DE3240481A1

DE3240481A1 - "halbleiteranordnung zum ausstrahlen von elektronen und anordnung mit einer derartigen halbleiteranordnung"

Info

Publication number: DE3240481A1
Application number: DE19823240481
Authority: DE
Inventors: Arthur Marie Eugene Hoeberechts; John Martin Whyteleafe Surrey Shannon; Gerardus Gegorius Petrus Eindhoven Van Gorkom
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1982-11-02
Publication date: 1983-05-19
Also published as: ES517117A0; HK19286A; GB2109159B; JPH0326494B2; JPS5887732A; FR2516306B1; GB2109159A; FR2516306A1; NL8204239A; US4516146A; CA1193755A; IT1153006B; IT8224057A0; ES8402463A1

Description

PHD '}2 828 -Γ 27.8.1982

U-

Halbleiteranordnung zum Ausstrahlen von Elektronen und Anordnung mit einer derartigen Halbleiteranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung zum Ausstrahlen von Elektronen mit einem Halbleiterkörper mit einer npn-Struktur, die durch ein p-leitendes erstes Gebiet zwischen einem η-leitenden zweiten und einem η-leitenden dritten Gebiet gebildet ist, wobei Elektronen in der genannten npn-Struktur erzeugt und von dem Oberflächengebiet des Halbleiterkörpers ausgestrahlt **»" werden können, nachdem sie von dem zweiten Gebiet das

erste und dritte Gebiet durchlaufen haben. Weiterhin bezieht η ich die Erfindung auf eine Anordnung, die eine derartige Halbleiteranordnung enthält, wie beispielsweise Elektronenstrahlröhren, Bildaufnahmeanordnungen, Bildwiedergabeanordnungen und Anordnungen für Elektronenlithographie.

In der britischen Patentschrift Nr. 830 086 ist eine Elektronenquelle beschrieben worden, die einen Halbleiterkörper mit einer durch ein erstes p-leitendes Gebiet zwischen einem zweiten und einem dritten η-leitenden Gebiet in dem Halbleiterkörper gebildeten npn-Struktur enthält;.

Elektronen werden in der genannten npn-Struktur erzeugt um in den freien Raum von einem Oberflächengebiet des genannten Körpers ausgestrahlt zu werden nachdem sie von dem zweiten Gebiet das erste und das dritte Gebiet durchlaufen haben. Ein Vorteil dieser npn-Struktur (von der ein charakteristisches Beispiel in Fig. 3 der britischen Patentanmeldung 830 086 dargestellt ist) ist, dass die Elektronenquelle bei Spannungspegeln arbeiten kann, dia unter den Pegeln liegen, die zum Verursachen von Lawinendurchbruch des Halbleiterkörpers notwendig sind. Beispiele

3Q anderer Elektronenquellen, die eine einfache pn-Struktür liurwolsöii, dio abwr im Lawlnexidurciibruch betrieben werden, sind ebenfalls in der britischen Patentanmeldung 8*JO 086 beschrieben worden.

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• ·

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Jedes Gebiet der in der britischen Patentanmeldung 830 080 beschriebenen.npn-Struktur enthält eine Elektrode, die mit einer Spannungsquelle zum Betreiben der Struktur auf ähnliche Weise wie bei einem Transistor verbunden ist* Der erste pn-übergang der zwischen dem zweiten und dem ersten Gebiet gebildet ist, ist wie ein Emitterübergang in der Durchlassrichtung vorgespannt. Der zweite pn-übergang zwischen dem p-leitenden ersten Gebiet und dem η-leitenden dritten Gebiet ist wie ein Kollektorübergang in der Sperrichtung vorgespannt. Beim Fehlen einer Injektion etwaiger Elektronen aus dem ersten pn-übergang fliesst nur ein geringer Sättigungsstrom. Die in das p-leitende Gebiet injizierten Elektronen diffundieren über das pleitende Gebiet und werden auf hohe Energien durch den Spannungsabfall am zweiten pn-übergang beschleunigt.

Dadurch dass ein sehr dünnes η-leitendes drittes Gebiet mit einem Material bedeckt wird, das den Elektronenaustritt herabsetzt, entweichen einige dieser Elektronen in den . freien Raum bevor sie ihre Energie zu dem Gitter verlieren.

Die Grosse einer derartigen Ausstrahlung von Elektronen wird dadurch eingestellt, dass die Spannung der -Spannungsquelle die über den ersten pn-Ubergang zwischen das zweite und das erste Gebiet angelegt wird, geändert ^/ird.

Eine derartige npn-Elektronenquelle wie diese in der britischen Patentanmeldung 83O 086 beschrieben worden ist, weist jedoch mehrer© Nachteile auf. Die in das pleitende Gebiet injizierten Elektronen und die in das η-leitende zweite Gebiet injizierten Löcher bilden Minori— tätsladungsträger, die infolge der Ladungsspeicherung zu einer Verzögerung in der Schaltgeschwindigkeit der Anordnung, wie sie bei bipolaren npn-Transistoren auftritt, führen. Dadurch wird die Geschwindigkeit, mit der die Elektronenquelle geschaltet werden kann um den durch die Anordnung ausgestrahlten Elektronenstrom zu variieren, beschränkt.

In der Praxis tritt nur ein kleiner Teil der beschleunigten Elektronen aus dem Oberflächengebiet aus (trotz der Bedeckung des dünnen dritten Gebietes). Ein viel

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grösserer Teil nicht ausgestrahlter Elektronen wird als Strom durch den Elektrodenanschluss des dritten Gebietes abgeführt. Es ist erwünscht, über ein sehr dünnes drittes. Gebiet verfügen zu können, um die Anzahl aus dem Qber-J'lächerigebie t heraustretender Elektronen möglichst gross zu machen. In der britischen Patentanmeldung 83O 086 wird ein Dickenbereich von 0,01 bis 10/um genannt. Um als npn-Transistorstruktur mit Basissteuerung des Kollektorstromes zu arbeiten, kann jedoch das n—leitende dritte Gebiet der in der britischen Patentanmeldung 83O 086 beschriebenen Anordnung nicht sehr hoch dotiert werden im Vergleich zu dem ersten und dem zweiten Gebiet, ohne dass die Emitterwirkung des Transistors beeinträchtigt wird. Deswegen wird in der Praxis, wenn die Dicke des dritten .Gebietes wesent— lieh kleiner ist als etwa 1 /um, dieses Gebiet einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Dadurch wird die Geschwindigkeit, mit der die Elektronenquelle geschaltet werden kann, durch die RC-Zeitkonstante, die durch diesen hohen Kollektorwiderstand und die zugehörende Ubergangskapazität verursacht wird, weiter beschränkt werden. '■ . Ausserdem wird, weil das η-leitende zweite Gebiet für eine gute Emitterwirkung des Transistors hoch dotiert werden muss, der pn-Ubergang zwischen diesem Gebiet ^und dem p-leitenden ersten Gebiet eine grosse Kapazität aufweisen, (XIq über den Basiswiderstand der Transistorstruktur äuf-

geladen werden muss, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Elektronenquelle weiter beschränkt wird.

