DE2259350A1 - Halbleiter-bauelement - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BÖRE DiPL-PHYS. DR. MANlTZ DIPL-CHEM. DR. ÖEUFEL

DIPL-ING. FINSTERWALD DlPL-ING. GRÄMKOW PATENTANWÄLTE

VOEZ. 1972 E 10 84

ENGLISH ELECTRIC VALVE COMPANY LIMITED 10 6 Waterhouse Lane, Chelmsford, Essex, CMl 2QU

Halbleiter-Bauelement

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Bauelemente,, insbesondere auf Planar-Hälbleiter-Bauelemente, die mit einem starken Elektronenstrahl in einer Vakuumröhre, etwa einem Elektronen-trahl-Halbleiter-(E.B.S.)-Verstärker, beschossen werden sollen.

Ein derartiger Verstärker arbeitet nach dem Prinzip, in einem Halbleitertarget Mehrfach-Elektroneh-Loch-Trägerpaare für jedes Elektron eines einfallenden hochenergetischen Elektronenstrahls zu erzeugen₄ um eine Verstärkung des Strahlstroms zu erzielen. Ein üblicher E.B.S.-Verstärker weist eine Elektronenkanone auf, die einen laminar strömenden Elektronenstrahl erzeugt, der mittels einer maanderförmigen Leitung abgelenkt wird, auf

409818/0713

Or. Müller-Bore Dr. Mahlte ■ Dr. Deufel · Dlpl.-Ing. Finsterwald Dlpl.-Ing. Gramkow Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 MQndien 22. Kobert-Koch-StraBe t 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, MarkUtraB· Telefon (0531) 73887 _Te|_efon ^₁,2B₃₈₄₅, _Τβ|_βχ ^₂IWa _mbp,_t Telefon (0711) 587261 Bank: Zentralkasse Bayer. Volksbanken, Mönchen, Kto.-Nr. 9822 Postscheck: München 85495

der ein zu verstärkendes Hochfrequenzsignal läuft» Im Gegensatz zu üblichen Hochfrequenzverstärkern, beispielsweise Wanderfeldröhren, wird der Elektronenstrahlstrom nicht moduliert, vielmehr wird der Elektronenstrahl von dem Hochfrequenzsignal auf eines von zwei Halbleitertargets gelenkt, die zusammen als ein B-Verstärker betrachtet werden können. Die Halbleitertargets besitzen jeweils einen pn-übergang, der von einer geeigneten Gleichspannungsquelle eine Sperrspannung erhält, so daß beim Fehlen eines einfallenden Elektronenstrahls theoretisch kein Stromfluß auftritt. Fallen Elektronen aus einem Elektronenstrahl auf den Halbleiter, werden Elektronen-Loch-Paare gebildet, die durch den pn-übergang einen Strom fliessen lassen, der in einem sehr weiten Frequenzbereich in linearer Beziehung zu dem Strahlstrom steht.

Eine Schwierigkeit, die sich bei E.B.S.-Verstärkern gezejg hat, beruht auf der Tatsache, daß bei dem Zusammentreffen der Strahlelektronen mit dem Halbleitertarget abgegebene Röntgenstrahlen die Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkristall und einer auf dem Kristall gebildeten isolierenden Oxidschicht in Bereichen nachteilig beeinflussen, in denen der Raumladungsbereich des pn-Obergangs die Kristalloberfläche schneidet, und die Betriebslebensdauer des Halbleiterbauelements herabzusetzen vermögen. Es ist zu vermuten, daß die Schwierigkeit durch die Röntgenstrahlen verursacht wird, die die Konzentration schneller Grenzflächenzustände oder Rekombinationszentren in der Halbleiter/Oxid-Grenzfläche ändern, was zu erhöhtem Reststrom in der Sperrichtung führt, in geringerem Maße durch die Röntgenstrahlen, die die Dichte der gespeicherten, festgehaltenen Ladung innerhalb der Oxidschicht ändern, was zu vorzeitigem Versagen, etwa durch feldinduzierten Durchbruch, führt.

409818/0713

Gemäß der Erfindung weist ein Halbleiterkristall eine Auffangfläche auf, die mit Elektronen beschossen werden kann und es ist eine isolierende Oxidschicht auf der gleichen PlanarJLäche vorgesehen mit einer Schranke aus Röntgenstrahlung absorbierendem Material in einer geraden Verbindungslinie zwischen der Auffangfläche vnd der für Röntgenstrahlung empfindlichen Grenzfläche zwischen dem Halbleitermaterial und der isolierenden Oxid-; schicht.

Als Röntgenstrahlung absorbierendes Material kann am besten Gold oder Blei verwendet werden, das in einem Kanal in der Planarflache zwischen der Auffangfläche und der Oxid/Kristall-Grenzfläche angeordnet werden kann.

Die Erfindung wird weiter anhand eines Ausführungsbeispiels und an Hand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht eines E.B.S.-Verstärkers;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen in einem E.B.S.-Verstärker verwendbaren Halbleiter mit dem erfindungsgemässen Aufbau.

