DE2300597A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents
HalbleiteranordnungInfo
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Description
F.PHN. 62^9«
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Anmeldung vom» . τ<~·τ) "· 7^·
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Halbleiteranordnung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens zwei
aktiven Oberflächenzonen von einem ersten Leitfähigkeitstyp,
die:-mit dem angrenzenden Gebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp
an der Oberfläche endende pn-Ubergänge bilden, und mit einem an der Oberfläche ausserhalb dieser Zonen vorhandenen streifenförmigen
Widerstandsgebiet, das durch eine Sperrschicht von dem übrigen Teil des Halbleiterkörpers getrennt ist, wobei
jede Oberflächenzone mittels einer leitenden Schicht mit einer Kontaktzone des Widerstandsgebietes verbunden ist, und
wobei weiter ein Anschlussleiter auf einer oder mehreren Anschlusszonen das Widerstandsgebiet kontaktiert. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf einen Hochfrequenztransistor,
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der mit Emitterreihenwiderständen versehen ist.
Es ist bekannt, dass in einem injizierenden
pn-übergang, z.B. dem Emitterübergang eines Transistors, der
bei hoher Frequenz betrieben wird, die Injektion von Ladungsträgern
in zu beiden Seiten des pn-Ubergangs liegenden Gebieten im wesentlichen in lokalisierten kleinen Gebieten der
Oberfläche des Übergangs stattfindet.
Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, sind in
der Praxis zwei Massnähmen angewandt. An erster Stelle wird
der injizierende pn-übergang in eine Anzahl elektrisch miteinander verbundener inseiförmiger Oberflächenzonen geteilt,
wodurch die stromführende Oberfläche und somit die durch den Gesamtübergang zulässige Stromstärke zunimmt. Zweitens, ist,
um eine örtliche starke Erhitzung und sich daraus ergebende unwiederherätellbare Beschädigung des Übergangs zu verhindern,
jede der Inseln mit einem Reihenwiderstand versehen.
Bei bekannten Anordnungen werden verschiedene Arten Reihenwiderstände verwendet, z.B. eine Widerstandsmaterialschicht,
die durch eine Sperrschicht (z.B. eine Isolier materialschicht oder einen Schottky-Ubergang) von -dem übrigen
Teil des Halbleiterkörpers getrennt ist, oder ein in dem Halbleiterkörper angebrachtes, z.B:. diffundiertes, Widerstandsgebiet,
das mit dem angrenzenden Halbleitermaterial einen pn-übergang bildet. . .. ■
Dabei enthalten bekannte Strukturen oft ein ·
ausserhalb der p- und η-leitenden den genannten pn-übergang
bildenden Zonen liegendes streifenförmiges Widerstandsgebiet,
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F. PHN. 6249·
wobei die Kontaktzonen, über die die inseiförmigen Oberflächenzonen
mit dem Widerstandsgebiet verbunden sind, der (den) Anschlusszone(n) gegenüber liegen, über die das Widerstandsgebiet
durch den Anschlussleiter kontaktiert wird. Die Reihenwiderstände zwischen den inseiförmigen Zonen und dem Anschlussleiter
werden in diesen bekannten Anordnungen also praktisch durch die sich in der Breitenrichtung des streifenförmigen
Widerstandsgebietes erstreckenden Teile des Wider ? tandsgejbietes
zwischen einer Kontaktzone und der ihr gegenüber liegenden Anschlusszone gebildet, die meistens durch einen kontinuierlichen
Anschlusstreifen in der Längsrichtung des Widerstandsgebietes gebildet wird, der den genannten Kontaktzonen gegenüber
liegt.
Die beschriebenen bekannten Widerstandsstrukturen weisen u.a. den Nachteil auf, dass die zwischen dem
Widerstandsgebiet und dem darunter liegenden Halbleitergebiet gebildete Streukapazität verhältnismässig gross ist. Diese
Kapazität führt insbesondere bei einem Hochfrequenztransistor mit Emitterreihenwiderständen, der in gemeinsamer Emitterschaltung betrieben wird, eine unerwünschte Vergrösserung
der Emitter-Kollektor-Kapazität herbei, die bei einer bestimmten Ausgangsleistung eine Herabsetzung des Kollßktorwirkungsgrades
zur Folge hat und somit zn einer Erhöhung der Temperatur der pn-Ubergänge und einer Herabsetzung der Leistungsverstärkung
Anlass gibt. Im Falle einer gemeinsamen Basisschaltung veranlasst diese Streukapazität eine erhöhte Rückkopplung
zwischen dem Ausgang und dem Eingang, wodurch die
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Gefahr vor dem Auftreten von Schwingungen vorliegt und eine Herabsetzung der brauchbaren Höchstfrequenz auftritt.
