DE2128083A1

DE2128083A1 - Halbleiter-Bauteil

Info

Publication number: DE2128083A1
Application number: DE19712128083
Authority: DE
Inventors: Raymond Harkless Lawrenceville N.J. Dean (V.StA.). HOIl 7-56
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-09-11
Filing date: 1971-06-05
Publication date: 1972-03-16
Also published as: GB1349276A; FR2106439A1; JPS5313955B1; BE768255A; FR2106439B1; AU3243171A; NL7107969A; US3706014A; AU468187B2

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-ing. R. König · Dip!.-lng. K. Bengen

Patentanwälte · 4oaa Düsseldorf · Cecilienallee 7B . Telefon 43S7

Unsere Akte: 26 '697 ' 4. Juni 1971

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York. N₆Y. 10020 (V.St„A.)

"Halbleiter-Bauteil"

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiter-Bauteil mit Mitteln zum Einstellen des elektrischen Feldes, das zwischen zwei Kontakten längs einer Schicht aus Halbleitermaterial erzeugt wird, sobald eine Spannung an diese Kontakte gelegt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf derartige Mittel benutzende Verstärker, die den Elektronensprung-Effekt ausnutzen, ein Effekt, der in der englischen Fachsprache als "transferred electron effect» bezeichnet wird.

Eine Art von Halbleiter-Bauteil enthält eine Schicht aus einem halbleitenden Material, etwa Silizium, Germanium oder auch aus einer halbleitenden Verbindung und besitzt ein Paar in einem Abstand voneinander angebrachter Kontakte, die so angeordnet sind, daß sie injizierende Übergänge mit der Halbleiter-Schicht bilden. Wird eine Spannung zwischen den Kontakten angelegt, so entsteht ein elektrisches Gleichspannungsfeld längs der Oberfläche der Halbleiterschicht zwischen den Kontakten. Es hat sich herausgestellt, daß aus einer Anzahl von Gründen heraus dieses Feld dazu neigt, nicht gleichmäßig über die gesamte Länge der Halbleiter-Schicht hinweg zu sein, und daß es im allgemeinen in der Nähe des Anoden-Kontakts sehr hoch ist. Diese Un-

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gleichmaßigkeit des Feldes ist besonders ausgeprägt bei Halbleiter-Bauteilen, welche ein Halbleitermaterial mit differentiellem negativen Widerstand benutzen, wie etwa Gallium-Ärsenid und ähnliche Halbleiter-Verbindungen, sobald sich das Halbleiter-Material in einem Feld befindet, dessen Größe die Schwelle für den Elektronensprung (transferred electron threshold) überschreitet. Um einen einwandfreien Betrieb solcher Halbleiter-Bauteile zu gewährleisten, insbesondere solcher, die ein Halbleiter-Material mit differentiellem negativen Widerstand benutzen, ist es wünschenswert, ein elektrisches Feld zu haben, welches praktisch gleichmäßig über die gesamte Länge der Halbleiter-Schicht ist» Dies wird mit der Erfindung erreicht, die anhand der bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert wird«, Es zeigen;

Fijfe 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteils;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das.Halbleiter-Bauteil gemäß Fig..1; . .

. 5 eine graphische Darstellung, die die Veränderungen

im Profil des elektrischen Feldes zeigt, die man ™ mit erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteilen erzielen

kann?· ' ■■ "

Fig* 4 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform £■ eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteils;

FIg, 5 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Halbleiter-Bauteil in Form eines Wanderwellenverstärkers;

6- ©inen Schnitt entlang der Linie 6-6 in Fig« 5 und

Fig_f 7 ©inen Querschnitt ähnlich Fig, 6, der eine Modifikation des Wanderwellenverstärkers darstellt.

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In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteils dargestellt und mit 10 bezeichnet. Das Bauteil 10 enthält eine Schicht 12 aus Halbleiter-Material, wie Silizium, Germanium oder eine Halbleiter-Verbindung, die auf der Oberfläche eines Substrats 14 aufgebracht ist· Das Substrat 14 besteht aus einem elektrisch isolierenden oder halb isolierenden Material, auf welchem die Schicht 12 aus Halbleiter-Material aufwachsen kann«, Solche Materialien für das Substrat 14 können etwa sein: Saphir, Spinell oder ein Halbleiter-Material mit hohem spezifischen Widerstand, Ein Paar unter gegenseitigem Abstand angeordneter Kontakte 16 und 18 befindet sich auf der Halbleiter-Schicht 12, Der Kontakt 16 besteht aus einem Material, das einen injizierenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht 12 bildet. Beispielsweise kann der Kontakt 16 ein Film aus elektrisch leitendem Material (Metall, Metall-Legierung oder Mischung von Metallen) sein, der in ohmschem Kontakt mit dem speziellen Halbleiter-Material der Schicht 12 steht, oder er kann eine Schicht aus Halbleiter-Material mit niedrigem spezifischen Widerstand sein. Der Kontakt kann ebenfalls einen injizierenden übergang mit der Halbleiter-Schicht 12 bilden oder aber einen sperrenden Übergang. Die Kontakte 16 und 18 sind zwar in der Form auf getragener Schichten auf der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 12 dargestellt; sie können jedoch auch auf der Oberfläche des Substrats 14 angebracht sein oder in taschenförmigen Aussparungen in. der Oberfläche des Substrats 14, wobei die Halbleiter-Schicht 12 sich Über die Kontakte hinweg erstreckt oder diese berührt; oder sie können in Form eindiffundierter Bereiche in der Halbleiter-Schicht 12 gebildet sein. Die Kontakte 16 und 18 sind so ausgebildet, daß sie an eine Spannungsquelle angeschlossen werden können, wobei der Kontakt 16 die Kathode und der Kontakt 18 die Anode bildet.

