DE2215467C2

DE2215467C2 - Elektrisch steuerbares Halbleiterbauelement und Schaltung mit einem solchen Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2215467C2
Application number: DE2215467A
Authority: DE
Inventors: Hellmut Chicago Ill. Fritzsche; Stanford R. Bloomfield Hills Mich. Ovshinsky; Robert F. Chatham Shaw; Marvin Chapel Hill N.C. Silver; Pavel Chapel Hill N.J. Smejtek
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1971-04-30
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1983-03-31
Also published as: SE371332B; NL7205050A; US3748501A; GB1385227A; CA952629A; DD99889A5; DE2215467A1; AU4160272A; FR2134508A1; BE782516A; IT957203B; IL39185A; FR2134508B1; IL39185A0; JPS572197B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch steuerbares Halbleiterbauelement der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Ein derartiges Halbleiterbauelement ist bereits bekannt (DE-OS 15 89 739, DE-AS 14 64 874). Im Gegensatz zu sogenannten »klassischen« elektronischen Halbleiterbauelementen, wie Transistoren und Dioden, die vornehmlich aus kristallinen Halbleitermaterialien, wie Germanium, Silizium u. dgl., bestehen, zeichnen sich Halbleiterbauelemente unter Verwendung von im wesentlichen amorphem Halbleitermaterial der gattungsmäßig bekannten Art durch eine Reihe von Vorteilen aus. So ist beispielsweise die Herstellung weniger kritisch, da nicht aus hochreinem Ausgangsmaterial ausgegangen werden muß, das — wie bei den genannten klassischen Halbleiterbauelementen — auf ganz spezielle Weise dotiert werden muß. Solche Dotierungen mit Verunreinigungen sollen die Gesamtheit der freien Ladungsträger im Halbleitermaterial vergrößern, um mehr freie Elektronen oder — alternativ — sogenannte »Löcher«, d.h. Mängel von Valenz-Elektronen, zu produzieren.

Bei obengenannten bekannten Halbleiterbauelementen steht eine Steuerelektrode in engen Kontakt, insbesondere auch flächigen Kontakt, mit dem amorphen Halbleiterkörper. Dabei befindet sich die als Steuerorgan dienende Steuerelektrode elektrisch im Stromkreis mit dem im Halbleiterkörper sich ausbildenden Hauptstrompfad.

Darüber hinaus ist es bekannt (DE-AS 14 64 880), eine Matrix unter Verwendung von in einer Richtung verlaufenden parallelen Elektrodenstreifen und in einer quer unter 90° dazu verlaufenden Reihe weiterer Elektrodenstreifen und unter Zwischenschalten eines Halbleiterkörpers aus amorphem Halbleitermaterial, das, wie bei den obengenannten bekannten Halbleiterbauelementen; zwischen zwei Zuständen hoher und niedriger Leitfähigkeit schaltbar ist, zwischen beiden Streifenschichten herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß es eine größere Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten bietet; es soll einfach

und schnell viele Steuerfunktionen ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst In den Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen und Verbesserungen beansprucht

Unter »heißen« Elektronen werden Elektronen verstanden, die sich in einem energetischen Zustand befinden, der sich außerhalb des Eaergiegleichgewichts im amorphen Halbleiterkörper befindet Solche heißen Elektronen sind mit verhältnismäßig geringem Leistungsaufwand steuerbar in den Halbleiterkörper injizierbar, wodurch die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials steuerbar ist Demgemäß wird ein drei- oder mehrpoliges elektrisch steuerbares Halbleiterbauelement geschaffen, das in der Lage ist, einfach und schnell viele Steuerfunktionen durchzuführen, wie im folgenden noch beschrieben wird.

Der Halbleiterkörper kann aus verschiedenen amorphen Halbleitermaterialien hergestellt werden, wie sie z.B. in der DE-AS 14 64 574 beschrieben sind. Unter diesen Materialien sind solche nachfolgend als Schwellwertmaterialien bezeichnete, bei denen ein rascher Wechsel der Leitfähigkeit bei einem speziellen Wert der angelegten Spannung, des angelegten Feldes, der angelegten Temperatur, des angelegten Strahlungsniveaus oder dergl. auftritt. Solche Materialien weisen Zusammensetzungen aus

