DE1903252A1

DE1903252A1 - Halbleiteranordnung fuer ein auf Daten ansprechendes System

Info

Publication number: DE1903252A1
Application number: DE19691903252
Authority: DE
Inventors: Hart Peter Brian; Wilson Bryan Larrain Humprheys; Etter Peter John; John Neal
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1968-01-25
Filing date: 1969-01-23
Publication date: 1969-09-04
Also published as: NL6901088A; FR2000727A1; CH502746A; SE357650B; BE727403A; GB1253654A

Description

56 Vicarage Lane, Ilford, Essex, England

Halbleiteranordnung für ein auf Daten ansprechendes

System

Die Erfindung betrifft ein auf Daten ansprechendes System, z.B. ein Datendarstellungssystem, bei dem Elektrozaun m..rentvorrichtungen verwendet werden, sowie Halbleiteranordnt'ngon für die Verwendung in auf Daten ansprechenden Systemen.

Ganz allgemein wird nach der Erfindung ein auf Daten ansprechendes System geschaffen, das wenigstens eint? ebene Halbleiteranordnung enthält, die eine kurze, sich senkrecht zur Ebene eines Substrats der Halbleiteranordnung erstreckende Übergangszone besitzt, wobei an die Anordnung über Einrichtungen elektrische Signale gecaäss den .Daten angelegt werden können, damit das ElektroluminesziSrer? der Übergangszone bewirkt wird. Es können lichtempfindliche Einrichtungen angebracht sein, die auf dieses Elekirolumineszieren ansprechen. Unter Elektrolumineszenz sei die Aussendung einer Strahlung im sichtbaren oder nicht sichtbaren Wellenlängenbereich verstanden.

Die Verwendung von vorzugsweise als Dioden ausgeführten Halbleiteranordnungen mit Übergangszonen der oben beschriebenen Form auf die später einfach als verrik-ale Oöergangszonen Bezug genommen wird, ergibt eine im Verbleiet, zu Halbleiteranordnungen in Planartechnik mit Überga,*g..-,<r~'ii-in, deren Hauptbereiche sich parallel zum Substrat der Anordnung erstreckt, bedeutend erhöhte Wirksamkeit de. Lichtabgabe bei einer vernachlässigbaren Abdeckung aas

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an der Übergangsζone abgegebenen Lichts.Larüberhinaas lässt sich bei den Anordnungen mit vertikaler Übergangszone eine gute Auflösung des abgegebenen Lichts erzielen, und wegen der verhältnismässig kleinen Fläche der Übergangszone und ihrer im Vergleich zu 4en Anordnungen mit paralleler Übergangszone niedrigen Kapazität ist die Schaltgeschwindigkeit der Anordnung mit vertik*Ler Übergangszone hoch. Da das von der vertikalen Übergangszone abgegebene Licht gemässjder Erfindung nicht die Mit Freradatomen dotierte Schicht durchläuft, wie es bei der sru einer relativ geringen Wirksamkeit führenden parallelen Übergang3zone der Fall ist, können die elektrischen Anschlüsse der Anordnung oder einer Vielzahl solchem Anordnungen im Falle eines Aufbaus als integrierte Schaltung auf demselben Kristallplättchen ohne eine ungünstige £ietvtabdeckung hergestellt werden. Das Kristallplättchen iev integrierten Schaltung kann auch Einrichtungen zum Speichern, Verknüpfen und Decodieren von Daten besitzen, die einem Lichtmuster entsprechen, das durch Ansprechen bestimmter, aus einer grossen Anzahl von Übergangszonen auf dem iCristallplättchen ausgewählter Übergangszonen herstellbar ist.

Bei der Ausführung der Erfindung ist insbesondere beabsichtigt, die Anordnung mit der vertikalen Übergangszone aus einem auf irgendeinem Einkristall-Isoliermaterial (beispielsweise Quarz oder Rubin) epitaktisch (eventuell durch Aufdampfen) aufgebrachten Silizium herzustellen; es ist aber zu bemerken, dass die Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt ist, da auch in Betracht gezogen wird, die Schicht mit der vertikalen Übergangszone aus Gallium-Areenid-Phosphid herzustellen, das auf einem Substrat aus Galiiura-Arsenid aufgebracht wird. Natürlich ist die Verwendung eines Materials vorteilhaft, das es ermöglicht, andere Komponenten des Systems (wie etwa Speicher- und Decpdiereleraente) zusammen mit den Übergangszonenanordnungen auf demselben Kristallplättcher. in integrierter Technik herzustellen

