DE2513460A1

DE2513460A1 - Lawineneffekt-diode mit negativem dynamischem widerstand

Info

Publication number: DE2513460A1
Application number: DE19752513460
Authority: DE
Inventors: Chung Kyu Kim
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-04-01
Filing date: 1975-03-26
Publication date: 1975-10-02
Also published as: CH584969A5; GB1455811A; CA1015069A; JPS50134585A

Description

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UNDV.-EHesr.. 3.. . POSTFACH 104

T2L. (08 1!) 55 5719

München, den 25. März 1975 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 110

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

Lawineneffekt-Diode mit negativem dynamischem Widerstand.

Die Eriindung bezieht sich auf eine Lawineneffekt-Diode mit negativem dynamischem Widerstand.

Frühe Bauformen von Übergangszeit-Lawineneffektdioden mit negativem dynamischem Widerstand sind in den US-Patentschriften 2 899 646 und 2 899 652 beschrieben. Derartige Dioden enthalten Halbleiterkörper mit mehreren verschiedenen Bereichen, wobei zwischen Anodenanschluß- und KathodenanschluBbereichen ein Lawinenbereich und ein sich anschließender Driftbereich vorgesehen sind. Ein dynamischer negativer Widerstand entsteht bei solchen Dioden dadurch, daß durch Lawineneffekt ausgelöste Träger in einem Driftbereich um eine bestimmte Zeit verzögert werden, so daß sich eine 180 -Phasenverschiebung zwischen den dem Eingang zugeführten Signalen ergibt. Zur Erzielung eines möglichst groi

jßen Wirkungsgrades derartiger Dioden hielt man es für vorteilhaft, den Lawinenbereich bedeutend kurzer als den Driftbereich !auszuführen.

■Zwar glaubte man ursprünglich, daß derartige Dioden einen großen Fortschritt auf den Gebiete von Mikrowellenverstärkerdioden mit

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negativem dynamischem Widerstand bringen könnten, doch konnten diese Dioden bisher ihre vorteilhalten Eigenschaften nicht entfalten, da das Fertigungsergebnis mit normalerweise durchführbaren Fertigungsverfahren nie dazu führte, daß ausreichend große Übergangsdioden zu annehmbaren Preisen gefertigt werden konnten. ! Die größte Schwierigkeit bei den ursprünglich entworfenen Dioden ι bestand darin, die Breite des Lawinenbereiches genau einhalten ! zu können. Kleine TIngleiohförmigkeiten in der Stärke des Lawinenbereiches bewirkten, daß sich der Lawinenbereich in demjenigen Teil des tlalbleiterkörpers hinein erstreckte, welcher als Drift-, bereich wirksam sein sollte. Die Weite der Erstreckung in den Driftbereich hinein entsprach in etwa dem Verhältnis der Dotierungskonzentration im Lawinenbereich zur Dotierungskonzentration im Driftbereich. Nachdem die Dotierungskonzentration im Lawinenbereich charakteristischerweise mehrere tausendmal größer als die Dotierungskonzentration im Driftbereich ist, konnten Ungleichförmigkeiten in der Stärke des Lawinenbereiches zu einer sehr weiten Erstreckung des Lawinenbereichs in den Driftbereich j hinein führen, wodurch die Übergangs-Verzögerungszeit der durch j Lawineneffekt ausgelösten Träger je nach dem Teil des Lawinen- ! bereiches, in welchem diese Träger ursprünglich erzeugt wurden, j stark variierte. Der Wirkungsgrad solcher Dioden war daher im ι allgemeinen niedrig, da das frühe oder späte Eintreffen der außerplanmäßig durch Lawineneffekt ausgelösten Träger an den Anschlußbereiohen wegen der unrichtigen Phasenbeziehung zum Nutzstrom eine Minderung dieses Ausgangsstromes verursachten.