a) 25 Atomprozent Arsen und 75% einer Mischung aus 90% Tellur und 10% Germanium

b) 40% Tellur, 35% Arsen, 18% Silicium, 6,/5% Germanium und 0,25% Indium und

c) 28% Tellur, 34,5% Arsen, 15,5Yo Germaniuni und 22% Schwefel

auf. Unter diesen Materialien sind auch solche, die eine Speicherwirkung haben. Bei ihnen tritt eine rasche Änderung der Leitfähigkeit bei einem Schwellwert der angelegten Spannung — wie oben beschrieben — auf und die Änderung der Leitfähigkeit wird von einem inneren Übergang aus dem amorphen Zustand in den stärker geordneten inneren Zustand begleitet; der letztgenannte Zustand bleibt nach der Wegnahme der ungelegten Spannung bestehen. Solche Speichermaterialien können reversibel durch einen Stromimpuls in den Originalzustand geschaltet werden. Die Schwellwertmaterialien erfordern einen »Haltestrom« eines gewissen Minimalwertes, nach dem der Übergang in den Zustand guter Leitfähigkeit stattgefunden hat, um in diesem Zustand zu verbleiben, wogegen dies bei den Speichermaterialien nicht erforderlich ist. Beispiele für Speichermaterialzusammensetzungen sind

a) 15 Atomprozent Germanium, 81% Tellur, 2% Antimon und 2% Schwefel und

b) 83% Tellur und 17% Germanium.

55

Es können auch amorphe Halbleitermaterialien, die weder Schwellenwert- noch Speichereigenschaften aufweisen, verwendet werden. Beispiele solcher Materialien sind Arsentrisulfid und Arsentrisolenid. Darüber hinaus können Materialien, die die Schwellenwert- oder Speichereigenschaften aufweisen, ncihtsdestoweniger innerhalb Bereichen betrieben werden, in denen jene Eigenschaften nicht auftreten.

Der Halbleiterkörper kann auch aus dem in der US-PS 34 61 296 bzw. DE-OS 14 88 834 beschriebenen amorphen Halbleitermaterialien bestehen, die durch elektromagnetische Strahlung verschiedener Wellenlängen bzw. Wärme schaltbar sind.

Die Halbleiterbauelemente nach der Erfindung können auf eine Fülle von Wegen und eine Vielzahl von Anwendungen betrieben werden, um auf eine, zwei oder mehrere verschiedene Energie-, oder Nachrichtenquellen anzusprechen und dadurch logische Verknüpfungen zu bilden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert Darin zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt ein Bauelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2 eine Darstellung des Kollektorstroms in Abhängigkeit von der Kollektorspannung des Bauelements von F i g. 1;

F i g. 3 ein schematisches Schaltbild eines Verstärkerkreises, der das Bauelement von F i g. 1 verwendet;

F i g. 4 eine Kurve der Verstärkungseigenschaften des Verstärkerkreises von F i g. 3;

F i g. 5 einen Teilschnitt eines Bauelements, das eine strukturelle Modifikation in Bezug zum Bauelement von F i g. 1 verkörpert;

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht eines repräsentativen Teils eines zweidimensionalen Feldes von Bauelementen;

F i g. 7 ein Schaltbild eines bidirektionalen Stromkreises;

Fig.8 ein Schaltbild mit einem impulsgesteuerten Bauelement und

Fig.9 eine Kennlinie des Bauelements in der Schaltung von F i g. 8.

In F i g. 1 ist ein elektronisch steuerbares Halbleiterbauelement 10 dargestellt, das einen Film 12 aus amorphem Halbleitermaterial aufweist, das eine Leitfähigkeits-Schwellwert-Charakteristik besitzt — wie noch im folgenden beschrieben wird —, der zwischen die niedergeschlagenen Elektroden 14 und 16 eingefügt ist. Die Elektroden 14 und 16 sind im wesentlichen parallel zueinander und schließen zwischen sich im wesentlichen die Gesamtmasse des amorphen Films 12 ein. Obwohl Aluminium ein bevorzugtes Material sein kann, aus dem die Elektroden 14 und 16 hergestellt werden können, sind auch andere Materialien, die eine gute Leitfähigkeit und eine relativ große mittlere freie Weglänge gegenüber heißen Elektronen aufweisen, wie Molybdän, ebenfalls verwendbar; die Forderung großer mittlerer freier Weglänge bezieht sich nur auf die Elektrode 16. Die Dicke der Elektrode 16 beträgt etwa 7,5 bis 20 nm, wogegen die Dicke des amorphen Films 12 sich in der Größenordnung vom Hundertfachen dieser Abmessung befinden kann.

