektrode 3 auf einem höheren Potential als die Elek- Signalspannung, während die Kurven 67 und 68 bei trode 1, so werden die im Halbleiterkörper 4 die 40 Einwirken einer Wechselspannung von 50 bzw. 100 wichtigsten Ladungsträger darstellenden Elektronen Volt mit einer Frequenz von 1 kHz an den Elcktroin der Ladungsspeicherschicht S gespeichert. Gleich- den I und 3 gelten. Man erkennt, daß der Durchlaßzeitig nimmt die Elektronendichte an der Elektrode 1 strom mit der Spannung an der Elektrode 3 anwächst, zu und an der Elektrode 2 ab. Die Elektronen wer- Auch die Frequenz dieser Spannung hat einen Einden vom Abschnitt hoher Eleiaronendichte zum Ab- 45 fluß auf die Durchlaßkennlinien. Ähnliche Eegebnisse schnitt niedriger Elektronendichte geführt, wodurch kann man erzielen, wenn ein Metalldraht beisnielsein Stromfluß entsteht In der nächsten Halbperiode weise Golddraht in Punktkontakt mit dem Halbleiist dann dießlektronendichte an der Elektrode 2 groß terkörper, der au* Si oder Ge bestehen kann, gebracht tniddieaadeTlSeKnooei^loibOieBlekttoitKibe* vteä. Dw beschriebene Bffekt harn, auch bei Halbwegen sich deshalb von der E/ektrode 2 zur Blek- leitern wie GeAs erzielt werden, r das Bau» trode 1. EDese Bewegung wird jedoch dadurch behm- 50 element auch noch im UHF-Bereich arbeitsfSMg ist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Die Verwendung einer Schicht, die aas einei
    Patentansprüche: Mischung von Halbleitermaterial und nichtleitenden
    Material besteht, als Ladungsspeicherschicht for Fest-
    1. Festkörperbauelement mit einem mit zwei körperbauelemente ist anderweitig vorgeschlagen verbundenem Halbleiterkörper, auf 5 worden (deutsche Patentschrift 1489105). Nach diezwischen diesen Elektroden liegenden sem Vorschlag wird bei einem Festkörperb?uelemeni iberfläche unterZwischenlage einer Isolierschicht mit zwei Flächenelektroden zwischen diesen Elektro· ' dritte Elektrode angeordnet ist, dadurch den eine Isolierschicht und eine Ladungsspeicherekennzeichnet, daß zwischen dei Isolier- schicht aus einer Mischung von Halbleitermaterial (6) und dem Halbleiterkörper (4) eine to und nichtleitendem Material angeordnet Die Laicherschicht (3) angeordnet ist, die ans dnngssp^'cherung in düser Schicht kann bei entspre-Mischung von Halbleitermaterial mit nicht- chender Ausbildung und in Abhängigkeit von dei Material besteht vorhergehenden Daner der Spannungseinwirkung da-Festkörpsrbauelement nach Anspruch 1, da- zu fahren, daß noch nach einer Zeit in der Größengekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial 15 Ordnung einer Stimde eine erhebliche Restladung ir jO ZnO, MO, PbO, Si, Ge, ZnSe oder der Speicherschicht vorhanden ist. Anthrazen is*. Zur Ladungsspeicherung ist es bei Kondensatorer
    3. Festkörperbauelement nach Anspruch 1 bekannt (britische Patentschrift 899 637), außer dei oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der dielektrischen OxydscMcht eine weitere Schicht au! Mischung enthaltene Halbleitermaterial p-leitend ao Halbleitermaterial vorzusehen. Ferner ist aus dei ist deutschen Auslegeschrift 1 142033 eine elektrolumi
    4. Festkörperbauelement nach einem der An- neszente Flächenlampe bekannt, bei der zwischer spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die zwei Flächenelektroden eme Isolierschicht und eüu Mischung der Ladungsspeicherschicht (5) zusatz- aus einer Mischung vonHalbleiteimateiial (u. a.ZnO lieh einen ferroelektrischen Stoff enthält. as und nicht leitendem Material bestehende Schicht an
    5. Festkörperbauelement nach einem der An- geordnet ist. Eine Ladungsspeicherung ist Werbe Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die nicht erwähnt.