! Weitere Schwierigkeiten bei der Herstellung bisher bekannter Bauelemente der hier betrachteten Art ergaben sich aus den ho-

_; hen elektrischen Oberflächenfeldstärken, welche bei diesen Bauelementen angewendet wurden. Für einen erfolgreichen Betrieb

, der Read-Dioden wurden Feldstärken in der Große von beispielsweise 600 kV/cra oder darüber angelegt, um eine ausreichende An-

j zahl von durch Lawineneffekt ausgelösten Trägern zu erzeugen. Diese hohen elektrischen Feldstärken führen zu Problemen aufgrund von Tunneleffekten und eines schleiohenden Durohbruchs, \

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wodurch sich zu dem Ausgangsatrom mit der gewünschten Phasenlage Ströme außerhalb der riohtigen Phasenlage in unerwlinschter Weise addieren.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Lawinenmit ;

effekt-Diode/negativem dynamischem Widerstand so auszubilden, daß bei der Herstellung die Stärke des Lawinenbereichea mit gebräuchliohen Maßnahmen der Halbleiterfabrikation eingehalten ι werden kann, wobei die Übergangszeit der durch Lawineneffekt ' ausgelösten Träger im wesentlichen unabhängig von der Stärke des Lawinenbereiohes ist. Schwierigkeiten aufgrund von Tunneleffekten und schleichenden Durchbrüchen sollen hierbei vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Lawineneffekt-Diorle mit negativem dynamischem Widerstand gelöst durch einen Halbleiterkörper mit Bereichen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps in der Folge P⁺NN⁺NN⁺"*" oder N⁺PP⁺PP⁺"¹" oder mit einem Schottky-Übergang anstelle des PN-Übergangs in der erstgenannten Folge, so daß sich im wesentlichen die Folge Metall-NN⁺NN⁺ ergibt.

■Dioden der hier vorgeschlagenen Art enthalten Mittel zur Erzeugung einer Ladungsträgerlawine, nämlich einer Mehrzahl von Elektronen und einer Minderheit von Löchern, in einem Halbleiterkörper sowie Mittel zur Erzeugung einer Übergangsverzögerung an einer oder an beiden Gruppen von Ladungsträgern innerhalb eines anderen Bereiches desselben Halbleiterkörpers, wobei die beiden erwähnten Einrichtungen innerhalb des Halbleiterkörpers voneinander getrennt liegen. Ein Übergang, beispielsweise ein PN-Übergang oder ein Schottky-Sperrschichtdiodenübergang, dienen zur Herstellung der Lawineneffektbedingungen in der Verarmungszone auf einer Seite des Übergangs, wenn dieser in Sperrichtung vorgespannt wird. Vorzugsweise enthalten die Mittel zur Erzeugung der Übergangsverzögerung und die Mittel zur Erzeugung dee Lawineneffekt· Halbleitermaterial desselben Leitfähigkeitstype. ;

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Man erkennt, daß Bauelemente der hier vorgeschlagenen Art einen Halbleiterkörper mit mindestens drei Schichten enthalten, wobei die zweite, mittlere Schicht die erste und die dritte Schicht voneinander trennt. Sämtliche drei Schichten gehören demselben Leitfähigkeitstyp an, wobei die erste und dritte Schicht im wesentlichen gleiche Dotierungskonzentration aufweisen, während die zweite, mittlere Schicht eine bedeutend höhere Dotierungskonzentration besitzt. An der ersten Halbleiterschicht kann ein Diodenübergang gebildet sein und an die dritte Schicht kann eine vierte Halbleiterschicht angrenzen, welche demselben LeitfHhigkeitstyp wie die drei genannten Schichten angehört, jedoch eine ganz bedeutend höhere Dotierungskonzentration aufweist. Die vierte Schicht dient zum Abziehen der Ladungsträger nach ihrer Verzögerung beim Übergang dadurch, daß Rekombinationsplätze zur Verfugung gestellt werden, >