Die Elektroden 14 und 16 bilden einen Hauptstrompfade durch den amorphen Film 12; dieser Pfad kann zwischen einem Zustand hohen Widerstands und einem Zustand hoher Leitfähigkeit umgeschaltet werden. An der Elektrode 14 ist ein Anschluß 18 befestigt, der zum Zwecke der Veranschaulichung des Betriebs des Bauelements 10 an eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist und als Kollektor des Bauelements 10 bezeichnet wird. Die Elektrode 16 ist derart hergestellt, daß sie sich seitlich bis über die Grenzen des Films 12 erstreckt, um die Verbindung mit einem Anschluß 20 zu ermöglichen, der im folgenden als Emitter bezeichnet wird. Dieser Anschluß 20 und die Elektrode 16 sind daher an einen Punkt 22 eines Bezugspotentials angeschlossen, so daß der Stromfluß durch den Film 12 von der Kollektorelektrode zur Emitterelektrode verläuft.

Das Bauelement 10 weist ferner eine Einrichtung zum

Injizieren heißer Elektronen in den amorphen Film 12 auf. In Fig. 1 ist diese elektroneninjizierende Einrichtung in der Form einer Kaltkathodendiode ausgebildet, die einen Film 24 aus Aluminium aufweist, der auf einer isolierenden Unterlage 26 niedergeschlagen ist. Zwisehen dem Aluminiumfilm 24 und der Hauptelektrode 16 befindet sich ein dünner Film 28 aus isolierendem Material, wie Aluminiumoxyd. Der Aluminiumfilm 24 ist mit Hilfe eines Anschlusses 30 an eine negative Spannungsquelle angeschlossen und wird im folgenden als Steuerelektrode des Bauelements 10 bezeichnet. Der Ausdruck »Film« ist im übrigen auch im Sinne von »Schicht« zu verstehen.

Bei Anschluß des Kollektors 14, Emitters 16 und der Steuerelektrode 24 des Bauelements 10 an die in F i g. 1 gezeigten Potentiale wird an die Kaltkathodendiode, die den AluminiüiTifi'rn 24 und den Isolierfilm 28 aufweist, ein Feld angelegt, um die Beschleunigung von Elektroden aus dem Aluminiumfilm 24 zu bewirken, der als Elektronenquellenmaterial in Richtung zur Emitterelektrode 16 wirkt. Da die isolierende Schicht 28 dünn ist und in der Größenordnung von 7,5 bis 20 nm dick ist, durchquert ein gewisser Prozentanteil der Elektronen, die von der Aluminiumschicht 24 emittiert sind, die isolierende Schicht 28 und tritt durch die dünne Elektrode 16 hindurch in den Film 12 aus amorphem Material ein. Die Elektronen, die in den amorphen Film 12 eintreten, sind heiße Elektronen; das bedeutet, daß sie in einem energetischen Zustand vorhanden sind, der sich außerhalb des Energiegleichgewichts des amorphen Films 12 befindet. Die Injektion dieser heißen Elektronen in den amorphen Film 12 vergrößert die Gesamtheit der Ladungsträger bedeutend und führt zu einer markanten Vergrößerung der Leitfähigkeit des amorphen Films 12 zwischen den Hauptelektrode 14 und 16. Dieser Effekt klingt ab, wenn das negative S'.euerpotential abgeschaltet wird; die Geschwindigkeit des Abklingens ist temperaturabhängig. Im Rahmen der hier gegebenen Erläuterung kann das Bauelement 10 von Fig. 1 eine ANALOG-Einrichtung, eine Schwellenwerteinnchtung. eine Speichereinrichtung oder eine Einrichtung sein, die eine Kombination solcher Charakteristika aufweist, und zwar abhängig von der Materialauswahl für den Film 12.