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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, dass eine besonders für ein auf Daten ansprechendes System der oben beschriebenen Art gut geeignete Anordnung mit einer vertikalen Übergangszone aus einem mittels Epitaxialtechnik auf einem Substrat aus Saphir oder Tonerde aufgebrachten Silizium besteht, in dem aneinander angrenzende Bereiche mit entgegengesetztem Leitungstyp angebracht sind, so dass eine vertikale Übergangszone entsteht, die bei elektrischer Anregung Licht aussendet. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Siliziumschichtdicke in der Grossenordnung von 0,5 ία. gute Ergebnisse erzielt werden.Es sei hier erwähnt, dass die Erzeugung von Licht bei !einer solchen vertikalen Übergangszone normalerweise stattfindet, wenn die angelegten Spannungen die Übergangszone in Sperrichtung in den Lawinendurchbruchsbereich vorspannen, wobei der spezifische 'widerstand des Übergangszonenmaterials hoch genug sein sollte, damit die Aussendung von Licht unter diesen Umständen erfolgt.

Man erkennt, dass das auf Daten ansprechende System nach der Erfindung im Hinblick auf besondere Erfordernisse spezieller Anwendungsfälle angeordnet ist. So können z.B. lichtempfindliche Einrichtungen des Systems mit einec nichtbelichteten photographischen Filmmaterial· versehen sein, das an einem Feld aus A_nordnungen mit vertikalen Übergangszonen vorbeigeführt wird, so dass auf dem Film ein Muster von lichtaussendenden Übergangsζonen aufgezeichnet wird. Im Anschluss daran kann der Film zusammen mit einer Lichtquelle und einem Feld aus lichtempfindlichen Detektoren verwendet werden, so dass ein elektrisches Ausgangssignal· entsteht, das dem Lichtemissionsmuster entspricht, das von der wat^weisen Anregung der Dioden mit vertikal· angeordnetem Übergang erzeugt worden ist. Natü^ich benötigt man für die wahlweise Anregung der Fl·ächendioden und für die ^chtempfind^chen Detektoren

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eine Abtasteinrichtung, damit ein zusammengesetztes Muster aus den darzustellenden oder aufzuzeichnenden Daten gebildet wird. Die Abtasteinrichtung kann einfacti aus einer logischen Schaltung wie etwa einem Ringzähler bestehen, während die Speicher-, Verknüpfungs- und Deeodiervorrichtungen für die den Übergangszonenanordnungen zugeführte digitale Information mit Metall-Oxyd-Halbleita^-Transistoren (MOSE) oder mit Metall-Isolator-Halbleiter-Transistoren (MIST) versehen sein können.

Das System eignet sich besonders für die Kartographie, wo die sichtbare Darstellung einer Landkarte in ge~ eigneter Weise in eine digitale Form umgesetzt wird,

w wobei diese digitalen Daten nach einer geeigneten Abänderung den in einem Feld enthaltenen Anordnungen mit vertikalen Übergangsζoneη in Form von wahlweise anregenden Signalen zugeführt werden, damit ein zum Aufbau einer abgeänderten Landkarte verwendetes Lichtemissionsmuster erzeugt wird.

■ Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.Darin zeigen:

Fig.1 eine Schnittansicht einer vertikalen Halbleiterübergangszone,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Übergangszone von Fig.1,

Fig.3 eine Schnittansicht einer von einem lichtdurchlässigen Substrat getragenen Übergangszone,

Fig.4 eine Anzahl von lichtaussendenden Übergangszonen auf einem Substrat mit einer dazugehörigen logischen Schaltung,

Fig.5 eine Reihe von lichtaussendenden Übergangszonen, die über einem Photopapierbogen gehalten werden,

Fig.6 ein Gerät für einen Faksimiledruckvorgang und

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Pig.7 ein Blockschaltbild, in dem die Verwendung der Halbleiterübergangszone nach der Erfindung beim Her- , stellen einer Landkarte dargestellt ist.

In Fig.1 ist ein Substrat 1 aus Einkristallisoliermaterial· dargestellt, auf dem in herkömmlicher Technik zwei Halbleiterbereiche 2 aufgebracht worden sind. Die zwei Halbleiterbereiche 2, die aus Halbleitermaterialien von entgegengesetztem Leitungstyp bestehen, treffen so aufeinander, dass sie eine Übergangszone 3 bilden. Diese Übergangszone 3 entsteht dort, wo die zwei Halbleiterbereiche aneinanderstpssen, so dass die Übergangszone auf diese Weise im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Substrats 1 verläuft.Da die Dicke der Halbleiterbereiche 2 in der Grössenorünung von 0,5 A liegt, ist die Übergangszone verhältnismässig kurz. Auf der Oberseite der Halbleiterbereiche sind elektrische Xontaktflächen 4 angebracht, die sich über einen Teil der Fläche jedes Halbleiterbereichs und längs des Substrats 1 erstrecken, so dass eine feste Auflage zum Anschluss elektrischer Leiter an die Halbleiterbereiche zur Verfügung steht. In Fig.2 ist eine Draufsicht auf diesen Aufbau dargestellt, aus dem hervorgeht, dass die Breite der Halbleiterbereiche 2 zur Übergangszone hin abnimmt, so dass die Übergangszone 3 auch von oben gesehen vergleichsweise kurz ist. Die elektrischen Kontaktflächen erstrecken sich über einen Teil der Fläche der Halbleiterbereiche zur Übergangszone hin, so dass die Anordnung einen minimalen elektrischen Gesamtübergangswiderstand besitzt.