Die Elektrodenanschlüsse jedes Gebietes der npn-Struktur sind für die Wirkung der Anordnung, wie diese in der britischen Patentanmeldung Nr. 830 086 beschrieben worden ist, unbedingt notwendig. Diese Anforderung, dass drei einzelne Elektrodenanschlüsse vorhanden sein müssen, macht die Struktur der Elektronenquelle und die zuverlässige Herstellung derselben verwickelt, insbesondere wenn es erwünscht ist, eine zweidimensionaLe Matrix derartiger Anordnungen in einem gemeinsamen Halbleiterkörper herzustellen. Derartige zweidimensionale.·· Matrizen sind für Eildaufnahrneanordnungen, Bildwiedergabeanordnungen und

BAD

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bei der Elektronenlithographie erwünscht. Ausserdem ist es um das zwischenliegende p-leitende Gebiet mit einem ausreichend grossen Kontaktgebiet für den Elektrodenanschluss zu versehen, im allgemeinen notwendig, dass das p-leitende

g Gebiet sich über ein Oberflächengebiet längs des n-leitenden dritten Gebietes erstreckt, aber dadurch wird das Gebiet des pn-Uberganges und die zugehörende Kapazität vergrössert, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Elektronenquelle weiterhin verringert wird.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass die npn-Struktur Elektrodenanschlüsse für die η-leitenden zweiten und dritten Gebiete aufweist und dass das p-leitende erste Gebiet eine Sperrschicht bildet, die den Elektronenstrom von dem η-leitenden zweiten Gebiet zu dem n-leitenden·dritten Gebiet beschränken kann; bis zwischen den genannten Anschlüssen ein ausreichend hoher Potentialunterschied angelegt wird um das dritte Gebiet gegenüber dem zweiten Gebiet positiv vorzuspannen und eine Zufuhr heisser Elektronen zu bewirken, die in das η-leitende dritte Gebiet injiziert werden mit einer ausreichenden Energie um an dem genannten Oberflächengebiet des Halbleiterkörpers das Elektronenaustrittspotential zu überschreiten, wobei, um die genannte Zufuhr heisser Elektronen zu bewirken, die p-leitende Sperrschicht eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, dass beim Anlegen des genannten Potentialunterschiedes mindestens ein Teil der Sperrschicht über die ganze Dicke erschöpft ist durch Zusammentreffen von Erschöpfungsgebieten, die zu den pn-Ubergangen zwischen dem p-leitenden ersten Gebiet und den η-leitenden zweiten und dritten Gebieten gehören.

Eine derartige Anordnung hat eine einfache Konstruktion und schafft eine Elektronenquelle mit einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit, wodurch eine schnelle Änderung dos au.sges trahl ton Elektronen» Ironie» möglich, wird, wahrend auf einfache Weise eine Matx^ix derartiger Elektronenquellen in einem gemeinsamen Halbleiterkörper erzeugt,

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ό/LkUkö I ...» . · ·· ··

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werden kann.

Da die p-leitende Sperrschicht völlig erschöpft ist und zwar durch das Zusammentreffen der Erschöpfungsgebiefte j wenigstens wenn die Zufuhr der heissen Elektronen bewirkt wird, arbeitet die Elektronenquelle als unipolare Anordnung mit Majoritätsladungsträgern, mindestens wenn diese um diese Spannungspegel herum betrieben wird, wodurch Verzügerungen durch Lagerung von Minoritätsladungsträgern vermieden werden. Weil das erschöpfte erste Gebiet sieh

IQ wie eine Sperre für negative Raumladung zwischen dem η-leitenden zweiten und dem η-leitenden dritten Gebiet verhält (statt als bipolares Transistorbasisgebiet), kann das η-leitende dritte Gebiet eine höhere Dotierungskonzentration aufweisen als das p-leitende erste Gebiet und als wenigstens derjenige Teil des n—leitenden zweiten Gebietes, ucv rielxjn dem ersten Gebiet liegt. Dieses dritte Gebiet

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kann äusserst hoch dotiert sein, mindestens 10 Dotier.ungsatome/cm³ , oder sogar entartet dotiert sein, so dass sein elektrischer Widerstand äusserst niedrig sein kann.

Dies ist von Bedeutung zum Abführen von Elektronen, die in das dritte Gebiet injiziert werden, aber die nicht von dem Oberflächengebiet ausgestrahlt wird. Die sehr hohe Dotierung des dritten Gebietes ist auch von Bedeutung um zu ermöglichen, dass der Abstand zwischen dem Oberflächen— gebiet und dem Ausstrahlungspunkt der heissen Elektronen in dem dritten Gebiet möglichst klein gehalten wird um den Wirkungsgrad der Elektronenquelle möglichst hoch zu machen. Vergleichsweise kann das η-leitende zweite Gebiet leicht dotiert sein, wodurch die Kapazität des Überganges

31} zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet möglichst klein gemacht wird. Das Fehlen eines Elektrodenanschlusses für das zwischenliegende erste Gebiet ermöglicht es zugleich das erste, zweite und dritte Gebiet in einer einfachen Schichtenstruktur mit niedrigen zugehörenden Kapazitäten

3§ anzubringen, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Elektronenquelle weiter verbessert wird.

Eine besonders gedrängte, zuverlässige und eine niedrige Kapazität aufweisende Struktur wird erhalten,

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wenn eine mil; Öffnungen versehene isolierende Schicht über mindestens einen Teil der Dicke in den Körper versenkt ist um mindestens einen Teil des Körpers zu bilden, der seitlich durch die vergrabene isolierende Schicht begrenzt wird, während mindestens das erste und das dritte Gebiet innerhalb des genannten Teils gebildet und rund herum durch die vergrabene isolierende Schicht begrenzt wird. : Derartige Teilstrukturen können auch nebeneinander in einem gemeinsamen Halbleiterkörper gebildet werden, um eine günstige zweiciiinensionali' Muli-lx von Elok troneiiquoi.iUjji zu erhalten mit einem besonders einfachen Muster von Zwischenverbindungen, wie untenstehend noch beschrieben wird.