Ein E.B.S.-Verstärker weist gemäß Fig. 1 eine (nicht gezeigte) Umhüllung sowie eine Kathode 10 auf, die Elektronen aussendet, die dann mit Fokussierungselektroden 12, 14 und 16 zu einem laminaren Strahl gebündelt werden. Die Kathode 10 bildet zusammen mit den Strahlfokussierungselektroden 12, 14 und 16 eine Elektronenkanone und der von ihr ausgehende Strahl wird auf einer Wärmesenke 20 angeordneten Halbleiter-Doppeltargets zugeleitet, nachdem der Strahl

40981 8/0713

von einem Ablenksystem 22 aus einer Mäanderleitung 24 und einer Grundplatte abgelenkt worden ist. Das zu verstärkende Hochfrequenzsignal wird auf die Mäanderleitung 24 gegeben und lenkt den Laminarstrahl auf eineβ der beidenHalbleitertargete 18, die jeweils einen Strom durchlassen, der proportional dem auf es fallenden Anteils des Gesamtstrahls proportional ist. Der allgemeine Aufbau eines E,B,S,-Verstärkers ist an sich bekannt und soll hier nicht im einzelnen beschrieben werden.

Fig. 2 gibt einen Querschnitt durch eines der Targets 18 wieder, das im wesentlichen einen pn-Obergang darstellt· Fig. 2 soll keine maßstäbliche Darstellung des Targets sein, vielmehr sind einige Merkmale vergrössert gezeichnet, um das Verständnis zu erleichtern. Die Unterseite eines p-Silizium-Kristalls 30 berührt eine Metallschicht 32, die einen der Kontakte der Anordnung bildet. Ein n-Bereich 34 wird in die Oberseite des Kristalle diffundiert, und auf der Oberseite wird über die Obergangszone zwischen p- und η-Material eine Oxidschicht 36 aufgebracht. Dann wird die ganze Oberseite des Halbleiterkristalls mit einer Metallschicht 38 versehen, um eine elektrische Verbindung mit dem n-Bereich 34 herzustellen.

Bei Benutzung des Auffängers fällt ein Elektronenstrahl auf den n-Bereich 34, wodurch Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, die unter der Wirkung eines an den Metallkontakten 32 und 38 liegenden Feldes sich verlagern und einen äusseren Stromfluß hervorrufen, dessen Grosse durch den Elektronenstrahlstrom bestimmt wird. Gleichzeitig wird Röntgenstrahlung erzeugt und beim Fehlen geeigneter Maßnahmen gegen deren Wirkung beeinflußt sie die Grenzfläche zwischen der Oxidschicht 36 und dem Halbleiter·

409818/0713

kristall so, daß die Nutzlebensdauer des Targets herabgesetzt wird. Dieser Schwierigkeit begegnet man bei dem in Fig· 2 gezeichneten Target mittels . einer Schranke 40 aus Röntgenstrahlung absorbierendem

Material, etwa aus Gold oder Blei, die den Targetbereich des Halbleiters umgibt. Das Röntgenstrahlung absorbierende Material liegt geradlinig zwischen der Targetfläche und der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht 36 und dem Kristall 30, und diese Schranke kann, sofern sie geeignete Abmessungen aufweist, die Wirkung der Röntgenstrahlung auf diese Grenzfläche so weit herabsetzen, daß die Nutzlebensdauer des Targets dem der Elektronenkanone gleichkommt.

Die Erfindung wird zwar in erster Linie an E.B.S.-Verstärkern angewandt, aber sie kann ausserdem für jede Aufgabe eingesetzt werden, bei der Röntgenstrahlung eine Grenzfläche zwischen einem Kristall und einer Oxidschicht auf diesem Kristall anzugreifen sucht.

Patentansprüche t

409818/0713

Claims (3)

1. Patentansprüche

   ^ Halbleiterkristall zur Verwendung als Target in einem Elektronenstrahl-Halbleiterveretärker (E.B.S.-Verstärker) mit einer Auffangfläche, die mit hochenergetischen Elektronen beschossen werden kann, und einer isolierenden Oxidschicht,

   dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der zwischen der isolierenden Oxidschicht (36) und dem Halbleitermaterial befindlichen Grenzfläche vor an der Targetfläche (3U) ausgesandter Röntgenstrahlung die Grenzfläche in der gleichen Planarflache des Kristalls ausgebildet ist wie die Targetfläche (3U) und eine Schranke (UO) aus Röntgenstrahlung absorbierendem Material in einer geraden Verbindungslinie zwischen der Targetfläche (3U) und der genannten Grenzfläche angeordnet ist.
2. 2. Halbleiterkristall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Röntgenstrahlung absorbierende Material (UO) in einem Kanal in der genannten Planarflache des Kristalls angebracht ist, welcher Kanal zwischen der Targatflache (3U) und der verletzlichen Grenzfläche liegt.
3. 3. Halbleiterkristall nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gold oder Blei als Röntgenstrahlung absorbierendes Material verwendet ist.

   409818/0713