Bei Bauelementen der vorstehend beschriebenen Art wird ein j i elektrisches Feld an einen Halbleiterkörper mit mindestens drei ' I Bereichen angelegt. Der elektrische Feldgradient in den beiden ' lendständigen Bereichen ist mittelgroß und hat im wesentlichen ^! !gleichen Wert, während der Feldgradient im mittleren Bereich bedeutend größer ist« Es kann wieder ein stark dotierter Bereich zum Abziehen der Träger oder zur Rekombination hinzugefügt werden. Bauelemente dieser Art lassen sich mit Vorteil in Verstärkern und Oszillatoren verwenden. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind im übrigen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welohe hier zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hingewiesen wird.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die !anliegende Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

; Figur 1 eine Halbleiterdiode mit den verschiedenen, I darin befindlichen Schichten,

Figur 2 ein Diagramm, in welchem die Dotierungskon- ; zentration für die verschiedenen Halbleiter- ! bereiche der Diode nach Figur 1 aufgetragen ist, '

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Figur 3 ein Diagramm, in welchem die elektrische

Feldstärke über den verschiedenen Bereichen der Diode nach Figur 1 aufgetragen ist,

Figur k einen Schnitt durch eine Diode mit den zugehörigen Packungsmitteln,

Figur 5 eine Aufsicht auf einen Mikrowellenverstärker mit Dioden des in Figur 1 gezeigten Aufbaus in der Paokungsanordnung gemäß Figur k und ι

Figur 6 einen Schnitt durch einen Oszillator mit Resonanzhohlraum und einer Diode des Aufbaues nach Figur 1 in der Paokungsanordnung gemttß Figur k.

I In Figur 1 ist in Blockform eine Diode 10 der hier vorgeschlagenen Art gezeigt. Die Diode 10 besitzt vorzugsweise fünf Schichten I12 bis 16 aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, weljohe bezüglich ihres Leitfähigkeitstyps in der Folge P⁺NN⁺NN⁺⁺ angeordnet sind. Die Halbleiterbereiche 12 und 16 bilden die An- !Schlüsse des Bauelementes, auf welchen Kontakte 11 und 17 auflegiert sind, die ihrerseits zur Verbindung mit äußeren Ansohlußleitungen für das Bauelement dienen. Die P⁺-Halbleiterschicht 12 stellt die Anode des Bauelementes dar und bildet mit der N-leitenden Halbleiterschicht 13 einen Ilalbleiterübergang, Bei anderen Ausführungsforraen kann die P -leitende Halbleiter-Hchicht 12 auch durch eine Metallschicht, beispielsweise aus Gold oder Platin ersetzt werden, so daß zu der N-leitenden Flalb-1eiterschicht 13 ein Schottky-Sperrschichtübergang entsteht oder es kann eine Doppelschicht aus P⁺⁺-leitendem Material und P⁺-leitendem Halbleitermateria] an dieser Stelle vorgesehen sein.

Die N⁺-leitende Schicht Ik ist verhältnismäßig stark dotiert und besitzt niedrigen Widerstand. Die Schicht ±h ist zwischen dnn Fliilblei terschichten 13 und 15 gelegen. Wird die Diode 10 In Sperriehtung mit ausreichend hoher Spannung vorgespannt, J jflo tritt der bekannte Lawineneffekt auf,und zwar in erster

