DE2520712A1

DE2520712A1 - Sensorkreis

Info

Publication number: DE2520712A1
Application number: DE19752520712
Authority: DE
Inventors: Sadao Suzuki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1975-11-27
Also published as: FR2270682B1; NL7505423A; CA1052457A; AT373728B; ATA346575A; JPS50145084A; JPS5646267B2; AU8065475A; US4032953A; GB1510320A; FR2270682A1; ES437553A1

Description

It 3225

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Sensorkreis

Die Erfindung betrifft einen Sensorkreis, der eine neue Vierpol-Sperrschichthalbleitervorrichtung aufweist. Die Halbleitervorrichtung hat eine Emitterzone, eine Basiszone und eine Kollektorzone ebenso wie eine Gatezone über einem Teil der Emitterzone. Die Emitterzone ebenso wie die Kollektorzone haben eine relativ geringe Verunreinigungskonzentration. Der Basisstrom wird konstant gehalten, nachdem seine Vorspannung durch einen einstellbaren Widerstand eingestellt wurde. Das Sensorelement ist zwischen die Gatezone und die Emitterzone geschaltet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 12 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 und 2 schematisch zwei Ausführungsformen von Dreipol-Halbleitervorrichtungen zur Erläuterung der neuen Vierpol-Halbleitervorrichtunq,

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Figur 3 eine schematische Darstellung der Vierpol-Halblei tervorrichtung, die in der Schaltung der Erfindung verwendet wird,

Figur 4 die symbolische Darstellung, die zur Angabe der Vierpol-Halbleitervorrichtung der Erfindung verwendet wird,

Figur 5 und 6 Schaltbilder zur Erläuterung der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung,

Figur 7 bis 11 Diagramme, aus denen die Kennlinien der in Fig. 3 gezeigten Halbleitervorrichtung hervorgehen, und

Figur 12 und 13 Schaltbilder, aus denen Ausführungsformen des Sensorkreises der Erfindung hervorgehen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensorkreis unter Verwendung eines neuen Vierpol-Halbleiterelements anstelle eines bekannten Transistors, wobei das Halbleiterelement eine besondere Konstruktion im Vergleich zu dem bekannten Transistor hat, um bei geerdetem Emitter seinen Stromverstärkungsfaktor als Transistor beliebig ändern zu können, der leicht die Temperatur, Licht, ein Magnetfeld usw. bei einfachem Schaltungsaufbau erfassen kann.

Vor der Beschreibung der Erfindung wird zunächst eine Ausführungsform der neuen Halbleitervorrichtung bzw. des neuen bipolaren Transistors beschrieben, die bei der Erfindung verwendbar sind.

Der Stromverstärkungsfaktor h„„ eines Transistors bei geerdetem Emitter, der einer der Parameter zur Auswertung der Eigenschaften des bipolaren Transistors ist, kann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden, wenn der Stromverstärkungsfaktor des Transistors bei geerdeter

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Basis mit o( bezeichnet wird:

FE
Der Faktor o( wird wie folgt ausgedrückt:

wobei o( den Kollektorverstärkungsfaktor, ß den Basisübertragungswirkungsgrad und V den Emitterinjektionswirkungsgrad darstellen.

Wenn nun der Emitterinjektionswirkungsgrad eines NPN-Transistors betrachtet wird, ist y durch die folgende Gleichung (3) gegeben:

J .

= ⁿ _ J-

_T ι -τ

^Jn^+Jp

in der J die Stromdichte der Elektronen darstellt, die von dem Emitter in die Basis des Transistors injiziert werden, und J die Stromdichte der Löcher, die von der Basis in den Emitter des Transistors injiziert werden.

Da J und J durch die folgenden Gleichungen (4) und (5) ausgedrückt werden:

f exp (Sg) - ι { ... (4)

T —	D η Q η ρ
^Jn	^Ln
^JP "	Cf pn
^LP

'S- f exp <{g> - 1 ^ ·.. (5)

kann das Verhältnis S von J und J wie folgt ausgedrückt werden:

,J L D^ P

a — p _ η ρ _t η t£\

^Jn ^{= L}p ' ^Dn ' ⁿp 5098 /♦ 8/0778

in der L die Diffusionsstrecke der Minoritatsträger in der Basis des Transistors, L die Diffusionsstrecke der Minoritatsträger in dem Emitter des Transistors, D die Diffusionskonstante der Minoritatsträger in der Basis, D die Diffusionskonstante der Minoritatsträger in dem Emitter, η die Konzentration der Minoritätsträger in der Basis im Gleichgewichtszustand, ρ die Konzentration der Minoritatsträger im Emitter im Gleichgewichtszustand, V eine an den Emitterübergang des Transistors angelegte Spannung, k die Boltzmann-Konstante, T die Temperatur und q den Absolutwert der Elektronenladung darstellen.

Wenn angenommen wird, daß die Verunreinigungskonzentration im Emitter des Transistors mit N~ und in der Basis des

Transistors mit N. bezeichnet wird, kann der Ausdruck —

A n'■

^NA ^P

durch den Ausdruck ■' ■ ersetzt werden. Da außerdem L

N_D η

durch die Basisbreite W begrenzt wird und L_n = W, wird das Verhältnis d wie folgt ausgedrückt:

r _ _W Dp N_A

~ * ^Dn " ^ND "·*

Die Diffusionskonstanten D und D sind Funktionen der übertragung der Träger und der Temperatur und werden hier bei als im wesentlichen konstant angenommen.

Wie aus den obigen Gleichungen offensichtlich ist, genügt es, um den Stromverstärkungsfaktor h__, eines Transistors

FE

zu erhöhen, das Verhältnis ο klein zu machen.

Bei einem üblichen Transistor wird daher die Verunreinigungskonzentration N_ seines Emitters hoch genug gewählt, um das Verhältnis £ klein zu machen.

Wenn jedoch die Verunreinigungskonzentration des Emitters

19

ausreichend hoch gewählt wird, z.B. zu mehr als 10 Atome/ cm , tröten Gitterfehler und -Versetzungen in dem Kristall

S09848/077S

des Halbleiterkörpers des Transistors auf und verschlechtern den Kristall. Infolge der Tatsache, daß die Verunreinigungskonzentration des Emitters selbst hoch ist, wird die Lebensdauer "C der Minoritatsträger, die von der Basis in den Emitter injiziert werden, kurz.

Da die Diffusionsstrecke L durch die folgende Gleichung (8):

^lp ⁼

ausgedrückt wird, wird die Diffusionsstrecke L der Minoritätsträger bzw. Löcher kurz. Wie aus Gleichung (7) ersichtlich ist, kann daher α nicht so sehr klein gemacht werden und damit kann der Injektionswirkungsgrad V nicht über einen bestimmten Wert erhöht werden. Daher kann der Stromverstärkungsfaktor h__E bei dem üblichen Transistor nicht so hoch gemacht werden.

Eine neue Dreipol-Halbleitervorrichtung, die von den gerade zuvor erwähnten Nachteilen des bekannten Transistors frei ist, wird als Grundlage der neuen Vierpol-Halbleitervorrichtung vorgeschlagen, die bei der Erfindung verwendbar ist. Als solch eine Dreipol-Halbleitervorrichtung könnte eine vom NPN-Typ und vom PNP-Typ wie im Falle des bekannten Transistors in Betracht gezogen werden, es wird jedoch nun anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise eine NPN-Halbleitervorrichtung beschrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Dreipol-NPN-Halbleitervorrichtung aus einer ersten Halbleiterzone 1 mit ^-Leitfähigkeit, die in einem Halbleitersubstrat S mit N⁺-Leitfähigkeit gebildet ist, einer zweiten Halbleiterzone 2 mit P-Leitfähigkeit, die in dem Halbleitersubstrat S neben der ersten Zone 1 gebildet ist, und einer dritten Halbleiterzone 3 mit N~-Leitfähigkeit, die in dem Substrat S neben der zweiten Zone 2 gebildet ist, um einen ersten

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PN-Übergang J_, zwischen der ersten und zweiten Zone 1 und 2 und einen zweiten PN-Übergang J_, zwischen der zweiten und

E
ii

dritten Zone 2 und 3 zu bilden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Halbleitervorrichtung wird an einer Stelle» die dem ersten übergang J„ zugewandt ist und von diesem um eine Strecke entfernt ist, die kleiner als die Diffusionsstrecke L der Minoritätsträger oder Löcher ist, die von der zweiten Zone 2 in die erste Zone 1 injiziert werden, eine Potentialschwelle, deren Energie höher als die der Minoritatsträger oder Löcher ist, oder die wenigstens die Wärmeenergie hat, in der ersten Zone 1 gebildet. In dem Beispiel der Fig. 1 wird die Verunreinigungskonzentration in der ersten Zone 1 ausreichend niedrig gewählt, z.B. in einer Größenordnung von 10 Atome/cm , und eine Zone la mit N -Leitfähigkeit bzw. einer Verun-

19 3 reinigungskonzentration von etwa 10 Atome/cm wird in der ersten Zone 1 gebildet, um einen LH-Übergang J„ und

ti

damit die Potentialschwelle zu erzeugen.

Die Verunreinigungskonzentration in der zweiten Zone 2 wird in der Größenordnung von 10 bis 10 Atome/cm gewählt und diejenige in der dritten Zone 3 wird ausreichend niedrig z.B. in der Größenordnung von 10 Atome/ cm gewählt.

In dem Halbleitersubstrat S nahe der dritten Zone 3, jedoch getrennt von dem zweiten übergang J_n, wird eine Zone 3a mit N -Leitfähigkeit und einer Verunreinigunqskonzentration von

19 3
etwa 10 Atome/cm gebildet.

Eine erste Elektrode 4E wird auf der Zone la mit hoher Verunreinigungskonzentration in der Zone 1 in ohmschem Kontakt mit dieser gebildet, eine zweite Elektrode 4B wird auf der zweiten Zone 2 in ohmschem Kontakt mit dieser gebildet, und eine dritte Elektrode 4C wird auf der Zone 3a mit hoher Verunreinigungskonzentration nahe der dritten Zone 3 in

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ohmschem Kontakt mit dieser gebildet. Von diesen Elektroden 4E, 4B lind 4C werden ein erster, ein zweiter und ein dritter Anschluß E, B und C herausgeführt. In Fig. l bezeichnet 5 eine Isolierschicht z.B. aus SiO₂, die auf der Oberfläche des Substrats S gebildet wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Halbleitervorrichtung kann als Transistor verwendet werden. Hierbei dient die erste Zone 1 als Emitterzone, die zweite Zone 2 als Basiszone und die dritte Zone 3 als Kollektorzone. Eine Durchlaßspannung wird an den Emitterübergang J_n, und eine Sperrspannung an den KoI-lektorübergang Jp angelegt.

Damit haben die Löcher, die von der Basis bzw. von der zweiten Zone 2 in den Emitter bzw. die erste Zone 1 injiziert werden, eine lange Lebensdauer, da die Emitterzone 1 eine geringe Verunreinigungskonzentration und eine gute Kristalleigenschaft hat, und damit wird die Diffusionsstrecke L der Löcher in der Emitterzone 1 lang. Folglich kann, wie aus den Gleichungen (6) und (3) ersichtlich ist, der Emitterinjektionswirkungsgrad V hoch gemacht werden. In dem Falle jedoch, daß die Diffusionsstrecke L lang gemacht

P wird, kann, wenn die in die Zone 1 injizierten Löcher an der Oberfläche des Substrats S angelangen und in der Praxis mit Elektronen auf der Oberfläche rekombinieren können, die Diffusionsstrecke L nicht wesentlich lang gemacht werden. Da bei der Halbleitervorrichtung in Fig. 1 die Potentialschwelle in der Emitterzone 1, wobei die Potentialschwelle der Emitterzone J_ zugewandt ist, an einer Stelle mit einem

Ei

Abstand kleiner als die Diffusionsstrecke L der Minoritätsträger gebildet wird, wird die Größe der Oberflächenrekombination verringert und die Diffusionsstrecke L kann ausreichend lang gemacht werden.

Da die Potentialschwelle gebildet wird, wie oben bei dem Beispiel in Fig. 1 beschrieben wurde, tritt die Wirkung ein, daß die Stromdichte bzw. Komponente J der von der

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Basiszone 2 in die Emitterzone 1 injizierten Löcher verringert wird. Dies bedeutet, daß an dem LH-Übergang J„ in der Emitterzone 1 eine falsche Fermi-Pegeldifferenz bzw. inneres elektrisches Feld hervorgerufen wird, die bzw. das die Diffusion der Löcher bzw. der Minoritätsträger unterdrückt. Wenn daher der Fermi-Pegel ausreichend hoch gemacht wird, heben sich der Diffusionsstrom, der durch den Konzentrationsgradienten der Löcher hervorgerufen wird, und der Driftstrom, der durch das innere elektrische Feld hervorgerufen wird, an dem LH-Übergang auf und verringern den Löcherstrom J , der von der Basis 2 durch die Emitterzone geringer Verunreinigungskonzentration injiziert wird. Durch diese Wirkung wird das Verhältnis des Elektronenstroms, der an der Kollektorzone 3 ankommt, zu der Stromkomponente, die den Emitterübergang J_E durchläuft, erhöht, und damit wird der Emitterinjektionswirkungsgrad V erhöht, wie aus Gleichung (3) ersichtlich ist, so das der Stromverstärkungsfaktor h„„ hoch gemacht wird.

E ti

Die obigen Pegeldifferenz (die Höhe der Potentialschwelle) muß größer als die Energie der Löcher oder wenigstens gleich der Wärmeenergie sein. Die Wärmeenergie kann durch kT angenähert werden, jedoch sollte die obige Pegeldifferenz mehr als 0,1 eV betragen. Innerhalb der Übergangszone des Potentials darf die Diffusionsstrecke L der Löcher nicht in der Übergangszone enden bzw. ist es erforderlich, daß die Diffusionsstrecke L der Löcher größer als die Breite der Übergangszone ist.

Wenn der LH-Übergang J„ so gebildet wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Potentialschwelle von 0,2 eV durch geeignete Wahl der Größe der Verunreinigung und des Gradienten der Zone la hoher Verunreinigungskonzentration gebildet werden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel der Dreipol-Halbleitervorrichtung, bei der die gleichen Bezugsziffern und -buch-

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stäben wie in Fig. 1 die gleichen Elemente bezeichnen, weshalb ihre Beschreibung nicht wiederholt wird.

In dem Beispiel der Fig. 2 ist zur Bildung eines PN-Übergangs J_g, der der ersten Zone bzw. der Emitterzone J_ß zugewandt ist, eine zusätzliche Zone 6 mit P-Leitfähigkeit in der ersten Zone 1 gebildet. In dem Beispiel der Fig. 2 ist der Abstand zwischen den übergängen J_ und J„ kleiner als die Diffusionsstrecke L der Minoritatsträger in der ersten Zone 1 gewählt. Der übrige Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Beispiels ist im wesentlichen gleich dem des in Fig. 1 gezeigten Beispiels.

Da bei dem Beispiel der Fig. 2 die Diffusionsstrecke L der in die erste Zone 1 injizierten Löcher lang ist, wie oben beschrieben wurde, gelangen die Löcher tatsächlich an der zusätzlichen Zone 6 an und werden dann von dieser absorbiert. Wenn die zusätzliche Zone 6 vom elektrischen Standpunkt aus überflutet wird, wird ihr Potential erhöht, da die Anzahl der Löcher erhöht wird, die an der zusätzlichen Zone 6 ankommen. Damit wird der PN-Übergang J_c, der zwischen den Zonen 6 und 1 gebildet wird, im wesentlichen in Durchlaßrichtung auf seine Anstiegsspannung vorgespannt, und dann werden wieder Löcher in die erste Zone 1 von der zusätzlichen Zone 6 injiziert. Daher wird die Konzentration der Löcher in der ersten Zone 1 nahe der zusätzlichen Zone 6 erhöht und damit wird die Konzentrationsverteilung der Löcher zwischen den übergängen J„ und J_g in der ersten Zone 1 gleichmäßig und deren Gradient wird graduell, um den Diffusionsstrom J von der zweiten Zone 2 in die erste Zone 1 zu verringern.

Fig. 3 zeigt ein.neues Vierpol-Halbleiterelement zur Verwendung bei der Erfindung, bei dem die gleichen Bezugsziffern wie die in den Fig. 1 und 2 verwendeten die gleichen Elemente bezeichnen. Bei der Halbleitervorrichtung der Fig. 3 ist die zusätzliche Zone 6 als Gate- bzw. Steuer-Halbleiterzone verwendet, so daß eine zusätzliche

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Elektrode 4G an der Steuerzone 6 in ohmsehern Kontakt mit dieser gebildet und ein Anschluß G von der Elektrode 4G herausgeführt ist. Die Halbleitervorrichtung der Fig. 3 wird im folgenden derart symbolisch dargestellt, wie in Fig. 4 bei 10 gezeigt ist.

