DE2105437B2 - Elektronisches festkoerperbauelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

1. Elektronisches Festkörperbauelement mit einem zwischen zwei Elektroden angeordneten 5 Festkörper aus einem unterhalb eines Spannungsschwellwertes einen hohen Widerstand und halbleitende Eigenschaften und oberhalb des Spannungsschwellwertes einen kleinen Widerstand und eine negative Widerstandscharakteristik aufwei- "> senden Material, das Seltene Erden enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus oxidierten Pulvern der Hydride der Seltenen Erden besteht.

Z. Elektronisches Festkörperbauelement nach 15 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Beladen der verwendeten Seltenen Erde mit Wasserstoff gebildete Hydridpulver in gepreßter Form im Kontakt mit den Elektroden (2) steht und in eine isolierende Hülle (3) eingefüllt oder »o eingeklebt ist.

3. Elektronisches Festkörperbauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung des Festkörpers (1) zwischen den Elektroden (2) so gewählt ist, daß die »5 Schwellenspannung einen dem Bedarfsfall entsprechenden Wert hat.

4. Elektronisches Festkörperbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidierungsgrad des 3° Hydridpulvers des Festkörpers (1) so gewählt ist, daß die Schwellenspannung einen dem Bedarfsfall entsprechenden Wert hat.

5. Elektronisches Festkörperbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffkonzentration des Hydrids etwa zwischen 250 und 320 at°/o liegt.

6. Verfahren zum Herstellen eines elektroni-

^^JS-Dioden dienen, soweit Widerstandscharaktenstik ausgenutzt _ohmsche Kompensations_pie]sweise bei der Entdämpfung von ^P _bei Schwingungsgeneratoren verSals Di^bezÄetwerden, werden vielfach als elektronische Schalter, beispielsweise in AnsteueeieKtromsi-oc Thvristoren und sogenannten

Scf Se ζ B. fltStregler-Schaltungen, Mo- ^'nTrnlUchaltunKen benutzt werden, angewendet.

verwendbar sind, wurden Einkristalle er Germanium verwendet. Dabei wird

Ä Akzeptor bezlichnet wird.wird eine Leitfähigtat ρ durch positive Ladungszustände infolge Eleklceitp auiL.11^ _{er t Um die gewunS}chte Span-

zu erhalten, werden beide Maß-1 Kristall so angewendet, daß an p- und η-leitende Gebiete zusam-

^mBei^OTunnel-Dioden wird ein Silizium-Einkristall

^em dadurch zustande, daß mit wachsender Span- : durch Anheben des Leitungsbandes des n-Halb-¹ wachsende Zahl von Elektronen dem

rbotenen Band des p-Halbleiters ge- >rstenen. Sie können dieses Band daher mcht durchtunnel, Daher ^_b=J_HJ^S£

befreit; wird, worauf das Metall in an sich bekannter Weise bei vorbestimmter Temperatur und vor-

bestimmtem Wasserstoffdruck mit Wasserstoff und Sauerstoff, und zwar 10 bis 1000 ppm O₂ in H₂ beladen, daß in einem weiteren Verfahrensschritt das sich dabei bildende Pulver in eine zyündrische Fomi gepreßt wird daß an die Zylinderenden Elektroden aus Graphit, Kupfer, Silber,

Silberstahl od. dgl. angepreßt, elektrolytisch oder durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht werden und daß anschließend der Festkörper in eine Hülle aus isolierendem Werkstoff eingeschmolzen oder eingeklebt wird. «

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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Festkörperbauelement mit einem zwischen zwei Elektroden angeordneten Festkörper aus einem unterhalb eines Spannungsschwellwertes einen hohen Widerstand und halbleitende Eigenschaften und oberhalb des Spannungsschwellwertes einen kleinen Widerstand und eine negative Widerstandscharakteristik aufweisenden Material, das Seltene Erden enthält.

llgemeinen zwischen 35 und 300 mV. ^ Trigger-Diode, die auch mit , ist ein bidirektionaler Schalter liSen. Sie wird aus zwei antiparallel SSichtdioden gebildet. Diese Diode _{tand auf> SQ daß nur em ge}.

hindurchgelassen wird, b.s die an_den Spannungsschwellwert, der | F _{Die Schwellenspa}nnung

^^em Diac st nur inGrenzen veränderlich. Oberbe "^™^^ _chweli_wertes weist der Diac e.ne halb^ ^_e\^~_n ^g _{dscharakteristik} auf. Die Spannung ¹^ _a,_{s0 kJeiner) wenn der} Strom ansteigt. Die Einschaltzeit beträgt dabei etwa 0,2|isec. Die Loschzeit ist erheblich langer. Sie beträgt einige |isec.

