DE2159182A1 - Vibrating element - Google Patents
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Description
MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka, JapanMATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Osaka, Japan
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Schwingelement mit dem Aufbau pnpn oder npnp.The invention relates to a semiconductor vibrating element with the structure pnpn or npnp.
Bei den herkömmlichen Schwingelementen werden Schwingungen im allgemeinen dann ausgelöst, wenn ein negativer Widerstand erscheint, doch ist. ihre Stabilität gering und ihre Schwingungscharakteristik ist von außen nicht zu beeinflussen.With the conventional vibrating elements, vibrations are generally triggered when there is a negative resistance appears, but is. their stability is low and their vibration characteristics cannot be influenced from the outside.
Durch die Erfindung sollen diese Mängel ausgeschaltet werden und soll ein Schwingelement geschaffen werden, dessen Schwingungszustand stabil und Von außen beeinflußbar ist«The invention is intended to eliminate these deficiencies and a vibrating element is to be created whose vibrational state is stable and can be influenced from the outside "
Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Schwingelement zu schaf-The invention has the task of creating a vibrating element
fen, bestehend aus (a) einem Halbleiterkörper mit mindestens einem Oberflächenbereich, (b) einem ersten und einem zweiten Bereich, deren Leitfähigkeitstyp dem des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist, wobei diese Bereiche in dem Oberflächenbereich ausgeformt sind, (c) einem in dem zweiten Bereich ausgeformten dritten Bereich, dessenfen, consisting of (a) a semiconductor body with at least one Surface area, (b) a first and a second area whose Conductivity type is opposite to that of the semiconductor body, these areas being formed in the surface area, (c) a third area formed in the second area, the
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Leitfähigkeitstyp dem des zweiten Bereichs entgegengesetzt ist, (d) mit dem Halbleiterkörper bzw. mit dem ersten und mit dem dritten Bereich verbundenen Elektroden und (e) TorSpannungsmitteln zum Anlegen einer positiven Vorspannung an die Elektrode des Halbleiterkörpers und an die Elektrode des ersten Bereichs in bezug auf die des dritten Bereichs zur Hervorbringung von Schwingungserscheinungen zwischen den Elektroden des ersten und dritten Bereichs.Conductivity type is opposite to that of the second area, (d) to the semiconductor body or to the first and to the third area connected electrodes and (e) gate voltage means for Applying a positive bias voltage to the electrode of the semiconductor body and to the electrode of the first region with respect to the the third area for the production of vibrational phenomena between the electrodes of the first and third area.
Das erfindungsgemäße Schwingelement soll nun anhand der beigegebenen Zeichnungen beschrieben werden. Darin zeigen:The vibrating element according to the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. Show in it:
Figo 1 eine schematisierte Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingelementsf Figo 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the invention Schwingelementsf
JIg. 2 eine Strom-Spannungs-Kennlinie des Elements der ilg. 1; undJIg. 2 shows a current-voltage characteristic curve of the element of ilg. 1; and
ilg. 3 eine Darstellung des Schwingungsbereichs des in Jig. I gezeigten Elements.ilg. 3 shows the oscillation range of the in Jig. I shown item.
In lig. 1 ist eine Ausführungsform des Schwingungselements dargestellt, bei der ein n-Halbleiterkörper 1 vorgesehen ist, die ferner zwei p-Bereiche 2 und 3 aufweist, die in dem Halbleiterkörper 1 ausgeformt sind, einen η-Bereich 4> der in dem p-Bereich 3 ausgeformt ist, Elektroden 5, 6 und 7> die mit dem n-Bereieh 4, dem p-Bereich 2 bzw. mit dem Halbleiterkörper 1 verbunden sind, und eine Isolierschicht 8.In lig. 1 is an embodiment of the vibrating element shown, in which an n-type semiconductor body 1 is provided, the also has two p-regions 2 and 3, which are in the semiconductor body 1, an η region 4> that in the p region 3 is formed, electrodes 5, 6 and 7> those with the n-area 4, the p-region 2 or are connected to the semiconductor body 1, and an insulating layer 8.
Der Halbleiterkörper kann hierbei aus einem der üblichen Materialien wie beispielsweise Si,· Ge, GaAs oder GaP bestehen. Zum Zweck der Beschreibung sei davon ausgegangen, daß es sich bei dem Halbleiterkörper 1 beispielsweise um Silicium handelt. Auch können die Leitfähigkeitstypen jeweils entgegengesetzt sein wie bei dieser Ausführungsform, ohne daß dies das Erfindungsprinzip berühren würde.The semiconductor body can consist of one of the usual Materials such as Si, · Ge, GaAs or GaP are made. To the For the purpose of the description, it is assumed that the semiconductor body 1 is silicon, for example. Also can the conductivity types are in each case opposite to that in this embodiment, without this affecting the principle of the invention.
