DE2424908A1

DE2424908A1 - Halbleitergeraet, insbesondere aufnahmeelektrode fuer bildwandlerroehren bzw. verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2424908A1
Application number: DE19742424908
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Martin Feist; Herman Statz
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1974-12-19
Also published as: GB1477362A; DE2424908C2; CH581905A5; FR2232090B1; IT1013259B; CH581391A5; FR2232090A1; GB1477361A; AU6835574A; SE7406830L; JPS5947477B2; CA1025034A; BE815700A; NL7406513A; JPS5023186A

Description

PATENTANWÄLTE DR.-PHIL. G. NICKFL · DR.-ING. J. DORNfR

8 M 0 NC H E N 15

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. (0811) 555719

München, den 15'. Mai 1974 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 82'

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von Amerika

Halbleitergerät, insbesondere Aufnahmeelektrode für Bildwandler- !
;röhren bzw. Verfahren zur Herstellung desselben.

,Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitergerät, insbesondere ^!eine Aufnahmeelektrode für Bildwandlerröhren und auf Verfahren I zur Herstellung solcher Ilalbleitergeräte. Ausdrücklich sei jedoch ■an dieser Stelle erklärt, daß die Erfindung nicht auf Halbleiter- ;geräte mit Mosaikstruktur beschränkt ist.

Viele Ilalbleitergeräte erfordern eine wirksame Isolation zwischen

I benachbarten Oberflächenbereichen eines Halbleiterkörpers, wie idies etwa bei Aufnahmeelektroden von Bildaufnahmeröhren oder Vidikons, bei integrierten Halbleiterschaltungen der Bipolarbauart ■ oder bei Feldeffekttransistoren und bei Diodenanordnungen der j Fäll ist, welche entweder von der Diffusionsbauart oder der He-J teroübergangstype einschließlich der Schottky-Sperrschichtgeriiüe I sein können. Verfahren zur Herstellung solcher Isolationen sind !bekanntermaßen beispielsweise die Diffusionsisolation, bei wel- :eher Bereiche entgegengesetzter oder gleicher, jedoch höherer !Leitfähigkeit in den Halbleiterkörper eindiffundiert oder eine [ionenimplantation vorgenommen wird oder wobei Isolationsbereiche geätzt werden, indem in dem Halbleiterkörper Rillen ausgebildet

werden, die gegebenenfalls auch noch mit Isolationsinaterial ausgefüllt werden. Auch hat man bereits die Ladungseigenschaften in den Bereichen zwischen den voneinander zu isolierenden Gebieten des Halbleiterkörpers dadurch beeinflußt, daß man eine Spannung an eine Metallelektrode anlegte, die von dem Halbleiterkörper durch einen Isolator getrennt war. Die bekannten Konstruktionen und Herstellungsverfahren haben aber den Nachteil, daß sie außerordentlich kostspielig sind und die Stabilität des fertigen Erzeugnisses sehr zu wünschen übrig läßt.

Durch die Erfindung soll demgemäß die Aufgabe gelöst werden, benachbarte Bereiche an dem Halbleiterkörper eines Halbleitergerätes voneinander wirksam in der Weise isolieren zu können, daß bei einfacher Herstellungsweise das betreffende Gerät eine gute Stabilität, der Betriebseigenschaften aufweist.

!Diese Aufgabe wird bei einem Halbleitergerät, insbesondere einer !Aufnahmeelektrode für Bildwandlerröhren, mit einem Halbleiter- \ körper, an welchem im Abstand voneinander mindestens zwei Übergänge angeordnet sind, welche mindestens teilweise zu dem Halbleiterkörper hin gebildet und in Sperrichtung vorspannbar sind I gelöst durch eine Vorrichtung, welche die Bildung von Leitungskanälen zwischen den Übergangsbereichen verhindert und Mittel zur Ausbildung von Ladungsbereichen im Raum zwischen den Übergangsbereichen enthält, wobei diese Ladungsbereiche der Vorspannung der Halbleiterübergänge entgegenwirken. i

Halbleitergeräte der hier vorgeschlagenen Art weisen eine gute iIsolation zwischen benachbarten Bereichen des Halbleiterkörpers auf, wobei die Stabilität über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen unveränderlich gut ist.

; Im einzelnen wird in einer Isolationsschicht oder in Isolations-¹ schichten eines Halbleiterkörpers eine Ladung in beliebiger AniOrdnung oder Verteilung und auf beliebige Art und Weise gebildet, etwa durch Ionenimplantation, wobei durch entsprechende Einstel-

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ί lung der Beschleunigungsspannung, welche auf die einzubringenden j Ionen einwirkt, die Lage der Ladung in der Isolationsschicht vornehmlich so gewählt wird, daß sich die Ladung in Bereichen im I Abstand von der Trennfläche zwischen der Isolationsschicht und !.dem Halbleiterkörper konzentriert, wodurch die Eigenschaft gerini ger Oberflächenzustände der Schicht auch an der Trennfläche zwi- ^; sehen dem Halbleiterkörper und der Isolationsschicht aufrecht eri halten wird, während gleichzeitig in der Isolationsschicht eine ausreichend starke Ladung gebildet wird, welche ein Feld verur- -' sacht, das sich durch die Isolationsschicht hindurch in den Halbleiterkörper hinein erstreckt und genügend intensiv ist, um eine ί seitliche Oberflächenableitung bei Auftreffen eines Elektronen- ! Strahls auf die Außenfläche der Isolationsschicht zu verhindern.

ί Beispielsweise lassen sich ohne weiteres in der Isolationsschicht ; unbewegliche Ladungen einpflanzen, welche zu Feldstärken in der Nähe der Durchbruchsfeldstärke des Isolators führen.

. Es wurde weiterhin gefunden, daß die Lage der Ladungen, welche ! in den Isolator eingepflanzt worden sind, selbst bei hohen Temperaturen bis hin zu beispielsweise 900 C unveränderlich bleibt.

Während eine Erklärung für diese Unveränderlichkeit der Lage der I eingepflanzten Ladungen mit letzter Sicherheit bisher nicht ge- '■ geben werden kann, ist zu vermuten, daß dies zumindest teilweise

auf einer Beschädigung durch die Bestrahlung des Isolators und/ \ oder auf dem.Einbau von Fremdatomen beruht. Wird beispielsweise

ein Isolationswerkstoff, wie Siliziumdioxid oder Siliziummonoxid, j einem Ionenbombardement ausgesetzt, so erzielt man dauerhafte !Verteilungen von Ladungen hoher Dichte.

j Ferner hat sich herausgestellt, daß die gewünschte dauerhafte

Aufladung bereits durch ein Ionenbombardement verhältnismäßig ge-' ringer Intensität erreicht werden kann, wenn als Ionen Alkali-J metallionen, beispielsweise Cäsium, verwendet werden.

Nachfolgend wird aufgezeigt, daß ein bevorzugtes Anwendungsgej biet äer hier vorgeschlagenen Art und Weise der Isolation durch

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Erzeugung permanenter Ladungen die Herstellung von Aufnahmeelek troden für Bildaufnahmeröhren ist. Zu diesem Zwecke wird eine Siliziumscheibe mit einer Stärke von mehreren Mikron aus ii-leitendem Werkstoff auf einer Seite mit einer n⁺-leitenden Schicht _j und. auf der anderen Seite mit einer 2000 A bis 4000 Ä dicken Siliziumdioxidschicht versehen. In der Oberfläche der Siliziumdioxidschicht wird eine gitterartige Verteilung aus unbewegliche positive Ladungen enthaltendem Siliziumdioxid gebildet, wel che in eine Tiefe von beispielsweise 1000 Ä* reicht. Die Dichte der eingepflanzten Ladungen beträgt größenor.dnungsmaßig etliche

. 10 Ladungseinheiten je Quadratzentimeter. Eine solche Ladungs dichte kann durch Ionenimplantation von Borionen erreicht werden, wobei das Beschleunigungspotential größenordnungsmäßig 20 Kilovolt beträgt und eine Bestrahlungsdichte von 10 ^J Ionen je Quadratzentimeter gewählt wird. Cäsiumionen können mit einem Beschleunigungspotential in der Größenordnung von 120 Kilovolt

,eingebracht werden, wobei <
Quadratzentimeter beträgt.

