DE2163835C3 - Halbleiter-Umschaltanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur aufeinanderfolgenden Umschaltung.

Die Erfindung beruht auf den Eigenschaften gewisser Halbleiterelemente, die die Eigenschaft haben, daß sie je nach der an sie angelegten Spannung zwei Leitfähigkeitszustände aufweisen, nämlich einen Zustand geringer Leitfähigkeit und einen Zustand hoher Leitfähigkeit; unterhalb einer Spannungsschwelle K₅ besteht der Zustand geringer Leitfähigkeit, und das Halbleiterelement kann praktisch als Sperrglied angesehen werden, während oberhalb dieser Spannungsschwelle das Halbleiterelement eine hohe Leitfähigkeit aufweist, so daß es ein guter Leiter ist.

Die gleichen Elemente weisen ferner die Eigenschaft a.if, daß sie eine Photonenstrahlung aussenden, wenn sie sich im leitenden Zustand befinden, und daß sie umgekehrt unter der Einwirkung einer solchen Strahlung bei einer unter der Spannungsschwelle V_s liegenden Spannung aus dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand gehen.

Solche Elemente sind auf dem Gebiet der Halbleiiertechnik bekannt, und ihre Eigenschaften sind in der dieses Gebiet betreffenden technischen Literatur beschrieben.

κι Bei der Erfindung werden die zuvor angegebenen Eigenschaften für die Ausbildung einer Anordnung für aufeinanderfolgende Umschaltung von kleinem Raumbedarf ausgenutzt, die eine außerordentlich geringe Energie verbraucht, und sehr einfach ausgebildet ist.

ii Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Umschaltanordnung nach der Erfindung zusammen mit einem Diagramm der an die Anschlußklemmen angelegten Spannungen und

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Umschalters nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Folge von nebeneinanderliegenden Elementen, welche die zuvor angegebenen Eigenschaften haben und ein Stäbchen 20 bilden, auf dessen Oberseite und Unterseite metallische Kontakte aufgebracht sind, die durch Rechtecke ohne Bezugszeichen in vollen Linien auf der Oberseite und in gestrichelten Linien auf der Unterseite dargestellt sind: dadurch werden Dioden 1 bis 9 gebildet, welche die metallischen Kontakte als Klemmen haben.

Die Kontakte auf der Unterseite sind gemeinsam mit einem Anschluß D verbunden, während diejenigen der Oberseite so angeschlossen sind, daß drei Gruppen gebildet werden, von denen die erste Gruppe die Dioden 1, 4, 7 enthält, die an die Klemme A angeschlossen sind, die zweite Gruppe die Dioden 2, 5, 8, die an die Klemme B angeschlossen sind, und die dritte Gruppe, die Dioden 3, 6, 9, die an die Klemme C angeschlossen sind.

Die so gebildete Anordnung ermöglicht es, die Umschaltung von der Diode 1 nacheinander zu allen Dioden fortzuschallen.
Zu diesem Zweck werden an die Klemmen A, B, Cder drei Gruppen über /JC-Schaltungen RCo Rechteckspannungsimpulse gleicher Breite, d. h. gleicher Dauer angelegt, die gegeneinander um die Impulsbreite versetzt sind, wie in dem Diagramm im linken Teil von Fig. 1 dargestellt ist; dabei stellen die reliefartigen Stufen die Impulse dar, deren Intensität unter der betreffenden Spannungsschwelle V, liegt.

Wenn sich beispielsweise in einem gegebenen Zeitpunkt die Diode 4 im leitenden Zustand befindet, emittiert sie auf Grund der zuvor erläuterten Eigenschaft eine Photonenstrahlung, der die beiden benachbarten Dioden 3 und 5 ausgesetzt sind, während die Dioden 2 und 6 infolge des Vorhandenseins der Dioden 3 und 5 der Einwirkung dieser Strahlung entzogen sind. Wenn an den Klemmen der Diode 5 einer der an den Punkt B angelegten Spannungsimpulse erscheint, kippt die Diode 5, die durch die von der Diode 4 kommende Strahlung angestrahlt ist, in den leitenden Zustand um, während die Diode 2, obwohl sie gleichfalls diesem

. Impuls ausgesetzt ist, von der Diode 4 zu weit entfernt ist, um deren Strahlung zu empfangen, so daß sie im gesperrten Zustand bleibt.