Die Erfindung bezweckt u.a., eine Halbleiteranordnung und insbesondere einen Transistor zu schaffen, bei
der die genannte durch das Vorhandensein von Emitterreihenwiderständen
gebildete Streukapazität erheblich geringer als bei bekannten Anordnungen ist.
Die Erfindung gründet sich u.a. auf die Erkenntnis, dass diese Kapazitätsverringerung durch Anwendung
einer neuen Struktur erhalten werden kann, bei der die Oberfläche des Widerstandsgebietes erheblich kleiner sein kann.
Eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten
Art ist daher nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass,
in der Längsrichtung des Widerstandsgebietes gesehen, die Anschlusszonen und die Kontaktzonen wechselweise angeordnet
sind. Unter einer wechselweisen Anordnung der Anschlusszonen und Kontaktzonen ist zu verstehen, dass, ausgenommen an den
Enden, jede Kontaktzone zwischen zwei benachbarten Anschlusszonen und jede Anschlusszone zwischen zwei benachbarten
Kontaktzonen liegt.
Dadurch, dass bei einer Halbleiteranordnung
nach der Erfindung die Emitterreihenwiderstände zwischen den Kontaktzonen und den Anschlusszonen nicht, wie bei bekannten
Anordnungen, durch Teile des Widerstandsgebietes, die sich in der Breitenrichtung des streifenförmigen Widerstandsgebietes
erstrecken, sondern durch Teile gebildet werden, die mit dieser Breitenrichtung einen Winkel einschliessen und sich
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daher mehr oder weniger in der Längsrichtung des Widerstandsgebietes
erstrecken, kann die Breite des Widerstandsgebietes bei gleichbleibender Länge desselben erheblich kleiner gemacht
werden, wodurch die Oberfläche des Widerstandsgebietes und die dieser praktisch proportionale Streukapazität in gleichem
Masse herabgesetzt werden. So kann die Breite des Widerstandsgebietes,
die in bekannten Anordnungen praktisch nicht kleiner als etwa 20 /um gemacht werden kann, in einer Anordnung nach
der Erfindung auf Werte zwischen 6 und 8 /um herabgesetzt werden.
Obgleich grundsätzlich die Anschlusszonen z.B. durch Metalldrähte mit dem Anschlussleiter verbunden sein
können, wird vorzugsweise die Anordnung nach der Erfindung derart ausgebildet, dass der Anschlussleiter kammförmig gestaltet
ist, wobei sich die Zähne des kammförmigen Anschlussleiters wenigstens teilweise zwischen den Kontaktzonen befinden
und das Widerstandsgebiet auf den Anschlusszonen kontaktieren.
Um eine möglichst grosse Herabsetzung der
Oberfläche des Widerstandsgebietes zu erreichen, wird vorzugsweise
dafür gesorgt, dass die Kontaktzonen und die Anschlusszonen miteinander fluchten. Bei dieser bevorzugten
Ausführungsform erstrecken sich die Teile des Widerstandsgebietes,
die die wirksamen Emitterreihenwiderstände bilden, praktisch in der Längsrichtung des streifenförmigen Widerstandsgebietes.
Eine bedeutende Vereinfachung bei der Anbrin-
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gung der Anschluss- und Kontaktzonen auf dem Widerstandsgebiet kann dabei dadurch erreicht werden, dass, wenn das Widerstandsgebiet
völlig oder teilweise mit einer Isolierschicht überzogen, ist, die Anordnung derart ausgebildet wird, dass sich
die genannten Anschluss— und Kontaktzonen alle in einem gemäss der Längsrichtung des Widerstandsgebietes in der Isolierschicht
angebrachten spaltförmigen Kontaktfenster befinden.
Das Widerstandsgebiet kann, wie bereits erwähnt wurde, aus einer streifenförmigen Widerstandsmaterialschicht,
z.B. Titan, bestehen, die durch eine Isolierschicht von der Halbleiteroberfläche getrennt ist oder mit der Halbleiteroberfläche
einen Schottky—Übergang bildet, der im Betriebszustand in der Sperrichtung polarisiert ist. Vorteilhafterweise
wird jedoch die Anordnung derart ausgebildet, dass das Widerstandsgebiet durch ein an die Oberfläche grenzendes
Halbleitergebiet gebildet wird, das mit dem angrenzenden Halbleitermaterial einen an der Oberfläche endenden pn—übergang
bilde t.