F i g 2 zeigt die typische Strom-Spannungs-Kennlinie des Bauelements 10 von Fig. 1. bei dem der amorphe Fiim !2 aus einem Schwellenwertmaterial, wie oben beschrieben, hergestellt ist. Zu F i g. 2 sei bemerkt, daß bei Anlegen eines Potentials an bzw. über den amorphen Film 12 sich der Strom längs der Kurve 32 vergrößert, bis eine Schwellenspannung überschritten is;; zu dieser Zeit findet das Umschalten statt, und iaPidCu ΓπΓΓιϊΤΐί uef jirOrTi läflgS uep i^iPiiC 34 ZU. l-mC Kurve von F i g. 2 zeigt die symmetrische Beschaffenp.eit der Strom-Spannungs-Kennlinie des amorphen .-ilms 12 mit Steuervorspannung null. Der auf der Ordinate von F i g. 2 dargestellte Strom ist der Strom zwischen den Elektroden 14 und 16 des Bauelements 10. Wenn das Bauelement 10 von Fig. 1 als dreipoliges Bauelement durch Anschließen der Steuerelektrode 24 an eine negative Spannungsquelle betrieben wird, um dadurch heiße Elektronen in das amorphe Material 12 zu injizieren, wird die Strom-Spannungs-Kennlinie von F i g. 2 asymmetrisch, d. h. abhängig von der Größe der Steuervorspannung; der Schwellenwertspunkt zwischen den Kurventeilen 32 und 34 tritt bei einem in einer Richtung geringeren Wert der Kollektorspannung als in der anderen auf. Durch die Steuervorspannung wird auch die die in Fig. 2 gezeigte Kennlinie geändert. Wenn die Vorspannung stärker negativ gemacht wird, nimmt der Kollektorstrom infolge der zunehmenden Injektion von heißen Elektronen zu. Der Strom Ic für eine positive Spannung Vc nimmt daher zu, und die Schaltschwelle für positive Spannung Vc nimmt ab, wohingegen die Größe von /csich vermindert und der Schwellenpegel für negative Spannung Vc zunimmt. Im Schwellenwertmaterial verbleibt der Zustand guter Leitfähigkeit durch einen Haltestrom, der ausreicht, um einen Übergang in den Zustand geringer Leitfähigkeit zu verhindern. Der Elektroneninjektionsprozeß neigt dazu, den Strom Ic zu vermindern, der erforderlich ist, um den Halteeffekt für positive Kollektorspannungen herzustellen. Umgekehrt vergrößert die Elektroneninjektion den Haltestrom für negative Kollektorspannungcn. Eine positive S'.euervorspannung Vg injiziert keine Elektronen und ist elektronisch äquivalent dem Wert V_B = 0.

Bei der Herstellung des Bauelements 10 von Fig. 1 wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, Ladungsträger sperren oder, genauer, Sperrkontakteffekte zwischen den amorphen Film 112 und die benachbarten Elektroden 14 und 16 einzuführen. Die »Sperre« zwischen der Elektrode 16 und dem Film 12 wirkt für Elektroden geringer Energie, die die Elektrode 16 durchqueren und einen anderen Stromfluß im Film 12 herstellen könnten, als der der durch die Ladungsträgerinjektion, wie vorher beschrieben, erzeugt wird. Die Sperre zwischen der Elektrode 14 und dem Film 12 hemmt den Fluß von Löchern über die Elektroden 14, was zu einem Strom führt, der nicht durch den Injektionsvorgang bewirkt wird.

Die Sperren neigen dazu, den effektiven Widerstand des Films 12 zu vergrößern und den Stromfluß-Steuereffekt der Ladungsträgerinjektion von dem Aluminiumfilm 24 zu steigern. Die Einführung der Sperre kann den Widerstand des Films 12 beispielsweise von WOhm auf 5 ■ 10⁶Ohm ohne Strominjektion und bei Zimmertemperatur vergrößern.

Solche Sperren können u. a. lediglich durch Luftaltern der Elektrode 16 vor dem Niederschlagen des Films 12 und entsprechenden Luftaiterns des Films 12 vor dem Niederschlagen der Elektrode 14 verwirklicht werden. Die Sperren können alternativ auch durch Zugabe von Luft, Wasserdampf, Stickstoff oder anderem Gas in eine evakuierte Zerstäubungskammer während des Niederschlags der Schichten des Bauelements 10 erzeugt werden. Genauer gesagt, findet der Eintritt der Fremdsubstanz während der letzten paar Sekunden des Niederschiagens der Elektrode 16 statt, um die Elektronensperre zu bilden, und wiederum während der letzten "Sür Sekunder, des Niederschl^^ens des Films 12, um die Löchersperre zu bilden.

Das schematische Diagramm von F i g. 3 veranschaulicht die Wirkung des Bauelements 10 als Verstärker, der entweder im Steuerbereich oder im Schaltbereich arbeiten kann; der Steuerbereich ist der Kurventeil der Ic- Vc-Charakteristik innerhalb des Schwellenwerts eines Schaltmaterials. Gemäß Fig.3 ist die Kollektorelektrode 14 des Bauelements 10 über einen Lastwiderstand 36 an eine positive Speisung und die Elektrode 16 an einen Punkt des als Masse 22 gezeigten Bezugspotentials gelegt. Die Steuerelektrode 24 ist über eine Wechselspannungsquelle 38 und eine negativ vorgespannte Steuerspannungsquelle 40, wie dargestellt, an den Massepunkt 22 gelegt Demgemäß spannt die Steuervorspannung — Vg die Kaltkathodendiode in

solcher Weise vor, daß eine Injektion heißer Elektronen in den amorphen Film 12 stattfindet, jedoch mit einem solchen Pegel, daß der amorphe Film 12 in dem durch die Kurve in F i g. 4 veranschaulichten Bereich verbleibt. Die Wechselspannungsquelle 38 kann dadurch einen Stromverslärkungseffekt erzeugen, der in F i g. 4 dargestellt ist, in der die Amplitude der Spannung an der Steuerelektrode mit dem Logarithmus der Amplitude des Kollektorstroms bei einer konstanten Kollektorspannung verglichen ist. Bei diesem Betriebsmodus überschreitet der Schaltschwellenwert des Bauelements 10 den Teil 42 der dargestellten Kurve nicht. Wenn der injizierte Strom wirksam ist, um den Schaltschwellenwert auf einen Wert von Vc unter den im Stromkreis von F i g. 3 realisierten zu vermindern, wird der Betrieb des Bauelements rasch auf den Teil 44 der dargestellten Kurve umgeschaltet, der die plötzliche Zunahme des Kollektorstroms zeigt. Wie nunmehr ersichtlich ist, können alle Schwellwert- und Speichermaterialien, die unter dem Schwellenwert arbeiten, sowie nicht-schaltende Materialien, wie jene oben als Beispiele genannten, verwendet werden, um die durch den Teil 42 der Kurve von Fig.4 angegebene Charakteristik zu erzeugen.

Fig. 5 zeigt einen alternativen Aufbau des Bauelements 10', bei der die Hauptelektrode 16 mit einer zentralen Öffnung ausgebildet ist, um einen kleinen Bereich des amorphen Films 12 mit der Aluminiumoxyd-Isolierschicht 28 in Verbindung zu bringen. Im Bereich der Öffnung ist die Dichte der injizierten Ladungsträger sehr groß. Dies bewirkt, daß der Schaltübergang von nicht-leitendem zu leitendem Zustand beschleunigt wird. Das Bauelement 10' von Fig. 5 ist sonst gleich dem Bauelement 10 von Fig. 1 und gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Gitter zweidimensionalen Charakters dadurch gebildet ist, daß die Aluminiumsteuerelektrodenschicht 46 in der Form eines langgestreckten Streifens sich in A"-Richtung hinzieht und sich die Emitter-Elektrode 48 in Form eines langgestreckten Streifens in Y- Richtung erstreckt. Die Aluminiumoxyd-Schicht 50 ist zwischen die Streifen 46 und 48 eingefügt und ein amorpher Film 52 ist oberhalb des Aluminiumoxydfilms 50 jedoch an der Oberseite des Streifens 48 angeordnet. Das Bauelement ist durch Anordnung einer oberen Elektrode 54 vervollständigt, die als Kollektor dient, wie in Fig. 6 angegeben, !n Fig.6 ist eine Vielzahl von Streifen 46,46' und 48,48' in Abständen voneinander in zweidimensionaler Anordnung aufgebaut, d. h. daß eine Mehrzahl von Streifen 48 parallel zueinander in einer Ebene und eine Mehrzahl von Streifen 46 parallel zueinander in einer anderen Ebene angeordnet sind. Jede Schichtenfolge 50, 52 und 54 hat die oben beschriebenen Schalteigenschaften. Auf diese Weise kann ein Auswahlverfahren nach dem Koinzidenzverfahren erzielt werden.

