DE2024016C3 - Planparalleles Halbleiterkauelement zum Schalten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein planparalleles Halbleiterbauelement zum Schalten mit einem Träger. für ein Paar im Abstand voneinander angeordnete, nimartig dünne, in einer Ebene liegende Elektroden! und einem Film aus aktivem, schaltbarem Halbleiter* material zwischen den Elektroden, das einen Sperrzustand mit hohem elektrischem Widerstand hat. oer bei Anleeen einer Spannung oberhalb einer SchweUensrannune an das Elektrodenpaar auf mindestens einem Pfad·zwischen den Elektroden im wesentlichen unverzüglich ia 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 polymeres 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 kovileK* 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 Schwellenspannung führt Wird eine Spannung oberhalb der Schwellen-Spannung an die Elektroden angelegt, dann bildet sich innerhalb des Halbleitermaterial 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 strornleitenden Pfad in dem im wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen Zustand; es erfolgt kein nennenswerter Wechsel des Strukturzustandes.

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

den örtlichen Bindungen der Molekularstruktur unterworfen; diese Änderungen werden »eingefroren«. Diese Strukturänderungen können zu einem geordneteren Zustand hin, beispielsweise^ zu einem kristallinartigen Zustand hin, erfolgen. Die Änderungen können im wesentlichen innerhalb einer Ordnui g von kurzer Reichweite sein und selbst einen amorphen Zustand bewirken, oder sie können von einer Ordnung von kurzer Reichweite gegen eine Ordnung von langer Re.chweite bin stattfinden, bei der ein kristallinartiger oder pseudokristalidier 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 vinkt oder die Stromrichtung umgekehrt wird. Zum Zurückschalten in den Sperrzustand wird durch den Pfad ein hoher Stromimpuls hindurchgeschickt, worauf der geordnetere Strukturzustand 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 Elektroden weniger dick als die Qierabmessungen 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 Elektrodehränder 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 ver-

S größernden Pfades nicht räch 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.

ίο Der Träger besteht vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Glas. Er kann auch mit einem elektrisch isolierenden überzug, insbesondere einer filmartigen Zwischenschicht aus vorzugsweise elektrisch kolierendem Metalloxyd, überzogen sein.

is 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 un terh?lb 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 weiden 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 Veran-

schaulichung 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 Aus-So führungsform des Halbleiterbauelements von oben,

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

Fig. 10 einen Schnitt durch eine weitere Ausfüh rungsform,

F i g. 11 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungs form,

F i g. 12 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungs form, I 1 g. 13 einen Schnitt einer fünften Ausführungsfom und

F i g. 14 eine Ansicht eines Ausschnittes aus einen abgewandelten Halbleiterbauelement mit einer ande ren Elektrodenausbildung in vergrößertem Maßstal von oben gesehen.

Vorausgeschickt sei, daß das Halbleiterbauelemen nach der Erfindung zwar im wesentlichen planparalle ist, jedoch durchaus auch Vertiefungen und/oder Erhö hungen an den Oberflächen aufweisen kann. »Planpar

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

Gemäß Fig. 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 U befindet sich in Form eines Rims 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 Halbleitertiim 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 Sperrwstand hohen Widerstandes gemäß Kurve 20. Wenn die Spannung bis zur Schwellenspannung gesteigert wird, sinkt der elektrische Widerstand im Halbleitermaterial fan 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 elektri sehe Widerstand. Die Kurve 22 badet eine« im wesem- *' neuen gerawmgen Ast «er auoui-jPowniHigs-Kenwinie mit im wesentfichen knsnter Spannung bei steigendem end bei sien Strom. Mit anderen Worten skt, der Strom wird bei im wesenth anr Spanmng geleilet Im Leizstand weist das HaMefcrmateriai einen SpanmragsabfaB auf, der einen kleinen Brachte! des SpannengsabfaBs m Sperrhoben rsndes in der Gegend der ; beträgt

Wird dfe Spannung vermindert dann Ce nimmt die ernten? der Kurve 22 bis zu einem trom ab; enterhalb diesem kehrt der elektrische Widerstand des mindestens emen Pfades aBgeubnckBch von semem niedrigen Wert auf semen honen Wert zarock, wie dies deren die Karve 23 veran «s ist so daß der koben Widerist Mk anderen Worten ist vom nicht speichernden Typ im Leiterzustand zu halten. Das Halbleiterbauelement 10 ist hinsichtlich seiner Wirkungsweise symmetrisch, indem der Strom in beiden Richtungen im wesentlichen gleichmäßig gesperrt bzw. in beiden Richtungen im wesentlichen gleichmäßig geleitet wird. Dar Umschalten zwischen dem Sperr- und dem Leiterzustand erfolgt äußerst schnell.