Wie Fig. 5 zeigt, ist zwischen die zusätzliche Elektrode 4G und die erste Elektrode bzw. Emitterelektrode 4E der Halbleitervorrichtung 10 eine Gleichspannungsquelle 11 geschaltet. Es wird nun angenommen, daß die Spannung der Gleichspannungsquelle 11 von Null bis zu einer Größe ¥_,„ des Durchlaßspannungsabfalls des PN-Übergangs in der Halbleitervorrichtung 10 geändert wird. Wenn die Spannungsgröße der Gleichspannungsquelle 11 so gewählt wird, daß sie gleich dem Durchlaßspannungsabfall V_ßE des PN-übergangs ist, wird das Potential der zusätzlichen Elektrode 4G bzw. der Steuerelektrode 6 gleich dem Potential der Basis in dem Betriebszustand, so daß wie im Falle der Fig. 2, wenn die Steuerzone 6 vom elektrischen Standpunkt aus überflutet wird, wieder Löcher von der Zone 6 in die Emitterzone 1 injiziert werden und der Diffusionsstrom von der Basiszone 2 in die Emitterzone 1 gering wird, so daß der Stromverstärkungsfaktor h„„ hoch wird. Wenn die Spannungsgröße der Gleichspannungsquelle 11 so gewählt werden würde, daß das Potential an der zusätzlichen Elektrode 4G niedriger als an der Basis wäre, würde die Steuerzone von dem vorherigen Fall verschieden arbeiten. Im letzteren Falle würden die von der Basiszone 2 in die Emitterzone injizierten Löcher in die Steuerzone 6 injiziert werden und die Konzentration der Löcher nahe dem übergang J₀ der Emitterzone 1 würde sehr niedrig werden. Als Folge würde der Gradient der Verunreinigungskonzentration in der Emitterzone 1 steil und damit würde der Diffusionsstrom J von

der Basiszone 2 in die Emitterzone 1 zunehmen, so daß der Faktor h„„ klein würde.

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Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Vergleich zwischen einer Kurve 12 zeigt, die den Fall darstellt, bei der das Potential an der zusätzlichen Elektrode 4G gleich dem an der Basis ist, und einer Kurve 13, die den Fall darstellt, bei der das Potential an der zusätzlichen Elektrode 4G gleich dem an dem Emitter ist. Wenn bei diesem Diagramm der Kollektorstrom I 0,1 itiA ist, wobei das Potential an der zusätzlichen Elektrode 4G gleich dem Basispotential ist, wird der Stromverstärkungsfaktor h^ als 1 (normierter Wert) angenommen und die Beziehung zwischen dem Kollektorstrom I (auf der Abszisse) und dem normierten Wert des Faktors hp-, ( auf der Ordinate) ist bekannt. Wie sich aus

dem Diagramm ergibt, ist der Faktor h__, wenn das Poten-

t hj

tial an der Elektrode 4G gleich dem Emitterpotential ist, um etwa 1 kleiner als der Faktor h„„, wenn das Potential an der Elektrode 4G gleich dem Basispotential ist.

Wenn das auf die Elektrode 4G gegebene Potential von dem Potential, das gleich dem Basispotential ist, in das gleiche wie das Emitterpotential geändert wird, kann der Faktor h_„

geändert werden, wie oben beschrieben wurde.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem ein veränderbarer Widerstand 14 zwischen die zusätzliche Elektrode 4G und die erste Elektrode bzw.Emitterelektrode 4E der Halbleitervorrichtung 10 geschaltet ist. Im Betriebszustand der Vorrichtung 10 wicd hierbei die Elektrode 4G mit einem Potential versorgt, das eine Teilung einer Konstantspannungsdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter der Vorrichtung durch die Größe des Innenwiderstandes der Vorrichtung 10 zwischen der Basiselektrode 4B und der zusätzlichen Elektrode 4G und die Widerstandsgröße des veränderbaren Widerstandes 14 ist. Wenn daher die Widerstandsgröße des veränderbaren Widerstandes 14 von Null bis unendlich geändert wird, kann das an die Elektrode 4G angelegte Potential von dem Potential der Basis bis zum Potential des Emitters

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geändert werden. Durch Änderung der an die Elektrode 4G angelegten Spannung wird der Faktor h„_E geändert.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Kollektorstrom I in mA (auf der Abszisse) und dem Stromverstärkungsfaktor h_„ (auf der Ordinate) zeigt, wenn die Widerstandsgröße R des veränderbaren Widerstandes 14 als Parameter genommen wird. In dem Diagramm der Fig. 8 beträgt die Spannung V zwischen dem Kollektor und dem Emitter 3 V.

Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Basisstrom I_, in uA und dem Faktor h-„ zeigt, wenn die Widerstandsgröße R des veränderbaren Widerstandes 14 als Parameter genommen wird.

Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Widerstandsgröße R des veränderbaren Widerstandes 14 und dem Faktor h„„ zeigt, wenn der Basisstrom I_, als Parameter

Γ Γι O

genommen wird. In den Fällen der Fig. 9 und 10 beträgt die Spannung V „ 3 V.

Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der

dhpF Widers tan ds größe R des Widerstandes 14 und , der

nach der Widerstandsgröße R differenzierten Größe des Faktors h_„, darstellt, wenn der Basisstrom I₀ als Para-

■fcü υ

meter genommen wird. Aus dem Diagramm der Fig. 11 ist ersichtlich, daß die Kurven 11 bezüglich bestimmter Größen des Widerstandes R symmetrisch sind.

Der Sensorkreis gemäß der Erfindung verwendet die oben beschriebene neue Vierpol-Halbleitervorrichtung, um Temperaturen, Licht, ein Magnetfeld und dergleichen leicht zu erfassen.

Es werden nun Ausführungsformen des Sensorkreises gemäß der Erfindung anhand der Fig. 12 und 13 beschrieben, in

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denen die gleichen Bezugsziffern die gleichen Elemente bezeichnen.

Bei der Erfindung wird ein Element, dessen Widerstandsgröße in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Licht, einem Magnetfeld oder dergleichen geändert wird, zwischen die zusätzliche Elektrode 4G und die erste Elektrode 4E der Halbleitervorrichtung 10 geschaltet.

Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform der Erfindung wird zur Emittlung der Temperatur verwendet, bei der ein Thermistor 15 zwischen die zusätzliche Elektrode 4G und die erste Elektrode 4E der Halbleitervorrichtung 10 geschaltet wird. Die erste Elektrode 4E ist über eine Parallelschaltung eines Widerstandes 16 und eines Kondensators 17 geerdet. Die dritte Elektrode 4C ist über einen Widerstand 18 mit einer Spannungsquelle 19 von z.B. +V verbunden. Die

OO

Spannungsquelle 19 ist Über eine Reihenschaltung eines einstellbaren Widerstandes 20 und eines festen Widerstandes 21 geerdet. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 20 und 21 ist mit der zweiten Elektrode 4B verbunden. Ein Ausgangsanschluß 22 ist von der dritten Elektrode 4C herausgeführt.

Wenn bei dem Sensorkreis der Fig. 12 ein Thermistor verwendet wird, dessen Widerstandsgröße zunimmt, wenn die Temperatur zunimmt, wird die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur T und dem Stromverstärkungsfaktor h__

FL·

der Halbleitervorrichtung 10 im wesentlichen gleich der in Fig. 9 gezeigten, wobei der Parameter R durch die Temperatur T ersetzt wird oder, wie Fig. 10 zeigt, in der die Abszisse die Temperatur T darstellt. Außerdem wird die Beziehung zwischen der Temperatur T und ■■■ dieses Beispiels im wesentlichen gleich der in Fig. 11 gezeigten, wobei der Widerstand R durch die Temperatur T ersetzt ist.

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Wenn ein Pegeldetektorkreis wie ein Schmidt-Trigger verwendet wird, der eine konstante Ausgangsspannung erzeugen kann, wenn eine Spannung einen konstanten Pegel überschreitet, mit dem Ausgangsanschluß 22 verbunden wird, kann ein sogenannter Wärmeschalter gebildet werden.

Wenn der Basisstrom I„ eingestellt wird, wie oben beschrieben wurde, wie aus dem Diagramm der Fig. 11 ersichtlich ist, überschreitet die differenzierte Größe des Kollektorstroms I_ einen vorbestimmten Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Temperatur T. Wenn ein Differenzierkreis mit dem Ausgangsanschluß 22 verbunden wird und ein Pegeldetektorkreis wie ein Schmidt-Trigger an die Ausgangsseite des Differenzierkreises angeschlossen wird, erzeugt der obige Kreis ein konstantes Ausgangssignal nur, wenn die Temperatur T innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist. Somit kann solch ein Kreis verwendet werden, um eine Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten.