Im.Betriebszustand, d.h. beim Anlegen geeigneter elektrischer Potentiale an die Kontaktflächen 4, kann die Übergangszone in Sperrichtung in den Lawinendurchbruchsbereich vorgespannt sein, so dass sie dann Licht aussendet. In der in Fig.1 dargestellten Konstruktion ist das Licht von der Übergangszone 3 aus im wesentlichen vertikal nach

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oben gerichtet, und das Lichtaus-gangssignal kann durch das Anlegen geeigneter elektrischer Signale an die Kontaktflächen 4 mit hoher Geschwindigkeit geschaltet werden.

Ein anderer Aufbau der Übergangszone ist in Fig.3 dargestellt, wo ein Substrat 1 aus einem Einkristallisolier- ^ material besteht, das lichtdurchlässig ist. Ein .solches Material ist beispielsweise eine .!Donerde in der Form von Rubin oder Saphir. Dieses Substrat ermöglicht die Aussendung von Licht in eine Richtung unterhalb der Übergangszone 3. Dieses Licht dringt dabei durch das Substrat und tritt aus der Unterseite der Übergangsζone aus. Wenn die Unterseite des Substrats 1 mit Ausnahme eines unmittelbar unter der Übergangszene 3, liegenden, alslenster 6 wirkenden kleinen Bereichs mit einer Schicht 5 aus lichtundurchläasigem Material bestrichen ist, dann erhält man eine Lichtquelle mit sehr kleinen Abmessungen. Diese Lichtquelle besitzt einen besonders robusten Aufbau, da ihre elektrischen Anschlüsse auf der anderen Seite des Substrats liegen. Das Fenster 6 und die lichtundurchlässige Schicht 5 können auf diese Weise nahe bei oder in unmittelbarer Berührung mit einem Aufzeichnungsmedium angebracht werden, das unter dem Substrat hindurchgeführt wird. Diese Teile der Lichtquelle können dabei so robust gemacht werden, dass sie den Kontakt mit einem, beispielsweise aus lichtempfindlichem Papier bestehenden bewegten Streifen widerstehen können.

Die lichtaussendende Halbleiterübergangszone kann so angeordnet sein, dass .sie auf einem gemeinsamen Substrat in vielfacher Ausführung vorhanden ist, so dass eine Anordnung entsprechend der Abbildung von- Pig.4 entsteht. In dieser Fig. ist ein gemeinsames Substrat 7 dargestellt, das eine grosse Zahl von lichtaussendesäen Übergangssonen 8 trägt, die an eine Logik- und Treiberschaltung 9 angeschlossen sind, die in Abhängigkeit von an einer Klemme 10 angelegten

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elektrischen Signalen gesteuert werden kann. Durch die Anlegung geeigneter Signale an die Eingangsklemme 10 können längs der Reihe von Übergangszonen 8 Lichtmuster erzeugt werden, die ein über dieses PeId aus Übergangszonen hinweggeführtes lichtempfindliches Medium in geeigneter Weise markieren können. Pig.5 zeigt ein solches Feld 11 aus Übergangszonen, das über einem beweglichen Stück Photopapier 12 angebracht ist. Das Photopa^pier 12 kann in der vom Pfeil angezeigten Richtung bewegt werden, so dass es bei seiner Bewegung über das lichtaussendende PeId 11 (dessen lichtaussendende Seite zu einer lichtempfindlichen Seite des Papiers hin gerichtet ist) entsprechend den an das PeId angelegten elektrischen Eingangssignalen markiert wird. Auf diese Weise können durch Anlegen geeigneter Signale an die Eingangsklemme des Peldes beispielsweise alphanumerische Zeichen oder geometrische Pormen auf dem Photopapier aufgezeichnet werden.