Nach dem Zünden der Diode 5 verschwindet der an die Diode 4 angelegte Spannungsimpuls wegen der

gegenseitigen Versetzung, die zwischen den den Gruppen A, B, C zugeführten Impulsen besteht Dann befindet sich nur die Diode 5 im leitenden Zustand; sie strahlt ihrerseits die unmittelbar benachbarten Dioden an, also die Dioden 4 und 6, jedoch nicht die übrigen Dioden, die zu weit entfernt sind. Wenn der an die Diode 5 angelegte Spannungsimpuls aufhört, erscheint der an die Diode 6 angelegte Spannungsimpuls, die ihrerseits in den leitenden Zustand kippt

Dieser 'Vorgang wiederholt sich fortschreite ad, iu wodurch aüe Dioden der Reihe nacheinander leitend gemacht werden. Darüber hinaus ist es notwendig, den Umschaltvorgang wieder einzuleiten. Diese Wiedereinleitung erfolgt mit Hilfe der Diode 0, die den anderen Dioden gleich ist aber mit ihren Klemmen D und E an ι => einen Generator angeschlossen ist, der zwischen diesen Klemmen D und E Impulse anlegt deren Amplitude größer als die zuvor erwähnte Spannungsschwelle für das Umkippen aus dem gesperrten Zustand in den leitenden Zustand ist

Die beschriebene Vorrichtung liefert somit ein Mittel für die Fortschaltung einer Umschaltung entlang einer Zeile in einer gegebenen Richtung mit einer gegebenen Geschwindigkeit, welche durch die Breite der den Gruppen A, 5und C zugeführten Impulse einstellbar ist.

Es versteht sich von selbst, daß der gleiche Vorgang auch dann eintreten würde, wenn man, anstatt den drei Punkten A, Bund Clmpulse gleicher Breite zuzuführen, die gegenseitig um diese Breite versetzt sind, ganz allgemein an diese Punkte nacheinander Impulse beliebiger Dauer anlegen würde, die aber jeweils ge{.en den vorangehenden Impuls um die Breite dieses vorangehenden Impulses versetzt sind, also beliebige Impulse, die ohne Unterbrechung zeitlich aufeinanderfolgen.

Es ist auch möglich, mehrere getrennte Umschaltungen in der gleichen Vorrichtung dadurch fortzuschalten, daß jede dieser Umschaltungen im gewünschten Zeitpunkt durch die Diode 0 ausgelöst wird, bevor der erste Durchlauf die letzte Diode 9 erreicht hat.

Es versteht sich von selbst, daß mehrere Anordnungen der in Fig. 1 gezeigten Art vereinigt werden können.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anordnung kann in der nachstehend beschriebenen und an Hand des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 dargestellten Weise realisiert werden, wobei die Anzahl der Dioden auf 17 beschränkt sei.

Ein einkristallines Galliumarsenidplättchen 20, das beispielsweise mit Sauerstoff dotiert ist, aber auch mit Chrom, Eisen, Zink oder irgendeinem anderen bekannten Störstoff dotiert sein kann, der das Material durch Kompensation seiner Majoritätsstörstoffe halbleitend machen kann, ist auf eine Dicke von etwa 100 μΐη, eine Breite von etwa 5 mm und eine von der Anzahl der zu bildenden Dioden abhängige Länge zurechtgeschnitten. Für 500 Dioden mit einer Seitenlänge von 40 μΐη, die in Abständen von 10 μπι liegen, würde beispielsweise eine Länge von 25 mm genügen.