Gemäß F i g. 7 dient der gezeigte Stromkreis zum symmetrischen, bidirektionalen Stromsteuern zwischen den Anschlüssen 60 und 62. Beim Stromkreis von F i g. 7 μ sind Bauelemente 64 und 66 des in F i g. 1 gezeigten Types derart in Gegentakt geschaltet, daß der Stromfluß vom Anschluß 60 zum Anschluß 62 durch das Bauelement 64 fließt, während der Stromfluß in entgegengesetzter Richtung durch das Bauelement 66 fließt Das Bauelement 64 wird bezüglich seiner Leitfähigkeit durch einen Schalter 68 gesteuert, der zwischen der Steuerelektrode 69 und die in Reihe geschaltete negative Spannungsquelle 70 angeschlossen ist. Wenn der Schalter 68 geschlossen ist, erfährt daher das Bauelement 64 einen Übergang aus dem Zustand geringer Leitfähigkeit in den Zustand großer Leitfähigkeit. Bei dem Bauelement 66 ist die Steuerelektrode 72 entsprechend über den Schalter 76 an eine negative Quelle 74 angeschlossen. Wenn der Schalter 76 geschlossen ist, schaltet das Bauelement 66 in den Zustand großer Leitfähigkeit um.

Es versteht sich, daß die Schalter 68 und 76 lediglich repräsentativ für die verschiedenen Festkörper-Elektroniken sind, die zu Steuerzwecken verwendet werden können. So kann z. B. ein regelbarer astabiler Multivibrator zur Steuerung der Schaltzeiten der Bauelemente 64 und 66 entweder in Phase oder außer Phase mit einer an die Anschlüsse 60 und 62 angelegten Wechselspannung sein, um dadurch eine Phasenmodulation ähnlich derjenigen zu erzielen, die üblicherweise bei Benutzung von Thyratrons erreicht wird. Die Wirkung kann - falls erwünscht — mit einem geeigneten Glättungsfilter bzw. einer geeigneten Siebschaltung vergrößert werden.

Schließlich können die Schalter 68 und 76 repräsentativ für Fotozellen,Thermistoren und andere zustandsabhängige Einrichtungen sein. Bei dieser und anderen Anwendungen können Gleichspannungen benutzt werden, indem nur eines der Bauelemente 64 oder 66 zur Anwendung gelangt.

Anhand der Fig.8 und 9 wird das lmpulseingangs-Ansprechen des Bauelements 10 von F i g. 1 beschrieben.

Bei der vorhergehenden Erläuterung wurde angenommen, daß die Kollektorspannung, die an das Bauelement 10 angelegt ist, konstant ist, daß die Leitfähigkeit des Bauelements 10 durch den Hauptweg zwischen den Elektroden 14 und 16 durch Ändern der an die Steuerelektrode 24 angelegten Spannung verändert wird. Die F i g. 8 und 9 veranschaulichen eine Variable, die sich durch Anlegen von Koüektorspannungsimpulsen an das Bauelement 10 von einer Impulsquelle 78 ergibt, die über den Lastwiderstand 77 an die Kollektorelektrode 14 angeschlossen ist. Der Betrieb wird veranschaulicht und beschrieben unter verschiedenen Steuerspannungen, die durch den Schalter 79 gesteuert werden. Als Material für das Bauelement 10 wird ein Schwellenwertmaterial angenommen.

In F i g. 9 entspricht die Abszisse der Zeit ι während die Ordinate der Spannung Vce am Kollektor 14 in bezug zur Masse, d. h. den Spannungsabfall zwischen den Elektroden 14 und 16 angibt. Wenn die Steuervorspannung null ist, tritt bei Anlegen eines positiven Spannungsimpulses an den Kollektor 14, der einen durch den Teil 80 der positven Kurve von F i g. 9 veranschaulichten steilen Anstieg hat, eine Verzögerung D\ auf, ehe der Übergang in den Zustand geringer Leitfähigkeit in dem Bauelement 10 stattfindet. Der Übergang führt dazu, daß die Kollektorspannung schnell dem Teil 82 der Kurve folgt; der Zustand großer Leitfähigkeit wird durch den unteren Kurventeil 84 veranschaulicht Das Ende der Spannungskurve am Punkt 86 tritt bei Abschalten der Kollektorspannung auf.

Mit einer an die Steuerelektrode 24 angelegten negativen Spannung bewirkt das Injizieren von Elektronen in den Körper 12, daß der Übergang in kürzerer Zeit — wie durch die Verzögerungszeit Lh angegeben — erfolgt Bei dem dargestellten Vergleich werden gleiche Kollektorspannungen in beiden Fällen von Vb — 0 und negativen Vb angenommen. Infolgedes-

sen erlaubt die impulsabhängige Zeitmodulation, die sich in das Bauelement 10 bei Änderung der Steuervorspannung ergibt, eine Pulsbreitenmodulation. Die negative Kurve 88 von Fig.9 wird bei Anlegen eines negativen Kollektorspannungsimpulses erzielt und veranschaulicht die Übergangszeit Ch, die in

10

Verbindung mit der Steuervorspannung null (oder positiv) auftritt, im Vergleich mit der Übergangszeit Da, die in Verbindung mit einer negativen Steuervorspannung zustande kommt. Der Unterschied zwischen D\ und Di wird als etwas größer als der Unterschied zwischen Dj und Di, angenommen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisch steuerbares Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus im wesentlichen amorphem Halbleitermaterial und mit mit dem Halbleiterkörper flächig in Verbindung stehenden Steuerorganen zum Steuern der Leitfähigkeit eines im Halbleiterkörper verlaufenden Hauptleitungspfads, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane Einrichtungen (24, 28; 46, 50; 69, 72) zum Injizieren heißer Elektronen in den Halbleiterkörper (12; 52) sind.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Steuerorgan dienende Einrichtung eine Kaltkathodendiode ist, die eine elektrisch leitfähige Schicht (24,46; 69, 72) und eine nicht-leitfähige Schicht (28; 50) aufweist, die in Kontakt aneinander liegen, und daß eine Einrichtung (30; 68, 76) zum Anlegen eines elektronenbeschleunigenden Feldes an die elektrisch leitfähige Schicht (24; 46; 69,72) vorhanden ist

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Halbleiterkörper (12; 52) ein Paar im Abstand voneinander befindlicher Hauptelektroden (14, 16; 48, 54) verbunden sind und daß die als Steuerorgan dienende Einrichtung über eine Hauptelektrode (16; 48) mit dem Halbleiterkörper (12; 52) in Verbindung steht.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Grenzflächen zwischen dem Halbleiterkörper (12; 52) und den Hauptelektroden (14, 16; 48, 54>derart ausgebildet ist, daß sie eint Sperre für niederenergetische Ladungsträger bildet.

5. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Halbleiterkörper (12; 52) ein amorphes Material verwendet ist, das Zustände guter und schlechter Leitfähigkeit aufweist, zwischen denen das Material ⁴" abrupt schaltbar ist.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustände guter und schlechter Leitfähigkeit des amorphen Materials entsprechenden relativ geordneten und relativ amorphen inneren Zuständen entsprechen, die auf Dauer im Material verbleiben können.

7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht (24; 46) eine metallische ist und sich die nicht-leitfähige Schicht (28; 50) in Kontakt mit einer Hauptelektrode (16; 48) befindet.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-leitfähige Schicht (28) aus Aluminiumoxyd besteht.

9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der nicht-leitenden Schicht (28; 50) zwischen 7,5 und 25 nm beträgt.

10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüehe 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Halbleiterkörper (12; 52) und der nicht-leitfähigen Schicht (28; 50) angeordnete Hauptelektrode (16; 48) aus Molybdän besteht.

11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüehe 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Hauptelektrode (16; 48), die sich zwischen dem Halbleiterkörper (12; 52) und der nicht-leitfähigen Schicht (28; 50) befindet eine Schichtdicke zwischen 7,5 und 20 nm aufweist

12. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hauptelektrode (1β⁽) mindestens eine darin ausgeformte Öffnung aufweist (F i g. 5).

13. Schaltung mit einem Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in Reihe mit den Hauptelektroden (i4, 16) eine elektrische Last (77) geschaltet ist und eine Einrichtung (68, 76; 79) zum Anschließen einer Steuersignalquelle (70, 74; 40) zum selektiven Betätigen der elektroneninjizierenden Einrichtung (69,72; 24) vorgesehen ist

14. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Halbleiterbauelemente (64, 66) über ihre Hauptelektroden im Gegentakt verbunden sind und daß bei beiden Halbleiterbauelementen (64, 66) Einrichtungen zum Anschließen einer Steuersignalquelle (70, 74) an die elektroneninjizierende Einrichtung (69,72) vorgesehen sind (F i g. 9).