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Ein dritter Kontakt 20 ist auf der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 12 zwischen den Kontakten 16 und 18, dem Kathoden-Kontakt 16 benachbart angebracht. Der dritte Kontakt 20 besteht aus einem Material, welches einen sperrenden übergang mit dem Halbleiter-Material der Schicht 12 bildet. Zum Beispiel kann der dritte Kontakt 20 aus einem Metall sein, das mit der Halbleiter-Schicht 12 einen Schottkyschen-Oberflächen-Sperrschicht-Übergang bildet, oder aus einem Halbleiter-Material vom umgekehrten Leitfähigkeits-Typ wie ihn die Halbleiter-Schicht 12 hat, so daß ein P-N-Übergäng zwischen dem dritten Kontakt und der Halbleiter-Schicht 12 gebildet wird. Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, erstreckt sich der dritte Kontakt 20 Über den Kathoden-Kontakt 16 und umschließt diesen so, daß er elektrisch mit ihm verbunden ist. Wird also eine Spannung zwischen dem Kathoden-Kontakt 16 und dem Anoden-Kontakt 18 angelegt, so liegt die gleiche Spannung an zwischen dem dritten Kontakt 20 und dem Anoden-Kontakt 18 an.

Wenn man bei einem Halbleiter-Bauteil, das dem in Fig. 1 und 2 abgebildeten ähnlich ist, jedoch den dritten Kontakt 20 nicht aufweist, eine Spannung zwischen Kathoden- und Anoden-Kontakt anlegt, so entsteht ein ungleichmäßiges elektrisches Feld entlang der Oberfläche der Halbleiter-Schicht zwischen den Kontakten, welches im allgemeinen sehr hoch in der Nähe· des Anoden-Kontaktes ist. Wird jedoch die gleiche Spannung zwischen Kathode 16 und Anode 18 des Halbleiter-Bauteils 10 angelegt, welche Spannung dann auch zwischen dem dritten Kontakt 20 und dem Anoden-Kontakt 18 liegt, dann wird das Profil des elektrischen Feldes, das sich längs der Halbleiter-Schicht 12 ausbildet, derart verändert, daß es in der Nähe der Anode erniedrigt und in der Nähe der Kathode erhöht wird. Es wird angenommen, daß dieser Effekt von der Tatsache herrührt, daß die Spannung über den sperrenden Übergang zwischen dem dritten

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Kontakt 20 und der Halbleiter-Schicht 12 den Teil der Halbleiter-Schicht unter dem dritten Kontakt von Ladungsträgern verarmt, so daß ein Abschnür-Effekt entsteht. Dieser Abschnür-Effekt wirkt sich dahingehend aus, daß er die erhöhte Neigung von-Ladungsträgern, aus dem Kathoden-Kontakt 16 herauszufließen, ausgleicht. Der sperrende Übergang zwischen dem dritten Kontakt und der Halbleiter-Schicht 12 hat also die gleiche Wirkung wie eine Reduzierung der Ladungsträger-Konzentration des Kathoden-Kontakts 16 zwecks Veränderung des Profils des elektrischen Feldes längs der Halbleiter-Schicht 12,

Es wurde herausgefunden, daß das Ausmaß der Veränderung des Profils des elektrischen Feldes verändert werden kann, indem man den Abstand zwischen dem anodenseitigen Ende 16a des Kathoden-Kontakts 16 und dem anodenseitigen Ende 20a des dritten Kontakts 20 verändert. Mit Vergrößerung des Abstands zwischen dem Ende 16a des Kathoden-Kontakts 16 und dem Ende 20a des dritten Kontakts 20 verringert sich das elektrische Feld in der Nähe des Anoden-Kontakts 18 und vergrößert sich das elektrische Feld in der Nähe des Kathoden-Kontakts 16, Indem man also diesen Abstand vergrößert, kann man das elektrische Feld so verändern, daß es praktisch gleichförmig längs der Halbleiter-Schicht 12 zwischen den Kontakten 18 und 20 wird, oder sogar so, daß es in der Nähe des Kathoden-Kontakts 16 höher wird als in der Nähe des Anoden-Kontakts 18,

Dieser Effekt ist in Fig. 3 veranschaulicht. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des elektrischen Potentials über die Länge der Halbleiter-Schicht 12 zwischen dem Kathoden-Kontakt 16 und dem Anoden-Kontakt 18, Das Halblei- ter-Bauteil 10, für welches diese graphische Darstellung aufgenommen wurde, enthält eine Halbleiter-Schicht 12 aus N-leitendem Gallium-Arsenid mit einer Dotierungs-Konzen-

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tration von etwa 1 χ 10 ^ cm ^J und von etwa 1 Mikrometer Dicke auf einem halbisolierenden Substrat 14 als Gallium-Ars enid. Der Kathoden-Kontakt -16 und der Anoden-Kontakt 18 sind Filme aus Gold-Germanium-Legierung, die auf die Oberfläche der Halbleiter-Schicht 12 aufgebracht sind und injizierende Übergänge mit der Halbleiter-Schicht bilden. Die Kontakte 16 und 18 sind O₉5 mm breit und haben einen Abstand von 66 Mikrometer zueinander. Der dritte Kontakt 20 ist ein Film aus Aluminium, der einen Schottkyschen-Oberflächen-Sperrschicht-Üb.ergang mit der Halbleiter-Schicht 12 bildet. Eine Spannung von 30 Volt liegt zwischen Kathoden-Kontakt 16 und Anoden-Kontakt 18_e

Die Linie 22 stellt das Potential längs der Halbleiter-Schicht 12 dar, wenn kein dritter Kontakt 20 vorhanden ist. Die Linie 24 stellt das Potential dar, wenn das Ende 20a des dritten Kontakts 20 vom Ende 16a des Kathoden-Kontakts 16 einen Abstand von 13 Mikrometer hat. Die Linie 26 stellt das Potential dar, wenn das Ende 20a des dritten Kontakts 20 vom Ende 16a des Kathoden-Kontakts 16 einen Abstand von 18 Mikrometer hat. Der Anstieg der Linien 22, 24 und 26 stellt in Jedem Punkt die Größe des elektrischen Feldes an diesem Punkt dar. Je größer also der Anstieg ist_f desto höher ist die elektrische Feldstärke und umgekehrt. Die Linie 22 hat einen flachen Anstieg in der Nähe der Kathode, aber einen sehr steilen Anstieg in der Nähe der Anode· Das heißt, daß ohne den dritten Kontakt 20 das elektrische Feld ungleichmäßig über die Länge der Halbleiter-Schicht ist, und zwar schwach im Bereich der Kathode und sehr stark in der Nähe der Anode, Die Linie 24 hat einen im wesentlichen gleichmäßigen Anstieg, was einem im wesentlichen gleichförmigen elektrischen Feld entlang der Halbleiter-Schicht entspricht. Das heißt_s daß durch den dritten Kontakt 20, dessen Ende 20a in diesem Falle vom Ende 16a der Kathode 16 einen Abstand von 13 Mikrometer hat, ein prak-

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tisch gleichmäßiges Feld über die gesamte Länge der Halbleiter-Schicht erhalten wird. Die Linie 26 hat einen verhältnismäßig stellen Anstieg in der Nähe der Kathode, jedoch einen flacheren Anstieg in der Nähe der Anode., Indem man also das Ende 20a des dritten Kontakts 20 in einem Abstand von 18 Mikrometer vom Ende 16a der Kathode 16 anbringt, erhält man wieder ein nicht gleichmäßiges Feld, das nunmehr in Kathoden-Nähe größer ist als'in Anoden-Nähe. Durch Veränderung des Abstands zwischen dem Ende 20a des dritten Kontakts 20 und dem Ende 16a des Kathoden-Kontakts 16 läßt sich also das Profil des elektrischen Feldes längs der Halbleiter-Schicht 12 derart verändern, daß man.jedes gewünschte Profil bekommt einschließlich eines praktisch gleichförmigen elektrischen Feldes. Der spezielle Abstand zwischen dem Ende 20a des dritten Kontakts 20 und dem Ende 16a des Kathoden-Kontakts 16, der zu einem gewünschten Profil des elektrischen Feldes führt, ändert sich mit der Dicke und Dotierungs-Dichte der Halbleiter-Schicht 12, mit dem Abstand zwischen dem Kathoden-Kontakt 16 und dem Anoden-Kontakt 18 und mit der angelegten Spannung.

Der dritte Kontakt 20 der Halbleiter-Vorrichtung 10 erstreckt sich in Fig. 1 und 2 zwar bis zum Ende 16a des Kathoden-Kontakts 16 und ist direkt elektrisch mit dem Kathoden-Kontakt verbunden; er kann aber auch einen Abstand vom Kathoden-Kontakt 16 haben und elektrisch mit diesem außerhalb des Halbleiter-Bauteils 10 verbunden sein. In Fig. 4 ist ein derartiges Halbleiter-Bauteil dargestellt und mit 30 bezeichnet. Dieses enthält genau wie das Bauteil 10 nach Fig. 1 und 2 eine Schicht 32 aus einem Halbleiter-Material, welche auf die Oberfläche eines Substrats 34 aus elektrisch isolierendem oder halb isolierendem Material aufgebracht ist sowie mit Abstand voneinander auf der Halbleiter-Schicht 32 angebrachte Kathoden- und Anoden-Kontakte 36 bzw. 38. Zumindest der Kathoden-Kontakt 36 ist

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aus einem Material, das einen injizierenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht 32 bildet. Ein dritter Kontakt 40 befindet sich auf der Halbleiter-Schicht 32 zwischen Kathoden-Kontakt 36 und Anoden-Kontakt 38, und zwar in der Nähe des Kathoden-Kontakts. Der dritte Kontakt 40 hat jedoch einen Abstand vom Ende 36a des Kathoden-Kontakts 36. Der dritte Kontakt 40 besteht wie der dritte Kontakt 20 der Halbleiter-Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 und 2 aus einem Material, welches einen sperrenden Übergang mit dem Halb-_ leiter 32 bildet, so z.B. einen Schottkyschen-Oberflächen-Sperrschicht-Übergang oder einen PN-Übergang.

Beim Betrieb des Halbleiter-Bauteils 30 sind der Kathoden-Kontakt 3β und der Anoden-Kontakt 38 über eine Gleichspannungsquelle, etwa eine Batterie 42 verbunden. Der dritte Kontakt 40 kann elektrisch direkt mit dem Kathoden-Kontakt 36 verbunden werden, so daß die gleiche Spannung, die am Kathoden-Kontakt 36 liegt, auch dem dritten Kontakt 40 zugeführt wird. Wie in der Abbildung gezeigt, wird der dritte Kontakt 40 jedoch über eine zweite Gleichspannungsquelle, etwa die Batterie 44, in Parallelschaltung mit einem Kondensator 46 mit dem Kathoden-Kontakt 36 verbunden, wodurch die dem dritten Kontakt 40 zugeführte Spannung, in Bezug auf die dem Kathoden-Kontakt 36 zugeführte Spannung verändert werden kann, indem man die Spannung der Batterie 44 verändert bzw. auswählt.

Wie bei dem Halbleiter-Bauteil 10 nach Fig. 1 und 2 erzeugt die zwischen Kathoden-Kontakt 36 und Anoden-Kontakt 38 des Bauteils 30 angelegte Spannung ein elektrisches Feld entlang der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 32, während die an den dritten Kontakt 40 angelegte Spannung das Profil dieses elektrischen Feldes in einer !fels© ändert_s die abhängig ist vom Abstand zwischen dem Ende 40a des dritten Kontakts 40 und dem Ende 36a des Kathoden-Kontakte 36₀ Is

wurde herausgefunden, daß eine Veränderung der zwischen drittem Kontakt 40 und Kathoden-Kontakt 36 angelegten Spannung eine ganz ähnliche Veränderung des Profils des elektrischen Feldes entlang der Halbleiter-Schicht 32 zur Folge hat wie sie durch Verändern des Abstands zwischen dem Ende 40a des dritten Kontakts 40 und dem Ende 36a des Kathoden-Kontakts 36 erreicht wird,, Wird die dem dritten Kontakt zugeführte Spannung stärker negativ gemacht als die dem Kathoden-Kontakt 36 zugeführte Spannung, so ist der Einfluß auf das Profil des elektrischen Feldes derselbe wie er durch Vergrößerung des Abstands zwischen dem Ende 40a des dritten Kontakts 40 und dem Ende 36a des Kathoden-Kontakts 36 erzielt wird. Das Profil des entlang der Halbleiter-Schicht 32 gebildeten elektrischen Feldes läßt sich also verändern durch Verändern des Abstands zwischen dem Ende 40a "des dritten Kontakts 40 und dem Ende 36a des Kathoden-Kontakts 36 und/oder durch Verändern der dem dritten Kontakt 40 zugeführten Spannung gegenüber der dem Kathoden-Kontakt 36 zugeführten Spannung.

Das Bauteil 10 riach Fig. 1 und 2 und das Bauteil 30 nach Fig. 4 können als zweipolige Mikrowellen-Reflex-Verstärker Verwendung finden, wenn man die Halbleiter-Schicht aus einem. Material herstellt, das einen differentiellen negativen Widerstand infolge Elektronensprung-Sffekts hat, wie etwa N-leitendes Gallium-Arsenid und andere Ill-V-Verbindungen oder Mischungen aus solchen Verbindungen. Kathoden- und Anoden-Kontakt werden über eine Gleichspannungsquelle verbunden, welche ein elektrisches Feld entlang der Oberfläche der Halbleiter-Schicht erzeugt, das über der Schwellen-Spannung des negativen Widerstands des Halbleiter-Materials der Schicht liegt« Vorzugsweise wird das Profil des elektrischen Feldes so eingestellt, daß es praktisch gleichförmig über die Länge der Halbleiter-Schicht ist; dies geschieht durch sorgfältiges Anpassen des Abstandes

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zwischen dem Ende des dritten Kontakts und dem Ende des Kathoden-Kontakts und/oder durch sorgfältiges Anpassen der dem dritten Kontakt zugeführten Spannung wie oben beschrieben. Der Kathoden-Kontakt und der Anoden-Kontakt sind außerdem über die Quelle eines HF-Signal-Eingangs für den Verstärker verbunden, wobei die Quelle auch das Ausgangs-Signal des Verstärkers empfängt. Wird ein HF-Signal der Halbleiter-Vorrichtung zugeführt, dessen Frequenz der Laufzeit-Frequenz oder Harmonischen der Laufzeit-Frequenz der Halbleiter-Schicht entspricht, so stärkt der negative Widerstand der Halbleiter-Schicht das HF-Signal bei seinem Durchlauf über die Halbleiter-Schicht vom Kathoden-Kontakt zum Anoden-Kontakt, wodurch das Ausgangs-Signal von dem Halbleiter-Bauteil gegenüber dem Eingangs-Signal verstärkt wird.

Das erfindungsgemäße Halbleiter-Bauteil, das bei Benutzung als Mikrowellen-Reflexions-Verstärker eine dünne Schicht aus Halbleiter-Material aufweist, hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Mikrowellen-Reflexions-Verstärkern mit einem massiven Körper aus Halbleiter-Material und Kontakten an beiden Enden desselben, wobei das Signal die Masse des Körpers zwischen den Kontakten passiert. Bei diesen herkömmlichen,, massigen Reflexions-Verstärkern ist der negative Widerstand des aus Halbleiter-Material bestehenden Körpers am stärksten bei der Laufzeit-Frequenz des Körpers und wird zunehmend schwächer bei den höheren Harmonischen der Laufzeit-Frequenz. Das heißt, daß diese Vorrichtungen in der Praxis in der Nähe der Laufzeit-Frequenz betrieben werden müssen. Um einen herkömmlichen massigen Reflexions-Verstärker bei höheren Frequenzen betreiben zu können, war es bisher nötig, die Laufzeit durch Verringerung des Abstandes zwischen Kathode und Anode zu verringern. Dadurch wird auch die Spannung und damit auch das Impedanz^Niveau und Leistungs-Hiveau der Vorrichtung ver-

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ringert. Um bei höheren Frequenzen die gleiche Leistung zu erhalten, muß man die Vorrichtung entweder höher dotieren oder breiter machen um den Strom zu erhöhen, was das Impedanz-Niveau noch.weiter absenkt. Eine praktische untere Grenze für das Impedanz-Niveau, die sich bei ausgeführten Schaltungen noch verwirklichen läßt, setzt eine obere Grenze fest für den Leistung mal Frequenz - Faktor einer Laufzeit-Vorrichtung. Es wurde jedoch gefunden, daß erfindungsgemäße Halbleiter-Bauteile bei den höheren Harmonischen der Laufzeit-Frequenz einen ebenso großen negativen Widerstand haben wie bei der Laufzeit-Frequenz selbst. Man kann ein· solches Bauteil also für höhere Frequenzen einsetzen, indem man es bei den höheren Harmonischen der Laufzeit-Frequenz betreibt, anstatt daß man den Abstand zwischen Kathode und .Anode verringert, Somit braucht die Impedanz des erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteils nicht mit zunehmender Frequenz abzunehmen«, Dies erlaubt einen Betrieb des Bauteils bei hohen Leistungs-Niveaus und hohen Frequenzen bei gleichzeitig hohen Impedanz-Niveaus, d.h. man vermeidet hier die übliche Begrenzung des Leistung χ

p
Frequenz - Faktors,

Ein anderes Problem bei den massigen Reflexions-Verstärkern rührt von der Wärme her, die sich im Halbleiter-Material bildet, wenn die Vorrichtung bei hohen Leistungs-Niveaus betrieben wird. Um ein einwandfreies Arbeiten der Vorrichtung sicherzustellen, muß genügend Wärme abgeführt werden, damit die Vorrichtung nicht oberhalb einer Grenz-Temperatur arbeitet. Die Wärme wird im allgemeinen durch Wärme-Senken abgeführt, die an die Kontakte an den Enden des Halbleiter-Körpers montiert sind. Dabei muß die Wärme jedoch durch die ganze Länge: des Halbleiter-Körpers hindurch fließen, bevor sie die Senken erreicht, was nicht für eine hinreichend gute Wärmeabfuhr ausreicht, besonders dann nicht, wenn die Vorrichtung mit kontinuierli-