Eine weitere, besonders wichtige bevorzugte
Ausführungsform ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass die aktiven Oberflächenzonen vom einen Leitfähigkeitstyp
nebeneinander liegende, zueinander praktisch parallele streifenförmige Emitterzonen eines Transistors bilden,, die innerhalb
des Halbleiterkörpers völlig von einer Basiszone vom zweiten Leitfähigkeitstyp umgeben sind, die an eine Kollektorzone
vom ersten Leitfähigkeitstyp grenzt, wobei vorzugsweise
die Längsrichtung des Widerstandsgebietes praktisch zu der
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Längsrichtung der streifenförmigen Emitterzonen senkrecht ist
Obgleich dabei grundsätzlich das Widerstandsgebiet ausserhalb der Kollektorzone angebracht sein kann, ist
die obenbeschriebene Ausführungsform der Anordnung vorzugsr
weise dadurch gekennzeichnet, dass die Basiszone mit der Kollektorzone einen an der Oberfläche endenden pn-Ubergang
bildet und dass das Widerstandsgebiet durch ein ausserhalb der Basiszone und innerhalb der Kollektorzone liegendes streifenförmiges
Oberflächengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp
gebildet wird.
Die Emitterzonen können je für sich mit einer
eigenen Kontaktzone auf dem Widerstandsgebiet verbunden sein. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch die Emitterzonen
in Gruppen von wenigstens zwei mittels leitender Schichten mit derselben Kontaktzone auf dem Widerstandsgebiet
verbunden.
Eine besondere Ausführungsform, bei der die
Streukapazität des Widerstandsgebietes erheblich geringer als bei bekannten Strukturen ist, ist weiter dadurch gekennzeichnet,
dass das Widerstandsgebiet eine Breite von mindestens 6 und höchstens 8 /um aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen bekannten
Hochfrequenztransistor der mit Emitterreihenwiderständen
versehen ist, die durch ein Widerstandsgebiet bekannter Struktur gebildet werden, und
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Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Hochfrequenztransistor nach der Erfindung.
Die entsprechenden Teile in den Figuren 1 und sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Transistoren sind vom planaren Typ. Es kann. z.B. angenommen werden,'dass diese Transistoren npn-Transistoren
sind, obwohl dies nicht notwendig ist.
Die Transistoren der Figuren 1 und 2 enthalten beide eine erste n—leitende Kollektorzone 10.
In dieser Kollektorzone 10 befindet sich die
p-leitende Basiszone 11, die mit der Kollektorzone 10 einen
an der Oberfläche endenden pn-Ubergang bildet, in welcher Basiszone η-leitende Emitterzonen angebracht sind, die durch
mehrere streifenförmige wirksame Oberflächenzonen 12 gebildet
werden, die mit der Basiszone 11 an der Oberfläche endende pn-Ubergänge bilden.
Ein streifenförmiges Widerstandsgebiet wird
durch ein z.B. diffundiertes p-leitendes Gebiet 13 gebildet,
das sich neben der Basiszone 11 in der Kollektorzone 10
befindet und sich praktisch senkrecht zu der Richtung der Emitterzonen 12 erstreckt. Das Widerstandsgebiet 13 ist durch
eine Sperrschicht, in diesem Falle einen pn-Ubergang, von der Kollektorzone 10 getrennt.
Auf der Basiszone 11 werden Kontakte in Form
von Metallstreifen 14 angebracht, die miteinander verbunden
sind, damit der Ausgangsanschluss · 15 der Basiszone gebildet
werden kann.
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Auch werden Kontakte auf den Emitterzonen
mittels Metallschichten in Form von Zähnen 16 gebildet, die vorzugsweise in Gruppen von zwei zu Ansatzstücken 17 zusammengebaut
sind.
In Fig. 1 sind ferner öffnungen 21 dargestellt,
die in einer Isolierschicht, z.B. aus Siliciumoxyd, angebracht sind, die das Widerstandsgebiet 13 bedeckt, damit Kontaktzonen
für die Metallisierungszähne 16 gebildet werden, wobei eine öffnung für jedes Zähnepaar vorgesehen ist.
Dabei bildet eine andere öffnung 22, die zu
der Linie der öffnungen 21 parallel ist und die über praktisch
die ganze Länge des Widerstandsgefeietes 13 angebracht
ist, eine Anschlusszone für den durch eine Metallschicht gebildeten Anschlussleiter 23» der den Ausgangsanschluss des
Emitters des Transistors bildet. Die Kontaktzonen in den Fenstern 21 liegen der Anschlusszone im Fenster 22 gegenüber.