Ausserdem kann die Potentialsperre, die zwischen dem η-leitenden zweiten und dem η-leitenden dritten Gebiet gebildet ist, dadurch eingestellt werden, dass auf einfache Weise die Dotierungskonzentration und die Dicke des zwischenliegenden ersten Gebietes gewählt wird und zwar derart, dasa die heissen Elektronen in das dritte Gebiet injiziert werden mit einer genau richtigen Energie um zu dem Oberflächengebiet zu strömen und das Elektronenaustrittspotential in diesem Gebiet zu überschreiten. Dadurch kann eine zweckmässige Elektronenausstrahlung mit einem angelegten Potentialunterschied der nicht viel grosser ist als der Minimalwert, der notwendig ist um das Austrittspotential zu überschreiten, erreicht werden, so dass der Verlust an elektrischer Leistung bei der Elektronenquelle auf ein Minimum beschränkt werden kann. Zu demselben Zweck ist es im allgemeinen erwünscht, das Elektronenaustrittspotential zu verringern, beispielsweise dadurch, dass das Oberflächengebiet, wo die Elektronen ausgestrahlt werden, mit einem Material bedeckt wird, das das Elektronenaustrittspotential verringert.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Anordnung mit einer Vakuumhülle, in der ein Vakuum aufrechterhalten werden kann und mit einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass die Halbleiteranordnung sich innerhalb der Hülle

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befindet und im Betrieb der Anordnung Elektronen in das VakuT-im auss trahlen kann. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise aus einer Elektronenstrahlröhre, einer Dildau fnähmeanordnung, einer Bildwiedergabeanordnung oder aus einem Elektronenlithographiegerät zum Herstellen von MikrominLaturfeststoffanOrdnungen bestehen.

Ausi'ührungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Energiediagramm durch eine derartige Anordnung mit, sowie ohne Vorspannung.

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer anderen Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig. ■'( eine Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung mit einer Elektronenquelle nach der Erfindung,

Fig. 5 einen teilweisen Schnitt und eine teilweise schaubildliche Darstellung eines Teils einer anderen HaIbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig. 6 einen teilweisen Schnitt und eine teilweise schaubildliche Darstellung eines Teils des Körpers der Halbleiteranordnung nach Fig. 5 senkrecht zu dem Schnitt und zu der schaubildlichen Darstellung aus Fig. 5« Es sei bemerkt, dass alle Figuren schematisch und nicht niassgorecht dargestellt sind. Die Abmessungen und Verhältnisse einiger Teile dieser Figuren sind deutlichkeits- und einfachheitshalber übertrieben gross oder verkleinert in der Zeichnung dargestellt. Die in einer Ausführungsform angegebenen Bezugszeichen werden meistens auch für entsprechende oder ähnliche Teile in den anderen Ausführungsformen angewandt.

Fig. 1 zeigt eine Elektronenquelle mit einem einkristallinen Siliziumhalbleiterkörper 10, in dem eine

^⁵ npn-Struktur durch ein p-leitendes erstes Gebiet 1 zwischen einem xi-leitenden zweiten Gebiet 2 und einem n—leitenden dritten Gebiet 3 gebildet ist. Elektronen werden in dieser npn-S tx^uktur erzeugt um in den freien Raum 20 ausgestrahlt

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zu werden und zwar von einem Oberflächengebiet k des Körpers 10, nachdem sie von dem zweiten Gebiet 2 das erste und das dritte Gebiet 1 bzw. 3 durchlaufen haben, wie durch Pfeile 2k in Fig. 1 angegeben ist.

Nach der vorliegenden Erfindung liat die npn—Struktur 2-1-3 nur für das η-leitende zweite Gebiet 2 und das η-leitende dritte Gebiet 3 Elektrodenanschlüsse. Diese Elektrodenanschlüsse können durch Metallschichten 12 und gebildet werden, die mit den Gebieten 2 bzw. 3 ohmsche Kontakte bilden. Es gibt keinen Elektrodenanschluss für das p-leitende zwischenliegende Gebiet 1, das eine Sperre bildet, die den Elektronenstrom;· 2k, von dem Gebiet 2 zu dem Gebiet 3 beschränkt, bis ein derartiger Potentialunterschied zwischen den Elektrodenanschlüssen 12 und 13 angelegt wird, dass das Gebiet 3 gegenüber dem zweiten Gebiet ausreichend positiv vorgespannt ist und eine Zufuhr von heissen Elektronen 2k bewirkt wird, die in dem Gebiet mit einer ausreichenden Energie injiziert werden um das Elektronenaustrittspotential zwischen dem Oberflächengebiet k und dem freien Raum 20 zu überschreiten. Das Sperrschichtgebiet 1 bildet pn-Ubergänge mit dem n-leitenden Gebiet 2 sowie mit dem p-leitenden Gebiet 3 und hat eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration, dass es durch Zusammentreffen der Erschöpfungsgebiete dieser pn-Ubergänge in dem Gebiet 1 erschöpft wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist e.ine mit Offnungen versehene isolierende Schlchü 11 über einen Teil der Dicke in dem Körper 10 vergraben um mindestens einen Teil 9 des Körpers 10 zu bilden, der seitlich durch die vergrabene isolierende Schicht 11 begrenzt wird. Die Gebiete 1 und 3 sind in dem Teil 9 gebildet und werden rund herum durch die isolierende Schicht 11 begrenzt. Dadurch wird eine sehr gedrängte Struktur erhalten mit einer niedrigen Kapazität, in der der Elektrodenanschluss 13 auf zuverlässige Weise an der oberen Fläche des Teils 9 angebracht ist, ohne dass das p-leitende Gebiet 1 kontaktiert wird. Ausserdera kajin dke den Elektrodenanschluss 13 bildende Metallschichi sich auf und Übe3' die i-Huliorojide Schlicht 11 er-

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Mti'iM-kiMi urn ο Ln vör/{r!)asitrtos Kontaktgebiet zu bilden, in i l. «ium ilu.sMnr« AijhcJiIUh mo (boispielsweise in Form von DrJUi tun ) verbunden sein können. Die obere Flliclie des Teils 9 bildet das. Oherflächengebiet 4 von woraus die Elektronen 2k ausgestrahlt werden. Wenn die Metallschicht dünn genug ist kann diese sich über das Oberflächengebiet k erstrecken. Vorzugsweise ist die Schicht 13 jedoch dicker und kontaktiert das Gebiet 3 am Rand des Teil.s 9> wie in Fig. 1 dargestellt.