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ehern Wellen-Eingang betrieben wird. Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteil erstreckt sich jedoch die Halbleiter-Schicht über die Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats, welches auch ein guter Wärmeleiter sein kann und eine viel größere Masse hat als .die Halbleiter-Schichte Die in der Halbleiter-Schicht erzeugte Wärme fließt direkt und schnell in das Substrat ab, so daß die Halbleiter-Schicht relativ kühl gehalten wird» Daher kann man das erfindungsgemäße Halbleiter-Bauteil mit kontinuierlichem Welleneingang betreiben; denn die hierbei erzeugte Wärme in der Halbleiter-Schicht wird schnell aus dieser in das Substrat abgeführt. Ferner läßt sich dieses Halbleiter-Bauteil als Teil einer integrierten Schaltung verwenden..

Wie beschrieben, kann man das erfindungsgemäße Bauteil als Mikrowellen-Reflexions-Verstärker bei hohen Frequenzen betreiben; man kann es aber, auch als Reflexions-Verstärker bei niedrigeren Frequenzen einsetzen, indem man die elektrische Feldstärke entlang der Halbleiter-Schicht so einstellt, daß das elektrische Feld in der Nähe des Kathoden-Kontakts höher ist als in der Nähe des Anoden-Kontakts. Wie oben beschrieben, läßt sich dies, dadurch erreichen, daß man den Abstand zwischen dem anodenseitigen Ende des dritten Kontakts und dem anodenseitigen Ende des Kathoden-Kontakts vergrößert, .und/oder daß man die dem dritten Kontakt zugeführte Spannung stärker negativ macht als die dem Kathoden-Kontakt zugeführte Spannung, Das Bauteil kann auch als Oszillator für die Erzeugung von Mikrowellen-Leistung verwendet werden, indem man eine Rückkopplungs-Schaltung in dem Schaltkreis vorsieht, der das Ausgangs-Signal der Halbleiter-Vorrichtung aufnimmt, so daß sich das HF-Eingangs-Signal zum Halbleiter solange aufschaukelt, bis das Bauteil oszilliert (selbsttätig schwingt).

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In Fig«, 5 und 6 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt und mit 50 bezeichnet, die sich als Wanderwellen-Verstärker einsetzen läßt. Der Verstärker 50 enthält eine Schicht 52 aus Halbleiter-Material mit-differentiellem negativen Widerstand infolge Elektronensprung-Effekts, z.B. aus N-leitendem Gallium-Arsenid oder anderen III-V-Halbleiter-Verbindungen oder Mischungen von solchen Verbindungen. Die Schicht 52 befindet sich auf der Oberfläche eines Substrats 54 aus elektrisch isolierendem oder halb isolierendem Material. Auf der Halbleiter-Schicht 52 befindet sich ein Paar von unter Abstand angeordneten Kontakten 56 und 58. Die Kontakte 56 und 58 bestehen aus einem Material, das mit der Halbleiter-Schicht 52 einen injizierenden Übergang bildet, z.B. aus einem Metallfilm in ohmschem Kontakt mit der Halbleiter-Schicht 52 oder aus einer Halbleiter-Schicht niedrigen spezifischen Widerstands der selben Art wie das Material der Halbleiter-Schicht 52. Wie dargestellt, erstrecken sich die Kontakte 56 und 58 bis zu einander gegenüberliegenden Enden des Substrats 54. Kontakt-Anschluß-Filme 60a und 60b aus elektrisch leitfähigem Material erstrecken sich von gegenüberliegenden Seiten des Kontakts 56 bis zu den Seiten des Substrats 54 j Kontakt-Anschluß-Filme 62a und 62b aus elektrisch leitfähigem Material erstrecken sich von gegenüberliegenden Seiten des Kontakts 58 bis zu den Seiten des Substrats 54. Die Anschluß-Filme 60a, 60b, 62a und 62b sind elektrisch isoliert von der Halbleiter-Schicht 52, und zwar entweder dadurch, daß eine Schicht aus elektriech isolierendem Material zwischen den Anschluß-Filmen und der Halbleiter-Schicht angebracht wird oder dadurch, daß die Anschluß-Filme aus einem Material hergestellt werden, das einen sperrenden übergang mit der Halbleiter-Schicht bildet, z.B. aus einem Metall, das einen Schottkyschen-Oberflächen-Sperrschicht-Übergang mit der Halbleiter-Schicht bildet. Ein schmaler Eingangs-Kontakt 64 befindet sich auf

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der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 52 und erstreckt sich längs des Endes des Kontakts 56 in einem gewissen Abstand von diesem» Ein schmaler Ausgangs-Kontakt 66 befindet sieh ebenfalls auf der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 52 und erstreckt sich längs des Endes des Kontaktes 58 in einem gewissen Abstand von diesem. Der Eingangs-Kontakt 64 hat einen breiteren Anschlußteil 64a, der sich nach der einen Seite des Substrats 54 hin erstreckt^ und zwar in der Weise, daß der Teil 64a praktisch in der Mitte liegt. zwischen den Kontakt-Anschluß-Filmen 60a und 62a. Der Äüigangs-Kontakt 66 hat einen breiteren Anschlußteil 66a, der sich nach der anderen Seite des Substrats 54 hin erstreckt, und zwar so, daß der Teil 66a praktisch in der Mitte liegt zwischen den Kontakt-Anschluß-Filmen 60b und 62b, Eingangs-Kontakt 64 und Ausgangs-Kontakt 66 sind Mittel-Leiter in koplanaren Wellenleitern, deren Mikrowellen-Grundebenen die größeren leitfähigen Flächen 60 und 62 und deren Anschluß-Filme sind. Die Leiter 64 und 66 verlaufen von exzentrischen Lagen in der Mitte des Substrats zu praktisch konzentrischen Lagen an den Seiten des Substrats. Die Breiten und Längen der Eingangs- und Ausgangs-EELektroden 64 und 66 sowie die Abstände zwischen diesen Elektroden und den Mikrowellen-Grundebenen 60 und 62 und deren Anschluß-Filmen werden so festgelegt, daß man die geeigneten Impedanzen für eine gute Kopplung mit der Mikrowellen-Eingangsleitung und der Mikrowellen-Ausgangsleitung bekommt. Singangs-Kontakt 64 und Ausgangs-Kontakt 66 sind aus einem Material, das einen sperrenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht 52 bildet, z.B. aus einem Metall, das einen Schottkyschen-Oberflächen-Sperrschicht-Übergang bildet oder aus einem P-leitenden Halbleiter-Material von der gleichen Art wie das der Halbleiter-Schichten, so daß ein PN-Übergang entsteht.