12 eingebracht werden, wobei die Dosis hier etliche 10 Ionen je

: In den Zwischenräumen zwischen der gitterartigen Anordnung aus • Siliziumdioxid ist eine Oxidschicht von beispielsweise 50 A vorgesehen, welche mit dem Halbleiterkörper Berührung hat. über die gesamte Oberfläche hin wird dann einschließlich der dünnen Oxid- '. Schichtbereiche und der Bereiche, in denen die Ionenimplantation :in das Oxid vorgenommen worden ist, eine Schicht hohen Widerstandes aufgebracht, welche beispielsweise aus Galliumarsenid besteht und etwa eine Stärke von 400 Ä* aufweist, wobei diese Schicht durch Sputtern aufgebracht werden kann. Man erkennt, daß ein solcher Aufbau einer Aufnahme-Elektrode wie eine Vielzahl einzelner HeteroÜbergänge wirkt, die durch die dünne Oxidschicht, die Galliumarsenidschicht und den Halbleiterkörper gebildet sind, woran eine in Sperrichtung wirkende Vorspannung gelegt werden kann, indem ein Elektronenstrahl die die Galliumarsenidschicht tragende Seite der Halbleiterscheibe abtastet. Die Aufladung kann durch Löcherpaare entladen werden, welche in dem j Halbleiterkörper durch Lichtphotonen erzeugt werden, die von der

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η-leitende Schicht tragenden Seite des Halbleiterkörper in diesen eindringen, so daß dann, wenn der Elektronenstrahl, welcher die Elektrodenfläche abtastet, von einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem ausgeht, das in seinem Potential einige Volt negativ ,gegenüber dem Potential der Aufnahmeelektrode gehalten wird, die [Elektronen von der Elektronenstrahl-Erzeugungseinrichtung nach. 'Durchlauf durch ein Beschleunigungssystem und ein Ablenkungssyjstem aufeinanderfolgend Bereiche, die von dem Elektronenstrahl [abgetastet werden, mit einigen Volt negativ oder im wesentlichen auf das Potential der Kathode aufladen, während überschüssige

Elektronen reflektiert und von der Anode des Elektronenstrahlj
iErzeugungssystems oder von einem Verzögerungsgitter des Elektroinenstrahl-Erzeugungssystenis aufgefangen werden. Eine ein Bild I darstellende Lichtverteilung, welche auf die η-leitende Schicht j auf einer Seite der Siliziumscheibe auftrifft, kann daher mittels j eines Elektronenstrahls abgetastet werden. Das Ausgangssignal er- ;hält man entweder aus den reflektierten Elektronen oder durch Ab-

!leitung von der Aufnahmeelektrode selbst, wobei eine Verstärkung

;in üblicher Weise vorgenommen werden kann. Aufgrund der Tatsache, ι daß in der Isolationsschicht eine sehr hohe positive Aufladung !erzeugt werden kann, wird eine Leitungsinversion aufgrund der

durch den Elektronenstrahl aufgebrachten Elektronen in den Sii
jliziumbereichen verhindert, die zwischen den benachbarten überjgangsgebieten, welche von der gitterförmigen Materialverteilung [getrennt sind, liegen , und auf diese Weise wird ein Ausstrah- ^!len oder Ausblühen bei starken Signalen stark vermindert oder ganz ausgeschaltet,

ι Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung von illalbleitergeräten oder Aufnahmeelektroden der hier angegebenen ;Art vorgeschlagen, wobei die Unterteilung der einzelnen Elemente

:durch Verfahrensschritte unter Anwendung verhältnismäßig niedri-Iger Temperaturen erreicht wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit !und/oder das Ausmaß von Fehlern in einer Aufnahmeelektrode we-

[sentlich vermindert wird, welche beispielsweise eine Million von Aufnahmeelementen besitzt. Im einzelnen wird eine Siliziumscheitoe verwendet, auf welcher man beidseitig bei erhöhter Temperatur

eine Oxidschicht aufwachsen läßt. Die Oxidschicht wird von einer Oberfläche der Siliziumscheibe wieder entfernt oder abgestreift und es wird auf der freiliegenden Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Schicht aus (leitermaterial aufgebracht und das Bauteil

•wird in einer Inertatmosphäre erhitzt, um jedwede Verunreinigungen aus der Halbleiterscheibe zu entfernen. Danach wird die Schicht aus Getterwerkstoff wieder entfernt und die Dicke der Halbleiterscheibe auf die gewünschte Abmessung der Aufnahme ele-ktrodenanordnung in beliebiger Weise verringert, etwa durch Abätzen. In die freiliegende Oberfläche der Siliziumscheibe wird eine n⁺-leitende Schicht von 2000 A bis 4000 A Dicke hineindiffundiert oder durch Ionenimplantation bis in eine Tiefe von 1000 A bis 2000 A gebildet. Falls die Ionenimplantation verwendet wird, sollte die Halbleiterscheibe geglüht werden, um die Beschädigung des Kristallgitters aufgrund der Ionenimplantation zu vermindern. Damit ist die Behandlung der Halbleiterscheibe mit hohen Temperaturen bereits beendet, wobei diese Verfahrens-₍schritte durchgeführt werden, während sich noch keine genaue Einteilung auf der Halbleiterscheibe befindet, welche während der Anwendung hoher Temperaturen wandern könnte. Es sei aber darauf hingewiesen, daß verschiedene Aufteilungen vor den Verfahrensschritten unter Anwendung hoher Temperaturen vorgesehen sein können, wenn diese nur ausreichend unempfindlich bezüglich der Temperatureinwirkung sind und wenn die Übergänge oder andere Trennflachen, welche gebildet worden sind, nicht so beschädigt oder bewegt werden, daß das fertige Erzeugnis unbrauchbar wird.

Die Halbleiterscheibe wird dann einem Ionenbombardement aus einer geeigneten Quelle, beispielsweise einem Bombardement mit Borionen ausgesetzt, welches für die Behandlung von Silizium-IIalb-'leitermaterial geeignet ist. Durch Einstellung der Beschleunigungsspannung für die Ionenimplantation läßt sich jede gewünschte Tiefe der Ladungskonzentration erzielen und vorzugsweise wird die Dicke der Oxidschicht und die Spannung zwischen der zur Implantation verwendeten Ionenquelle und der Halbleiterscheibe so gewählt, daß die durch die Implantation erzeugte Ladung von der

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'Trennfläche zwischen dem Isolator und dem Halbleiter einen Abstand von mindestens mehreren Hundert Angstrom hat. Die Intensität des zur Ionenimplantation verwendeten Beschleunigungsfeldes hängt von den gewünschten, endgültigen Eigenschaften des Erzeugnisses ab, vorzugsweise wird jedoch die Ionenimplantation mit ;solcher Intensität ausgeführt, daß eine Ladung gebildet wird, welche in der Isolationsschicht eine Feldstärke nahe der dielektrischen Durchbruehsfeidstärke des Isolators verursacht. Jede weitere Aufladung bewirkt eine Ableitung der überschüssigen Ladung aufgrund von Durchbrüchen, so daß die Ladung auf einem Wert ■bleibt, welcher der Durchbruchsfeldstärke entspricht oder sich an einen solchen Wert annähert. Nach der Ionenimplantation wird ■in der Oxidschicht durch Ätzen durch eine Photoresistmaske hin-

durch eine gitterartige Struktur oder eine Mosaikstruktur erzeugt, wobei Bereiche des Halbleiterkörpers durch Öffnungen der Gitterstruktur oder Mosaikstruktur hindurch freigelegt werden. Eine dünne Oxidschicht in einer Stärke von etwa 50 A wird in den ι Öffnungen aufgebracht und darauf wird eine Schicht aus Werkstoff ihohen Widerstandes, beispielsweise aus Galliumarsenid durch Sput- ;tern hergestellt. Nach einem Vergüten oder Erhitzen unter Beisein von Wasserstoff bei 420 C wird die Aufnahmeelektrodenkonstruktion in die betreffende Bildaufnahmeröhre eingebaut.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die !anliegende Zeichnung sowie unter Hinweis auf besondere Vorteile näher beschrieben. Es stellen dar:

' Figur 1 einen Schnitt durch eine Bildaufnahmeröhre

mit einer Aufnahmeelektrode der hier vorge-' schlagenen Art,

\ Figur 2 eine vergrößerte Sohnittdarstellung eines

Teiles der Aufnahmeelektrode der Röhre ge- ; , maß Figur 1,'

Figur 5. eine andere Ausführungsform der Aufnahme- ', elektrode,

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Figur 4 eine weitere Aus führung s forin in Gestalt einer Photodiode und

Figuren weitere Ausführungsformen in Gestalt von Feld- effekttransistoren.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Bildaufnahmeröhre 10 gezeigt-, welche einen Glaskolben 11 aufweist, der an einem Ende dicht an eine Glas-Planscheibe 12 und eine Aufnahnieelektrode 24 anschließt, die in einem Metallring 13 gehaltert ist, der an einem dicht an den Röhrenkolben 11 angesetzten Hing 14 angeschweißt ist. Ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem, welches schema tisch mit 16 bezeichnet ist, ist an einer Anzahl von Eingangsanscliluß-Kontaktstiften 18 gehaltert, welche dicht über das eine Ende des ilöhrenkolbens 11 eingeführt sind. Das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem l6 kann einer bekannten Bauart angehören, wie sie für Röhren dieser Art, beispielsweise für Vidikonröhren verwendet . werden, wobei eine Verzögerungsgitterelektrode 17 vorgesehen ist, welche an dem der Aufnahmeelektrode 24 benachbarten Ende des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems befestigt ist. Letzteres kann gegebenenfalls Mittel zur elektrostatischen Ablenkung und zur Fokussierung des Elektronenstrahls enthalten. Es ist aber auch möglich, den Elektronenstrahl des Systems 16 durch eine Fokussierungsspule 18 magnetisch zu.fokussieren und mittels einer Ablenkspule 20 in allgemein bekannter Weise abzulenken.

Die von der Kathode 22 des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems ausgehenden Elektronen treffen auf die Aufnahmeelektrode 24, welche von dem Metallring 13 über einen leitfähigen Ring 26 gehaltert ist. Der Signalausgang der Bildaufnahmeröhre 10 kann an dem Widerstand 28 abgegriffen werden, der zwischen den Metallring 13 und Erde geschaltet ist. Die Kathode 22 wird gegenüber Erde auf einem negativen Potential von beispielsweise 10 Volt vermittels einer Batterie 30 gehalten und außerdem sind geeignete Potentiale an die anderen Elektroden des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems l6 gelegt, um den Elektronenstrahl zu bilden und seine Elektronen entsprechend zu beschleunigen, beispielsweise

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auf eine Geschwindigkeit von 300 eV bis 1000 eV. Nach Durchtritt durch die Verzögerungselektrode 17 ist der Elektronenstrahl auf eine Geschwindigkeit verzögert, welche etwa dem Spannungsunterschied zwischen der Aufnahmeelektrode und der Kathode aufgrund -der Anschaltung der Batterie 30 entspricht. Die Elektronen des Elektronenstrahls, welche auf die Aufnahmeelektrode 24 auftreffen, laden die Auftreffbereiche dieser Elektrode auf ein negatives Potential entsprechend dem Kathodenpotential während aufeinanderfolgender Abtastungen auf und diejenigen Bereiche der Auf-■ nahmeelektrode_r welche gegenüber der vorherigen Abtastung keine zusätzliche Ladung mehr aufnehmen, verursachen eine Reflexion : oder Abstoßung der Elektronen des Elektronenstrahls, so daß djese abgestoßenen Elektronen von den auf hohem positiven Potential liegenden Teilen am Ende des Systems 16 in der Nachbarschaft der : Aufnahmeelektrode 24 empfangen werden. Licht, welches" durch die Planscheibe 12 hindurch auf die Aufnahmeelektrode 24 trifft, ; entlädt bestimmte Bereiche der Aufnahmeelektrode 24 entsprechend der Intensität des einfallenden Lichtstrahls, so daß bei einer Abtastung der Aufnahmeelektrode 2k durch den Elektronenstrahl sich das Ausgangssignal am Widerstand 28 als Punktion der Lichtverteilung ändert, welche auf die Aufnahmeelektrode 2k trifft. Nachdem die Entladung bestimmter Bereiche der Aufnahmeelektrode durch die Lichtverteilung unterschiedliche Potentiale auf der Oberfläche der Aufnahmeelektrode 24 auf der Seite des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems hervorbringt, muß die Aufnähmeelektrode in ihrem Aufbau so ausgebildet sein, daß sie eine wesentliche seitliche Ableitung des gespeicherten Ladungsbildes verhindert. Vorzugsweise soll die Ableitung in dieser Richtung für einen weiten Bereich der Intensitäten der aufgestrahlten Lichtverteilung sowohl im Inneren der Aufnahmeelektrode 24 als auch längs der Oberfläche vernachlässigbar klein sein.

Figur 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teil der Aufnahmeelektrode 24 mit ihren bedeutsamen Merkmalen. Die Aufnähmeelektrode 24 enthält eine Siliziumscheibe 32, deren Dicke von der gewünschten Bildauflösung, von den auszuwertenden Lichtfrequen-

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zen und von dem betreffenden Werkstoff abhängig ist. Beispielsweise können gute Ergebnisse mit einer Siliziumscheibe 32 in einer Stärke von 10 Mikron bis 15 Mikron erzielt werden, wobei als Dotierungsraittel beispielsweise Phosphor verwendet wird, der-

13 art, daß sich eine Trägerdichte im Bereich von 3 ' 10 bis 10

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Träger je cm und ein spezifischer Widerstand im Bereich von 5" Ohmzentimeter bis 150 Ohmzentimeter ergeben. Auf der Oberfläche der Siliziumscheibe 32, welche der Planscheibe 12 zugekehrt ist, wird eine stark dotierte, n⁺-Leitende Oberflächenschicht 34 in einer Stärke von 0,2 Mikron bis 0,4 Mikron hergestellt. Die Oberflächenschicht 34t ist vorzugsweise ausreichend leitfähig, um einen guten Leitungsweg für das Ausgangssignal zu dem metallischen Haiterungsring 26 und damit über den Metallring 13 zu dem Belastungswiderstand 28 hin darzustellen. Die Oberfläche der Siliziumscheibe 32, welche von der Oberflächenschicht 34 abliegt, ist mit einer Oxidschicht 36 belegt, welche vorzugsweise eine Stärke von 0,3 Mikron bis 0,4 Mikron hat und als dichte Siliziumdioxidschicht ausgebildet ist, welche im trockenen Zustand.bei erhöhter Temperatur auf der Siliziumscheibe 32 aufgewachsen ist. Die Isolationsschicht 36 ist mit Öffnungen oder Durchbrüchen 38 versehen, deren Größe und Abstand von der gewünschten Auflösung der Bildaufnahmeröhre abhängig ist. Wenn beispielsweise eine Auflösung von 400 Linien je Zentimeter angestrebt wird, so muß die Größe des Auftreffpunktes des Elektronenstrahls auf der Aufnahmeelektrode kleiner als l/400 eines Zentimeters sein und liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 10 Mikron im Durchmesser. Die Größe der Öffnungen 38 liegt dann vorzugsweise in der Größenordnung von 10 Mikron im Durchmesser, wobei der Abstand von Mitte zu Mitte annähernd 12 Mikron beträgt und die Abteijung der Ränder der Öffnungen 38 durch die dazwischenliegenden Isolationsbeireiche 36 zwei Mikron mißt. Zwar ist darauf hinzuweisen, daß auch andere Größen und Abstände gewählt werden können, doch haben die zuvor angegebenen Werte zu guten Ergebnissen geführt.

