DE2259350B2 - Planar-halbleiter-bauelement zum nachweis von elektronenstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Planar-Halbleiter-Bauelement zum Nachweis von Elektronenstrahlen mit einem einen pn-Übergang und eine Auffängerfläche für Elektronen hoher Energie aufweisenden Halbleiterkörper, der in dem Bereich, in dem der pn-Übergang an die die Auffängerfläche enthaltende Planarfläche des Halbleiterkörpers tritt, durch eine isolierende Oxydschicht abgedeckt ist.

Ein solches Planar-Halbleiter-Bauelement ist beispielsweise beschrieben in »Nuclear Instruments and Methods« 101 (1972), S 43 bis 46.

Solche Planar-Halbleiter-Bauelemente werden insbesondere bei Elektronenstrahl-Halbleiter (E. B. S)-Verstärkern (s. »The Microwave Journal«, Nr. 3, März 1972, S. 38) eingesetzt.

Ein solcher Verstärker arbeitet nach dem folgenden Prinzip: Bei einem Planar-Halbleiter-Bauelement werden für jedes Elektron eines einfallenden hochenergetischen Elektronenstrahls Mehrfach-Elektronen-Lochträgerpaare erzeugt, um eine Verstärkung des Strahlstrom zu erreichen. Ein üblicher E. B. S.-Verstärker weist ein Elektronenstrahlerzeugersystem auf, das einen laminar strömenden Elektronenstrahl aussendet, der mittels einer mäanderförmigen Leitung abgelenkt wird; auf der mäanderförmigen Leitung läuft ein zu verstärkendes Hochfrequenzsignal. Im Gegensatz zu den üblichen Hochfrequenzverstärkern, beispielsweise Wanderfeldröhren, wird der Elektronenstrahlstrom nicht moduliert, sondern der Elektronenstrahl wird von dem Hochfrequenzsignal auf eine von zwei Auffängerflächen des Halbleiterkörpers gelenkt, die zusammen als ein B-Verstärker betrachtet werden können. Die Halbleiterkörper besitzen jeweils einen pn-übergang, der von einer geeigneten Gleichspannungsquelle mit einer Sperrspannung gespeist wird, so daß bei Abwesenheit des Elektronenstrahls theoretisch kein Stromfluß auftritt. Treffen Elektronen aus dem Elektronenstrahl auf die Auffängerfläche des Halbleiterkörpers auf, so werden Elektronen-Loch-Paare gebildet; dadurch fließt ein Strom durch den pn-Übergang, der in einem sehr weiten Frequenzbereich in einer linearen Beziehung zu dem Strahlstrom steht.

Eine Schwierigkeit, die bei solchen Planar-Halbleiter-Bauelementen und damit auch bei E. B. S.-Verstärkern auftritt, liegt darin, daß beim Auftreffen der Strahlelektronen auf die Auffängerfläche des Halbleiterkörpers Röntgenstrahlen entstehen, die die Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der auf dem Halbleiterkörper gebildeten isolierenden Oxydschicht in den Bereichen nachteilig beeinflussen bzw. sogar beschädigen können, in denen der Raumladungsbereich des pn-Übergangs die Halbleiteroberfläche schneidet; dadurch verringert sich die Betriebslebensdauer des Planar-Halbleiter-Bauelementes ganz wesentlich.

Es wird vermutet, daß dieses Problem im wesentlichen durch die Röntgenstrahlen verursacht wird, die die Konzentration schneller Grenzflächenzustände oder Rekombinationszentren in der Halbleiterkörper/-Oxyd-Grenzfläche ändern, was zu einem erhöhten Reststrom in Sperrichtung führt; die Röntgenstrahlen, die die Dichte der gespeicherten, festgehaltenen Ladung innerhalb der Oxydschicht ändern, was zu vorzeitigem Versagen, etwa durch feldinduzierten Durchbruch führt, spielen nur eine geringere Rolle.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Planar-Halbleiter-Bauelement der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die beim Auftreffen schneller Elektronen auf den Halbleiterkörper entstehende Röntgenstrahlung von demjenigen Bereich der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der Oxydschicht ferngehalten wird, in dem der Raumladungsbereich des pn-Überganges an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der die Auffängerfläche enthaltenden Planarfläche des Halbleiterkörpers zwischen der Auffängerfläche und dem Bereich, in dem der pn-Übergang an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt, eine Schranke aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material angeordnet ist.