Der Wechselstrombetrieb des Bauelements ist in Fig.3 und 4 veranschaulicht Fig.3bezieht sich auf den Sperrzustand, bei dem sich die Spannungsspitzen der Wechselspannung unter der Schwellenspannung des Halbleiterbauelements 10 befinden. Sobald die Spannungsspitzen der angelegten Wechselspannnung über die Schwellenspannung steigt wird im wesentli-

is chen 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 nähert so daß der Strom unter den Schwellenstrom fällt wird gemäß Kurve 23 in den Sperrzustand jeweib 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 ir. 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 einsprechend der Stromstärke des darin fließen- den 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 mindestens 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 konsunter Spannungsabfall aufrechterhalten wird Gemäß F i g. 5 veranschaulicht die Kurve 30 beim Gleichstrombetrieb eines speichernden Halbleiterbauelements 10 den Sperrzustand Der elektrische Widerstand ist hoch und der Stromdurchgang im wesentlichen gesperrt Wenn die Spannung bis zur Schwellenspannung ansteigt sinkt der elektrische Widerstand im It in u emem Pfad zwi-

ein Strom e fc, am das Haiai > cmcin

sehen den Elektroden 12. 13 im weseatücben augenbSckuch Kings der Karve 3t adf emen niedrigen Wert entspreche·*! dem l and der Karve 32 Der niedrige elektrische Widerstand ist am zaMreictK Zehnerpotenzen geringer ab der hohe elektrische Widerstand Auf der Karve 32 entspricht die Strom-Spanuengs-Kennnme im wjeft «em Ohmsches Gesetz.Pan hat das ti Il emen Spa» mu ig stumm, wr im UULH BeBKB IH WUiBB OcS aBSn aengsabfales on SpetTZBs&rad hoben Widerstandes m <^^«hederSd_Wey_enS^_OTHMI₁gbe«^Hierbe_Iw»c enoew. daß der oder jeder leräanige Pfad, dei ab im Hlkkuwmeii 11 en gebadeter Fa den betrachtet werden kam. one während der Aade rang des Stiotudwdigsnges deren diesen im wesentn chen Unei .at Dieser Deren bzw. die

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entsprechend der Stromstärke des hindurchgeleitelen Stromes festgelegt, So daß, wenn der Pfad oder die Pfade eingefroren sind, nur hohe Stromstärken des hindurchfließenden Stromes eine ausreichende Erhitzung innerhalb des Hälbleitermäterials 11 iin 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 Laütstromkreises 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. F i g. 6 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 überschreii et. 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 U im Sperrzustand im wesentlichen ungeordnet und allgemein amorph, und der mindestens eine Pfad durch das Element ist im Leiterzustand geordneter. Im Gegensatz, zu den Materialien vom ntcht srnden Typ können daher die örtliche Ord nung und die örtlichen Bindungen des im wesentlichen engeordneten und allgemein amorphen Zustandes des Materials vom Spekfeertyp derart geändert werden, dad im Material in einer quasi permanenten Weise ein teftfähiger Pfad oder leitfähige Pfade entstehen. Mit anderen Worten kann die Leitfähigkeit von Halbleiter materialien 11 vom Speichertyp drastisch geändert to «erden, so daß de ein tertfShiger Pfad gebildet und darin «emgerroretm wird, der einen Durchmesser entsprechend der Stromstärke des ersten hindurchgeführten Stromes hat, der jedoch in seinen ursprunghchen SperrzBstand holten Widerstandes zurückfihrbar ist indem ein Emieeise ein mimpuls, durch den leitfähigen Pfad oder die Pfade hm durchgeschickt wird