In jeder der Öffnungen 38 befindet sich angrenzend an die Si-¹liziumscheibe 32 eine Schicht 40 zur Unterdrückung der· Ober-

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flächenzustände, wobei diese Schicht beispielsweise als außerordentlich dünne Oxidschicht ausgebildet ist. Es handelt sich insbesondere um ein Oxid des für die Herstellung der Halbleiterscheibe verwendeten Halbleitermaterials, also im vorliegenden· . Fall um Siliziumdioxid in einer Stärke von größenordnungsmäßig ; etwa 50 A. Obwohl die Schicht 40 aus Siliziumdi'oxid besteht, welches normalerweise ein Isolator ist, kann aufgrund der außer-' ordentlich geringen Stärke der Schicht 40 durch diese Schicht beispielsweise durch quantenmechanische Übertragungsvorgänge eine Leitung stattfinden.

Über die gesamte Oberfläche der isolierenden Schichten 36 und !hin ist eine Schicht 32 in einer Stärke von 0,02 Mikron bis 0,1 ! Mikron und von hohem Widerstand aufgebracht, wobei die genaue Dicke von den Eigenschaften des Werkstoffs abhängt, welcher für

die Herstellung der Schicht 42 verwendet wird. Wird beispiels- ; weise die Schicht 42 aus Galliumarsenid gebildet, so liefert I eine Schichtdicke von etwa 400 λ zufriedenstellende Ergebnisse. ! Die Schicht 42 sollte ausreichend dick bemessen sein, um Elek-■ tronen hoher Geschwindigkeit aus dem auf diese Schicht auftref-' fenden Elektronenstrahl einzufangen, während die Dicke nicht so •groß sein soll, daß eine wesentliche Leitung gespeicherter La-' düngen in seitlicher Richtung längs der Oberfläche der Aufnahmei elektrode 24 stattfinden kann. Die Ladung von Elektronen, welche

durch die Galliumarsenidschicht 42 aus dem Elektronenstrahl ein- ; gefangen werden, welche elektrische Felder verursacht, die bis I zu dem Halbleiterkörper oder der Halbleiterscheibe 32 reichen, • wird durch Löcher entladen, welche paarweise in der Ilalbleiter- ; scheibe 32 durch Lichtphotonen erzeugt werden, die auf die AuI-i nahmeelektrode 24 durch die η-leitende Schicht 3^;i hindurch auf- ! treffen, wobei die zu den Löcherpaaren gehörenden Elektronen ',weitgehend über die η-Leitende Schicht 3^ zu dem Ring 26 abgelei-I tet werden, während die Löcher in Richtung zu den Verarmungszoi nen der Halbleiterscheibe 32 nahe der Isolationsschicht 40, welj ehe durch die auf der Schicht 42 durch den Elektronenstrahl auf-] gebrachten Ladungen e-rzeugt werden, abwandern.

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Nachdem helle Lichtpunkte, welche auf die Aufnahmeelektrode 2k treffen, im wesentlichen eine Beseitigung der Verarmungszone in der Halbleiterscheibe 32 nahe der Trennfläche zu der Isolationsschicht 26 verursachen können, werden normalerweise Löcher von Lochpaaren unter diesen Bedingungen in seitlicher Richtung längs der genannten Trennfläche abgezogen, so daß eine Ausdehnung der hellen Lichtpunktbereiche und damit ein Verlust an Auflösungsvermögen stattfindet.

Bei Ilalbleitergeräten der hier vorgeschlagenen Art ist eine Herabsetzung des Auflösungsvermögens durch Einbau eines elektrischen Feldes vermieden, wobei dieses elektrische Feld durch Ladungen erzeugt wird, die vorzugsweise in den Bereichen kk der isolierenden Schicht 36 nahe der Schicht 42 aus dem Sperrschichtmaterial höhen Widerstandes eingebaut werden. Solche Ladungen werden vorzugsweise durch Ionenbombardement eingebaut, wobei geeignete Elemente oder Elementkombinationen verwendbar sind. Vorzugsweise erfolgt die Ladungsimplantation unter Verwendung desselben Materials und derselben Verfahren, wie sie zur Implantation von Verunreinigungsionen in Halbleiterkörper verwendet werden. Ein Beispiel ist der Ladungseinbau durch Implantation von Borionen oder Phosphorionen in die Isolationsschicht 36 bis zu einer Ladungs-

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dichte über 10 Ladungseinheiten je Quadratzentimeter ohne daß in wesentlichem Maße eine Bildung schädlich rascher Oberflächenzustände an der Trennfläche zwischen der Isolationsschicht 36 und dem Halbleiterkörper oder der Halbleiterscheibe 32 auftritt. Durch unmittelbares Einbringen der Ladungen in den Isolator und durch Steuerung der Geschwindigkeit des Auftreffens der Ioneir kann die Lage der Ionen in der Isolationsschicht 36 eingestellt werden. Vorzugsweise haben sämtliche in die Isolationsschicht 36 eingebrachten Ladungsträger einen Abstand von mehreren 100 Λ oder darüber von der Halbleiterscheibe 32. Das eingebaute Ladungsmuster ergibt ein entsprechendes Muster von Potentialsenken in dem Halbleiterkörper 32, so daß Bereiche entstehen, an welchen die Löcher zurückgestoßen werden, so daß die Ladungen in den Potentialsenken aufrecht erhalten werden und eine Ableitung der Löcher längs der Ladungsgefallelinien zwischen den Öffnungen

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!58 vermieden wird. Das Ausmaß der Wirksamkeit der durch die Potentialsenken errichteten Sperre gegen die Ableitung der Löcher aufgrund eines durch Ionenimplantation erzeugten Ladungsiimsters ist unter anderem von der Trägerkonzentration in der Halbleiterscheibe 32, von der Dichte der tatsächlich in der Isolationsschicht 36 eingelangenen Ladungen und von der Gestalt des eingebrachten Ladungsmusters in dem Halbleiterkörper 32 abhängig. Dieses Ladungsmuster wiederum hängt unter anderem vom Abstand ab, welchen die aufgeladenen Bereiche kk von der Halbleiterscheibe 32 über die noch dazwischen befindliche Isolationsschicht "jh ha-

. ben. Im allgemeinen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, eine Ladungsdichte zu erzeugen, welche wesentlich größer als diejenige ist, die man dadurch hervorbringt, daß Ionen durch normale Ionenimplantation in den Halbleiterkörper eingebracht und dieser

■dann oxidiert wird, um zumindest teilweise die eingebrachten Ladungen in der resultierenden Isolationsschicht einzufangen. Eine Ionenimplantation durch intensive Ionenbestrahlung oder -Beschießung des Halbleiterkörper selbst verursacht starke Beschädigungen im Kristallgitter des Halbleiters, wobei Ausmaß und Art der Beschädigungen nicht leicht steuerbar sind, so daß es bisher nicht möglich war, in einer Oxidschicht hohe Ladungskonzentrationen zu erzielen, indem man den Halbleiterkörper einem Ionenbombardement aussetzte und ihn dann oxidierte. Außerdem geht der größte Teil des ionisierenden Stoffes durch Ausdiffundieren wiili— 1 rend der Behandlung mit hoher Temperatur zur Oxidation in trocke-

'■ ner Sauerstoffatmosphäre zur Bildung der Isolationsschicht ver-'loren. Es wurde nun gefunden, daß durch Beschießung oder Bestrnn-I lung des Isolationsmaterials Ladungskonzentrationen aufgebaut werden können, welche zu elektrischen Feldern führen, die Werte' :entsprechend der Durchbruchsfeldstärke des betreffenden Dielektrikums erreichen oder noch darüberliegen, wobei diese Felder !wirksam dazu eingesetzt werden können, Ableitungen, beispielsiweise durch Leitungskanalbildung, in entsprechenden Geräten zu ^verhindern. Aufgrund der sehr großen Feldstärken von mehreren

100 000 Volt je Zentimeter werden außerdem Ionen von Elementen, iwelche den Halbleiter 40 verunreinigen könnten, im allgemeinen I zurückgestoßen, so daß die guten Sperrschichteigenschaften er-

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halten bleiben, insbesondere an der Trennflache zwischen der Halbleiterscheibe und den Isolationsschichten.