Als Röntgenstrahlen absorbierendes Material wird zweckmäßigerweise Gold oder Blei verwendet, das in einem Kanal in der Planarfläche des Halbleiterkörpers zwischen der Auffängerfläche und der Oxyd-Halbleiterkörper-Grenzfläche angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines E. B. S-Verstärkers und

F i g. 2 einen Schnitt durch ein in einem E. B. S.-Verstärkers und

F i g. 2 einen Schnitt durch ein in einem E. B. S.-Verstärker verwendbares Planar-Halbleiterbauelement nach der Erfindung.

Ein E. B. S.-Verstärker weist gemäß F i g. t 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; der von ihr ausgehende Strahl wird auf einer Wärmesenke 20 angeordneten Halbleiter-Doppeltargets zugeleitet, nachdem der Strahl 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 eines der beiden Halbleitertargets 18, d>e jeweils einen Strom durchlassen, der dem auftr äffenden Anteil des Gesamtstrahls proportional ist Der allgemeine Aufbau eines E. B. S.-Verstärkers ist an sich bekannt und soll hier nicht im einzelnen beschrieben werden.

F i g. 2 gibt einen Querschnitt durch eines der die Targets 18 bildenden Planarhalbleiterbauelemente zum Nachweis von Elektronenstrahlen wieder, das im wesentlichen einen pn-übergang enthält. F i g. 2 seil 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 Krisulis diffundiert, und auf der Oberseite wird über die Übergangszone zwischen p- und η-Material eine Oxydschicht 36 aufgebracht Dann wird die ganze Oberseite des Halbleiterkörpers mit einer Metallschicht 38 versehen, um eine elektrische Verbindung mit dem n- Bereich 34 herzustellen.

Bei Benutzung dieses Planar-Halbleiterbauelementes fällt ein Elektronenstrahl auf den als Auffängerfläche dienenden n-Bereich 34, wodurch Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, die sich unter der Wirkung eines an den Metallkontakten 32 und 38 liegenden Feldes bewegen und einen äußeren Stromfluß hervorrufen, dessen Gröüe durch den Elektronenstrahlstrom bestimmt wird. Gleichzeitig werden Röntgenstrahlen erzeugt die bei Fehlen geeigneter Maßnahmen die Grenzflächen zwischen der Oxydschicht 36 und dem Halbleiterkristall so beeinflussen können, daß die Nutzlebensdauer des Targets herabgesetzt wird. Dieser Schwierigkeit begegnet man bei dem in F i g. 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 Auffängerfläche und der Grenzfläche zwischen der Oxydschicht 36 und dem Kristall 30; diese Schranke kann, sofern sie geeignete Abmessungen aufweist, die Wirkung der Röntgenstrahlung auf diese Grenzfläche so weit herabsetzen, daß die Nutziebensdauer 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 Oxydschicht auf diesem Kristall anzugreifen sucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Planar-Halbleiterbauelement zum Nachweis von Elektronenstrahlen mit einem einen pn-Übergang und eine Auffängerfläche für Elektronen hoher Energie aufweisenden Halbleiterkörper, der in dem Bereich, in dem der pn-übergang an die Auffängerfläche enthaltende Planarfläche des Halbleiterkörpers tritt, durch eine isolierende Oxydschicht abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Auffängerfläche enthaltenden Planarfläche des Halbleiterkörpers zwischen der Auffängerfläche und dem Bereich, in dem der pn-Übergang an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt, eine Schranke (40) aus Röntgenstrahlen absorbierendem Material angeordnet ist.

2. Planar-Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Röntgenstrahlen absorbierende Material in einem Kanal in der Planarfläche des Halbleiterkörpers befindet.

3. Planar-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch Gold oder Blei als Röntgenstrahlen absorbierendes Material.