In dem bekannten Transistor nach Fig. 1 befinden sich die Emitterreihenwiderstände 24 (waagerechte
Schraffuren in Fig. 1) zwischen den Rändern I7A der Ansatzstücke
17 der Metallisierungszähne 16 und dem Rand 23A des
Anschlussleiters 23. Die Stromlinien, die durch diese Widerstandselemente 24 hindurchgehen, weisen eine Richtung auf,
die durchschnittlich zu der Richtung der Emitterzonen 12 und also zu der Breitenrichtung des Widerstandsgebietes parallel
ist.
Fig. 2 zeigt einen Transistor nach der Erfindung. Dabei ist auf dem Widerstandsgebiet 13 nur eine
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einzige öffnung 31 in der Isolierschicht angebracht, die das
Widerstandsgebiet 13 bedeckt, wobei sich diese öffnung 31
in dem axialen Teil des Widerstandsgebietes 13 befindet.
An die innerhalb der öffnung 31 liegende Oberfläche
des Widerstandsgebietes 13 schliessen sich wechselweise Zähne 32 des Anschlussleiters 33 über Anschluss ζ onen 35 und
Ansatzstücke 17 der Emittermetallisierungszähne 16 über Kontaktzonen
36 an. Nach der Erfindung sind, in der Längsrichtung
des Widerstandsgebietes 13 gesehen, die Anschlusszonen
35 und die Kontaktzonen 36 wechselweise angeordnet, wobei
sie in diesem Beispiel miteinander fluchten.
Die Zähne 32 sind zu einem Kamm zusammengebaut
und bilden auf diese Weise den Ausgangsanschluss 33 des Emitters.
Die Widerstandselemente 3^ (in Fig. 2 durch
senkrechte Schraffuren angegeben) sind nun aber auf derartige Weise angebracht, dass die Stromlinien, die durch diese Widerstandselemente
hindurchgehen, durchschnittlich in der Längsrichtung des Widerstandsgebietes 13 verlaufen.
Wenn die Figuren 1 und 2 miteinander verglichen werden, wird gefunden, dass die Konfiguration nach der Erfindung
eine erhebliche Herabsetzung der Breite des streifenförmigen Widerstandsgebietes 13 gestattet.
In der Praxis liegt die Breite des Gebietes 13
zwischen 6 und 8 ,um bei Fig. 2, während bei Fig. 1 diese Breite nicht kleiner als 20 bis 22 /um sein kann. Dieser
Breitenunterschied veranlasst eine erhebliche Herabsetzung
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(um ca zwei Drittel) der Streukapazität zwischen dem Emitter
und dem Kollektor infolge des Vorhandenseins des Widerstandsgebietes 13·
Der Transistor nach Fig. 2 kann unter Verwendung bekannter Maskierungs-, Diffusions- und Metallisierungstechniken
hergestellt werden.
Die Herstellung erfolgt z.B. auf folgende Weise. Auf einem Substrat, z.B. aus Silicium, wird eine epitaktische
Schicht angebracht, die die Kollektorzone 10 des Transistors bilden muss. In dieser Schicht 10 wird anschliessend das
Widerstandsgebiet 13 durch Diffusion angebracht. Durch eine andere Diffusion werden dann nacheinander die Basiszone 11
und die die Emitterzonen bildenden Oberflächenzonen 12 gebildet Danach werden Kontaktfenster auf der Basiszone, auf dem
Widerstandsgebiet 13 und auf den Emitterzonen 12 gebildet. Durch Aufdampfen wird eine Metallisierungsschicht, z.B. aus
Aluminium, angebracht, die durch Photoätztechniken derart
bearbeitet wird, dass die Metallschichtteile 14, 15, 16, 17»
32 und 33 gebildet werden. Schliesslich wird zum Schützen der Anordnung eine Siliciumoxydschicht auf der Oberfläche niedergeschlagen.