Beim Betrieb des Verstärkers 50 wird der Kontakt 58 mit

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Erde verbunden, während der Kontakt 56 über eine Gleichspannungsquelle mit Erde verbunden wird, welche dem Kontakt 56 eine derartige Vorspannung erteilt, daß dieser zur Kathode und der Kontakt 58 zur Anode wird» Der Eingangs-Kontakt 64 wird an eine HF-Signal-Quelle angeschlossen und der Ausgangs-Kontakt 66 an eine Vorrichtung zum Empfang des verstärkten HF-Signals. Der Eingangs-Kontakt 64 ist außerdem über ein Tiefpaß-Filter elektrisch mit dem Kathoden-Kontakt 56 verbunden, wobei noch die Möglichkeit besteht, durch eine in Reihe geschaltete Gleichspannungsquelle den Eingangs-Kontakt gegenüber dem Kathoden-Kontakt vorzuspannen. In Mikrowellen-Schaltungen wird man den Verstärker 50 'im allgemeinen mit den Vorrichtungen, die das Eingangs-Signal liefern bzw. das Ausgangs-Signal empfangen, durch verteilte Leitungen des Typs verbinden, bei denen der Leiter elektrisch isoliert innerhalb einer Grundebene verläuft. Für derartige Verbindungen kann die Grundebene der Eingangs-Leitung mit dem Anschluß-Film 62a der Anode 58 verbunden werden und die Grundebene der Ausgangs-Leitung mit dem Anschluß-Film 62b der Anode 58. Die Gleichspannungsquelle für die Kathode 56 kann man zwischen einen der Anschluß-Filme 60a und 60b und die Grundebene von der Eingangs- oder der Ausgangs-Leitung schalten. Der Leiter der Eingangs-Leitung kann mit dem Anschlußteil 64a des Eingangs-Kontakts 64 verbunden werden und der Leiter der Ausgangs-Leitung mit dem Anschlußteil 66a des Ausgangs-Kontakts 66. Den Tiefpaß-Filter und die Gleichspannungsquelle zur Vorspannung des Eingangs-Kontakts 64 kann man zwischen einen der Kathoden-Anschluß-Filme 60a bzw. 60b und den Anschlußteil 64a des Eingangs-Kontakts schalten.

Beim Betrieb des Verstärkers 50 erzeugt die an die Kathode 56 angelegte Gleichspannung ein elektrisches Feld längs der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 52 zwischen der Kathode 56 und der Anode 58. Die angelegte Vorspannung soll-

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te von genügender Größe sein um das elektrische Feld über die Schwellen-Spannung für den negativen Widerstand des Halbleiter-Materials der Schicht 52 anzuheben. Das Profil des elektrischen Feldes wird über die Länge der Halbleiter-Schicht praktisch gleichförmig gemacht durch Einstellen der Lage des Eingangs-Kontakts 64 und/oder durch Einstellen der elektrischen Vorspannung des Eingangs-Kontakts 64, wie es oben beschrieben.wurde. Das dem Eingangs-Kontakt 64 zugeführte HF-Signal erzeugt ein korrespondierendes HF-Signal in der Halbleiter-Schicht 52, welches vom Kathoden-Ende zum Anoden-Ende der Vorrichtung wandert. Beim Durchgang des HF-Signals durch die Halbleiter-Schicht 52 verstärkt der negative Widerstand der Halbleiter-Schicht das Signal, so daß das Ausgangs-Signal vom Ausgangs-Kontakt 66 gegenüber dem Eingangs-Signal verstärkt erscheint.

Der Wanderwellen-Verstärker 50 hat gegenüber dem vorher beschriebenen Reflexions-Verstärker den Vorteil, daß das Ausgangs-Signal über eine Leitung abgeführt wird, die getrennt ist von der Leitung, die das Eingangs-Signal liefert. Demgegenüber wird beim Reflexions-Verstärker das Ausgangs-Signal über die gleiche Leitung abgeführt, über die das Eingangs-Signal zugeführt wird. Deshalb muß die Schaltung, die in Verbindung mit dem Reflexions-Verstärker benutzt wird, Mittel enthalten, wie etwa einen Zirkulator, die das Eingangs-Signal vom Ausgangs-Signal trennen, während der Wanderwellen-Verstärker 50 sein Ausgangs-Signal ohne irgendwelche zusätzlichen Zwischen-Schaltkreise direkt dem Empfangs-Schaltkreis für das verstärkte Signal zuführen kann. Der Wanderwellen-Verstärker hat dieselben guten Wärmeleitungs-Eigenschaften wie sie für den Reflexions-Verstärker beschrieben wurden, so daß er ebenfalls für kontinuierlichen Mikrowellen-Betrieb geeignet ist. Es wurde ferner gefunden, daß die Phase des· Ausgangs-Signals in Bezug auf die Phase des Eingangs-Signals verschoben wer-

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den kann, indem die dem Kathoden-Kontakt zugeführte Spannung erhöht wird. Ferner ist der Aufbau des Wanderwellen-Verstärkers 50 symmetrisch, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Das heißt, daß die Kontakte 64 und 66, die als Eingangsbzw, Ausgangs-Kontakt beschrieben wurden, in ihrer Funktion auch umgekehrt werden können, so daß der Kontakt 66 zum Eingangs-Kontakt und der Kontakt 64 zum Ausgangs-Kontakt wird. Vertauscht man die Kontakte 64 und 66 auf diese Weise, so müssen die Kontakte 56 und 58 ebenfalls vertauscht werden, so daß der Kontakt 58 zur Kathode und der Kontakt 5β zur Anode wird. Der Wanderwellen-Verstärker 50 kann auch zum Teil einer integrierten Schaltung gemacht werden.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauteils dargestellt und mit 70 bezeichnet, das eine Modifikation des Wanderwellen-Verstärkers gemäß Fig. 5 und 6 ist. Der Wanderwellen-Verstärker 70 ist gleichartig aufgebaut wie der Wanderwellen-Verstärker 50 nach Fig. 5 und 6, d.h, er enthält eine Schicht 72 aus Halbleiter-Material - mit differentiellem negativen Widerstand infolge Elektronensprung-Effekts - auf der Oberfläche eines Substrats 74 aus elektrisch isolierendem oder halb-isolierendem Material. Unter Abstand angeordnete Kathoden- und Anoden-Kontakte 76 und 78 befinden sich auf der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 72. Eingangs-Kontakt 84 und Ausgangs-Kontakt 86 befinden sich ebenfalls auf der Halbleiter-Schicht 72 zwischen Kathoden-Kontakt 76 und Anoden-Kontakt 78 und diesen benachbart«, Kathoden- und Anoden-Kontakt 76 bzw, 78 bestehen wie Kathoden- und Anoden-Kontakt 56 bzw. 58 des Wanderwellen-Verstärkers 50 aus einem Material, das einen injizierenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht 72 bildet, Eingangs- und Ausgangs-Kontakt 84 und 86 bestehen wie Eingangs- und Ausgangs-Kontakt 64 und 66 des Wanderwellen-Verstärkers 50 aus einem Material, das einen sperrenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht

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72 bildet. Der Wanderwellen-Verstärker 70 enthält jedoch noch einen zusätzlichen Kontakt 88 auf der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 72 zwischen Kathoden-Kontakt 76 und Eingangs-Kontakt 84 und dem Kathoden-Kontakt 76 unmittelbar benachbarte Der zusätzliche Kontakt 88 erstreckt sich bis zum Ende des Kathoden-Kontakts 76 und über diesen hinweg, so daß er elektrisch mit diesem verbunden ist. Der zusätzliche Kontakt 88 besteht aus einem Material, das einen sperrenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht 72 bildet, z.B. aus einem Metall, das einen Schottkyschen-Oberflä-P chen-Sperrschicht-Übergang mit der Halbleiter-Schicht 72 bildet, oder aus einem P-leitenden Halbleiter-Material von der gleichen Art wie das Material der Halbleiter-Schicht 72, das einen PN-Übergang mit der Halbleiter-Schicht 72 bildete

Der Wanderwell en-Verstärker 70 wird auf die gleiche Weise benutzt und arbeitet auf die gleiche Weise wie dies für den Verstärker 50 nach Fig. 5 und 6 beschrieben wurde. Die dem Eingangs-^Kontakt 84 zugeführte Gleichspannung verändert das Profil des längs der Oberfläche der Halbleiter-Schicht 72 erzeugten elektrischen Feldes so, daß das elek- ^ trische Feld praktisch gleichförmig zwischen dem Eingangs-Kontakt 84 und dem Ausgangs-Kontakt 86 wird. Der zusätzliche Kontakt 88 jedoch erstreckt sich um einen solchen Betrag vom Kathoden-Kontakt 76 hinweg, daß die dem zusätzlichen Kontakt 88 zugeführte Spannung das elektrische Feld zwischen dem Kathoden-Kontakt 76 und dem Eingangs-Kontakt 84 ebenfalls praktisch gleichförmig macht. Diese Modifikation des elektrischen Feldes verbessert den Verstärkungsgrad und die Rauschzahl des Verstärkers 70, indem sie die Eingangs-Kopplung verbessert; sie ermöglicht ferner den Betrieb des Verstärkers bei höheren Harmonischen der Eingangs-Koppler-Laufzeit-Frequenz, um hohe Leistungs-Niveaus zu erhalten ohne einen wesentlichen Verlust in der Impe-

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danz des Verstärker-Eingangs-Kreises.

Zusätzlich kann man den Ausgangs-Kontakt 86 mit der Anode 78 über ein Tiefpaß-Filter und eine veränderliche Gleichspannungsquelle verbinden, wie der Eingangs-Kontakt 84 mit dem Kathoden-Kontakt 76 verbunden ist. Eine separate Einstellung der Spannung zwischen den Kontakten 86 und 78 beeinflußt das Feld-Profil zwischen 86 und 78 unabhängig von dem Profil zwischen 84 und 86, Dadurch wird ein zusätzliches Ausglätten des gesamten Feld-Profils erreicht und insbesondere wird eine Optimierung des Feld-Profils im Ausgangs-Kreis der Vorrichtung ermöglicht. Diese Modifikation des elektrischen Feldes verbessert den Verstärkungsgrad und die Sättigungs-Leistung des Verstärkers 70 weiter, indem sie die Ausgangs-Kopplung verbessert; sie ermöglicht ferner den Betrieb des Verstärkers bei den höheren Harmonischen der Ausgangs-Koppler-Laufzeit-Frequenz, um hohe Leistungs-Niveaus zu erhalten ohne einen wesentlichen Verlust in der Impedanz des Verstärker-Ausgangs-Kreises, Die zusätzlichen Modifikationen, die in das Bauteil 70 eingeführt wurden, erlauben also eine unabhängige Einstellung des Feld-Profils in drei separaten Bereichen der Vorrichtung, nämlich im Eingangs-Bereich zwischen den Kontakten 76 und 84, im Wanderwellen-Bereich zwischen den Kontakten 84 und 86 und im Ausgangs-Bereich zwischen den Kontakten 86 und 78.

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Claims

RCA Corporation., 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

' Patentansprüche;

il Halbleiter-Bauteil, gekennzeichnet ^· durch eine Schicht (12) aus Halbleiter-Material, zwei mit Abstand voneinander angeordnete, mit der Halbleiter-Schicht in Berührung stehende Kontakte (16, 18), von denen mindestens einer einen injizierenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht bildet, sowie durch einen sperrenden Übergang mit der genannten Schicht bildende Mittel, die zwischen den genannten Kontakten in unmittelbarer Nachbarschaft eines Kontaktes angebracht sind, der einen injizierenden Übergang mit der Schicht (12) bildet^ und die dazu geeignet sind, das Profil des elektrischen Feldes zu verändern, das sich entlang der Schicht (12) ausbildet, wenn eine Spannung zwischen den Kontakten (16 und 18) angelegt wird.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den sperrenden Übergang bildenden Mittel einen dritten Kontakt (20) auf einer Oberfläche der Halbleiter-Schicht (12) enthalten, wobei dieser dritte Kontakt (20) aus einem Material besteht, das einen sperrenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht (12) bildet.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt (20) aus einem Metall ist, das mit der Halbleiter-Schicht (12) einen Schottkyschen-Oberflächen-Sperrschicht-Übergang bildet.

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4. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt (20) aus einem Halbleiter-Material besteht, das mit der Halbleiter-Schicht (12) einen PN-Übergang bildet. ' *

5. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch -gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt (20) mit dem ihm von den zwei Kontakten (.16 und 18) unmittelbar benachbarten Kontakt (16) elektrisch verbunden ist_e

6. Bauteil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt (20) an den

. ihm unmittelbar benachbarten Kontakt (16) heranreicht und diesen so umfaßt, daß er elektrisch damit direkt verbunden ist.

7. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Kontakt mit dem genannten, unmittelbar benachbarten Kontakt elektrisch so verbunden ist, daß die an den dritten Kontakt angelegte Spannung in Bezug auf die Spannung verändert werden kann, die an den nächst benachbarten der beiden Kontakte angelegt wird.

8. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12) auf einem Substrat (14) aus isolierendem Material angebracht ist, und daß die einen sperrenden Übergang bildenden Mittel aus einem dritten Kontakt (20) auf der Halbleiter-Schicht (12) bestehen, der zwischen dem Kathoden-Kontakt (16) und Anoden-Kontakt (18) in unmittelbarer Nachbarschaft zum Kathoden-Kontakt (16) angeordnet ist und einen sperrenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht (12) bildet.

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Bauteil nach Anspruch 8, dadurch g e k e- η ή zeichnet, daß der dritte Kontakt (20, 40) elektrisch mit dem Kathoden-Kontakt (16, 36) verbunden ist, und daß eine Gleichspannung zwischen Kathoden-Kontakt (16, 36) und Anoden-Kontakt (18, 38) zwecks Erzeugen eines elektrischen Feldes längs der Oberfläche der Halbleiter-Schicht (12, 32) zwischen Kathoden-Kontakt und Anoden-Kontakt angelegt werden kann, welches mindestens so groß ist wie die Schwelle für den negativen Widerstand des Halbleiter-Materials der Halbleiter-Schicht (12, 32).

10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an den dritten Kontakt (20, 40) angelegte Spannung sowie die Lage des dritten Kontakts in Bezug auf den Kathoden-Kontakt (16, 36) so gewählt sind, daß das elektrische Feld praktisch gleichförmig zwischen Kathoden-Kontakt (16, 36) und Anoden-Kontakt (18, 38) ist.

11. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß, die an den dritten Kontakt (20, 40) angelegte Spannung sowie die Lage des dritten Kontakts in Bezug auf den Kathoden-Kontakt (16, 36) so gewählt sind, daß das elektrische Feld in der Nähe des Kathoden-Kontakts höher ist als in der Nähe des Anoden-Kontakts (18, 38).

12. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß mit Abstand voneinander angeordnete Eingangs- und Ausgangs-Kontakte (64 und 66) auf der Halbleiter-Schicht (52) zwischen Kathoden-Kontakt (56) und Anoden-Kontakt, (58) vorhanden sind, welche sperrende Übergänge mit der Halbleiter-Schicht (52) bilden, wobei der Eingangs-Kontakt (64) in der Nachbarschaft des Kathoden-Kontakts (56) und der Ausgangs-Kontakt (66) in der

. Nachbarschaft des Anoden-Kontakts (58) liegen.

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13«, Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekenn-' zeichnet, daß der Eingangs-Kontakt elektrisch mit dem Kathoden-Kontakt verbunden ist, und daß eine Gleichspannung zwischen Kathoden-Kontakt und Anoden-Kontakt zwecks Erzeugen eines elektrischen Feldes längs der Oberfläche der Halbleiter-Schicht angelegt werden kann, welches .mindestens so groß ist, wie die Schwelle für den negativen Widerstand des Halbleiter-Materials der Halbleiter-Schichte

14. Bauteil nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekenn ζ e ichnet , 'daß die an den Eingangs-Kontakt (64) angelegte Spannung sowie die Lage des Eingangs-Kontakts in Bezug auf den Kathoden-Kontakt (56) so gewählt sind, daß das elektrische Feld praktisch gleichförmig zwischen Eingangs-Kontakt (64) und Ausgangs-Kontakt (66) ist.

15. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kontakt (88) auf der Halbleiter-Schicht (72) zwischen Kathoden-Kontakt (76) und Eingangs-Kontakt (84), und zwar dem Kathoden-Kontakt unmittelbar benachbart vorhanden ist, daß der Kontakt (88) einen sperrenden Übergang mit der Halbleiter-Schicht (72) bildet und elektrisch mit dem Kathoden-Kontakt (76) verbunden ist.

16. Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangs-Kontakt (86) elektrisch mit dem Anoden-Kontakt (78) verbunden ist, und zwar so, daß eine Spannungs-Differenz zwischen beiden Kontakten entsteht, die das elektrische Feld zwischen Ausgangs-Kontakt und Anoden-Kontakt praktisch gleichförmig macht.

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