Die p-Bereiche 2 und 3 werden in dem n-Siliciumkörper 1 nach einem üblichen Diffusionsverfahren gebildet. Hierauf wird der n-Bereioh in dem p-Bereich 3 in ähnlicher Weise erzeugt. Bei der Isolierschicht θ handelt es sich für gewöhnlich um Siliciumoxid . Die Elektroden 5» 6 und 7 stehen mit den η-Bereichen und mit dem p-Bereioh des KLlieiumkörpers in ohmschem Kontakt. Zur Schwingungserzeugung The p-regions 2 and 3 become in the n-type silicon body 1 formed by a common diffusion process. The n-region in the p-region 3 is then generated in a similar manner. In the The insulating layer θ is usually silicon oxide. The electrodes 5 »6 and 7 are with the η-areas and with the p-area of the cell in ohmic contact. To generate vibrations
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erzeugung gemäß der Erfindung ist es erforderlich, daß die p-Bereiche 2 und 3 sowie der n-Bereich 4 in dem einen Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers 1 ausgeformt sind.generation according to the invention, it is necessary that the p-regions 2 and 3 as well as the n-area 4 in the one surface area of the Semiconductor body 1 are formed.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie zwischen den Elektroden 5 und 6 ist die in Figo 2 gezeigte, wobei die Vorwärtsrichtung dann eingestellt ist, wenn die Elektrode 6 positiv ist. In der Torwärtsrichtung wird ein negativer Widerstand erhalten und in der Sperrrichtung kann eine hohe Durchbruchspannung erhalten werden.The current-voltage characteristic between the electrodes 5 and 6 is that shown in FIG. 2, with the forward direction then is set when the electrode 6 is positive. In the gate direction a negative resistance is obtained and a high breakdown voltage can be obtained in the reverse direction.
Hinsichtlich des negativen Widerstandes ist zu bemerken, daß die Spannung V+, von der Distanz L zwischen den p-Bereichen 2 und 3 und von der Störstoffkonzentration in den p-Bereichen abhängt. Bei kleinen Werten für L nimmt Y^ geringe Werte an, und dies ist auch der Fall, wenn die Störstoffkonzentrationen in den n- und ^With regard to the negative resistance, it should be noted that the voltage V + depends on the distance L between the p-regions 2 and 3 and on the concentration of impurities in the p-regions. With small values for L, Y ^ assumes small values, and this is also the case when the contaminant concentrations in the n and ^
p-Bereichen hoch sind.p-ranges are high.
Wird nun zwischen den Elektroden 5 und 6 eine Vorwärtsvorspannung angelegt, während an die Elektrode 7 in bezug auf die Elektrode 5 eine positive Vorspannung angelegt ist, so nimmt V+, hohe Werte an und gleichzeitig sind Schwingungserscheinungen zu beobachten, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Die Schwingungsfrequenz kann sich mit L ändern und es sind Werte in dem Bereich von einigen hundert Kilohertz bis zu einigen zehn Megahertz zu beobachten. If a forward bias voltage is now applied between the electrodes 5 and 6, while a positive bias voltage is applied to the electrode 7 i n with respect to the electrode 5, then V + , assumes high values and at the same time oscillation phenomena can be observed, as shown in FIG. 3 are shown. The oscillation frequency can change with L and values in the range from a few hundred kilohertz to a few tens of megahertz can be observed.
Wird die an die Elektrode 7 angelegte Vorspannung erhöht, so erhöht sich auch V+, weiter und der Schwingungsbereich wird reduziert und schwindet schließlich. Die Schwingungserscheinungen sind- ä daher durch die Vorspannung der Elektrode 7 beeinflußbar.If the bias voltage applied to the electrode 7 is increased, then V + also increases further and the oscillation range is reduced and finally disappears. The oscillation phenomena Video- ä therefore be influenced by the bias of the electrode. 7
Es soll nun eine die Erfindung verkörpernde Anordnung konkretisiert werden.An arrangement embodying the invention is now intended be concretized.
In einen n-SiIicium-Einkristall wird zur Bildung der in Figo 1 dargestellten p-Bereiche Bor eindiffundiert. Dann wird zur. Bildung eines η-Bereiches Phosphor eindiffundiert. An den betreffenden Bereichen werden Aluminiumelektroden vorgesehen, welche die in der Zeichnung gezeigten Elektroden 5, 6 und 7 darstellen. Legt man nun in der Weise Vorspannungen an, daß die Elektrode 6 in bezug auf die Elektrode 5 positiv ist und daß die Elektrode 7 in bezug auf dieIn an n-silicon single crystal, the in Fig. 1 shown p-regions boron diffused. Then becomes the. Formation of an η-area phosphorus diffuses in. To the concerned Areas are provided with aluminum electrodes, which represent the electrodes 5, 6 and 7 shown in the drawing. If you lay now biases in such a way that the electrode 6 is positive with respect to the electrode 5 and that the electrode 7 is positive with respect to the
Elektrodeelectrode
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Elektrode 5 positiv ist, so treten Schwingungserscheinungen wie die in Fig. 3 dargestellten auf.Electrode 5 is positive, vibration phenomena such as the shown in Fig. 3 on.
In diesem Fall belief sich die Distanz L auf 7 um und
Schwingungsfrequenz betrug 1 MHz. Es wurde beobachtet, daß die
Schwingungen aufhören, wenn die Torspannung für die Elektrode 7
Wert 14 V annimmt.In this case, the distance L was 7 µm and
Oscillation frequency was 1 MHz. It was observed that the
Vibrations stop when the gate voltage for the electrode 7
Assumes a value of 14 V.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird durch die Erfindung ein Schwingelement geschaffen, das in einem Zustand stabiler Schwingungen betrieben werden kann und das gleichzeitig steuerbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher beispielsweise für Schaltzwecke, zur Schwingungserzeugung,, zur Modulation oder für ähnliche Zwecke eingesetzt werden und ist technisch sehr vielseitig verwendbar.As is apparent from the above description, the invention provides a vibrating member which is more stable in one state Vibrations can be operated and that is controllable at the same time. The device according to the invention can therefore, for example for switching purposes, for generating vibrations, for modulation or for Similar purposes can be used and is technically very versatile.
PatentanspruchClaim
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