In der Anordnung nach Fig. 1 kann das Gebiet 2

dadurch gebildet werden, dass eine η-leitende Epitaxialschicht mit einem hohen spezifischen Widerstand auf einem **»' η-Leitenden Substrat 2a mit einem niedrigen spezifischen Widerstand angewachsen wird. Das Substrat 2a bildet einen niederohmigen Anschluss mit der Metallschicht 12, die sich über die ganze hintere Fläche des Substrates 2a erstrecken kann. Eine derartige Bildung des Substrats eignet sich insbesondere für eine Anordnung mit nur einer Elektronenquelle in dem Körper 10. Diese Substratbildung kann jedoch auch für Anordnungen benutzt werden, die eine Anzahl dieser ElektronenqueLlen in einem gemeinsamen Körper 10 mit einem gemeinsamen Gebiet 2 und oinem gemeinsamen Elektrodenanschluss 12 enthalten aber mit einzelnen eigenen Elektrodenanschlüssen 13 für die jeweiligen Elek-

tronenquellen mit einzelnen Gebieten 1 und 3· W

Die Herstellung der Anordnung nach Fig. 1 wird

untenstehend beschrieben. Eine phosphordotierte Siliziumschicht mit einem spezifischen Widerstand von beispielsweise 3 Ohm.cm (etwa 10 Phosphoratome/cm³) und einer Dicke von beispielsweise 5/um wird auf bekannte Weise auf einem phosphordotierten Siliziumsubstrat 2a epitaxial angewachsen, welches ßubstrat einen spezifischen Widerstand von bo i.sp i« 1, awei »θ 0,05 Ohm. cm und eine Dicke von beispielsweise 2i|0/Um hat. Die Isolierschicht 11 kann örtlich in der Hauptoberfläche der Epitaxialschicht unter Anwendung bekannter thermischer Oxidationstechniken bis zu einer ausreichenden Tiefe, beispielsweise 0,1 /Um oder mehr, unter 4er Siliziumoberfläche gebildet werden. Die speziell ge-

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wählte Tief ο wird durch die Dicke dos Teiia 9 bestimmt, welche Dicke notwendig ist um aui' zuverlässige Weise die Gebiete 1 und 3 mit speziellen Dicken unterbringen zu können. Die Gebiete 1 und 3 können dann in dem Teil 9 durch Ionenimplantation gebildet werden. Borionen in einer

14 —2 • Dosis von beispielsweise 2.10 cm und mit einer Energie von beispielsweise 4,5 keV können benutzt werden zum Bilden des Gebietes 1, während Arsenionen in einer Dosis

1 4 -2
von beispielsweise 5·1Ο cm und mit einer Energie von 10 keV zum Bilden des n-leitenden Gebietes 3 können benutzt werden. Nach dem Ausglühen der implantierten Gebiete werden die Metallschichten 13 und 12, die aus Aluminium bestehen können zum Bilden der Elektrodenanschlüsse angebracht. Aul' diese Weise kann eine Elektronenquelle mit einer Reaktionszeit von etwa 5 Nanosekunden oder noch weniger erhalten werden, wodurch eine schnelle Modulation des ausgestrahlten Elektronenstromes ermöglicht wird, und zwar dadurch, dass die angelegte Spannung an der Elektrode um einen Pegel von etwa 4 V geschaltet wird. Diese sehr hohe Betriebsgeschwindigkeit wird erhalten, weil das Gebiet 1 während der Zufuhr der heissen Elektronen 24 erschöpft wird, die npn-Struktur in dem Teil 9 sehr niedrige zugehörende Kapazitäten aufweist und das n—leitende Gebiet 3 eine hohe Dotierungskonzentration hat.

Die Dotierungskonzentration und die Dicke, die letzten Endes für das η-leitende Gebiet. 3 erhalten werden, sind von der speziellen Art, der Energie und der Dosis der benutzten Ionen und von den Ausglühverhältnissen ab<. hängig. Ein Gebiet 3 mit einer geschätzten Dicke von 0,025 /um und einer geschätzten aktiven Dotietungskonzentra-

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tion von 5.10 cm kann dadurch gebildet werden, dass die genannten implantierten Arsenionen mit einer Konzen-

14 —2
tration von 5.10 cm und einer Energie von 10 keV bei 700°C ausgeglüht wird. Dadurch, dass für das Gebiet 3 eine derart geringe Dicke gewähl L wird, wird der Energieverlust für die Elektronen 24 in dem Gebiet 3 niedrig gehalten, wodurch die Wahrscheinlichkeit vergrössert wird, dass die Elektronen von dem Oberflächengebiet 4 ausgestrahlt werden.

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Die JCLek troiiöii, die nicht von dem Oberflächengebiet k ausgestrahlt werden, werden über den Elektrodenanschluss abgeführt. Dadurch, dass eine derart hohe Dotierungskonzentration gewählt wird, weist das η-leitende Gebiet 3 trot? der geringen Dicke einen elektrischen Widerstand auf, der niedrig genug ist, um eine schnelle Modulation des ausgestrahlten Elektronenstromes zu erhalten.

Die aktive Dotierungskonzentration und die Dicke des Sperrschichtgebietes 1 sind ebenfalls von der Implantatiui]seiierc;ie and -dosis der Ionen und von den Ausgltihverhältnissen abhängig und kann derart gewählt werden, dass die gewünschte Höhe der Potentialsperre für Elektronen zwischen dem Gebiet 2 und 3 eingestellt wird, und die Sperrschicht 1 nur dann erschöpft wird, wenn mindestens ein Potentialunterschied einer vorbestimmten Grosse angelegt wird. Dadurch, dass nach der genannten Implantation

14 — 2 von Borionen mit einer Konzentration von 2.10 cm und einer Energie von 4,5 keV bei 7OO°C im Vakuum ausgeglüht wird, kann das resultierende Sperrschichtgebiet 1 eine Dicke von etwa 0,05/um und eine Dotierungskonzentration

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von etwa 2.10 cm haben, wodurch eine Potentialsperre von etwa 4 V für einen Elektronenstrom vom Gebiet 2 zum Gebiet 3 erhalten wird. Das resultierende Sperrschichtgebiet 1 ist dabei über einen Teil der Dicke nicht erschöpft durch die ohne Vorspannung gebildeten Erschvöpfungsgebiete der pn-Ubergänge zwischen dem p-leitenden Gebiet und den η-leitenden Gebieten 2 und 3· Das Anlegen eines Potentialunterschiedes mindestens einer vorbestimmten minimalen Grosse ist nicht notwendig um diese Erschöp-

3Q fungsfjebie te über die ganze Dicke des Gebietes 1 zu streuen. Die Gi^össe des Potentialunterschiedes, die notwendig ist um das Gebiet 1 durch einen sogenannten Durchschlag ("punchthrough") von den Erschöpfungsgebieten völlig zu erschöpfen wird auf diese Weise durch die Dotierungskonzen— tration und die Dicke des Gebietes 1 bestimmt. Bis das Gebiet über die gesamte Dicke erschöpft ist, vermeidet der nicht erschöpfte Teil des Gebietes 1 die Injektion heisser Elektronen 24 in das Gebiet 3, während die angelegte

·■ *» a β

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Vorspannung den Effekt hat, dass die Energie der zu injizierenden Elektronenverteilung erhöht wird. Auf diese Weise kann, wenn Injektion auftritt, die Energie der injizierten Elektroden 24 wesentlich höher sein als das Elektronenaustrittspotentxal, wodurch es ermöglicht wird, einen hohen Ausstrahlungswirkungsgrad des Oberflächengebietes 4 zu erhalten. Diese Situation ist in Fig. 2 dargestellt.

Die Linie a in Fig. 2 ist das Diagramm der Elektronenenergie und das Elektronenpotential durch die Elektronenquelle in dem freien Raum in thermischem Gleichgewicht ohne Vorspannung. Die Linie b in Fig. Z ist das entsprechende Diagramm wobei ein Potentialunfcerschied zwischen die Gebiete 2 und 3 angelegt wird, welcher Poten— tialunterschied gerade ausreicht um das ganze Gebiet zu erschöpfen. Wie durch einen Vergleich der Linien a und b in Fig. 2 ersichtlich ist, führt dies dazu, dass das Potential der Oberflächensperre zwischen dem Gebiet 3 und dem freien Raum 20 zu einem niedrigeren (positiveren)· Pegel gegenüber dem Gebiet 2 verschoben wird, so dass wenn Injektion von Elektronen in ausreichender Menge auftritt (Linie b), die Energie der injizierten Elektronen um einen entsprechenden Betrag erhöht ist. Der Potential-Unterschied der notwendig ist um das Gebiet 1 völlig zu erschöpfen kann beispielsweise etwa 4 V sein, abhängig von der Dicke und der Dotierungskonzent.ration des Gebietes Dadurch, dass die angelegte Vorspannung bis über diesen Minimalwert erhöht wird, wird die. Höhe der Sperre zwischen den Gebieten 2 und 3 verringert, wodurch der Elektronenstrom Ln dem Gebiet 3 vergrössert wird.

Die Höhe der Sperre zwischen den Gebieten 2 und kann derart gewählt werden, dass die in das n-leitende Gebiet 3 injizierten Elektronen 24 genau die richtige Energie haben um das Gebiet 3 zu durchlaufen und das Elektronenaustrittspotentxal in dem Gebiet 4 zu überschreiten. Dieses Elektronenaustrittspotentxal liegt zwischen und 5 oV bei einer reinen unbedeckten Siliziumoberfläche. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann Jedoch da« Oberl'laciien-

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/i'iil) !.υ t Ί uul' btskamH.tj Welae mit einer sehr dünnen Schicht aus einem Material bedeckt werden, das die Austrittsarbeit verringert, beispielsweise Barium oder Cäsium. In diesem Fall wird das Elektronenaustrittspotential auf etwa 2 eV herabgesetzt. Eine derartige Cäsiumbedeckung 14 wird in dem speziellen Beispiel der Elektronenquelle nach Fig. 1, das obenstehend beschrieben worden ist, eingebaut, wobei das Sperrschichtgebiet 1 durch "punch-through" erschöpft wird, und eine Sperrhöhe von etwa k V hat. Nach Anlegen eines Potentialunterschiedes von etwa h V an die Anordnung werden heisse Elektronen 2k über das Sperrgebiet 1 injiziert und mit einem guten Wirkungsgrad von dem Oberflächengebiet in den freien Raum 20 ausgestrahlt.

Statt einer "punch-through"-Struktur kann auch ein Gebiet 1 verwendet werden, das sogar unter Vorspannung Null erschöpft ist und zwar durch das Zusammentreffen der Erschöpfungsgebiete in dem Gebiet 1 bei Vorspannung Null. Dies kann bei der Struktur nach Fig. 1 dadurch erreicht werden, dass die Dicke des Gebietes 1 vergrößert und die Dotierungskonzentration des benachbarten Gebietes 2 erhöht wird. Derartige unter Vorspannung Null erschöpfte Sperrschichten sind bereits für Dioden mit Majoritätsladungs- · trägern, Transistoren mit heissen Elektronen und Transistoren mit heissen Löchern bekannt aus der DE-PS 27 11 502, auf die verwiesen wird für Information in bezug auf die Bedingungen die erfüllt werden müssen ujn das Gebiet T nahezu erschöpft zu halten unter Vorspannung Null und eine bestimmte Sperrhöhe zu erhalten. Li-einer speziellen Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung wird ein Sperrschichtgebiet 1, das unter Vorspannung Null erschöpft wird und eine Sperrhöhe von etwa 3 V hat, dadurch erhalten, dass die η-leitende Dotierungskonzentration der Epitaxialschicht 2 mit einer Dicke des Gebietes 1 von 0,125/um, 2.10 Phosphoratomen/cm³ ist, während die Dotierungskonzentration des Gebietes 1 etwa 2,5·10 cm beträgt. Im Vergleich zu den Dioden hoher Qualität, die in der DE-PS 27 1 1 562 beschrieben worden sind, wird durch diese» Wahl der Dicken und Dotierungskonzentrationen bewusst die

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Eignung des Sperrschichtgebietes 1 um die Energie der in das Gebiet 3 injizierten Elektronen 2k zu erhöhen, verringert .

Im Vergleich zu Elektronenquellen mit "punch-through¹·!· Gebieten 1, wie? an Hand der Fig. 2 beschrieben, bietet eine derartige Elektronenquelle mit einem Gebiet 1, das ohne Vorspannung erschöpft ist, den Vorteil, dass dieses Gebiet nahezu keine Minoritätsladungsträger, (Löcher) aufweist, sogar wenn die angelegte Spannung auf einen sehr niedrigen Pegel (auf oder in der Nähe von O V) geschaltet wird.