Nach dem Polieren und Abbeizen werden auf den beiden Flächen des Plättchens nach irgendeinem dem Fachmann bekannten geeigneten Verfahren ^wei Reihen von Metallkontakten aufgebracht. Diese Kontakte haben beispielsweise die Form von Quadraten, wobei nur die auf die Oberseite aufgebrachten Kontakte bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 2 sichtbar sind. Auf der einen Seite des Plättchens, bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 2 der Oberseite, werden die Kontakte in der dargestellten Weise zu drei Gruppen zusammengefaßt; zu diesem Zweck wird in der nachstehend beschriebenen Weise vorgegangen:

Zunächst werden über Leiter h, die beispielsweise durch Aufdampfen erhalten werden, die Dioden 1, 4, 7_.. mit einem Metallstreifen A\ verbunden, der nach irgendeinem der bekannten Verfahren auf das Plättchen 20 aufgebracht worden ist; dann wird auf das Plättchen 20 eine Isolierschicht 21 von einigen Mikron Dicke gegen das Plättchen 20 zurückspringend gebracht Auf diese Isolierschicht wird wie zuvor ein Metallstreifen B\ aufgebracht, der durch Aufdampfen von Leitern h mit den Dioden 2, 5, 8 ... verbunden wird. Schließlich wird eine zweite Isolierschicht 22 aufgebracht, die gegen die erste Isolierschicht zurückspringt, und auf diese Isolierschicht wird ein Metallstreifen G aufgebracht, der wie zuvor über Leiter I₃ mit den Dioden 3, 6, 9 ... verbunden wird.

Die Leiterstreifen Au Bu Q werden mit den Punkten A. B bzw. C wie in Fig. 1 verbunden, während die auf der anderen Seite des Plättchens 20 liegenden Klemmen aller Dioden gemeinsam mit dem Punkt D verbunden werden.

Die Diode 0 am Ende des Plättchens 20 ist wie im Fall von F i g. 1 mit den Klemmen D und E der Auslöseschaltung verbunden. Die Leitungen /stellen die in irgendeiner an sich bekannten Weise hergestellten Verbindungen der Dioden mit jedem der Kanäle der Verbraucherschaltüng dar, deren andere Klemme mit dem Punkt D verbunden ist.

Die in Fig. 2 dargestellten Gleichrichter sollen verhindern, daß die Dioden, die zu der gleichen Gruppe wie die Diode des geschalteten Kanals gehören, parallel zu dem geschalteten Kanal geschaltet sind.

H'erzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum aufeinanderfolgenden Umschalten der Kanäle einer Mehrkanal-Schaltung mit Halbleiterdioden, welche einerseits die Eigenschaft haben, daß sie oberhalb einer bestimmten Spannungsschwelle ihrer Klemmenspannung leitend und unterhalb dieser Spannungsschwelle sperrend sind, und andrerseits die Eigenschaft, daß sie im leitenden Zustand eine Photonenstrahlung aussenden und umgekehrt unter der Wirkung einer solchen Strahlung aus dem sperrenden Zustand in den leitenden Zustand gehen, wenn ihre Klemmenspannung einen vorgegebenen Wert überschreitet, der unter der Spannungsschwelle liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von derartigen Dioden, welche in die Kanäle eingefügt sind, nebeneinander in einer Linie angeordnet sind, daß die Klemmen des einen Vorzeichens dieser Dioden miteinander verbunden sind, daß die Klemmen des entgegengesetzten Vorzeichens abwechselnd mit drei Spannungsquellen verbunden sind, die an die Klemmen jeder Diode Spannungsimpulse anlegen, deren Wert über dem vorgegebenen Wert liegt und die ohne Unterbrechung oder Überlappung aufeinander folgen, und daß die Photonenstrahlung jeder Diode die beiden unmittelbar benachbarten Dioden unter Ausschluß allerübrigen Dioden erreicht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsimpulse einander gleiche Rechteckimpulse mit der Periode Tund der Dauer 773 sind, die jeweils gegenüber dem vorhergehenden Impulse um 773 verzögert sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Diode aus einem halbleilenden Galliumarsenid-Einkristall besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden Bestandteile eines gemeinsamen halbleitenden Galliumarsenid-Einkristalls sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall die Form eines Stäbchens hat, und daß die Klemmen des einen Vorzeichens und die Klemmen des entgegengesetzten Vorzeichens auf zwei entgegengesetzte Flächen des Stäbchens aufgebracht sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Stäbchen nach Anspruch 5 enthält.