In Pig.6 ist ein Faksimiledruckgerät dargestellt, bei dem von einem PeId aus lichtaussendenden Übergangszonen nach der Erfindung Gebrauch gemacht wird. Das Paksimiledruckgerät besitzt einen Lesekopf 13, der über eine Verbindungsleitung an einem Schreibkopf 14 angeschlossen ist. Der Losekopf 13 enthält einen optischen Abtaster. Der optische Lesekopf wirkt mit einer Transportrolle 15 zusammen, die bei Bedarf ein Dokument 16 mit einer vorbestimmten Geschwin digkeit am lesekopf vorbeitransportiert, so dass beispielsweise der auf dem Dokument angebrachte Aufdruck in elektrische Signale umgesetzt werden muss, die dem Schreibkopf 14 zugeführt werden können. Der Schreibkopf H besitzt ein Feld aus Halbleiterübergangszonen nach der Erfindung, die bei elektrischer Anregung Licht aussenden könen, von dem ein Photopapierbogen 17 belichtet wird, der von einer mit der Transportrolle, des Lesekopfs synchronisierten Transportrolle am Schreibkopf vorbeibewegt wird. Der Photopapierbogen 17 wird auf diese Weise mit einem Lichtmuster

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markiert, das van den Übergangszonen des Schreibkopfs auf ihn gelenkt worden ist.Nach dem Entwickeln und Fixieren wird auf dem Photopapierbogen 17 im wesentlichen das gleiche Muster aufgedruckt sein wie auf dem ursprünglichen Dokument 16. Auf diese Weise kann das auf dem Dokument 16 vorhandene Material leicht elektrisch zu einem entfernten Ort übertragen werden, und es kann natürlich eine beliebige Anzahl von Schreibköpfen bei Bedarf von einem einzigen Lesekopf betätigt werden.Der Photopapierbogen 17 könnte bei Bedarf auch durch ein anderes strahlungsempfindliches Medium wie etwa einen für einenxerographischen Druckvorgang geeigneten Bogen ersetzt werden.

Eine Möglichkeit der Informationsverarbeitung zwischen dem Lesekopf und dem Schreibkopf ist in Pig.7 dargestellt, die einen Anwendungsfall in der Kartographie zeigt, wo das Zeichnen einer Landkarte mechanisiert werden kann. In dieser Pigur wird eine Skizze einer Landkarte 18 oder ein anderes Ausgangsmaterial an einem Lesekopf 13 vorbeibewegt, und ein Ausgangssignal des Lesekopfs wird einem elektronischen Rechner 20 zugeführt. Ein Ausgangssignal des Rechners wird an eine Wiedergabevorrichtung 21 gelegt, so dass die einem Schreibkopf 22 zugeführte Information geprüft und bei Bedarf in'geeigneter Weise abgeändert wird, damit die gewünschte kartographische Landkarte erzeugt wird. Infolge des bereits beschriebenen Vorgangs bewirkt der Schreibkopf 22 das Zeichnen einer Landkarte auf einem Stück lichtempfindlichem Papier 23» das in derjdargestellten Richtung am Schreibkopf vorbeibewegt wird. So kann also eine Landkarte mechanisch in einer Art und Weise hergestellt werden, die die notwendigen Änderungen bezüglich des Massstabs und der hervorzuhebenden Merkmale einschliesst, so dass die Herstellung einer Landkarte im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren beträchtlich erleichtert wird. Eine Landkarte könnte auc_th automatisch auf den neuesten Stand gebracht werden. ■

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Anwendungsmöglichkeiten der Halbleiterübergangszone nach der Erfindung gibt es auch bei Zeilendruckern für elektronische Rechner, lichtempfindlichen Relaissystemen, optisch-elektronischen Vorrichtungen, Schreibern, photographischen Speichervorrichtungen für elektronische Rechner, Codierscheiben und sogar bei alphanumerischen Druckern, um nur einige Möglichkeiten zu nennen.

Pate ntansprüche

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Claims

P a t e ü t a η a τ>" r ü c h e

* Ebene Halbleiteranordnung mit einem epitaktisch auf einem Einkristallisolatorsubstrat aufgebrachten Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial in zwei benachbarten Bereichen mit entgegengesetztem Leitungstyp aufgebracht ist, ao dass eine vertikale Übergangszone zur Aus3endung von Licht in Abhängigkeit einer elektrischen Anregung gebildet wird.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial aus Silizium besteht.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorsubstrat aus Quarz oder aus einer Tonerde wie Rubin· oder Saphir besteht.
4· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial aus Gallium-Arsenid-Phosphid besteht.
5· Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorsubstrat aus Galliumarsenid besteht.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zugehörige logische Schaltung auf einen} gemeinsamen Substrat angebracht ist.
7. Auf Daten ansprechendes System mit einer Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche der Halbleiteranordnung Signale in Abhängigkeit von Daten zuführt, so dass die Übergangszonen elektrolumineszieren.

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8. System nach Anspruch 7_f dadurch gekennzeichnet, dass lichtempfindliche Vorrichtungen auf dieses Elektrolumineszieren ansprechen.
9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Licht ansprechenden Einrichtungen aus einem lichtempfindlichem Medium wie etwa einem Film, einem Papier, einer Platte oder einer Xerographiechen Druckfläche bestehen.

-ft). Kartographie-oder Faksimiledrucksystem, gekennzeichnet durch dieVerwendung einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1-6.

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