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Linie in der Halbleiterschicht 13. Durch den Lawineneffekt entstehen sowohl in der Minderzahl Leitungslöoher als auch in der Mehrzahl Leitungselektronen. Die Minderheitenträger in Form der Löcher wandern rasch in die P⁺-leitende Schicht 12, während die Mehrheitsträgerelektronen durch ein elektrisches Feld in die N-leitende Schicht 15 gezogen werden, welche einen Driftbereich darstellt. Die Übergangs-Verzögerungszeit, welche den Elektronen mitgeteilt wird, bewirkt eine ausreichende Phasenverschiebung vermittels des Bauelementes, so daß ein negativer dynamischer Widerstand entsteht, da Leistung in der richtigen Phasenlage im Ausgangsstrom hinzugefügt wird. Der Mechanismus, durch 'welchen diese Verstärkungserscheinung ermöglicht wird, ist bekannt und wurde in den zuvor erwähnten Read-Dioden ausgenützt. Die Elektronen werden von der Diode 10 durch die N⁺ -leitende Schicht l6 zu dem Anschluß 17 hin abgezogen, indem in der N⁺⁺~leitenden Schicht eine Rekombination stattfindet.

Figur 2 ist eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Dotierungskonzentrationen in den verschiedenen Bereichen der Diode 10. Die N-leitende Sohicht 13 ist verhältnismäßig wenig dotiert und besitzt eine Dotierungskonzentration zwischen 2 *1O¹⁵ und 3 Ί0¹⁶ Atomen je Kubikzentimeter. Die N⁺-leitende Schicht Ik ist verhältnismäßig stark dotiert und besitzt eine Dotierungskonzentration von beispielsweise im Bereioh von 2 ' 10¹⁷ bis 5'1O¹⁷ Atomen je Kubikzentimeter. Die N-leitende Schicht 15, welche den Driftbereich darstellt, weist annähernd dieselbe Dotierungskonzentration wie die N-leitende Schicht 13 puf. Schließlich ist die N⁺⁺-leitende Schicht 16 sehr stark dotiert und besitzt eine Dotierungskonzentration von etwa t *10¹⁸ bis 2· 10¹⁸ Atomen je Kubikzentimeter. Auch der P⁺-leitende Bereioh 12 ist stark dotiert oder wird, wie zuvor schon festgestellt wurde, bei einigen Ausführungsbeispielen von einer .Metallschicht gebildet, so daß zu der N-leitenden Schicht 13 ein Schottky-Sperrschichtübergang entsteht oder es handelt sich, um eine P -leitende Schicht von annähernd derselben Dotierungskonzentration wie angegeben, wobei an den Kontakt 11 eine P⁺⁺-leitende Schicht angrenzt.

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Dei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Stärke der N-leitenden Schicht 13 zwischen o,2 Mikron und 0,6 Mikron. Die N⁺-leitende Schicht lh mißt vorzugsweise weniger als o,5 Mikron. Die Länge des N-leitenden Bereiches 15 hängt von der Frequenz ab, bei welcher das Bauelement arbeiten soll, di durch diese Länge die Übergangszeitverzögerung bestimmt wird. Liegt beispielsweise die Betriebsirequenz im X-Frequenzbandbereich, so mißt die Schicht 15 O,R Mikron. Für einen Betrieb bei niedrigeren Frequenzen kann die Stärke der N-leitenden Schicht 15 vergrößert werden, wobei praktisch eine Grenze von etwa 6 Mikron gilt. Die N⁺^-leitende Schicht 16 hat beispielsjweise eine Länge von 5 Mikron, doch ist diese Dimension nicht

ivon ausschlaggebender Bedeutung, da sich die Elektronen rasch

^:rekombinieren, sobald sie die Schicht 15 erreichen, so daß

die Übergangszeit von der Abmessung dieser Schicht unabhängig ist. Die Stärke der N⁺⁺-leitenden Schicht 16 hat Einfluß auf die Geschwindigkeit, mit welcher Wärme aus dem Bauelement ab-

geführt werden kann, weshalb diese Schicht ausreichend dünn gemacht wird, um einen raschen Wärmeabtransport aus dem Baulelement zu ermöglichen.