Es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt,
sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abwandlungen möglich sind. So kann das Widerstandsgebiet 13
statt eines diffundierten Gebietes auch ein auf andere Weise, z.B. durch Tonenimplantation, angebrachtes Gebiet sein. Auch
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kann das Widerstandsgebiet eine durch eine Isolierschicht von der Halbleiteroberfläche getrennte streifeaförmige
Widerstandsmaterialschicht sein. Das Widers tandsgebie't kann auch durch ein Metall geeigneten spezifischen Widerstandes
gebildet werden, das mit dem angrenzenden Halbleitermaterial, z.B. mit der Kollektorzone 10, einen Schottky-Ubergang bildet,
der im Betriebszustand (gleich wie der pn-Ubergang zwischen den Gebieten 13 und 10 in den beschriebenen Beispielen) in
der Sperrichtung polarisiert sein muss. Die verschiedenen Leitfähigkeitstypen können alle durch die entgegengesetzten
Typen ersetzt werden und das Halbleitermaterial kann ein anderes Material als Silicium sein. Auch können andere Metalle
und Isolierschichten verwendet werden.
Obgleich die grösste Herabsetzung der durch
das Widerstandsgebiet herbeigeführten Streukapazität erreicht wird wenn, wie in Fig. 2, die Kontaktzonen und die Anschlusszonen
miteinander fluchten, kann unter Umständen bereits eine akzeptable Kapazitätsherabsetzung erhalten werden, wenn die
Kontaktzonen und die Anschlusszonen nicht miteinander fluchten, wobei also die Widerstandselemente zwischen den wechselweise
angeordneten Anschluss- und Kontaktzonen eine Zickzacklinie bilden. Ferner kann die Anordnung, ausser einem Transistor,
auch ein anderes Halbleiterschaltungselement, z.B. eine Diode oder ein Thyristor, sein.
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Claims (1)
- F.PHN. 6249, - 13 PATENTANSPRÜCHE .1.J Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörpermit mindestens zwei aktiven Oberflächenzonen vom ersten Leitfähigkeit styp, die mit dem angrenzenden Gebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp an der Oberfläche endende pn-Ubergänge bilden, und mit einem an der Oberfläche ausserhalb dieser Zonen vorhandenen streifenförmigen Widerstandsgebiet, das durch eine Sperrschicht von dem übrigen Teil des Halbleiterkörpers getrennt ist, wobei jede Oberflächenzone mittels einer leitenden Schicht mit einer Kontaktzone des Widerstandsgebietes verbunden ist, und wobei weiter ein Anschlussleiter auf einer oder mehreren Anschlusszonen das Widerstandsgebiet kontaktiert, dadurch gekennzeichnet dass, in der Längsrichtung des Widerstandsgebietes gesehen, die Anschlusszonen und die Kontaktzonen wechselweise angeordnet sind.2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der Anschlussleiter kammfÖrmig gestaltet ist, wobei die Zähne des kammförmigen Anschlussleiters wenigstens teilweise zwischen den Kontaktzonen liegen und das Widerstandsgebiet auf den genannten Anschlusszonen kontaktieren.3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet j dass die Kontaktzonen und die Anschlusszonen praktisch miteinander fluchten.h» Halbleiteranordnung nach Anspruch 3> bei derdas WiderstandHgebiet wenigstens teilweise mit einer elektrisch ί ho I iormi<ion Schicht Überzogen ist, dadurch gekenn-30983 1/087bF.PHN. 6249.zeichnet, dass die genannten Anschluss- und Kontaktzonen alle in einem gemäss der Längsrichtung des Widerstandsgebietes in der Isolierschicht angebrachten spaltförmigen Kontaktfenster liegen.5. - Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandögebiet durch ein an die Oberfläche grenzendes Halbleitergebiet gebildet wird, das mit dem angrenzenden Halbleitermaterial einen an der Oberfläche endenden pn-übergang bildet.6. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Oberflächenzonen vom ersten Leitfähigkeitstyp nebeneinander liegende, zueinander praktisch parallele streifenförmige Emitterzonen eines Transistors bilden, die innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von einer Basiszone vom zweiten Leitfähigkeitstyp umgeben sind, die an eine Kollektorzone vom,ersten Leitfähigkeitstyp grenzt.7· Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, dass die Längsrichtung des Widerstandsgebietes zu der Längsrichtung der streifenförmigen Emitterzonen praktisch senkrecht ist.8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7· dadurchgekennzeichnet, dass die Basiszone mit der Kollektorzone einen an der Oberfläche endenden pn-übergang bildet, und dass das Widerstandsgebiet durch ein ausserhalb der Basiszone und innerhalb der Kollektorzone liegendes streifenförmigi»s309831/0876'.F.PHN. 6249.Oberflächengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet wird.9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterzonen in Gruppen von wenigstens zwei mittels leitender Schichten mit derselben Kontaktzone auf dem Widerstandsgebiet verbunden sind.10. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsgebiet eine Breite von mindestens 6 und höchstens 8 ,um aufweist.309831/087&1$Leerseite
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |