DE2024016B2 - Planparalleles Halbleiterbauelement zum Schalten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein planparalleles ilbleiterbaueiement zum Schalten mit einem Träger

ein Paar im Abstand voneinander angeordnete, nartig dünne, in einer Ebene liegende Elektroden d einem Film aus aktivem, schaltbarem Halbleitermaterial zwischen den Elektroden, das einen Sperrzustand mit hohem elektrischem Widerstand hat, der bei Anlegen einer Spannung oberhalb einer Schwellenspannung an das Elektrouenpaar auf mindestens einem Pfad zwischen den Elektroden im wesentlichen unverzüglich in einen Leiterzustand mit niedrigem elektrischem Widerstand übergeht und aus diesem wieder in den Sperrzustand zurückführbar ist.

Ein derartiges Halbleiterbauelement ist bereits bekannt (US-PS 3 271 591). Das aktive Halbleitermaterial kann solches von polymeren! Typ, einschließlich einer Vielzahl chemisch unterschiedlicher Elemente sein, von denen mindestens einige vom polymeren Typ sind und die Fähigkeit haben, polymere Strukturen zu bilden. Solche polymeren Materialien sind: Bor, Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn, Blei, Stickstoff Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut, Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Wasserstoff, Fluor und Chlor. Von diesen Elementen vom polymeren Typ sind Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur besonders nützlich, da sie, ebenso wie Gemische, die diese Elemente enthalten, günstige Eigenschaften hinsichtlich der Beweglichkeit von Ladungsträgern haben. Von diesen Elementen vom polymeren Typ sind Silicium, Germanium, Phosphor, Arsen u.dgl. sowie auch Aluminium, Gallium, Indium. Blei, Wismut u. dgl. besonders nützlich, da sie in wirksamer Weise kovale^te Bindungen und Vernetzungen bilden, die die aktiven Halbleitermaterialien in einen im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen Zustand zurückführen und in diesem Zustand halten.

Je nach Zusammensetzung der aktiven Halbleiter materialien können die Halbleiterbauelemente vom nicht speichernden oder vom speichernden Typ sein. Beim speichernden Typ bleibt der Leiterzustand auch bei Vermindern des Stromes auf Null erhalten, beim nicht speichernden Typ schaltet das Element unverzüglich selbsttätig in den Sperrzustand zurück, wenn ein Schwellenstrom unterschritten wird.

Die aktiven Halbleitermaterialien befinden sich normalerweise in einem im wesentlichen ungeordneten bzw. amorphen Zustand hohen Widerstandes, in dem der Stromdurchgang zwischen den Elektroden im wesentlichen in gleichem Maß in beiden Richtungen gesperrt wird. Die Halbleitermaterialien können dabei durchaus eine örtliche Ordnung und/oder örtliche Bindungen der Atome und eine hohe Dichte der örtlichen Zustände in dem verbotenen Band haben, das zu dem hohen Widerstand und zu einer Schwf llenspannung führt. Wird eine Spannung oberhalb der Schwellenspannung an die Elektroden angelegt, dann bildet sich innerhalb des Halbleitermaterials zwischen den Elektroden mindestens ein stromleitender Faden oder Pfad aus, der von niedrigem Widerstand ist und durch den die Stromleitung im wesentlichen in gleichem Maß in beiden Richtungen erfolgt. Die Querabmessungen dieses Pfades werden durch die Stromstärke des hindurchfließenden Stromes bestimmt; sie nehmen entsprechend der Zunahme der Stromdichte zu, so daß sie den hindurchfließenden Strom aufnehmen.

Bei den Halbleiterbauelementen vom nicht speichernden Typ verbleiben die aktiven Halbleitermaterialien im Leiterzustand auf dem stromleitenden Pfad in dem im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen Zustand; es erfolgt kein nennenswerter Wechsel des Strukturzustandes.

Bei den speichernden Halbleiterelementen wird das Halbleitermaterial auf dem stromleitenden Pfad dagegen Änderungen in der örtlichen Ordnung und/oder

len örtlichen Bindungen der Molekularstruktur unterworfen; diese Änderungen werden »eingefroren«. Diee Strukturänderungen können zu einem geordneteren Zustand hin, beispielsweise_ zu einem kristallinartigen Zustand hin, erfolgen. Die Änderungen können im we- !entliehen innerhalb einer Ordnung von kurzer Reichweite sein und selbst einen amorphen Zustand bewirken, oder sie können von einer Ordnung von kurzer Reichweite gegen eine Ordnung von langer Reichweite hin stattfwden, bei der ein kristallinartiger oder pseudokristalliner Zustand herrscht Alle diese Strukturänderungen, selbst wenn sie subtil sind, haben mindestens eine Änderung in der örtlichen Ordnung oder den örtlichen Bindungen zur Folge und bewirken, wenn sie »eingefroren« sind, das Vorhandensein eines leitfähigen Pfades oder leitfähiger Pfade, die selbst dann erhalten bleiben, wenn der hindurchfließende Strom auf Null sinkt oder die Stromrichtung umgekeh-t wird. Zum Zurückschalten in den Sperrzustand wird durch den Pfad ein hoher Stromimpuls hindurchgeschickt, worauf der geordnetere Strukturzusiand dieses Pfades durch den im wesentlichen ungeordneten bzw. amorphen Zustand ersetzt wird

Es ist bei sperrschichtfreien Halbleiterbauelementen zum Schalten auch bekannt, den Abstand zwischen zwei Elektroden, zwischen denen das aktive Halbleitermaterial angeordnet ist, an einer Stelle derart zu verringern, daß sich der Pfad niedrigen Widerstands an dieser Stelle ausgebildet (DT-AS 1 266 894).

Bezüglich der Stabilität der Eigenschaften derartiger Halbleiterbauelemente, insbesondere der Schwellenspannungswerte auch bei höheren Temperaturen, besteht jedoch noch das Bedürfnis nach einer Verbesserung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Halbleiterbauelement dahingehend zu verbessern, daß es sich bei einfachem Aufbau und rationeller Herstellbarkeit durch verhältnismäßig stabile Schalteigenschaften auszeichnet.

Die Erfindung besteht darin, daß der Halbleiterfilm über den Elektroden und über sowie in dem von den Elektrodenrändern gebildeten Spalt — den Pfad niedrigen Widerstandes vollständig umschließend — mit einer größeren Dicke als die Querabmessungen des Pfades aufgetragen ist, daß die Elemroden weniger dick als die Querabmessungen des Pfades sind und daß die den Spalt begrenzenden Elektrodenränder derart geformt bzw. angeordnet sind, daß die Spaltbreite von einer Mindestspaltbreite beidseitig zunimmt.

Bei der Erfindung wird durch spezielle Maßnahmen dafür gesorgt, daß der Pfad örtlich verhältnismäßig genau festgelegt ist und dabei von Teilen des Halbleiterfilms praktisch vollständig umschlossen wird. Dabei wird auf funktionell praktisch symmetrische Verhältnisse Wert gelegt. Bei der Erfindung sind daher die an den Spalt grenzenden Elektrodenränder derart geformt, daß die Spaltbreite von einer Mindestspaltbreite ausgehend beidseitig zunimmt. Diese Mindestspaltbreite ist eine Vorzugsstelle für die Pfadbildung, da dort kürzeste Pfade durch den Halbleiterfilm entstehen. Dadurch wird die Schwellenspannung, d. h. der Schaltpunkt, im wesentlichen konstant gehalten. Der leitfähige Pfad ist vollständig in dem Halbleiterfilm eingeschlossen und durchbricht nicht die Oberfläche des Filmes.

Zur Bildung eines konkaven Spaltes ist es zweckmäßig, die Elektrodenränder kreisbogenförmig auszubilden. Die symmetrischen Verhältnisse können weiter

dadurch verbessert werden, daß nach einer Weiterbildung der Erfindung sich der Halbleiterfilm gleich weit ober- und unterhalb des Spaltes erstreckt, so daß die Querabmessungen eines sich bei Stromzunahme vergrößernden Pfades nicht nach einer Seite beschränkt sind, sondern sich beidseitig des Spaltes vergrößern können. Diese Symmetrie gewährleistet eine Stabilität des stromleitenden Pfades oder der Pfade und somit hohe Betriebskonstanz.

Der Träger besteht vorzugsweise aus einem elek trisch isolierenden Material, wie Glas. Er kann auch mit einem elektrisch isolierenden Überzug, insbesondere einer filmartigen Zwischenschicht aus vorzugsweise elektrisch kolierendem Metalloxyd, überzogen sein. Damit sich der Halbleiterfilm sowohl oberhalb als auch unterhalb des Spaltes etwa gleich weit vom Spalt bzw. der zwischen den Elektroden gebildeten und durch den Spalt verlaufenden Ebene erstreckt, empfiehlt es sich, den Träger bzw. die Zwischenschicht unmittelbar unterhalb des Spaltes mit einer Vertiefung zu versehen, die durch den Halbleiterfilm gefüllt ist Bei einer solchen Ausbildung empfiehlt es sich, die Zwischenschicht an dieser Stelle zu durchbrechen, so daß die Vertiefung eine Durchbrechung der Zwischenschicht ist ohne daß der eigentliche Träger an dieser Stelle vertieft werden muß.

An Hand der Zeichnung sind im folgenden Ausführungsbeispiele für die Erfindung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Schaltskizze eines in Reihe geschalteten Halbleiterbauelements mit einer Last,

F i g. 2 eine Strom-Spannungskurve zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Halbleiterbauelements vom nicht speichernden Typ beim Betrieb in einem Gleichstrom-Laststromkreis,

F i g. 3 und 4 Strom-Spannungs-Kurven zur Veranschaulichung der symmetrischen Wirkungsweise des Halbleiterbauelements vom nicht speichernden Typ beim Betrieb in einem Wechselstrom-Laststromkreis,

F i g. 5 eine Strom-Spannungs-Kurve zur Veranschaulichung des Betriebes des Halbleiterbauelements vom speichernden Typ bei Betrieb in einem Gleichstrom-Laststromkreis,

F i g. 6 und 7 Strom-Spannungs-Kurven zur Veranschaulichung des symmetrischen Betriebes des Halbleiterbauelements vom speichernden Typ und die Wirkungsweise beim Betrieb in einem Wechselstrom-Laststromkreis,

F i g. 8 eine Ansicht eines Ausschnittes aus einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements von oben,

F i g. 9 einen Schnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß F i g. 8,

F i g. 10 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform,

F i g. 11 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform,

F i g. 12 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungs form,

F i g. 13 einen Schnitt einer fünften Ausführungsforn und

Fig. 14 eine Ansicht eines Ausschnittes aus einen abgewandelten Halbleiterbauelement mit einer ande ren Elektrodenausbildung in vergrößertem Maßsta¹ von oben gesehen.

Vorausgeschickt sei, daß das Halbleiterbauelemer nach der Erfindung zwar im wesentlichen planparalli ist, jedoch durchaus auch Vertiefungen und/oder Erhc hungen an den Oberflächen aufweisen kann. »Planpai

alle!« soll vor allem auf den schichtenartigen Aufbau hindeuten. Solche Halbleiterbauelemente finden Anwendung vor allem auf dem Feld integrierter elektronischer Schaltungen.

Gemäß F i g. 1 ist das Halbleiterbauelement 10 mit dem aktiven Halbleitermaterial 11 und zwei Elektroden 12, 13 in Reihe in einem elektrischen Laststromkreis geschaltet, der eine Last 14 sowie zwei Klemmen 15,16 für die Zufuhr von elektrischer Energie zu diesem aufweist Die Energie kann eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. Die wie oben aufgebaute Anordnung dient für solche vom nicht speichernden Typ. Wenn ein Halbleiterbauelement vom speichernden Typ verwendet werden soll, weist der Stromkreis ferner eine Hilfsstromquelle 17, einen niedrigen Widerstand 18 und einen Schalter 19 auf, die mit den Elektroden 12, 13 verbunden sind. Dieser Hilfsstromkreis soll zum Umschalten aus dem stabilen Leiterzustand niedrigen Widerstandes in den stabilen Sperrzustand hohen Widerstandes durch Anwendung eines Energieimpulses dienen. Der Widerstand 18 ist vorzugsweise erheblich geringer als der Widerstand der Last 14.

Das Halbleitermaterial 11 befindet sich in Form eines Films auf einem insbesondere glatten Träger, der ein Halbleiter oder ein Isolator sein kann. Es wird beispielsweise durch Auftrag im Vakuum, Kathodenzerstäubung od. dgl. hergestellt

Der auf dem Träger aufgetragene Halbleiterfilm befindet sich in einem im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen, festen Aggregatzustand. Solche Halbleitermaterialien nehmen normalerweise diesen Zustand bereits beim Auftragen ein; sie können aber auch ohne weiteres durch andere Mittel veranlaßt werden, diesen Zustand anzunehmen. Die Elektroden sind ebenfalls in der Form von Filmen hergestellt.

Gemäß Fig.2 befindet sich das Halbleiterbauelement 10 bei geöffnetem Schalter 19 normalerweise im Sperrzustand hohen Widerstandes gemäß Kurve 20. Wenn die Spannung bis zur Schwellenspannung gesteigert wird, sinkt der elektrische Widerstand im Halbleitermaterial im wesentlichen augenblicklich in mindestens einem Pfad zwischen den Elektroden 12,13 von seinem hohen Wert auf einen niedrigen Wert, und dieses im wesentlichen augenblickliche Umschalten wird durch die Kurve 21 veranschaulicht. Auf diese Weise wird der Leiterzustand niedrigen elektrischen Widerstandes gemäß Kurve 22 geschaffen, bei dem Strom fließt Der niedrige elektrische Widerstand ist um zahlreiche Zehnerpotenzen geringer als der hohe elektrische Widerstand Die Kurve 22 bildet einen im wesentlichen geradlinigen Ast der Strom-Spannungs-Kennlinie mit im wesentlichen konstanter Spannung bei steigendem und bei sinkendem Strom. Mit anderen Worten ausgedrückt, der Strom wird bei im wesentlichen konstanter Spannung geleitet im Leiterzustand weist das Halbleitermaterial einen Spannungsabfall auf, der einen kleinen Bruchteil des Spannungsabfalls im Sperrzustand hohen Widerstandes in der Gegend der Schwellenspannung beträgt

Wird die angelegte Spannung vermindert, dann nimmt die Stromstärke entlang der Kurve 22 bis zu einem Schwellenstrom ab; unterhalb diesem kehrt der elektrische Widerstand des mindestens einen Pfades augenblicklich von seinem niedrigen Wert auf seinen hohen Wert zurück, wie dies durch die Kurve 23 veranschaulicht ist. so daß der Sperrzustand hohen Widerstandes wiederhergestellt ist. Mit anderen Worten ist ein Strom erforderlich, um das Halbleiterbauelement 10 vom nicht speichernden Typ im Leiterzustand zu hai ten. Das Halbleiterbauelement 10 ist hinsichtlich seine: Wirkungsweise symmetrisch, indem der Strom in bei den Richtungen im wesentlichen gleichmäßig gesperr bzw. in beiden Richtungen im wesentlichen gleichmä ßig geleitet wird. Das Umschalten zwischen dem Sperr und dem Leiterzustand erfolgt äußerst schnell.

Der Wechselstrombetrieb des Bauelements ist ir F i g. 3 und 4 veranschaulicht F i g. 3 bezieht sich au!

ίο den Sperrzustand, bei dem sich die Spannungsspitzer der Wechselspannung unter der Schwellenspannung des Halbleiterbauelements 10 befinden. Sobald die Spannungsspitzen der angelegten Wechselspannnung über die Schwellenspannung steigt wird im wesentlichen augenblicklich gemäß Kurve 21 in den Leiterzustand, d. h. auf die Kurve 22, umgeschaltet. Es wird daher während jeder Halbperiode der angelegten Wechselspannung umgeschaltet Wenn sich die angelegte Wechselspannung dem Wert Null nähen, so daß der Strom unter den Schwellenstrom fällt, wird gemäß Kurve 23 in den Sperrzustand jeweils gegen Ende jeder Halbperiode zurückgeschaltet.

Wie oben bereits zum Ausdruck gebracht, findet keine wesentliche Änderung in der Phase oder der physi

kaiischen Struktur des Halbleitermaterials statt, wenn dieses zwischen dem Sperrzustand und dem Leiterzustand umgeschaltet wird. Da sich das Halbleitermaterial in einem im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen Zustand befindet befindet sich im Leiterzustand auch der leitfähige Pfad durch das Halbleiterbauelement 10 in einem im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen Zustand und hat anscheinend einen Durchmesser oder eine Querabmessung entsprechend der Stromstärke des darin fließenden Stromes. Der Pfad hat anscheinend die Fähigkeit, einen Durchmesser oder eine Querabmessung anzunehmen, die der in ihm herrschenden Stromdichte entspricht. Der Durchmesser bzw. die Querabmessung dieses mindesten·, einen Pfades nimmt mit abnehmender Stromstärke ab bzw. mit zunehmender Stromstärke zu. so daß ohne Rücksicht auf die Stromstärke des hindurchfließenden Stomes darin ein im wesentlichen konstanter Spannungsabfall aufrechterhalten wird.
Gemäß Fig.5 veranschaulicht die Kurve 30 beim Gleichstrombetrieb eines speichernden Halbleiterbau elements 10 den Sperrzustand. Der elektrische Wider stand ist hoch und der Stromdurchgang im wesentli chen gesperrt. Wenn die Spannung bis zur Schwellenspannung ansteigt sinkt der elektrische Widerstand im Halbleitermaterial 11 in mindestens einem Pfad zwischen den Elektroden 12, 13 im wesentlichen augenblicklich längs der Kurve 31 auf einen niedrigen Wert, entsprechend dem Leiterzustand und der Kurve 32. Der niedrige elektrische Widerstand ist um zahlreiche Zehnerpotenzen geringer als der hohe elektrische Widerstand. Auf der Kurve 32 entspricht die Strom Spannungs-Kennlinie im wesentlichen dem Ohmschen Gesetz. Dort hat das Halbleitermaterial 11 einen Spannungsabfall, der nur einen kleinen Bruchteil des Spannungsabfalles in» Sperrzustand hohen Widerstandes in der Nähe der Schwellenspannung beträgt. Hierbei wird angenommen, daß der oder jeder leitfähige Pfad, der als im Halbleitermaterial 11 permanent gebildeter faden betrachtet werden kann, einen während der Anders rung des Stromdurchganges durch diesen im wesentlichen unveränderten Durchmesser hat Dieser Durchmesser bzw die Querabmessung des Pfades wird g.-undsät/lich zum Zeitpunkt der ersten Stromleitung

entsprechend der Stromstärke des hindurchgeleiteten Stromes festgelegt, so daß, wenn der Pfad oder die Pfade eingefroren sind, nur hohe Stromstärken des hindurchfließenden Stromes eine ausreichende Erhitzung innerhalb des Halbleitermaterials 11 im Bereich des Pfades oder der Pfade verursachen und diesen Pfad oder diese Pfade zu einer Vergrößerung des Durchmessers oder der Querabmessung veranlassen.

Sinkt die Spannung ab, dann vermindert sich auch die Stromstärke entlang der Kurve 32 auf Null. Das speichernde Halbleiterbauelement 10 hat ein »Gedächtnis« und verbleibt im Leiterzustand, bis es in der im folgenden beschriebenen Weise in den Sperrzustand zurückgeschaltet wird.

Die Belastungslinie 33 des L.aststromkreises verläuft im wesentlichen parallel zur Kurve 31. Wenn dem Halbleiterbauelement 10 vom speichernden Typ beispielsweise von der Spannungsquelle 17 aus über den Widerstand 18 und den Schalter 19 unabhängig vom Laststromkreis ein Gleichstromimpuls zugeführt wird, liegt die Lastlinie für einen solchen Strom auf der Linie 34, denn in diesem Steuerkreis ist der Widerstand, wenn überhaupt vorhanden, sehr gering. Wo die Lastlinie 34 die Kurve 30 schneidet wird das Halbleiterbauelement 10 augenblicklich aus dem Leiterzustand in den Sperrzustand zurückgeschaltet, den sie beibehält, bis sie durch abermaliges Anlegen einer der Schwellenspannung entsprechenden Spannung an ihre Klemmen 15,16 wieder in den Leiterzustand geschaltet wird.

Das Halbleiterbauelement 10 vom Speichertyp ist ebenfalls hinsichtlich seines Betriebes symmetrisch. Auch hier erfolgt das Umschalten zwischen dem Sperr- und dem Leiterzustand äußerst schnell.

Der Wechselstrombetrieb des speichernden Halbleiterbauelements 10 ist in F i g. 6 und 7 veranschaulicht. Figo zeigt die Kurve 30 des Sperrzustandes, bei dem die Spannungsspitze des Wechselstromes niedriger ist als die Schwellenspannung. Wenn jedoch die Spannungsspitze der angelegten Wechselspannung die Schwellenspannung überschreitet, wird im wesentlichen augenblicklich in den durch die Kurve 32 veranschaulichten Leiterzustand umgeschaltet.

Wenn der Schalter 19 betätigt wird und die an die Klemmen 15. 16 angelegte Spannung niedriger als die Schwellenspannung ist, wird das Halbleiterbauelement 10 vom Speichertyp augenblicklich in den Sperrzustand d. h. auf die Kurve 30 zurückgeschaltet.

Wie oben bereits zum Ausdruck gebracht, ist das Halbleitermaterial 11 im Sperrzustand im wesentlichen ungeordnet und allgemein amorph, und der mindestens eine Pfad durch das Element ist im Leiterzustand geordnete«. Im Gegensatz zu den Materialien vom nicht speichernden Typ können daher die örtliche Ordnung und die örtlichen Bindungen des im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen Zustandes des Materials vom Speichertyp derart geändert werden, daß im Material in einer quasi permanenten Weise ein leitfähiger Pfad oder leitfähige Pfade entstehen. Mit anderen Worten kann die Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien 11 vom Speichertyp drastisch geändert werden, so daß mindestens ein leitfähiger Pfad gebildet und darin »eingefroren« wird, der einen Durchmesser entsprechend der Stromstärke des ersten hindurchgeführten Stromes hau der jedoch in seinen ursprünglichen Sperrzustand hohen Widerstandes zurückführbar ist. indem ein Energieimpuls,beispielsweise ein Stromimpuls, durch den leitfähigen Pfad oder die Pfade hindurchgeschickt wird.

Gemäß F i g. 8 und 9 weist das Halbleiterbauelement 10a einen Träger 46, beispielsweise aus Glas od. dgl., auf, auf dem durch Niederschlagen im Vakuum, durch Kathodenzerstäbung od. dgl. eine Zwischenschicht 47 eines passivierenden Dielektrikums, beispielsweise Aluminiumoxyd od. dgl., aufgetragen ist. Dann werden auf die Zwischenschicht 47 Elektroden 40 aus elektrisch gut leitfähigen Elektrodenmaterialien hohen Schmelzpunkts, vorzugsweise aus Molybdän, aber z. B. auch aus

ίο Tantal, Niob, Wolfram oder einem Gemisch derselben, durch Niederschlagen oder Auftragen im Vakuum, durch Kathodenzerstäbung od. dgl. als Film aufgetragen. Die benachbarten Ränder 41 der Elektroden 40 sind rund oder kreisbogenartig, so daß der zwischen ihnen gebildete Spalt 44 im mittleren Bereich eine mini male Spaltbreite und beiderseits desselben eine zunehmende Spaltbreite aufweist. Wenn erwünscht, können andere Umrißformen, beispielsweise eine zugespitzte, verwendet werden. Dieser Spalt 44 kann während des Auftrages der Elektroden 40 durch geeignetes Maskieren oder durch einleitendes Auftragen eines kontinuier liehen Streifens des Elektrodenfilmes und durch anschließendes Wegätzen des Spaltes unter Verwendung einer geeigneten Maske erfolgen. Dann wird über den Elektroden 40 in dem Spalt 44 zwischen den Elektrodenrändern 41 eine Schicht aus aktivem Halbleitermaterial, die den Halbleiterfilm 50 bildet, beispielsweise durch Vakuumauftrag. Kathodenzerstäbung od. dgl.. aufgebracht. Dieses aktive Halbleitermaterial befindet sich in einem im wesentlichen ungeordneten bzw. amorphen Zustand. )e nach dem verwendeten aktiven Halbleitermaterial kann die Schaltvorrichtung vom speichernden oder vom nicht speichernden Typ sein.

Als spezifisches Beispiel sei angeführt, daß die filmartigen Elektroden 40 eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,2 bis 5 μΐη und vorzugsweise eine Mindestdicke von etwa Ιμΐη haben. Die Breite der Elektroden 40 ist nicht so kritisch, jedoch haben sich Elektroden 40 von einer Breite von etwa 0.4 mm als besonders befriedigend erwiesen. Die abgerundeten Teile der Ränder 41 können mannigfaltige Krümmungsradien haben, gute Ergebnisse wurden jedoch mit Radien zwischen 0.02 und 3.2 mm erzielt. Die Mindestspaltbreite bildet einen von mehreren Faktoren bei der Festlegung der Schwellenspannung; die Schwellenspannung ist umso höher, je größer die Mindestspaltbreite ist. Eine MindestspaU-breite von 10 μπι liefert in der Praxis ausnehmend gute Ergebnisse und führt, je nach den verwendeten Halb leitermaterialien, zu Schweüenspannungen von übei

so 60VoIt.

Wenn eine Spannung von mindestens gleich dei Schwellenspannung an die Elektroden 40 angeleg wird, wird mindestens ein stromleitender Pfad zwi sehen den Elektroden 40 durch das aktive Halbleiter material ausgebildet, wie dies durch die Pfeile veran schaulicht ist. Wegen der Umrißausbildung der Elektro denränder 41 folgt der Pfad bzw. die Pfade der Min destspaltbreite und nehmen daher im Halbleitermate rial einen festgelegten Platz ein. Wie oben bereits zur

to Ausruck gebracht, werden der Durchmesser oder di Querabmessungen des Pfades durch die Stromdicht bestimmt, und es hat sich gezeigt daß der Durchmesse oder die Querabmessung mit ziemlicher Annäherun 10 μιη betragen kann.

Die Dicke des aufgetragenen Halbleiterfilms Sb v. derart gewählt, daß er den leitenden Pfad oder die Ie tenden Pfade vollkommen in sich einschließt Bei du sem besonderen Ausführungsbeispiel hat der Hall

Ana coi η

leiterfilm 50 eine Dicke von etwa 14 μιη so daß noch beiderseits des Pfades oder der Pfade eine »Wand« von 2 μιη übrig bleibt.

Auch bei F i g. 10 bis 13 liegt der leitende Pfad um die Achse der Mindestspaltbreite zwischen den Rändern 41 der Elektroden 40 symmetrisch. Hier können die Elektroden 40 die gleiche Umrißausbildung wie die gemäß Fi g. 8 haben, und auch hier sollen die Mindestspaltbreite und die Dicke der Elektroden 40 die gleichen sein, wie oben im Zusammenhang mit F i g. 8 und 9 beschrieben.

Das Halbleiterbauelement 106 gemäß F i g. 10 weist einen isolierenden Träger 46 auf, auf den eine verhältnismäßig dicke filmartige Zwischenschicht 47 aus Aluminiumoxyd od. dgl. aufgetragen ist. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat dieser Aluminiumoxydfilm eine Dicke von etwa 6 μπι. Auf den Film 47 ist ein streifenförmiger Film aus Elektrodenmaterial aufgetragen, und durch geeignetes Maskieren od. dgl. und Ätzen wird der Spalt 44 zwischen den Elektrodenrändern 41 sowie eine Vertiefung 48 in der Zwischenschicht 47 unterhalb des Spaltes 44 gebildet. Der Film 50 aus aktivem Halbleitermaterial wird dann über die Elektroden 40 und im Spalt 44 sowie in der Vertiefung 48 aufgetragen. Dieser Film hat so eine Dicke von etwa 14 μιη. Daraus ergibt sich, daß sich von dem aktiven Halbleitermaterial im wesentlichen 6 μηι in der Vertiefung 48 unter dem Spalt 44 und mindestens im wesentlichen 6μπι oberhalb des Spaltes 44 befinden. Infolgedessen kann sich der stromleitende Pfad mit einem Durchmesser oder einer Querabmessung von etwa 10 μιη in bezug auf die Achse des Ortes der Mindestspaltbreite zwischen den Elektrodenrändern 41 symmetrisch ausbilden und dennoch vollständig vom aktiven Halbleitermaterial umgeben sein.

Gemäß Fig. 11 weist das Halbleiterbauelement 10c einen Träger 49 aus aktivem Halbleitermaterial auf. der sich in seinem im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen Zustand und in Rohform befindet. Die Elektroden 40 werden darauf aufgetragen, und deren Ränder 41 sind zur Bildung eines Spaltes 44 in der oben beschriebenen Weise entsprechend konkav gebogen. Auf die Elektroden 40 und in dem Spalt 44 wird ein Film 50 aus aktivem Halbleitermaterial gebracht, der den Träger 49 aus aktivem Halbleitermaterial kontaktiert. Di·· Zusammensetzung des aktiven Halbleitermaterials des Filmes 50 und desjenigen des Trägers 49 ist vorzugsweise die gleiche. Die Dicke des Films 50 beträgt im wesentlichen 7 μπι so daß der leitfähige Pfad, der sich sowohl durch den Film 50 als auch durch den Träger 49 erstreckt, in bezug auf die Achse des Ortes der Mindestspaltbreite zwischen den Elektroden 40 symmetrisch liegt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Der Pfad bzw. die Pfade sind vollständig in Halbleitermaterial eingebettet.

Das Halbleiterbauelement 1Od gemäß F i g. 12 weist einen Triger 46 aus Glas od. dgl. auf, auf dem ein Film 51 in«, aktivem Halbleitermaterial, beispielsweise durch Vakuumauftrag, Kathodenzerstäubung od. dgl. aufgetragen ist. Darauf sind die Elektroden 40 aufgetragen, und die Ränder 41 der Elektrodenenden sind, wie oben beschrieben, zur Bildung eines Spaltes 44 entsprechend ausgebildet. Über den Elektroden 40 und in dem Spalt 44 ist ein Film 50 aus aktivem Halbleitermaterial aufgetragen, der den Film 51 unter dem Spalt 44 kontaktiert. Die Zusammensetzung der aktiven Halbleitermaterialien in den Filmen 51. 50 ist vorzugsweise die gleiche. Hier beträgt die Dicke des Filmes 51 vorzugsweise mindestens 6 μπι und die des Filmes 50 vorzugsweise 7 μιη, so daß der zwischen den beiden Filmen 50, 51 ausgebildete leitfähige Pfad in bezug auf die Achse des Ortes der Mindestspaltbreite zwischen den Elektroden 40, wie durch die Pfeile angedeutet, symmetrisch liegen und von Halbleitermaterial der Filme vollständig umhüllt ist.

Die Halbleiterbauelemente gemäß der Erfindung eignen sich insbesondere für die Anwendung in integrierten Schaltungen, da sie sich unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahrensweisen leicht als einstückige Teile solcher Schaltungen herstellen lassen. Die Halbleiterbauelemente gemäß der Erfindung lassen sich auch leicht in integrierte Schaltungen einfügen, indem sie direkt in die durch Auftrag hergestellten Leiter eingebaut werden.

Gemäß F i g. 13 weist das Halbleiterbauelement 1Oe einen Träger 52 auf, der herkömmlicherweise bei integrierten Schaltungen verwendet wird und auf dem verschiedene z. B. durch Leiter elektrisch leitend miteinander verbundene passive Komponenten, beispielsweise Widerstände. Kondensatoren od. dgl. aufgetragen sind. Die durch Auftrag hergestellten Leiter der integrierten Schaltung (die auf den Träger 52 aufgetragen wur-

den) können durch Ätzen zur Bildung der Elektroden 40 unterbrochen werden, deren Ränder 41 einen Spalt 44 begren^en. Beim Ätzen der Leiter zur Bildung des Spaltes 44 kann auch eine Vertiefung 53 unter dem Spalt 44 im Träger 52 hergestellt werden, ähnlich wie dies in Verbindung mit F i g. 10 beschrieben wurde. Die gesamte integrierte Schaltung einschließlich der Leiter und der passiven Bestandteile kann dann mit einem Film 50 aus aktivem Halbleitermaterial überzogen werden, das im wesentlichen ungeordnet und allgemein amorph ist und einen hohen Widerstand hat, so daß es keine Wirkung auf die elektrischen Eigenschaften der integrierten Schaltung hat, diese jedoch gleichzeitig schützt. Der Film 50 aus aktivem Halbleitermaterial wird auch in den Spalt 44 und in die Vertiefung 53 eingebracht. Wie bei der Ausfühmngsform gemäß F i g. 10 kann die Vertiefung 53 eine Tiefe von etwa 6 μιη haben; die Dicke des Filmes 50 kann etwa 14 μηι betragen.

Das Halbleiterbauelement 1Oe gemäb F i g. 13 arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie das von Fig. 10. Der Film 50 braucht nicht über der ganzen Schaltung aufgetragen zu sein; es genügt, ihn an den Schaltpunkten innerhalb der integrierten Schaltung anzubringen. Der Träger 52 gemäß F i g. 13 ist vorzugsweise aus einem passiven Material gebildet, kann je doch auch aus aktivem Halbleitermaterial bestehen. Im letzten Fall kann das Ausätzen der Vertiefung entfallen so daß das Bauelement eher der Ausbildung nach F i g. 11 ähnelt.

Das Halbleiterbauelement IQf gemäß F i g. 14 ist de nen gemäß F i g.8 bis 13 sehr ähnlich, hat jedoch ein« abweiche de Ausbildung der Elektrodenränder 41a 416. Hier weist der Träger 54 Elektroden 40a 406 auf von denen der Rand 41a der Elektrode 40a geradlinig

fio der Rand 416 der Elektrode 406 dagegen gerundet ist Der so gebildete Spalt 44a zwischen diesen beidei Rändern hat ebenfalls einen On der Mindestspaltbrei te. zu dessen beiden Seiten die Spaltbreite zunimmi Über den Elektroden 40a, 406 sowie im Spalt 44a is

der Halbleiterfilm 50 aufgetragen. Das Halbleiterbau element 1Of gemäß F i g. 14 kann im übrigen eine belie bige der in F i g. 9 bis 13 dargestellten O\ierschntttaus bildungen haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Planparalleles Halbleiterbauelement zum Schalten mit einem Träger für ein Paar im Abstand voneinander angeordnete, filmartig dünne, in einer Ebene liegende Elektroden und einem Film aus aktivem, schaltbarem Halbleitermaterial zwischen den Elektroden, das einen Sperrzustand mit hohem elektrischem Widerstand hat, der bei Anlegen einer Spannung oberhalb einer Schwellenspannung an das Elektrodenpaar auf mindestens einem Pfaa zwischen den Elektroden im wesentlichen unverzüglich in einen Leiterzustand mit niedrigem elektrischem Widerstand übergeht und aus diesem wieder in den Sperrzustand zurückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (50) über den Elektroden (40) und über sowie in dem von den Elektrodenrändern (41, 41a, 416) gebildeten Spalt (44, 44a) — den Pfad niedrigen Widerstandes vollständig umschließend — mit einer größeren Dicke als die Querabmessung des Pfads aufgetragen ist. daß die Elektroden (40, 40a, 406) weniger dick als die Querabmessungen des Pfades sind und daß die den Spalt (44,44a) begrenzenden Elektrodenränder (41,41a, 416) derart geformt sind, daß die Spaltbreite von einer Mindestspaltbreite ausgehend beidseitig zunimmt.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines konvexen Spaltes (44) die Elektrodenränder (41) kreisbogenförmig ausgebildet sind.

3. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dab der Träger (46, 47) aus einem Substrat (46) und einer darauf aufgetragenen filmartigen Zwischenschicht (47) aus elektrisch isolierendem Material besteht.

4. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Halbleiterfilm (50) im wesentlichen gleich weit ober- und unterhalb des Spaltes (44, 44a) erstreckt.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (46, 47, 52) aus elektrisch isolierendem Material besteht und unmittelbar unter dem Spalt (44) eine Vertiefung (48, 53) aufweist, die ebenso wie der Spalt (44) vom Halbleiterfilm (50) gefüllt ist, so daß dieser sowohl unterhalb als auch oberhalb des Spalts (44) eine im wesentlichen gleiche Dicke aufweist (Fig. 10 und 13).

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (48) so ausgebildet ist, daß sie sich vollständig durch die Zwischenschicht (47) erstreckt (F i g. 10).

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (49,51) aus aktivem schaltbarem Halbleitermaterial besteht (Fig. Π und 12).