Tn Figur 3 ist die Größe der elektrischen Feldstärke in den verschiedenen Schichten und Bereichen des Bauelementes gemäß Figur L über dessen Länge hin aufgetragen. Wie allgemein bekannt, ändert sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes an ein dotiertes Halbleitermaterial der Gradient oder das Gefälle der elektrischen Feldstärke abhängig vom Weg oder Abstand direkt proportional zum spezifischen Widerstand und damit zur Dotierungskonzentration des betreffenden Werkstoffs. Der Gradient des elektrischen Feldes ist daher in der Schicht 13 verhältnismäßig niedrig, während er in der benachbarten, N⁺-leitenden Schicht Ik verhältnismäßig groß, das Feldgefälle also entsprechend steil ist. Der Feldgradient in der N-leitenden Schicht hat annähernd denselben Wert wie in der N-leitenden Schicht Ks sei bemerkt, daß der Gradient des elektrischen Feldes im Jeweiligen Halbleiterbereich nur durch die Dotierungsdiohte in

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dem betreffenden Bereich und nicht durch die Größe des äußeren elektrischen Feldes bestimmt wird, obgleich der Absolutwert an jedem Punkt proportional zu dem Gesamtfeld und der von außen angelegten Spannung ist. Eine Veränderung der Größe der von außen angelegten Spannung bewirkt nur eine Parallelverschie- j bung der Kurve 30 gemäß Figur 3 nach aufwärts oder nach ab- j wärts, ändert jedoch nicht den Gradienten des elektrischen j Feldes in irgendeinem Bereich oder die Länge des Abschnittes i der Kurve 30, der in dem betreffenden Bereich verläuft. j

Ein Lawineneffekt tritt nur dann auf, wenn die Größe des elektrischen Feldes einen bestimmten Wert übersteigt, beispielsweise 20 kV em« Die Gesamtzahl der erzeugten Loch-Elektronj Paare ist proportional der Fläche unterhalb der Kurve 30 zwischen den Abszissenpunkten X=O und X , weloh letzterer !derjenige Punkt auf der X-Achse ist, der dem Feldstärkewert ι E^ entspricht, der der Miniwahlwert des elektrischen Feldes ' zur Auslösung des Lawineneffektes ist. Für den praktischen 'Diodenbetrieb und zur Erreichung ausreichender Leistungswerte j ist es notwendig, eine ausreichende Anzahl von Loch-Elektron-■' Paaren zu erzeugen und demgemäß muß die Fläche unterhalb der ' Kurve 30 zwischen den Punkten X=O und dem Punkt X entsprechend dem Feldstärkewert E^ ausreichend groß sein. Bei der hier vorgeschlagenen Diode findet der Lawineneffekt oder die Erzeugung von Loch-Elektron-Paaren in erster Linie in der N-leitenden Schicht 13 statt und erstreckt sich in die N⁺-leitende Schicht 14 hinein, reicht jedoch nicht duroh diese letztgenannte Schicht hindurch.

.Bei bisher bekannten Dioden der hier betrachteten Art, bei welchen die N⁺-leitende Schicht unmittelbar an die P⁺-3eitende Schicht angrenzte, mußte die Erzeugung von Loch—Elektron-Paaren in der N⁺-leitenden Schicht erfolgen. Fs mußten hohe Werte I der elektrischen Feldstärke zur Anwendung gebracht werden, um eine ausreichende Anzahl von Ladungsträgern zu erzeugen. Eine Lnwjnenauslösung fand auf dem gesamten Weg bis zur Grenzfläche 'zwischen der N⁺-leitenden Schicht und der N-leitenden Schicht

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statt und reichte oft bis in die Endschicht hinein, so daß die Leistungsverstärkereigenschaften des Gerätes zerstört wurden, da in diesem Falle die wirksame Länge des Driftbereiohes geändert wurde.