Während die meisten Elemente, welche für die Ionenimplantation verwendet werden, einen um mehrere Größenordnungen höheren Aufwand an Ionen erforderlich machen, die auf eine dielektrische Schicht auftreffen müssen, um tatsächlich eine bestimmte Ladung einzufangen, hat sich gezeigt, daß eine bestimmte Gruppe von Elementen, nämlich die Alkalimetalle, außerordentlich gut geeignet sind, um einen wesentlich höheren Prozentsatz unbeweglicher Ladungen in der Isolationsschicht 36 durch Ionenbombardement zu erzielen. Im einzelnen eignen sich unter den Alkalimetallen besonders die Elemente mit den größeren Atomen, beispielsweise Cäsium, insbesondere darin, wenn der Träger oder die Auftreffe.lektrode bei erhöhten Temperaturen behandelt wird, da Ladungsträger, welche von kleinatomigen oder leichteren Alkalimetallen, beispielsweise von Natrium, gebildet sind, leichter durch die ganze Isolationsschicht 36 wandern können.

Nachfolgend soll nun ein bevorzugtes Herstellungsverfahren beschrieben werden. Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Aufbau wird vorzugsweise folgendermaßen hergestellt. Eine Siliziumscheibe von beispielsweise 150 Mikron Dicke wird von einem Siliziumbarren oder einem Siliziumstab abgeschnitten, der in an sich bekannter Weise gezogen worden ist und eine Trägerdichte von bei-

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spielsweise 3 * 10 Trägern je cm aufweist, wobei die Dotierung η-leitend ist und etwa in Phosphor besteht. Auf beiden Seiten der Siliziumscheibe wird beispielsweise durch Erhitzen der Scheibe auf 100 C in trockener, oxidierender Atmosphäre eine Oxidschicht 36 von 3000 R bis 4000 A* Dicke gebildet. Die Oxidschicht wird von einer Seite der Siliziumscheibe durch Abätzen der Scheibe in einem oxid entfernend en Ätzbad beseitigt, wofür beispielsweise bekanntermaßen gepufferte Flußsäure verwendet werden kann. Danach wird eine Schicht von Borglas in einer Stärke von 2000 £ bis 3OuO Ä auf die freiliegende Halbleiteroberfläche aufgebracht, etwa durch chemische Dampfablagerung bei 950° C unter Verwendung von Diboran und Sauerstoff, wie eben-

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falls an sich bekannt. Die Halbleiterscheibe wird dann in einer Inertatmosphäre, etwa in Stickstoff, bei 950 C während einer ausreichenden Zeitdauer geglüht, so daß das Borglas etwaige Verunreinigungen, welche in dem Halbleiterkörper vorhanden sind, ,.absorbieren kann, wonach die Glasschicht abgestre-ift oder enl,-.fernt wird. Die wieder freigelegte Siliziunioberflache wird dann !abgeätzt, um die Dicke der Siliziumscheibe auf etwa 10 Mikron bis 15 Mikron zu vermindern.

Die li-leitende Schicht 34 wird auf der freiliegenden Silizium-Oberfläche dadurch erzeugt, daß die Oberfläche einer geeigneten gasförmigen Atmosphäre ausgesetzt wird, welche eine n-leitende !Verunreinigung, beispielsweise Phosphor enthält, wobei Temperaturen von etwa 900 C während einer ausreichenden Zeitdauer zur Wirkung gebracht werden, um die η-leitende Schicht 34 in einer Stärke von 200CT Ä bis 4000 Ä entstehen zu lassen. Die Schieb L y\ kann aber auch durch Ionenimplantation hergestellt werden, wofür beispielsweise Phosphor unter Verwendung eines Potentials von 50 Kilovolt verwendet werden kann und die Dosis 10 Ionen je Kubikzentimeter beträgt. In diesem Falle ist der Konstruktionsverband zu erhitzen, um Gitterbeschädigungen im Halbleitermaterial aufgrund des Ionenbombardements weitgehend zu heilen.

Auf der Seite der Halbleiterscheibe 32, welche von der n-leiten-

'den Schicht 34 abgewandt ist, befindet sich die anfangs hergestellte Oxidschicht 36. In diese werden Cäsiumionen in eine initiiere Tiefe von 1000 A eingepflanzt, wobei ein Beschleunigungsfeld entsprechend einer Spannung von 120 Kilovolt bis 140 Kilovolt wirksam ist. Kaum eines der auftreffenden Ionen dringt in die Schicht 36 wesentlich tiefer als 2000 K ein, so daß ein Abstand von 1000 A in der Isolationsschicht 36 zwischen den am wei- :testen eingedrungenen Ionen und damit den entsprechenden Ladungen einerseits und der Trennfläche zwischen Halbleiterkörper 52 ■und Isolationsschicht 36 andererseits verbleibt.

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Die Öffnungen 38 werden nun in die Isolationsschicht 36 dadurch eingeätzt, daß zunächst eine Photoresistschicht" aufgebracht wird, dann eine Anordnung von Öffnungen aufphotographiert wird, wonach die belichteten Bereiche der Photoresistniaske an den Stellen oberhalb der zu bildenden Öffnungen aufgelöst werden und die öffnungen durch die Durchbrüche der Photoresistschicht hindurch mit einem geeigneten Ätzmittel, etwa mit gepufferten Flußsäure, eingeätzt werden. Danach wird die Photoresistniaske entfernt. In den Öffnungen 38 wird danach auf die Halbleiterscheibe 32 eine Schicht 40 aufgebracht, indem der Halbleiterkörper 32 in einer feuchten, oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 475 C für eine bestimmte Zeit, beispielsweise während dreißig Minuten, erhitzt wird, so daß die Schicht 40 bis auf eine Dicke von annähernd 50 A wächst. Nachdem die Oxid schichten 40 außerordentlich dünn sind und die Bildung hei Temperaturen erfolgt, die beträchtlich unter denjenigen Werten liegen, bei welchen die eingebrachten Ionen eine wesentliche Wanderung durchführen, bleiben die in den Bereichen 44 eingebauten Ladungen der Isolationsschicht 36 im wesentlichen an ihrem Platz. Man erkennt also, daß bei der Durchführung des hier angegebenen Verfahrens Ladungen in präziser Lage in eine Isolationsschicht eingebaut werden können und daß eine nachfolgende Behandlung des Konstruktionsverbandes erfolgen kann, ohne daß eine wesentliche Änderung der Dichte und der Lage der Ladungen auftritt.

Die Oxidschichten 40 können gegebenenfalls auch durch Sputtern oder mit anderen, geringe Temperaturen erfordernden Verfahren aufgebracht werden, doch hat es sich bei der Verwendung von n- ^?leitendem Material verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstandes für die Halbleiterscheibe 32 als zweckmäßig erwiesen, zusätzliche Teile der Halbleiterscheibe 32 zu oxidieren, welche etwas in den Halbleiterkörper 32 von der Trennfläche zwischen der Schicht 36 und dem Halbleiterkörper 32 aus hineinreichen. Die zum Einfang der Elektronen dienende Sperrschicht 42 wird dann durch Aufsputtern von Galliumarsenid aufgebracht, indem eine entsprechende Elektrode verwendet wird und die Behandlung, in einer Argonatmosphäre während einer ausreichenden Zeitdauer

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erfolgt, um eine Dicke der Schicht 42 in der Größenordnung von : 300 A bis 600 A zu erreichen. Schließlich wird "das gesamte Gerät bei einer Temperatur von 420 C in Wasserstoff wärmebehandelt. Dann wird die Aufnahmeelektrode 24 in die Bildaufnahmeröhre lü in bekannter Weise eingebaut.

; TIalbleitergeräte .der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Art werden vorzugsweise folgendermaßen betrieben. Eine Lichtverteilung trifft auf die überdotiert η-leitende Seite der dünnen, n-• leitenden Siliziumscheibe und erzeugt dadurch eine entsprechende .Verteilung von Löcherpaaren. Die von dem Elektronenstrahl abgetastete Seite der Siliziumscheibe trägt, wie bereits gesagt, eine . Schicht aus Galliumarsenid oder einem anderen geeigneten Werlci stoff, welcher auftreffende Elektronen eines. Elektronenstrahls j festzuhalten oder einzufangen vermag, welcher die Oberfläche dieser Schicht gleichförmig negativ auflädt, so daß ein FeId-' gradient an der dünnen Oxidschicht in den Öffnungen der Gitterstruktur auftritt. Der gesamte Spannungsabfall einschließlich desjenigen Spannungsabfalls, der durch den Übergangseffekt zwischen der Galliumarsenidschicht und dem Silizium verursacht wird, ; beträgt beispielsweise 10 Volt, so daß , wenn die gesamte Spannung an der nur 50 A dicken Oxidschicht anliegen würde, die

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!Feldstärke über 10 Volt je Zentimeter betrüge. Feldstärken we-

. sentlich unter diesem ¥ert erzeugen ausreichende Ladungsübertragung-en durch die Schicht 40, so daß der Haupt-Spannungsabfall an den wirksamen Übergängen zwischen der Galliumarsenidschicht 42

!und der Siliziumhalbleiterscheibe 32 auftritt. Unter anderen Aufgaben erfüllt die dünne Oxidschicht 40 den Zweck, eine Verminderung der Dichte der Oberflächenzustände an ihren Übergängen zu . der Halbleiterscheibe 32 herbeizuführen, wobei die Oxidschicht I als Pufferschicht zwischen der Siliziumscheibe 32 und dem Galliumarsenidfilm anzusehen ist.

■Während der genaue Mechanismus, welcher zwischen der dünnen

Oxidschicht 40, der Galliumarsenidschicht 42 und der Silizium- ; scheibe 32 wirksam ist, noch nicht vollständig erklärt werden

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* Ιο"
kann, erkennt man jedoch, daß der beschriebene Aufbau eine Gleichrichterwirkung hat, derart, daß ein Strom" von dem Silizium zu dem Galliumarsenid fließt, wenn die Galliumarsenidschicht gegenüber dem Silizium positiv gehalten wird, daß jedoch kein Strom fließt, wenn die Spannung umgedreht wird .und in dem Silizium keine Löcher oder Fehlstellen vorhanden sind und sich eine Ladung an dem Übergang aufbaut.

Wenn die überdotiert η-leitende Seite der Halbleiterscheibe einer Lichtverteilung ausgesetzt wird, so erzeugen die Liclitphotonen Löcherpaare im Siliziumkörper. Aufgrund der negativen Ladung, welche durch die Abtastung mittels des Elektronenstrahls an der Galliumarsenidschicht erzeugt wird, baut sich in der Siliziumscheibe 32 eine Verarmungszone oder Itauinladungszone auf, die bis zu der überdotiert η-leitenden Schicht Jk reicht. Die durch den Lichteinfall gebildeten Löcher wandern, bis sie den Verarmungsbereich erreichen, in welchem sie rasch zu der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper 32 und der Oxidschicht 40 gezogen werden, während die Elektronen zurückgestoßen und gegebenenfalls von der überdotiert η-leitenden Schicht gesammelt und zu dem Ring 13 abgeleitet werden, welcher die Halbleiterscheibe umgibt. Die Löcher dringen durch quantenmechanische Tunneleffekte oder durch andere Mechanismen, für welche es noch keine endgültige Erklärung gibt, in die dünnen Siliziumdioxidschichten 40 ein und erreichen die Galliumarsenidschicht 42, wo sie die aus dem Elektronenstrahl eingefangenen Elektronen durch Rekombination nii fc den Elektronen entladen. Der abtastende Elektronenstrahl lädt bei seiner nächsten Abtastung des durch Eindringen der Löcher entladenen Bereiches wieder auf das Kathodenpotential auf. Der Ladestrom wird als Spannungsabfall an dem Widerstand 28 gemessen und stellt das Videosignal dar.

Die Verwendung einer durch Ionenimplantation geschaffenen Gitterstruktur der -eingebauten Ladung verhindert ein Verschwimmen der Bilddetails aufgrund einer zu starken seitlichen Bewegung der Löcher. Die Löcher verweilen eine endliche Zeit in der Trenn-

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fläche zwischen dem Galliuniarsenidfilm und dem Siliziumkristallkörper, bevor sie in das Galliumarsenid eintreten und nachdem die , positive Aufladung aufgrund der Löcher von Punkt zu Punkt entsprechend * der jeweiligen Beleuchtungsintensität wechselt, treten Potentialgradienten längs der Grenzfläche auf. Diese Potentialgradienten haben an und für sich die Wirkung, daß sie die Ladung aufgrund der Löcher gleichförmig über die Grenzfläche hin zu verteilen suchen, so daß das aufgestrahlte Bild verschwimmt. Eine seitliche Bewegung der Löcher wird jedoch durch die gebildeten " ' Potentialsenken in der Siliziumscheibe verhindert, wobei diese ■Potentialsenken eine Tiefe von größenordnungsraäßig 10 Volt an der Grenzfläche zum Galliumarsenidfilm haben, nachdem ein Loch ¹ oder eine Fehlstelle nur eine thermische Energie entsprechend KT hat, worin K eine Konstante und T die Temperatur bedeuten. Diese thermische Energie beträgt bei 3.00 K etwa 0,025 eV, woraus sich ergibt, daß die Löcher nicht in der Lage sind, in -' seitlicher Richtung aus den Potentialsenken zu entweichen. Die ; Löcher werden dann zu den Flächen der HeteroÜbergänge hin ge- ; zogen und dort festgehalten, was auf der Gegenvorspannung, be-'· ruht, bis sie in das Galliumarsenid eintreten, wo sie mit den dort festgehaltenen, aus dem Elektronenstrahl eingefangenen Elektronen eine Rekombination erfahren.

Durch Darstellung der Gitterstruktur der eingebauten Ladungen in der dicken Siliziumdioxidschicht, d. h. durch Herstellung eines Oxidfilmes in der hier vorgeschlagenen Weise und Bildung einer Gitterstruktur der Ladung in dem Oxidfilm erhält man die Wirkung eines überdotiert η-leitenden Gitters, das in die SiIiziurascheibe eindiffundiert oder eingepflanzt ist, da die positiven Ladungen in der Dioxid schicht überschüssige Elektronen an der Siliziumgrenzfläche anziehen, um dies zu erreichen, sollte aber die Raumladung in der durch Ionenimplantation behandelten Oxid-Gitterstruktur vorzugsweise groß genug sein, daß sie die Elektronenäufladung, welche durch die Abtastung mit dem Elektronenstrahl auf die Oberseite der Schicht 36 aufgebracht wird, !vollständig von dem Siliziumkörper fernhält.

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Im einzelnen läßt sieh folgendes feststellen. Wird beispielsweise eine Ladung in einer mittleren Tiefe von 500 A "eingebaut, so muß diese Ladung dazu ausreichen, ein Feld zu erzeugen, welches gleich demjenigen ist, das durch die Aufladung der Oberfläche der Oxidschicht auf das Kathodenpotenital erzeugt wird. Beispielsweise muß die Zahl N positiver Ladungseinheiten je Quadratzentimeter in einer Tiefe L,. welche dem Spannungsabfall V zwischen Kathode und Aufnahmeelektrode entsprechen soll, mindestens diesem Spannungswert multipliziert mit der Dielektrizitätskonstanten · des Isolators, geteilt durch die mittlere Tiefe der eingebauten Ladung multipliziert mit der Elementarladung gleich sein. Wenn also V beispielsweise 10 Volt beträgt, so ergibt sich mit einer mittleren relativen Dielektrizitätskonstante für Siliziumdioxid von 3,8 und einer mittleren Tiefe L der eingebauten Ladungen von 5·' · 10 cm die Anzahl N eingebauter Ladungseinheiten zu etwa

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k · 10 Ladungseinheiten je Quadratzentimeter.

12 lh

Eine Ladungsdichte von 10 bis 10 Elementarladungen je Quadratzentimeter kann in die Oxidschicht 36 eingebaut werden und eingeschlossen werden, indem die Oberfläche der Oxidschicht mit Ionen beschossen wird. Es hat sich gezeigt, daß bei den meisten Ionenarten, welche zur Herstellung festliegender Aufladungen in dem Isolator verwendet werden, aus Gründen, die noch nicht vollständig aufgeklärt sind, nur jeweils einmal für mehrere Hundert auf die Schicht 36 treffende Ionen ein fester Einbau erfolgt. Beispielsweise ist zur Ionenimplantation von Bor in einer mittleren Tiefe von 500 Ä oder 5 ' 10 cm in einer Siliziumdioxidschicht bei Anwendung einer Spannung von etwa 20 Kilovolt zwischen der Ionenquelle und der Isolationsschicht ein Bombardement

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von mehr als 10 ^J Ionen je Quadratzentimeter erforderlich, um

12 eine Ladungsdichte von annähernd k · 10 Ladungseinheiten je Quadratzentimeter zu erzielen. Vorzugsweise werden aber Ionen zur Implantation verwendet, welche in der Oxidschicht im wesentlichen vollständig eingefangen werden, beispielsweise Alkalimetallionen, etwa von Cäsium. Die Ionenimplantation unter Verwendung von Cäsium erfordert eine Beschleunigungsspannung von etwa

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6O Kilovolt bis 140 Kilovolt und eine Gesamtdichte des Ionenbom-

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bardements von etwa h · 10 Ionen je Quadratzentimeter oder da-

12 rüber, um eine Ladungsdichte von h · 10 Elementarladungen je Quadratzentimeter zu erreichen. Nachdem Cäsiumionen vernaltnis-,.mäßig groß sind, bleiben sie im wesentlichen augenblicklich hängen, selbst wenn der Isolator aui eine Temperatur von mehreren hundert Grad C erhitzt wird. Andererseits bewegen sich aber leichtere Alkalimetallionen, beispielsweise Natriumionen, verhältnismäßig leicht in dem Isolator und sind daher nicht so zweckmäßig, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.

_:Es ist anzunehmen, daß sich viele Ionenarten zur Implantation auf die angegebene Art und Weise eignen und daß Gitterdefekte, welche in der Oxidschicht erzeugt werden, das Einfangen der positiven Ladungen bewirken.

Das beschriebene Verfahren ist verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Fehlern bei der Ausführung. Wenn beispielsweise ein Teil der durch Ionenimplantation behandelten Oxidgitterstruktur abbröckelt oder abbricht, so verursacht dies außer einer möglichen Vergrößerung einiger weniger auflösender Zellen der Elektrodenanordnung keinen sichtbaren Fehler. Außerdem sind feine Löcher iii der Oxidschicht nicht störend, da die Galliumarsenidschicht immer noch einen HeteroÜbergang an der Kontaktstelle mit der Siliziumscheibe bildet, welcher in Sperrichtung vorgespannt wird.

In Figur 3 ist eine andere Aus führungsform einer Aufnahmeelektrode der hier vorgeschlagenen Art gezeigt, bei welcher wieder eine Halbleiterscheibe 32 aus η-leitendem Material mit einer n-leitend überdotierten Schicht 3^ versehen ist, wie oben angegeben ,wurde. Ferner sind in der Halbleiterscheibe viele p-leitende Bereiche 50 zur Bildung von Übergängen in bekannter Weise hergestellt, indem eine entsprechende Diffusion durch Öffnungen 52 einer Siliziumdioxidschicht 5^ durchgeführt wird, welche eine :Stärke von mehreren tausend Ängstrom hat. Eine hohen Widerstand •aufweisende Schicht 56, beispielsweise Galliumarsenid in einer

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Stärke von 200 A bis 500 A ist über der Isolationsschicht 5h aufgebracht und hat über die Öffnungen 52 hindurch Berührung mit den die Übergänge bildenden, p-leitenden Bereichen 50. Eine solche Anordnung würde auch beim Einfall sehr heller, intensiver Lichtpunkte ausblühen oder ausstrahlen, doch sind in der hier angegebenen Art und Weise Bereiche 58 durch Ionenbombardement,., wie oben angegeben, behandelt, um einen Kurzschluß oder eine Leitung über die zwischen den benachbarten, p-leitenden Bereichen 50 gelegenen Gebiete zu verhindern. Eine solche Kurzschliessung kann als Leitungskanalbildung bezeichnet werden, Wie bereits erwähnt, hat man schon versucht, an äußere Metallgitterstrukturen eine Spannung zu legen, um diese Leitungskanalbildung zu verhindern. Die Herstellung einer komplizierten, über den anderen Schichten gelegenen Gitterstruktur mit Breiten von wenigen Mikron über einer großen Zahl einzelner Übergänge, beispielsweise einer Million Übergänge bei einer typischen Bildaufnahmeröhre, ohne daß Kurzschlüsse zwischen dem metallischen Leiter der Gitterstruktur und den Übergängen oder dem Halbleiterkörper auftreten, macht eine derartige Konstruktion außerordentlich schwierig und in der Herstellung teuer.

Figur 4 zeigt die Anwendung des hier vorgeschlagenen Aufbaus auf eine Photodiodenanordnung zur Beseitigung des Dunkelstromes. Bei diesem üalbleitergerät ist auf einem aus Halbleitermaterial, vorzugsweise aus η-leitendem Silizium bestehenden Halbleiterkörper 60 eine überdotiert η-leitende Schicht 62 aufgebracht, wobei im wesentlichen wie oben angegeben verfahren wird und außerdem ist in den Halbleiterkörper ein Übergangsbereich 64 aus p-leitendem Material eindiffundiert, wobei in an sich bekannter Weise |an dem Übergangsbereich 64 ein metallischer Kontakt 66, etwa aus Platin hergestellt ist. Mittels einer Batterie 68, welche an den Kontakt 66 und die überdotiert η-leitende. Schicht 62 über einen zur Abnahme des Ausgangssignales dienenden Belastungswiderstand 70 angeschlossen ist, kann eine Gegenvorspannung an den Übergang gelegt werden. Eine Oxidschicht 72 ist über dem aus den Bereichen 64 und 60 gebildeten Übergang aufgebracht und in

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dem Teil Ik der Siliziuiudioxidscliicht 72 ist eine Ladung durch Ionenimplantation eingebaut, welche ein Feld nahe der Durchbruchsfeldstärke der dielektrischen Schicht 72 erzeugt. Hierdurch wird die Ableitung und damit der Dunkelstrom durch den •.Übergang an der Grenzfläche zur Oberfläche des .Ilalbleiterkörpers 60 wesentlich vermindert, 'so daß die Empfindlichkeit und die-Arbeitsweise dieses Ilalbleitergerätes verbessert werden.

: Figur 5 zeigt einen Feldeffekttransistor, der einen Trägerkbrper 80 aus η-leitendem Halbleitermaterial und einen Quellenbereich 82 aus p-leitendem Material sowie einen p-leitenden Ableiluiigs-' bereich 84 besitzt, welche jeweils durch Öffnungen in einer ■Oxidschicht 86 in an sich bekannter Weise eindiffundiert sind. Die Änderung der Leitungskanal-Steuerspannung zwischen den Be- ; reichen· 82 und 84, welche auf der Veränderung der Ladung im He- '- reich der Isolationsschicht 86 unterhalb der Steuerelektrode tib entsteht, wird auf die hier angegebene Art und Weise durch Einbau oder Einfangen von Ladungen in den Gebieten 90 der Isolationsschicht 86 beeinflußt, wobei das Gebiet 90 unmittelbar uu-. terhalb der Steuerelektrode 88 liegt und die eingebauten Ladungen ein Feld erzeugen, das nahe an die Durchbruchsfeldstärke der dielektrischen Schicht 86 herankommt, wodurch ein Einwandern von zusätzlichen Ladungsträgern in diese Schicht und eine Verschie-J bung der Einschalt-Ausschalt-Punkte des Feldeffekttransistors ¹ verhindert werden. Es sei darauf hingewiesen, daß in dieser "h'ei- ! se jede beliebige Vorspannung an den Feldeffekttransistor gelegt werden kann, indem die Dicke der Oxidschicht 86 und die in dem Gebiet 90 eingebaute Ladung entsprechend gewählt werden.

Figur 6 zeigt schließlich einen ähnlichen Ilalbleiter-Feldeffekt-ί transistor wie Figur 5, jedoch mit der Ausnahme, daß der Trägerkörper 80 hier aus p-leitendem Material besteht, während der ^! Quellenbereich und der Ableitungsbereich von η-leitendem Verkstoff gebildet sind. Durch Einbau von Ladungen im Gebiet 90 der Isolationsschicht 86 wird eine Vorspannung an den Feldeffekt-transistor gelegt, so daß sich praktisch ein n-Kanal-Feldeffekt-

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transistor ergibt. Man erkennt also, daß durch Einbauen der Ladung direkt in die Isolationsschicht die Gitterstruktur des darunterliegenden Ilalbleiterkristalls unverändert bleibt und daher in Feldeffekt-Schaltgeräten eine genau reproduzierbare Kanalbildung erreicht wird, während gleichzeitig eine eingebaute Vorspannung für die Steuerelektrode 88 solcher Schaltgeräte vorgesehen werden kann.

Dem Fachmann bieten sich im !lahmen der Erfindung eine Vielzahlvon Weiterbildungs- und Abwandlungsmöglichkeiten. Beispielsweise kanu für die Halbleiterscheibe 32 auch ein anderes, geeignetes Halbleitermaterial verwendet werden und es können auch andere Arten von Übergängen, beispielsweise mit echten Schotfcky-Sperrschichtübergängen, verwendet werden. Auch können die Dotieruiigsmittelkonzentrationen des Halbleiterkörpers und die Isolierwerkstoffe und auch die für die Ladungsimplantation verwendeten Ionen in weiten Grenzen variiert werden. So können beispielsweise Phosphorionen eingesetzt werden. Auch lassen sich die hier angegebenen, grundsätzlichen Gedanken auf vielerlei Geräte anwenden, beispielsweise auf Bipolartransistoren, integrierte Schaltungen, interdigitale Mikrowellengeräte und Bildverstärkerröhren.

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Claims

Patentansprüche

Ilalbleitergerät, insbesondere Aufnahmeelektrode für Bild-' wandlerröhren, mit einem Halbleiterkörper, an welchem im Abstand voneinander mindestens zwei Übergänge angeordnet sind, welche mindestens teilweise zu dem Halbleiterkörper hin gebildet und in. Sperrichtung vorspannbar sind, gekennzeichnet' durch ', eine Vorrichtung (36, 44 bzw. 54, 58 bzw. 72, 74 bzw. 86, yo), ι welche die Bildung von Leitungskanälen zwischen den Übergaugsbereichen (32, 40, 42 bzw. 32, 50 bzw. 60, 64 bzw. 82, 84) verhindert und Mittel zur Ausbildung von Ladungsbereichen im Itaum zwischen den Übergangsbereichen enthält, wobei diese Ladungs- ^; bereiche der Vorspannung der Halbleiterübergänge entgegenwirken.

2. Halbleitergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß • die genannte Vorrichtung eine auf dem Halbleiterkörper (32 bzw. 60 bzw. 80) zwischen den übergangsbereichen (32, 4t), 42 bzw. 50 bzw. 60, 64 bzw. 82, 84) angeordnete Isolationsschicht (36 bzw. 54 bzw. 72 bzw. 86) enthält, in welcher unbewegliche Ladungen angeordnet oder eingebaut sind.

3. Halbleitergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (32 bzw. 60 bzw. 80) aus Silizium

: besteht oder Silizium enthält.

; 4. Halbleitergerät nach Anspruch 2 und "Anspruch 3, dadurch ge-■ kennzeichnet, daß die Isolationsschicht (36 bzw. ^k bzw. 72 bzw. ; 86) Siliziuradioxid enthält oder hieraus besteht.

. 5. Halbleitergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsbereiche (32, 40, 42 bzw. 32, 50

, bzw. 60, 64 bzw. 80, 82, 84) aus mehreren unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind.

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6. Ilalbleitergerät nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsbereiche aus Silizium und einer Siliziuinverbindung gebildet sind.

-7. Ilalbleitergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsbereiche (32, 40, 42) auch eine sehr dünne Isolationsschicht (40)- enthalten.

8. Ilalbleitergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenvorspannung an die Übergänge, welche Teil einer nicht ausblühenden Aufnahmeelektrode (24) sind, mittels eines Elektronenstrahls eines Elektronenstrahlerzeugungssystems (l6) anlegbar ist.

9i Ilalbleitergerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Einrichtungen (18, 20) zur zyklischen Abtastung der Aufnähmeelektrode (24) durch den Elektronenstrahl.

10. Verfahren zur Herstellung von llalbleitergeräten nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in oder au dem Halbleiterkörper eine Anzahl von übergangsbereicheii gebildet wird, die nahe von Isolierstoffbereichen gelegen sind, in weiche Ladungen feststehend und im wesentlichen vollständig in Teilen der Isolierstoffbereiche gelegen im Abstand von der Treimf]ächc zwischen den Isolierstoffbereichen und dem Halbleiterkörper eingebaut sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsbereiche in der Weise gebildet ,werden, daß auf den Halbleiterkörper eine Isolierstoffschicht aufgebracht und diese mit einer Vielzahl von öffnungen versehen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Öffnungen Sperrschichtbereiche gebildet werden.

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13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß über die Oberfläche der Isolierstoffschicht in diese eine Schicht von Ladungen bzw. Ladungsträgern eingebracht wird, welche ein Feld erzeugen, das einen Viert nahe der dielektrischen ^;:I)urchbruchsf eidstärke der Isolierstoff schicht hat.

: ±k. Verfahren nach Anspruch 1,3, dadurch gekennzeichnet, daß die \ Einbringung der Ladungen in die Isolierstoffschicht vor der liil- ! dung der öffnungen in der Isolierstoffschicht erfolgt.

■; 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis Ik, dadurch gc- : kennzeichnet, daß in den Öffnungen eine isolierende Oberflächcii-

schicht, welche Berührung zu dem Halbleiterkörper hat, zur BiI- ^: dung von Sperrübergängen aufgebracht wird und daß über den in ₍ den Öffnungen befindlichen isolierenden Oberflächenschicht eine hohen Widerstand aufweisende Schicht hergestellt \\rird.

\ 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ', in den Öffnungen befindlichen isolierenden Oberflächenschichten Siliziumdioxid enthalten.

17. Verfahren nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die i Ladungen in der die Öffnungen umgebenden Isolierstoffschicht in bestimmtem Abstand zur Grenzfläche zu dem ilalbleiterkbrper ! hin eingebracht werden, wobei die Ladungsdichte elektrische Felder erzeugt, welche der dielektrischen Durchbruchsfeldstärke der ' Isolierstoffschicht nahekommen oder diesen Wert übersteigen.

; 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch, gekennzeichnet, daß über

j die Isolierstoffschicht und die in den Offnungen befindlichen isolierenden Oberflächenschichten eine hohen Widerstand aufweisende Schicht aufgebracht wird.

,19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die-■ se hohen Widerstand aufweisende Schicht aus einer Halbleiterver- :bindung gebildet wird.

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