Der Nachteil der bisher bekannten Diacs und der Tunnel-Dioden besteht darin, daß zu ihrer Herstel-

jrforderucn «1 _Kostenaufwand verbunden ist.

krataH m« _{wn und} „._Zonen

Hinzu kommt α £ _{und AkzeptO}ren zu

durch Dfiurou ο _{n Aufbau und so}mit zu einer wei- ^ _d- Herstellung führen. Ein weite-

' bisherigen Stande der Technik

ehörenden Diacs besteht noch darin, daß die Schwel- Eine bevorzugte Ausführungsform des elektroni-

f spannung _{nur se}h_r schwierig zu verändern ist. sehen Festkörperbauelements gemäß der Erfindung Nachteilig ist außerdem die für die Erfordernisse der besteht darin, daß das durch Beladen der verwende-Praxis vielfach zu lange Löschzeit. ten Seltenen Erde mit Wasserstoff gebildete Hydnd-

Neben diesen Halbleiterbauelementen mit p-n- 5 pulver in gepreßter Form im Kontakt mit den Elek-'hhereäaeen aus Einkristallen α eist aus Silizium und troden steht und in eine isolierende Hülle cinge.ul.t Germanium als Halbleitermaterial sind auch elektro- oder eingeklebt ist. Vorteilhaft ist die Ausdehnung Uche Festkörperbauelemente der eingangs genann- des Festkörpers so gewählt, daß die Schwellenspan-Ven Art bekannt (DT-OS 19 18 313). Hierbei besteh' nung einen dem Bedarfsfälle entsprechenden Wert !«« Material des Festkörpers aus Bor und Seltenen io hat. So hat sich z. B. gezeigt, daß bei einer Lange des JSj_n Festkörpers von 3 mm der Spannungsschwellwert bei

Auch sind solche elektronischen Festkörperbau- 30 V und bei einer Länge von 6 mm bei 60 V lag. elemente bekannt, die bei Überschreiten einer Die Schwellenspannung ist somit direkt proportional Irhwellenspannuag von einem Zustand hohen Wider- der Länge des Festkörpers. Außerdem ist die Scnwei- «tands in einen Zustand niedrigen Widerstands über- 15 lenspannung noch von dem Grade der Oxidierung !Xn und deren Festkörper aus Oxiden der Seltenen des Hydridpulvers abhängig, und zwar in der weise, Prden besteht (DT-AS 12 78 626). daß bei niedriger Oxidation der Spannungsschwell-

Ferner ist es bei derartigen elektronischen Fest- wert niedrig ist, während er bei stärkerer Oxidation Wimerbauelementen, die aus Gemischen von Tellur, höher liegt. Es ergibt sich somit eine weitge"ende An-ArS Cadmium, Zink, Germanium und Silizium be- ao paßbarkeit des elektronischen Festkorperbauelements tfhi-n bekannt, das Material unter Druck zwischen gemäß der Erfindung dadurch, daß der Oxidierungs-AmElektroden anzuordnen und mit einer isolieren- grad des Hydridpulvers des Festkörpers so gewählt aZ Hülle zu versehen. ist, daß die Schwellenspannung einen dem Bedarfs-

Mk elektronischen Festkörperbauelementen aus fall entsprechenden Wert hat. Zweckmäßig i|a es. diesen Materialien lassen sich jedoch nicht in weiten 25 wenn die Wasserstoffkonzentration des Hydrides etwa rvonzen veränderbare Spannungsschwellwerte ein- zwischen 250 und 320 at°/o hegt. S "en Nachteilig ist auch, daß dir amorphe Aufbau Bei den erfindungsgemäßen F«tkorperb.»Jen«n.

dMaterialgemische, wie z. B. Bor und Seltene ten zeigte es sich, daß sowohl die Einschalt- als auch Erde^u Anisotriceffekten führen kann, durch die die Löschzeit beim überschreiten ^^J^J di Reproduzierbarkeit der Halbleitereigenschaften 30 nung unterhalb 0,1 _Msec lag B« seiner Verwena der Festkörperbauelemente verschlechtert wird. als Diac besteht somit der Vorteil, daß ande rs a Is

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein einfach den bisher bekannten «y™»¹™^.^^¹ und somit wirtschaftlich herstellbares elektronisches keine verlängerte Loschzei »gJ^f^ Festkörperbauelement zu schaffen, dessen Schwellen- zug besteht darm daß ^^^"'^f^ cnannung in weiten Grenzen veränderbar ist, das eine 35 bauelement gemäß der Erfindung in be den E^Pi„ 2 Ausschaltzeit aufweist, die kürzer ist als gen schaltbar ,st. Eskann^^'^.n sowohl rm Wechsel Olusec und das insbesondere an Stelle von symme- strom als auch mit Gleichstrom betneben *««»·