Wenn, wie zuvor ausgeführt wurde, bei einer Diode bisher bekannter Art in der Stärke der N -leitenden Schicht eine UngleichfÖrmigkeit vorhanden war, so wurde die Erstreckung der _; Verarmungszone um einen Faktor von annähernd dem Verhältnis i zwischen der Dotierungskonzentration des N⁺-leitenden Bereiches zur Dotierungskonzentration des N-leitenden Bereiches verändert. Im Gegensatz hierzu ist bei der vorliegend angegebenen ! Konstruktion einer Diode der Lawineneffekt auf die N-leitende Schicht 13 und die N⁺-leitende Schicht 14 beschränkt. In der

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!Nähe der Grenzfläche zwischen der N -Schicht 14 und der N-Schichf;

15 tritt kein Lawineneffekt auf und daher bestehen auch keine !Schwierigkeiten bezüglich kleiner Ungleichförmigkeiten der StMr-I ke der N -leitenden Schicht 14. Nachdem ferner die anzulegende

Spannung verringert wird, werden Schwierigkeiten aufgrund eines iTunelleffektes oder eines schleichenden Durchbruches beseitigt.

;Figur 4 zeigt eine Diode 10 der hier vorgeschlagenen Art in einer Packungsanordnung 40 zur Verwendung in Verstärkerschaltungen und Oszillatorschaltungen. Die Diode 10 ist oben auf einem als Wärmesenke dienenden Schraubansatz 43 befestigt. Der Schraubansatz 43 bildet auch den elektrischen Anoden- oder Kathodenanschluß zu dem entsprechenden Halbleiterbereich der Diode 10. Anachlußleiter 41 erstrecken sich von dem nicht mit dem Schraub- · nnsatz 43 in Verbindung stehenden Anschlußbereich zu einem oberen Metallkontakt 45, der an einem leitfähigen Hing 44 befestigt ist. Ein Hohlzylinder 42 aus nichtleitendem, keramischem Werkstoff umgibt die Diode 10 und bildet die Halterung für den Leitp.rring 44.

Figur 5 zeigt eine integrierte Mikrowellenschaltung 50, welche n1a Verstärker arbeiten kann, wobei Dioden der hier vorgeschln-

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genen Art Verwendung finden. Die Schaltung ist auf einem Isolierstoff träger 59 angeordnet, unter welchem sich eine leitfohige Platte befindet, welche als Erdungsplatte dient. Das zu ver- ; starkende Eingangssignal wird über einen Mikro-Streifenleiter 5in einem Mikrowellenzirkulator 52 zugeführt, welcher das Signal j über den Leiter 53 weitergibt. Das Signal wird dann längs der j Streifenleiter 53, 54 und 55 der Diode innerhalb der Packungs- ! anordnung 40 zugeführt. Die Leiterabschnitte 53, 54, 55 besitzen > sämtlich jeweils unterschiedliche Breite, nachdem die Impedanz \ jedes Leiterabschnittes von der Leiterbreite abhängig ist. Verischiedene Längen dienen zur Anpassung der Impedanz der Diode und der Packungsanordnung 40 an die Impedanz des Nutzlcreises. Die !Packungsanordnung 40, welche eine Diode 10 der in Figur 1 sche-

matisch dargestellten Art enthält, ist in einem Durchbruch des Isolierstoffträgers 59 angeordnet und in die darunter liegende iLeiterplatte eingeschraubt. Mikro-Streifenlelterelemente 56 sind nls weitere Anpassungsbauelemente vorgesehen, wobei die Gestalt von den zu erzeugenden Anpassungsimpedanzen abhängig ist und din hier gezeigten Formen nur ein Beispiel darstellen. Gleichstromleistung wird von einem Kontakt 58 aus über einen Mikrostreifen-1 eiterabschnitt 57 zugeführt. Die dünnen Teile des Mikrostreifrn-Leiters 57 dienen als Induktivitäten bei den hier in Betracht kommenden Frequenzen, während die breiteren Teile als Kapnzitf'tpn wirksam sind, so daß ein Filter entsteht, um das zu verstärkend«». Signal von der Gleichstromquelle fernzuhalten. Nach Verstärkung des Signales unter Ausnützung der negativen dynamischen Widerstandes der Diode 10 innerhalb der Packungsanordnung 40 wird das verstärkte Signal längs der Mikrostreifen-leiter 55, 54 und 53 zu dem Mikrowellenzirkulator 52 zurückgegeben und gelangt von dort über den Mikrostreifenleiter 5io schließlich zu einem äußeren Nutzkreis.