Gemäß F i g. 8 und 9 weist das Halbleiterbauelement 10a einen Träger 46, beispielsweise .aus CUas_: od. dgl,, auf, auf dem durch Niederschlägen im Valfuiini, durch Kathodenzerstäbung od. dgl. eine, Zwischenschicht .47 eines passivierenden Dielektrikums, beispielsweise Äluminiumoxyd od.. dgl, aufgetragen ist. Öanrf werden ,auf, die Zwischenschicht 47 Elektroden 40, aus elektrisch gut leitfähigen Eiektrodenmatenalieri Hohen $chnielz: punkts, vorzugsweise aus Molybdän, aber & B. auch aus 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 ocier kreisbogenartig, so daß der zwischen ihnen gebildete Spalt 44 im mittleren Bereich eine minimale 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 kontinuierlichen Streifens des Elektrodenfilmes und durch anschließendes Wegätzen des Spaltes unter Verwendung einer geeigneten Maske erfolgen. Dam 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. Je 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 μπι und vorzugsweise eine Mindestdicke von etwa 1 μηι 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 Mindestspaltbreite von 10 μτη liefert in der Praxis ausnehmend gute Ergebnisse und führt, je nach den verwendeten Halb iehermaterialien. zu Schwelienspannungen von fibei 60 Volt.

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 UmrißansbHdang der Elektro denränder 41 folgt der Pfad bzw. die Pfade der Min destspahbreite and nehmen daher im Halbteifennate rial einen festggtn Platz ein. Wie oben bereits zun Ausrode gebracht werden der Durcmesser oder d* Querabmessungen des Pfades dutch die Stromdich!< bestimmt, and es hat si«* gezeigt daB der Durchmesse oder die Qu mit mlr Antiühenm; tO μπι betragen kamt

Die Dicke des trgenen Halbtefterfihns SO κ derart gewählt daß er den leitenden Pfad oder die Ie tender· Pfade vollkommen in sich einschüeSt Bei άκ sem besonderen ABSfflhrngsbebpiel hat der Halt

50963am

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

Auch bei Fig. 10 bis 13 liegt der leitende Pfad um die Achse der Mindestspaltbreite zwischen den Rändern 4Ϊ der Elektroden 40 symmetrisch. Hier können die Elektrödeh 40 die gleiche Umrißausbildung wie die gemli| Fig.δ haben, und auch hier sollen die Mindestspaitbreite und die Dicke der Elektroden 40 die gleichen sein, wie oben ra Zusammenhang mit F i g. 8 und 9 beschrieben.

Das Halbleiterbauelement 106 gemäß Fig. 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 streifeniormiger 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 4C und im Spalt 44 sowie in der Vertiefung 48 aufgetragen. Dieser Film hat so eine Dicke von etwa 14μηι. Daraus ergibt sich, daß sich von dem aktiven Halbleitermaterial im wesentlichen 6 μπι in der Vertiefung 48 unter dem Spalt 44 und mindestens im wesentlichen 6μιη oberhalb des Spaltes 44 befinden. Infolgedessen kann sich der stromleitende Pfad mit einem Durchmesser oder einer Querabmessung von etwa 10 μπι in bezug auf die Achse des Ortes der Mindestspaltbreite zwischen den Elektrodenrändern 41 symmetrisch ausbilden und dennoch vollständig vom aktiven Halbleitermaterial umgeben sein.

Gemäß F i g. 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 kontak tiert. Die 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 5β als auch durch den Träger 49 erstreckt, in bezog auf die Achse des Ortes der Mindestspaltbreite zwischen den Elektroden 4Θ symmetrisch Hegt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Der Pfad bzw. die Pfade sind vollständig in Halbleitermaterial eingebettet

Das Halbleiterbauelement fOd gemäß Fig 12 weist einen Träger 46 aas Glas od. dgl auf. auf dem ein Film Sl aus aktivem Halbleitermaterial beispielsweise durch Vakuumauftrag. Kathodenzerstäubung od. dgl aufgetragen ist. Darauf seid die Elektroden 40 aufgetragen, und die Ränder 41 der Elektrodenenden sind, wie oben beschrieben, zur Bildung eines Spahes 44 entsprechend ausgebildet. Ober den Elektroden 40 und in dem Spalt 44 ist ein Film SO aas aktivem HaftrieHermaterial aufge tragen, der den Füm St unter dem Spalt 44 kontaktteil. Die Zusensetzung der aktiven HaMeitermaterialien in den Firnen SI. 50 ist vorzugsweise die gleiche. Hier beträgt die Dicke des Filmes Sl vorzugsweise mindestens 6 μη) und die des Filmes 50 vorzugsweise 7 μηι, so daß der zwischen den beiden Filmen 50, 51 ausgebildete leitfähige Pfad in bezug auf die Achse des Ortes der Mindestspaltt reite 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 intern grierten 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 Fig. 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 hei gestellten 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 begrenzen. 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 Ausführungsform gemäß F i g. 10 kann die Vertiefung 53 eine Tiefe von etwa 6 μίτι haben: die Dicke des Filmes 50 kann etwa 14 μπι betragen.

Das Halbleiterbauelement 1Oe gemäß F i g. 13 arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise wie aas von Fig. 10. Der Film 50 braucht nicht über der ganzen Schaltung aufgetragen ca sein: es genügt ihn an den Schaltpunkten innerhalt der integrierten Schaltung an zubringen. Der Träger 52 gemäß F i g. 13 ist vorzugs-

so weise aus einem passiven Material gebildet kann jedoch auch aus aktivem Halbleitermaterial bestehen. Im letzten Fall kann das Ausätz«-a der Vertiefung entfallen, so da3 das Bauelement eher der Ausbildung nach F i g. 11 ähnelt

ss Das Halbleiterbauelement I&f gemäß F i g. 14 ist denen gemäß F i g. 8 bis 13 sehr ähnlich, hat jedoch eine abweichende Ausbildung der Elektrodenränder 41a 416. Hier weist der Träger 54 Elektroden 40& 406 auf, von denen der Rand 41« der Elektrode 4Oe geradlinig.

te der Rand 416 der Elektrode 406 dagegen gerundet ist Der so gebildete Spalt 44« zwischen diesen beiden Rändern hat ebenfalls einen Ort der Mindestspaltbret te, zu dessen beiden Seiten die Spaltbreite nsninmt Über den Elektroden 40« 406 sowie «,» Spalt 44« ist der Halbteiterfihn SO aufgetragen. Das Ha&ieiterbaudemem 1Of gemäß F i g. 14 kam mn übrigen eine beliebige der in F i g 9 bis 13 dargestellten Qerittaus biMungen haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ' 1. PtatiparaJleles Halbleiteiiauelement zum Schalten reit einem Träger für ein Paar im Abstand voneinander angeordnete, fUmartig dünne, in einer Ebene liegende Elektroden und einem Film am aktivem, schaltbarem Halbleitermaterial zwischen den Elektroden, das eken Sperrzustand mit hohem elektrischem Widerstand bat, der bei Anlegen einer to Spannung oberhalb einer Schwellenspannung an das Elektrodenpaar auf mindestens einem Pfad zwischen den Elektroden im wesentlichen unverzüglich in einen Leiterzustand mit niedrigem elektrischem Widerstand fibergeht und aus diesem wieder in den Sperrzustaud zurückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daßderHalbbiterfilm(50)übfcr den Elektroden (40) und Ober sowie in dem von den Elektrodenrändern (41, 41a, 4Id) gebSdeten 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. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines konve- xen Spaltes (44) die Elektrodenränder (41) kreisbogenförmig ausgebildet sind.
3. 3. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (46, 47) aus einem Substrat (46) und einer darauf aufgetragenen filmartigen Zwischenschicht (47) aus elektrisch isolierendem Material besteht
4. 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. 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 so wesentlichen gleiche Dicke aufweist (Fig. 10 und 13).
6. 6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (48) so ausgebildet ist daß sie sich vollständig durch die Zwischenschicht (47) erstreckt (F ig. 10).
7. 7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (49,51) aus aktivem schaltbarem Halbleitermaterial besteht (Fig. 11 und 12). te