JSiES An SSSS^ M^: Ft fÄflfngSel eines elektroni

fial⁸au! oxidierten Pulvern der Hydride der Seltenen ^«^^'SWbci.piel eines elek-

Ein insbesondere Lanthanhy'drid und Cerium- pg ^j ^

_hydrid,unterhalb eines Spannungsschwellwertes einen In dem ^{n F}' ^¹ ^" _ve' ^Seltenen Erden in

hohen Widerstand aufweist und halbleitende Eigen- ist das oxidierte »y⁰™^" " j ; _Ei_ektro-

ichaften besitzt, daß es ferner oberhalb des Span- OT^^o^al^e.to^ m,t ^e ^

nungsschwellwertes einen kleinen Widerstand und 50 den 2 verbunden und ™«^e^ ^e _{e3 aus isolieren}dem

eine negative Widerstandscharakteristik aufweist, wo- Elektroden 2 ubergrefenden Hui _beiden

bei die Kennlinie fast identisch mit der der bisher be- ^Werk;^to«J *'^e ^J^\"J_{t den} Elektroden

hergestellten Elements und der Dotierung des Pulvers ^^A^^^SJ^^ mit aufge-

leiter aufweisen. Nach dem Durchbruch, also ober- nischen Festkörperbauelements gemaö aer cnuiuung

halb der Schwellenspannung, ändert sich der Wider- 65 dargestellt, wobei die Spannung U in Volt in Abhän-

stand überraschenderweise kontinuierlich auf einen gigkeit von der Stromstärke / in Milliampere wieder-

100- bis lOOOfach kleineren Wert. Es ergibt sich also gegeben ist. eine negative Widerstandscharakteristik. Zur Herstellung des elektronischen Festkörperbau-

elements gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, das Metall der verwendeten Seltenen Erde durch eine an sich bekannte Maßnahme, wie Abschmirgeln od. dgl., von einer das Metall überziehenden Oxidhaut zu befreien, worauf das Metall in an sich bekannter Weise bei vorbestimmter Temperatur und vorbestimmtem Wasserstoffdruck mit Wasserstoff und Sauerstoff, und zwar 10 bis 1000 ppm O₈ in Hj, beladen wird und das sich dabei bildende Pulver in einem weiteren Verfahrensschritt in eine zylindrische Form gepreßt wird, wobei an die Zylinderenden Elektroden aus Graphit, Kupfer, Silber, Silberstahl od. dgl. angepreßt, elektrolytisch oder durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht werden und anschließend der gebildete Festkörper in eine Hülle aus isolierendem Werkstoff eingeschmolzen oder eingeklebt wird.

Dabei ist es beispielsweise erforderlich, um Cerium mit 290 at°/o Wasserstoff zu beladen, das Cerium bei 100⁰C etwa 3 Stunden einem Wasserstoff druck von 40 Torr auszusetzen. Hierbei zerfiel das Metall in a° schiefergraues Hydridpulver. Dieses Hydridpulver wurde in einer zylindrischen Form bei einem Druck von bis zu 100 kp/cm* verpreßt. Die Elektroden wurden an die Enden des Festkörpers angepreßt. Da das Hydridpulver unter Atmosphäreneinfluß weiter oxidiert, wurde das Pulver nach dem Preßvorgang in einer isolierenden Hülle luftdicht eingeschlossen. Es zeigte sich, daß die Länge des Festkörpers den Spannungsschwellwert bestimmte, und zwar so, daß z. B. eine Verlängerung um 1 mm eine Erhöhung der Schwellenspannung um 10 V zur Folge hatte. Der Durchmesser des Festkörpers bestimmte die gewünschte Stromstärke. Sie beträgt bei 1 mm Durchmesser etwa 100 mA.

Aus dem Herstellungsverfahren des elektronischen Festkörperbauelements gemäß der Erfindung werden noch einige weitere Vorzüge erkennbar: Das elektronische Festkörperbauelement besteht nur aus einei einzigen Komponente, nämlich dem aus dem oxidierten Pulver der Hydride der Seltenen Erden hergestellten Festkörper. Dieser Festkörper wird ohne Orientierung in die gewünschte Form gebracht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 21 05 $

   437

   Patentansprüche:

   Das Festkörperbauelement ist insbesondere dazu Das "««»F _Trigger. oder Tunnel-Dioden