Derartige sehr niedrige Spannungspegel sind jedoch nicht notwendig um eine Elektronenquelle nach der Erfindung auszuschalten, da dies dadurch erreicht werden kann, dass die angelegte Spannung bis gerade unter den Pegel, der notwendig ist um die Ausstrahlung der Elektronen 2k zu bewirken, herabgesetzt wird, welche Spannung, wie obenstehend beschrieben, zwischen 3^d k V liegen kann. Ausserdem gibt die zugenommene Dotierungskonzentration der Epitaxials-chichι. einer derartigen Elektronenquelle mit einem völlig erschöpften Sperrschichtgebiet 1 Anlass zu einer Erhöhung der Kapazität des Überganges zwischen den Gebieten 1 und 2, während durch die zugenommene Dicke des Gebietes 1 der Abstand zwischen dem Oberflächengebiet k und dem Ausstrahlungspunkt der heissen Elektronen 2k an der Stelle des Sperrschichtgebietes vergrössert wird. Es ist daher meistens günstiger ein "punch-through"~Sperrschichtgebiet 1 zu benutzen als ein unter Nullvorspannung erschöpftes Sperrschichtgebiet 1.

Die Konfiguration nach Fig. 1 mit einer vergrabenen isolierenden Schicht 11 und einem Halbleiterteil 9 macht die Herstellung einer sehr einfachen npn-Gebietsstruktur mit sehr niedrigen zugehörenden Kapazitäten möglich. Eine andere Konfiguration für eine Elektronenquelle nach der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, in der die Isolierschicht 11 nicht in dem Körper 10 vergraben ist über die Tiefe der Gebiete 1 und Ii und die pn-Ubörgäriß'O zwischen den Gebieten 2 und 1 und zwischen den Gebieten 1 und 3 sich bds an die Oberfläche des Körpers IO erstrecken

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mit. tol s I, L ο for ringförmiger Gebiete 21 und 23 von dem p- bzw. n-Le Ltungstyp. Sogar wenn die Zufuhr lieisser, von dem Oberflächengebiet k ausgestrahlter Elektronen 24 bewirkt wird, wird das p-leitende Gebiet 21 nicht völlig erschöpft über einen Teil der Dicke zwischen dem n-leitenden Gebiet 23 und der η-leitenden Epitaxialschicht 2, Das η-leitende Gebiet 23 dient als Kontaktgebiet für die Metallelektrode 13. Die Gebiete 21 und 23 werden in einzelnen Dotierungsschritten, bevor die Gebiete 1 und 3 implantiert werden, gebildet.

Die Anordnungsstrukturen nach den Fig. 1, 2 oder nach der Erfindung können als Elektronenquellen in ver— schiedenartige Apparatur mit einer Vakuumhülle eingebaut werden. Fig. 4 zeigt ein derartiges Gerät als Beispiel und zwar eine Elektronenstrahlröhre. Dieses Gerät nach Fig. 4 enthält eine Vakuumröhre 33» die trichterförmig sich erweitert und eine Endwand hat, die auf der Innenseite mit einem Leuchtschirm 34 versehen ist. Die Röhre 33 ist hermetisch geschlossen um einen Vakuumraum 20 zu bilden.

In die Röhre 33 sind Fokussierelektroden 25, 26 und Ablenkelektroden 27, 28 aufgenommen. Der Elektronenstrahl 24 wird in einer oder mehreren Elektronenquellen nach der Erfindung erzeugt, die sich in dem Halbleiterkörper 10 befinden. Der Körper 10 ist auf einem Halter 29 innerhalb der Röhre 33 angeordnet und zwischen den Metallschichten 12, 13 und den Endstiften 30 werden elektrische Verbindungen gebildet, die durch den Boden der Röhre 33 hindurch'-gefUhrt sind. Derartige Elektronenquellen nach der Erfindung können auch beispielsweise in Bildbandaufηahmeanordnungen vom Typ Vidicon eingebaut werden. Ein anderes mögliches Gerät ist eine Speicherröhre, in der eine Information darstellendes Ladungsmuster aufgezeichnet ist und zwar auf einer Auf treffplatte mit Hilfe eines jnoduiierten Elektronenstromes, der von der Elektronenquelle des Körpers erzeugt ist, wobei dieses Ladungsmuster danach von einem konstanten Elektronenstrahl, der vorzugsweise von derselben Elektronenquelle erzeugt wird, ausgelesen. wird.

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PHD 12 H2ti _WT 27.8. ί')Η2

Eine bekannte Technologie, angewandt zum Herstellen integrierter Schaltungen aus Silizium, kann zum Herstellen von Elektronenquellen nach der Erfindung als Matrix in einem gemeinsamen Halbleiterkörper benutzt werden. Dies wird erleichtert durch die einfache npn-Struktur derartiger Quellen mit nur Elektrodenanschlüssen für die zwei η-leitenden Gebiete 3 und 2. Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Beispiel einer zw e idiraen si on alen Matrix derartiger Elektronenquellen, die einzeln gesteuert werden können um die eigene einzelne Elektronenausstrahlung zu regeln. Der Körper 10 der Anordnung nach den Fig. 5 und 6 hat auf nur einer Haupt oberflache eine zweidimensioiiale Matrix rund herum isolierter Teile 9, die je eine npn-Elektronenausstrahlungsstruktur haben gleich der in Fig. 1 dargestellten Struktur. Die Masse des Körpers besteht nun jedoch a\is leicht dotiertem p-leitendem Material, worin die zweiten Gebiete 2 als η-leitende Znsein angebracht sind. Die einzelnen Elektronenquellen sind in einem XY-Kreiizstangenschaltsystem zusammengefügt. Die n-leitenden GeI)Iete 3 der Teile 9 in jeder X-Richtung der Matrix haben einen gemeinsamen Elektrodenanschluss 13 (1") » 13 (2) usw.", der sich in der X-Richtung erstreckt um die Gebiete an der Oberfläche der Teile 9 zu kontaktieren. Die n-leitenden Xn.^eln, die die Gebiete 2 bilden, haben die Form von Streifen 2 (i), 2(2), 2('j), usw., die sich in der Y-Richtung der Matrix erstrecken um in einer gemeinsamen Insel die η-leitenden Gebiete 2 der einzelnen Elektronenquelle in jeder Y-Richtung miteinander zu verbinden. Jeder dieser η-leitenden Streifen 2(i), 2(2), 2(3) usw., hat einen Elektrodenanschluss 12(1), 12(2), 12(3) usw., der seinen Streifen über ein hochdotiertes Kontaktgebiet kontaktiert, von denen eins ! 22(2)^J in Fig. 6 dargestellt ist. Diese Kontaktgebiete können in ihren eigenen einzelnen durch Oxid begrenzten Teilen durch dieselbe Dotierungsbehandlung wie zur Bildung der n-leitenden Gebiete 3 angewandt wird, gebildet werden. Diese einzelnen Teile 0 mit Kontaktgebieten werden gegenüber der Do t iurufigsbuhand lung maskiert, Bildung dor ρ-1 β i. t.ondoxi Oo biet υ I ungowand. t wird.

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JMi]J vi κ;2» yr 27.8.1982

(Oi nzo ln<> El ok (>roiiuii(|.uo i lon dor XY-Matr±x können dadurch ungeaLeuerL werden, dass die Elektrodenanschlüsse 12 ( 1 ) , 12(2), ufrw. und 13(i), 13(2), usw. selektiert werden, denen die Betriebsspannungen V(y) und V(x) angelegt werden um das Gebiet 3 gegenüber dem Gebiet 2 für Elektronenausstrahlung positiv vorzuspannen. Unterschiedliche Grossen der Vorspannungen V(X1), V(X2), ..., V(Y1), v(Y2), usw. können an unterschiedliche Anschlüsse angelegt werden, so dass unterschiedliche Elektronenströme 2k von unterschied-I ic'.huti I¹.1 .nie h'iMJiionriuo I I. on uue ge« tr alii. I- worden köfuio«, wo«· durrlj um fiowUnaohte» Eloktronens troiiimus ter von der ganzen Matrix erzeugt wird.

·**' Eine derartige zweidimensionale Matrix ist besonders

zweckraässig als Elektronenquelle in einer Wiedergabe— anordnung, die eine flache Vakuumröhre 33 aufweisen kann als die der Elektronenstrahlröhre nach FIg₄ k. In einer derartigen flachen Anordnung kann ein Bild an einem Leuchtschirm 3k an nur einer Seite der Röhre gebildet werden und zwar dadurch, dass unterschiedliche Elektronenstrommuster mit Hilfe der Matrix in dem Körper 10, angeordnet auf der gegenüberliegenden Seite der Röhre erzeugt wird statt dass nur ein Elektronenstrahl abgelenkt wird, wie in einer Elektronenstrahlröhre.

Eine derartige zweidiniensionaie Matrix ist auch zweckrriässig für Elektronenlithographie bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, integrierten Schaltungen und anderen Mikrominiaturfeststoffanordnungen. Bei dieser Anordnung wird die Matrix als Elektronenquelle in einer Kammer eines Lithographischen Belichtungsgerätes angebracht.

Diese Kammer ist mit einer Vakuumpumpe zum Herstellen eines Vakuums in der Kammer für das Belichtungsverfahren verbunden. Der Körper der herzustellenden Feststoffanordnung wird in die Kammer gebracht und die Oberfläche derselben ist mit einem elektronenempfindlichen Resist versehen, der daraufhin einem Elektronenstrommuster aus der Elüktrorieriquellenmatrix ausgesetzt wird, beispielsweise über ein Elektronenlinsensystem. Daraufhin wird der Körper der Feststoffanordnung aus der Kammer entfernt und

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weiterhin auf bekannte Weise verarbeitet. Die Anwendung' einer halbleitenden zweidimensionalen Elektronenquellenmatrix Tür Bildwiedergabeanordnungen und für Elektronenlithographie ist in der DE-OS 2<J 02 746, auf die verwiesen wix'd, bereits beschrieben.

Deutlichkeitshalber ist in der Zeichnung eine Ver- . kleidung 14 nicht dargestellt, wie diese in der Struktur der Fig. 5 und 6 vorhanden ist. Eine derartige Verkleidung 14 kann jedoch auf dem Oberflächengebiet 4 jedes der npn—Elektronenquellenteile der Anordnung nach den Fig. 5 und 6 angebracht werden. Obschon die Fig. 5 und 6 als Beispiel nahezu quadreitische Offnungen in den Elektrodenanschlüssen 13 an der Stelle der ausstrahlenden Oberflächengebiete 4 zeigen, können diese Offnungen eine andere Form, beispielsweise eine kreisrunde Form aufweisen. Insbesondere in grossen zweidimensionalen Matrizen kann ein staz^k η-leitendes vergrabenes Gebiet (n ) am Boden jedes n-leitenden Streifens 2(i), 2(2), 2(3) usw. vorhanden sein um den Reihenwiederstand zu verringern.

Viele andere Abwandlungen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. So kann, obschon die npn-Struktur 2-1-3 nur Elektrodenanschlüsse für das n-leitende zweite und das n—leitende dritte Gebiet 2 bzV. 3 (also keinen Elektrodenanschluss für das zwischenliegende Gebiet 1) aufweisen muss, der Körper 10 einer Elektronenquelle nach der Erfindung zusätzliche Elektroden aufweisen, die nicht mit der npn-Struktur 2-1-3 verbunden sind. So kann eine Elektronenquelle nach der Erfindung ausserdem eine Beschleunigungselektrode aufweisen, die gegenüber der HaIbleiteroberflache isoliert ist und sich um den Rand des Oberflächengebietes 4 des η-leitenden dritten Gebietes 3 erstreckt, von dem die heissen Elektronen 24 ausgestrahlt werden. In diesem Fall kann das η-leitende dritte Gebiet 3 durch den Elektrodenanschluss 13 über ein tiefes n-leitendes Kontaktgebiet an einer Stelle weit entfernt von dem Obürfl.'ichengCäbXet 4, von dom d.lu holwsen JOlnk ürouoii 24 ausgestrahlt werden, kontaktiex-t werden. Die Verwendung einer Isolierten Beschleunigtingselektrode für eine andere

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Art ViJiI ELokl.i'orienquelle ausaerhalb des Rahmens der Erfindung ist bereits in der genannten DE-OS 29 02 7k6, auf die verwiesen wird, beschrieben. Es ist auch, möglich, dass eine derartige zusätzliche isolierte Elektrode für Ablenkungηzwecke in zwei oder mehr einzelne isolierte Elektroden um das Oberflächengebiet k aufgeteilt wird.

Statt aus einkristallinem Silizium kann der Halb.-leitex'körper 10 einer Elektronenquelle nach der Erfindung aus einem anderen Halbleitermaterial, beispielsweise aus

1Q einer III-V-Halbleiterverbindung oder aus polykristallinem oder wasserstoffgesättigtem amorphem Silizium bestehen, das auf einem Substrat aus Glas oder einem anderen ge— eigneten Material niedergeschlagen, ist.