    Mischung der '^adungsspeicherschicht (5) zusatz- In Verbindung mit einem Festkörperbauelemen
    lieh einen fluoreszierenden Leuchtstoff enthält. der eingangs genannten Gattung ergeben sich durcl
    6. Festkörperbauelement nach einem der An- 30 die Ladungsspeicherung interessante Steuereffekte Sprüche 1 bis 3, dadurch gcJcenr ',eichnet, daß die die in verschiedener Weise ausnützbar sind. Du Mischung der Ladungsspeicherschicht (S) zusatz- Steuerwirkung läßt sich noch dadurch weiter variie lieh Metallteilchen enthält ren, daß zwischen den nut dem Halbleiterkörper ver
    7. Festkörperbauelement nach einem der An- bundenen Elektroden ein Gleichrichtereffekt vorge Sprüche 1 bis 6, dauurch gekennzeichnet daß 35 sehen ist etwa dadurch, daß zwischen einer diese; zwischen einer der mit dem Halbleiterkörper (4) Elektroden und dem Halbleiterkörper ein gleichrich verbundenen Elektroden (1, 2) und diesem ein tender Kontakt vorhanden ist oder daß im Halbleiter gleichrichtender Kontakt vorhanden ist körper ein pn-übergang gebildet ist.
    8. Festkörperbauelement nach einem der An- Vorzugsweise ist das in der Mischung enthalte™ sprüche 1 bis 6, dadurch gekenzeiclinet, daß im 40 Halbleitermaterial p-leitend, was eine erhöht« Halbleiterkörper (4) ein p-n-Übergang gebildet Ladungsspeicherung und damit eine erhöhte Spei ist cher-Steuerwirkung mit sich bringt. Als Halbleiter
    materialien für die Mischung der Ladungsspeicher
    schicht kommen bevorzugt Se, CnO, ZnO, NiO
    45 PbO, Si, Ge, ZnSe und Anthrazen in Frage.
    Die Erfindung bezieht sich auf ein Festkörperbau- Die Polarität der in der Ladungsspeicherschich
    element mit einem mit zwei Elektroden verbundenem gespeicherten elektrischen Ladung entspricht, went
    Halbleiterkörper, auf dessen zwischen diesen Elektro- diese Schicht mit einer Elektrode in Berührung steht
    den liegenden Oberfläche unter Zwischenlage einer drr an der Elektrode anliegenden Spannung. Ein«
    Isolierschicht eine dritte Elektrode angeordnet ist 50 Erhöhung der speicherbaren Ladungsmenge ergib
    Festkörperbauelemente dieser Art sind beispiels- sich durch Zusatz eines ferreoelektrischen Stoffs zu
    Weise als Feldeffekttransistoren oder als Dünnschicht- Ladungsspeicherschicht. Andere beanspruchte Zu
    transistoren (Proc. IRE, Juni 1962, Seiten 1462 bis sätze führen zu besonderen Steuerwirkungen, z. B. zi
    1469) bekannt Diese prinzipielle Bauweise kann einer Lichtabhängigkeit.
    durch verschiedene Dimensionierung und Werkstoff- 55 In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise
    wahl zur Herstellung von Festkörperbauelementen veranschaulicht, und zwar zeigt
    mit verschiedenen Charakteristiken angewandt wer- Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Festkörperbau
    den. element gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfin
    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dung,
    einem solchen Festkörperbauelement ein gegenüber 60 Fig. 2 bis 4 Diagramme zur Darstellung de:
    den bekannten derartigen Festkörperbauelementen Eigenschaften einer im Festkörperbauelement gemäf
    verändertes Verhalten zu erzeugen, das bei verschie- Fig. 1 verwendeten Ladungsspeicherschicht und
    denen Anwendungen mit Nutzen anwendbar ist. Die Fig. 5 bis 7 verschiedene Kennlinien des Festkör·
    Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß perbauelements nach F i g. 1.
    zwischen der Isolierschicht und dem Halbleiterkörper 65 Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eine:
    eine Ladungsspeicherschicht angeordnet ist, die aus Festkörperbauelements. Es weist eine erste Elek
    einer Mischung von Halbleitermaterial mit nichtlei- trode 1, eine zweite Elektrode 2 und eine dritte Elek
    teüdem Material besteht trode 3 auf. Die Elektroden 1 und 2 sind mit eeeen
DE1789114A 1963-03-16 1964-03-16 Festkörperbauelement. Ausscheidung aus: 1489105 Granted DE1789114B2 (de)

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