DE2112683B2

DE2112683B2 - Schaltanordnung mit einem Halbleiterbauelement aus Gunn-Effekt-Material

Info

Publication number: DE2112683B2
Application number: DE2112683A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dipl.-Ing.Dr.Rer.Nat. 7803 Gundelfingen Thim
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1971-03-16
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2112683A1; GB1359586A; DE2112683C3

Description

hineinwandert.

Aus Solid States Elektronics (Bd. 14, 1971, Nr. 1, S. 1 bis 16) ist eine Schaltanordnung der eingangs

genannten Art bekannt, bei der das Halbleiterbau-40 element jedoch eine homogene Feldverteilung besitzt

und die nur monostabil ist (ebenso aus USA.-Patent-

schrift 3 538 400).

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung mit Ferner ist es bei Gunn-Halbleiterbauelementen

einem überkritisch dotierten Halbleiterbauelement aus bekannt, zur Verhinderung der Domänenbildung den Gunn-Effekt-Material mit zwei ohmschen Kontakten, 45 Querschnitt des Bauelements an der Kathode zu denen eine Vorspannung über einen Lastwiderstand verbreitern (französische Offenlegungsschrift 2 033 299). zugeführt ist. Diese Anordnung, die zwei stabile Das Bauelement der Schaltanordnung nach der

Zustände aufweist, kann für logische Schaltoperationen vorliegenden Erfindung hat dagegen im Arbeitspunkt B und als Speicher verwendet werden. eine stationäre Akkumulationszone, also eine extrem

Es ist bekannt, daß mit Gunn-Oszillatoren logische 50 inhomogene Feldverteilung und ist dort auf unbe-Schaltoperationen analog wie mit Tunnel-Dioden grenzte Zeit stabil (»bistabil«).

durchgeführt werden können. Beide Halbleiterbau- Die Schaltanordnung nach der Anmeldung beruht

elemente zeigen einen fallenden Bereich in der Strom- auf einer vom Erfinder entwickelten neuen Theorie, Spannungs-Kennlinie oberhalb einer Schwellspannung. nach der eine Gunn-Domäne am Anodenkontakt Wird an ein solches Bauelement über einen Wider- 55 stehenbleibt, wenn die Dotierung laut Formel hoch stand eine Spannung angelegt, dann ergeben sich laut genug ist und die Dotierungsschwankungen besonders Fig. 1 zwei Arbeitspunkte (A, B), zwischen denen mit an der Kathode klein genug sind, so daß das Feld Hilfe von Schaltimpulsen geschaltet werden kann. nicht den Schwellwert erreicht, bevor die Anoden-Beide Bauelemente weisen wesentliche Nachteile auf, domäne stationär geworden ist.
weshalb sie sich in der Praxis noch nicht durchsetzen 60 Es kann manchmal schwierig sein, die Dotierungskonnten: die Tunnel-Diode weist zwischen den beiden Schwankungen an der Kathode niedrig zu halten, stabilen Arbeitspunkten einen Bereich negativen Hier helfen einige an sich bekannte Maßnahmen, differentiellen Widerstandes auf, der bei allen Fre- z. B. ein seitlich angebrachter dielektrischer Belag, quenzen zwischen 0 und etwa 100 GHz auftritt. Der um die Erzeugung einer Gunn-Domäne zu verhindern, Schaltkreis, in dem die Tunneldiode eingebaut ist, 65 ebenso hat eine Querschnittsverbreiterung oder Domuß in diesem Frequenzbereich stabilisierend wirken, tierungserhöhung an der Kathode denselben Effekt, d. h., die Impedanz des Außenkreises darf bei keiner Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin,

Frequenz die Impedanz der Tunnel-Diode kompen- daß das Schalten von A(B) nach B(A) in Picosekunden

geschieht, also etwa eine Million mal schneller als im Magnetspeicher und etwa lQOOmal schneller als in Transistorscbaltangen,

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in de* Zeichnung (F i g, 2) dargestellt. Ein Halbleiterbauelement 1 aus Gunn-Effekt-Material mit einem ohmseben Anodenkontakt 2, einem ohmschen Kathodenkontakt3 und einer Querschnittsverbreiterung 4 ist über den Lastwiderstand 5 an eine Batterie 6 mit der Spannung Vs angeschaltet, Die Kennlinie zeigt, wie über den Lastwiderstand (gerade Schnittlinie) mit Schaltimpulsen 7 (8) geschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

sieren, da sie sonst selbsterregt schwingen würde. Es Patentansprüche; hat sich in der Praxis gezeigt, daß Tunnel-Dioden schwer zu. stabilisieren sind, weil der Frequenzbereich

1. Schaltanordnung mit einem überkritisch zu groß ist,

dotierten Halbleiterbauelement aus Gunn-Effekt- 5 Da der Gunn-OsziUator bei der Laufzeitfrequenz

Material mit zwei ohmschen Kontakten, denen schwingt, müssen spezielle Vorkehrungen getroffen

eine Vorspannung über einen Lastwiderstand werden, die Schwingung auszufiltero, was die logische

zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, Schaltungsanordnung wesentlich kompliziert,

daß die Dotierungskonzentration η des Halbleiter- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

baulements (1) größer als ein kritischer Wert ist io Gunn-Oszillation zu unterdrücken, um eir. Schalten

gemäß der Formel zwischen den Arbeitspunkten A und B ohne Oszillation, also zwischen zwei stabilen Punkten zu erreichen.

„ > ^ε ^yä Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten

ς·\—μ\·Ο Schaltanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst,

15 daß die Dotierungskonzentration η des Halbleiter-

(v = Elektronengeschwindigkeit, ε = Dielektrizi- bauelements größer als ein kritischer Wert ist gemäß tätskonstante, q — Elektronenladung, — μ = ne- der Formel
gative differentielle Beweglichkeit, D = Diffusjonskonstante) und daß die Dotierungäschwankungen ε ν²
unter einem la itischen Wert liegen, so daß an der ao ⁿ > j | :r~
Anode eine stationäre Akkumuiationszone und ^ '' ~^<u '
somit eine extrem inhomogene Feldverteilung
auftritt. (v = Elektronengeschwindigkeit, ε = Dielektrizitäts-

2. Halbleiterbauelement für eine Schaltanord- konstante, q = Elektronenladung, —μ = negative nung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 25 differentielle Beweglichkeit, D — Diffusionskonstante) daß an einer der vier Seitenflächen (9) der Kathode und daß die Dotierungsschwankungen unter einem eine Dielektrikumbeschichtung angebracht ist. kritischen Wert litgen, so daß an der Anonde eine

3. Halbleiterbauelement für eine Schaltanord- stationäre Akkumulationszone und somit eine extrem nung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, inhomogene Feldverteilung auftritt. Für GaAs daß es an der Kathode erhöht dotiert ist. 30 beträgt dieses Dotierungskonzentration etwa 8 %.

4. Halbleiterbauelement für eine Schaltanord- Das Halbleiterbauelement schwingt dann nicht mehr nung nach Anspruch 1, daduich gekennzeichnet, als Gunn-Oszillator, sondern kann als stabiles Schaltdaß sein Querschnitt an dvr Kathode verbreitert ist. element verwendet werden. Die obige Formel ist

abgeleitet aus der Bedingung, daß sich die Akkumu-35 lationszone schneller umlädt als sie in die Anode