In den bisher an Hand der Fig. 1, 2, 3» 5 und 6 beschriebenen Ausführungsformen bildet das n-leitende dritte Gebiet 3 das Oberflächengebiet 4, von dem die Elektronen 'ik in den freien Raum ausgestrahlt werden. Das η-leitende dritte Gebiet 3 in einer Elektronenquelle im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedoch durch mindestens ein weiteres Gebiet mit einer p-leitenden Dotierungskonzentration, die eine Potentialspitze in dem Körper verursacht um neben dem Oberflächengebiet k ein elektrisches Feld zu bilden, das die Ausstrahlung von Elektronen 2k über die Grenze des Körpers 10 an der Stelle des Gebietes k fördert, von dem Oberflächengebiet getrennt sein. Elektronenquellen mit elektrischen Feldgebieten mit derarti^eri Dotierungskonzentrationen sind in der mit der vorliegenden Patentanmeldung zusammenhängenden, gleichzeitig eingereichten britischen Patentanmeldung 8133502 beschrieben.

BAD ORIGiNAl

Leerseite

Claims

PHB 32 828 2Xf 27.8.1982

PATENTANSPRÜCHE

Yi .J Halbleiteranordnung zum Ausstrahlen von Elektronen mit einem Halbleiterkörper mit einer npn-Struktur, gebildec durch, ein p-leitendes, erstes Gebiet zwischen einem η-leitenden zweiten und einem n—leitenden dritten Gebiei,, wobei Elektronen in der genannten upn-Struktur erzeugt werden können und von einem Oberfl iichengebiet des Halbleiterkörpers ausgestrahlt Werden, nachdem sie von dem zweiten Gebiet das erste und das dritte Gebiet durchlaufen haben, dadurch gekennzeichnet, dass die npn-Struktur Elektrodenanschlüsse für die η-leitenden zweiten und dritten Gebiete aufweist und dass das p-leitende erste Gebiec eine Sperrschicht bildet, die den Elektronenstrom von d<;m η-leitenden zweiten Gebiet zu dem n- Lei tenden dritten Gebiet beschränken kann, bis ein ausreichend hoher Potentialunterschied zwischen die genannten Anschlüsse angelegt wird um das dritte Gebiet gegenüber dem zweiten Gebiet positiv vorzuspannen und eine Zufuhr heisser Elektronen zu bewirken, die in das η-leitende dritte Gebiet injiziert werden mit einer ausreichenden Energie um an dem genannten Oberflächengebiet des Halbleiterkörpers das Elektronenaustrittspotential zu überschreiten, wobei, um die genannte Zufuhr heisser Elektronen zu bewirken, die p-leitende Sperrschicht eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, dass beim Anlegen des genannten Potentialunterschiedes mindestens ein Teil der Sperrschicht über die ganze Dicke erschöpft ist durch das Zusammentreffen von Erschöpfungsgebieten, die zu den pn-Ubergängen zwischen dem p-leitenden ersten Gebiet und den η-leitenden zweiten und dritten Gebieten gehören.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dawa das Konamito π- Lei 'to riete dritte Geh Lo t eine Höhere den Leitungstyp bestimmende Dotierungskonzentration hat als die des p-leitenden ersten Gebietes und

BAD ORfGINAl

« β

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die mindestens desjenigen Teils des η-leitenden zweiten Gebietes, dex· neben dem ersten Gebiet liegt.

3. Halbleiteranordnung nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch ijekermze Lehnet, dass mindestens derjenige Teil des n-leitenden zweiten Gebietes, der neben dem ersten Gebiet liegt, eine niedrigere, den Leitungstyp bestimmende Dotierungskonzentration hat als die des ersten Gebietes. -(■. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Offnungen versehene isolierende Schicht über mindestens einen Teil der Dicke in dem genannten Körper vergraben ist und mindestens ein Teil des Körpers seitlich durch die vergrabene isolierende Schicht begrenzt wird, wobei, lias erste und das dritte Gebiet innerhalb des ge— nannton Teils gebildet worden und rund herum durch die vergrabene isolierte Schicht begrenzt werden. 5. Halbleiteranordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Fläche des durch die vergrabene isolierende Schicht begrenzten Teils das genannte Oberflächengebiet bildet, von dem Elektronen ausgestrahlt werden, und dass ein Elektrodenanschluss das genannte η-leitende dritte Gebiet an der genannten oberen Fläche des genannten Teils kontaktiert und sich bis auf die genannte versenkte isolierende Schicht erstreckt.

6. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Körper auf einer Hauptoberfläche eine zweidimensionale Matrix der genannten npn-Strukturen aufweist, dass η-leitende dritte Gebiete in einer Richtung der Matrix gemeinsame;.· Elektrodenanschlüsse aufweisen, die sich in der genannten einen Richtung erstrecken und dass η-leitende zweite Gebiete in einer transversalen Richtung der Matrix gemeinsame η-leitende Streifen bilden, die sich in der genannten transversalen Richtung erstrecken.

^⁵ 7· Halbleiteranordnung nach einenr oder mehreren der vor« teilenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Sperrschichtgebiet ohne Vorspannung über einen Teil der Dicke nicht erschöpft ist durch die Erschöpfungs-

BAD

gebiete der pn—übergänge zwischen dem Sperrschichtgebiet und den η-leitenden zweiten und dritten Gebieten, wobei das Anlegen eines Potentialunterschiedes mit mindestens einer vorbestimmten minimalen Grosse zwischen die genannten Elektrodenanschlüsse notwendig ist um die genannten Erschöpfungsgebiete über die ganze Dicke des genannten Sperrschichtgebietes zu streuen und dadurch die genannte Zufuhr heisser Elektronen mit einer ausreichenden Energie.; zu bewirken um das Elektronenaustrittspotential an der Stelle des genannten Oberflächengebietes zu überschreiten.

8. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke und die Dotierungskonzentration des Sperrschichtgebietes derart.sind, dass die Erschöpfungsschichten, die unter Vorspannung Null gebildet sind, mit dem genannten n-leitenden zweiten sowie dem genannten η-leitenden dritten Gebiet gebildet sind, einander mindestens in dem genannten Sperrsohichtgebiet berühren.

c). Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Oberflächengebiet des Körpers mit einem Material bedeckt ist, das die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzt. 10. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch "gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper längs mindestens eines Teils des Umfangs des n—leitenden dritten Teils mit mindestens einer gegenüber dem Halbleiterkörper elektrisch isolierten Elektrode versehen ist.

ii. Anordnung mit einer Vakuumhülle, in der ein Vakuum hergestellt werden kann, und einer Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteranordnung sich innerhalb dex· Hülle befindet und im Betrieb der Anordnung Elektronen in das Vakuum ausstrahlen kann.

BAD ORIGINAL