Es ist ersichtlich, daß, wenn solch ein Element, dessen Widerstandsgröße abnimmt, wenn seine Umgebungstemperatur zunimmt als Thermistor 15 des Sensorkreises verwendet wird, die gleiche Wirkung erreicht wird.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die zur Erfassung von Licht geeignet ist. Wie Fig. 13 zeigt, ist ein fotoelektrisches Element wie eine Fotodiode oder dergleichen, deren Widerstandsgröße in Abhängigkeit von der Intensität des auf sie fallenden Lichtes.geändert wird, zwischen die zusätzliche Elektrode 4G und die erste Elektrode 4E der Vorrichtung 10 geschaltet, und der einstellbare Widerstand 20 ist mit dem Kreis auf der Seite der zweiten Elektrode 4B verbunden.

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-Wj-

Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform verwendet einen Thermistor 15 zur Ermittlung der Umgebungstemperatur und die der Fig. 13 ein fotoelektrisches Element 23 zur Ermittlung des darauffallenden Lichts, es ist jedoch offensichtlich, daß anstelle des Thermistors 15 oder des fotoelektrischen Elements 23 ein magnetosensitives Element wie ein Hallelement verwendet werden kann, dessen Widerstandsgröße sich in Abhängigkeit von einem daran angelegten Magnetfeld ändert, oder ein Element, dessen Widerstandsgröße sich in Abhängigkeit von seiner Umgebungsfeuchtigkeit ändert, kann verwendet werden, so daß das Magnetfeld oder die Feuchtigkeit erfaßt wird.

Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung das Halbleiterelement, dessen Stromverstärkungsfaktor h_ bei

Till

geerdetem Emitter beliebig geändert werden kann, verwendet, so daß die Temperatur, Licht, ein Magnetfeld usw. leicht und mit einfachem Schaltungsaufbau erfaßt werden können. Die Erfassung der obigen Erscheinungen kann in verschiedenen Arten durchgeführt werden und die Erfindung kann daher in weitem Umfang angewandt werden.

Ein Halbleiterelement, dessen jeweilige Zonen eine Leitfähigkeit haben, die zu derjenigen der Zonen des Elements in Fig. 3 entgegengesetzt sind, bzw. ein PNP-Halbleiterelement, kann bei der Erfindung mit den gleichen Wirkungen verwendet werden.

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Claims

Ansprüche

Sensorkreis mit einer Vierpol-Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vierpol-Halbleitervorrichtung (10) eine erste Halbleiterzone der einen Leitfähigkeitsart, eine zweite Halbleiterzone der entgegengesetzten Leitfähigkeitsart benachbart zur ersten Zone mit einem ersten Halbleiterübergang dazwischen, und eine dritte Halbleiterzone der gleichen Leitfähigkeitsart wie die erste Zone benachbart zur zweiten Zone mit einem zweiten Halbleiterübergang dazwischen hat, wobei die erste und dritte Zone der Halbleiterzone Teile mit einer Verunreinigungskonzentration von im wesentlichen der gleichen Größenordnung haben und eine vierte Halbleiterzone der gleichen Leitfähigkeitsart wie die zweite Zone in Kontakt mit der ersten Zone an einer Stelle vorgesehen ist, die von dem ersten Übergang um eine Strecke entfernt ist, die kleiner als die Diffusionsstrecke der Minoritätsträger ist, so daß eine Potentialschwelle gebildet wird,und daß die Vierpol-Halbleitervorrichtung (10) einen Vorspannungskreis für die zweite Halbleiterzone, ein S ens ore leinen t (15, 23) zwischen der vierten und ersten Halb leiter zone, das eine Widerstandsgröße hat, die von dem erfaßten Zustand abhängt, einen Vorspannungskreis für die erste Halbleiterzone, eine Last (18) zwischen einer Potentialquelle und der dritten Halbleiterzone, und einen Ausgangsanscnluß (22) an der dritten Halbleiterzone aufweist.
2. Sensorkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannungskreis der zweiten Halbleiterzone einen einstellbaren Widerstand (20) aufweist.

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