Dioden, wie sie hier beschrieben sind, können vorteilhaft auch in Oszillatoren verwendet werden, wobei ein vereinfachtes Beispiel in Figur 6 gezeigt ist. Eine in einer Packungsanordnung 40 befindliche Diode ist innerhalb eines leitfähigen Hesonanzhohl-

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j raums 6l angeordnet, wobei die Abmessungen des Resonanzhohl ramiif? so gewählt sind, daß sich die gewünschte Schwingungsfrequenz ergibt. Durch eine äußere Anschlußleitung 63 wird von einer tin (leren Spannungsquelle her Gleichstromleistung zu der Diode IO geführt. Eine keramische Durchführung 62 ermöglicht eine Isolation der Leitung 63 von der Leiterwand des Resonanzhohlraumes 6l. Die erzeugten Schwingungen werden ebenfalls über die Leitung 63 aus dem Resonanzhohlraum 6i herausgeführt. Die Packungsanordnung 40 ist in die Grundplatte 6*4 eingeschraubt, welche sowohl als Erdungsplatte als auch als Wärmesenke dient. Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann noch eine Vielzahl von Abwandlungs- und Weiterbildungsmöglichkeiten, welche von dem ösr Erfindung zugrundeliegenden, grundsätzlichen Gedanken mit umfaßt werden.

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Claims

Patentansprüche

IJ Lawineneiiekt-Diode mit negativem dynamischem Widerstand, gekennzeichnet durch einen Halbleiterkörper (iO) mit Bereichen (l2, 13, Ik₁ 15, 16) unterschiedlichen Leitiähigkeitstyps in der Folge P⁺NN⁺NN⁺⁺ oder N⁺PP⁺PP⁺⁴" oder mit einem Schottky-Übergang anstelle des PN-Übergangs in der erstgenannten Folge, so daß sich 1m wesentlichen die Folge Metall-NN⁺NN⁺⁺ ergibt.

2. Pi ode, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi in einem ersten Halbleiterbereich bzw. einem ersten der genannten TTplbleiterbereiche (13) eine Ladungsträgerlawine auslösbar ist und daß in einem weiteren Halbleiterbereich bzw. einem weiteren/genannten Halbleiterbereiche (15) eine Übergangsverzögerung mindestens einiger der ausgelösten Ladungsträger erzeugbar let, wobei der erste und der weitere Halbleiterbereich voneinander getrennt (l4) sind.

3. Diode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ualhleiterbereich (i3) in welchem eine Ladungsträgerlawine auslösbar ist, ein Halbleiterübergang (l2, 13) angrenzt.

, h, Diode nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitern be rgang ein PN-Diodenübergang ist.

^r), Diode nach Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß der HaIb-1 eiteriibergang ein Schottky-Sperrschichtdiodenübergang ist,

f). Diode nach einem der Ansprüche2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dn'i der Halbleiterbereich (13), in welchem eine Ladungsträger!awinf3 auslösbar ist und der Ilalbleiterbereich (15), in welchem mindestens einigen der Ladungsträger eine Übergangsverzögerung ] mitteilbar ist, Halbleitermaterial desselben Leitfähigkeitetyps enthalten« '

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7. Diode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterbereich, in welchem eine Ladungsträgerlawine auslösbar ist, zwei Halbleitersehichten (i3, 14) desselben Leitfähigkeitstyps \ enthält, wobei eine (14) dieser Schichten an den Halb]eiterbcreich (15) angrenzt, in welchem die Übergangsverzögerung erzeug- \ bar ist und höhere Dotierungskonzentration aufweist als die jeweils andere Halbleiterschicht.

8. Diode nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterbereich (13) und ein zu diesem gehörpmlnr, trennender HalbMterbereJch, in welchen beiden die Ladungstrnfror- ;lawinenauslöBung stattfindet, sowie der die Übergangsverzögerniig !erzeugende Halbleiterbereich (15) sämtlich Halbleitermaterial

!desselben Leitfähigkeitstyps enthalten, wobei jedoch der genann- ;te, trennende Halbleiterbereich höhere Dotierungskonzentration besitzt als die beiden anderen Halbleiterbereiche.

9. Diode nach Anspruch h und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dafi sich an den Halbleiterbereich (l3) in welchem die Ladungstriigerlawine auslösbar ist, zur Bildung eines PN-DiodenUbergnn-Cfifl ein aus Halbleitermaterial eines anderen Leitfähigkeitstyps bestehender Halbleiterbereich anschließt, der wiederum aus zwei Unlblei terschichten besteht, welche unterschiedliche Dotierung-Uonzentrationen aufweisen«

to. Diode neon einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den die Übergangsverzögerung erzeugenden HaIb-1 eiterbereich (15) ein weiterer Halbleiterbereich (i6) desselben LeitfHhigkeitstyps, jedoch höherer Dotierungskonzentration anaohließt.

If. Diode nach einem der Ansprüohe 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an die aufeinanderfolgenden Halbleiterbereiche von außen ein elektrisches Feld anlegbar (ll, 17) ist, derart, dnH in flRtn Halbleiterbereich (13) in welchem eine Ladungsträgerlawine in erster Linie auslösbar ist und in dem Halbleiterbereich

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(15) in welchem eine Übergangsverzögerung erzeugbar ist, jeweils im wesentlichen gleiche, von Null wesentlich verschiedene Gradienten des elektrischen Feldes herrschen, während in dem die beiden soeben genannten Halbleiterbereiche trennenden Tlalbleiterbereich e$n demgegenüber wesentlich höherer Gradient des elektrischen Feldes auftritt.

12. Diode nach einem der Ansprüche 2 bis 11, daduroh gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration in demjenigen HaIb-1 eiterbereich (13),in welchem die Ladungsträgerlawinenauslösunr, ; in erster Linie erfolgt, 2 · 1O¹⁵ bis 3 · 10 Atome je Kubik !centimeter beträgt, daß die Dotierungskonzentration in demjenigen Halbleiterbereich (15), in welchem die Übergangsverzögerung erzeugbar ist, im wesentlichen genauso groß ist und daß die Do-

. tierungskonzentration in dem dazwischenliegenden, trennenden

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; Flnlbleiterbereich (lH) zwischen 2 · 10 ' und 5 · 10 ' Atome je

!Kubikzentimeter beträgt.

' L3. Diode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Do- ; fclerungskonzentration des oder eines weiteren, an den zur Erzeugung der Übergangsverzögerung dienenden Halbleiterbereich (15) nngrenzenden Ilalbleiterbereiches (l6) über 10 Atome je Kubikzentimeter beträgt.

t^;i. Diode nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Halbleiterbereiches (13) In welchem in erster Linie die Ladungsträgerlawine auslösbar ist, zwischen 0,2 Mikron und 0,6 Mikron beträgt und daß die Stärke des diesem! Hereich von dem Halbleiterbereich (15) zur Erzeugung der Übergnngsverzögerung trennenden Tlalbleiterbereiches (i4) weniger nls 0,5 Mikron beträgt.

15. Verwendung einer Diode nach einem der Ansprüche 1 bis IH in einer Verstärkerschaltung, welche an einen Nutzkreis angeschlos-(51b) ist.

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16. Verwendung einer Diode nach einem der Ansprüche 1 bis ih in einem Oszillator, welcher an einen Nutzkreis angeschlossen ist.

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