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Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, die in
der Lage ist, das Fließen eines Elektronenstroms und
eines Löcherstroms in verschiedenen Richtungen zu
ermöglichen.
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Bisher wurden verschiedene Halbleiteranordnungen
vorgeschlagen. Dabei gibt es solche, die eindimensionale
Strukturen besitzen, durch die ein Ausgangssignal gemäß einer
Übertragungsfunktion f&sub1; (V&sub1;, V&sub2;,...) oder f&sub2; (I&sub1;, I&sub2;,...)
geliefert wird, wobei V&sub1;, V&sub2;...Eingangsspannungen und I&sub1;,
I&sub2;,... Eingangsströme sind, wie z. B. bipolare
Übergangszonen-Transistoren, Feldeffekttransistoren, Thyristoren usw.
Es gibt auch Halbleiteranordnungen mit zweidimensionalen
Strukturen, bei denen eine Potentialschwelle ψ (V&sub1;, V&sub2;) in
Antwort auf Eingangsspannungen (V&sub1;, V&sub2;) ausgebildet und
ein Ausgangssignal gemäß einer Übertragungsfunktion f&sub3; (ψ)
in Übereinstimmung mit der Potentialschwelle ψ geliefert
wird. Hier wird das Wort "zweidimensional" verwendet, um
die positive Rolle der Gate- und Drain-Spannungen für die
elektrostatische Steuerung einer Potentialschwelle
(Sattelpunkt) im Strompfad durch verschiedene Richtungen zu
beschreiben.
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Aus GB-A-2 000 908 ist eine Halbleiteranordnung bekannt,
die einen Hauptkörper aus Halbleitermaterial und zwei
Paare von Steuer-Halbleiterbereichen besitzt, wobei eines
der Paare von einem ersten Leitfähigkeitstyp und das andere
von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, und die eingebauten
Potentiale dieser Bereiche in dem Hauptkörper eine
Potentialschwelle induzieren.
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Herkömmliche Halbleiteranordnungen besitzen üblicherweise
eine Übertragungsfunktion unabhängig davon, ob sie eine
eindimensionale oder eine zweidimensionale Struktur
besitzen. Eine Halbleiteranordnung, die nur eine
Übertragungsfunktion besitzt, hat ihre speziellen Vor- und Nachteile.
Es besteht ein Bedarf für eine neue Halbleiteranordnung, die
frei von den Einschränkungen der herkömmlichen
Halbleiteranordnungen ist. Beispielsweise besitzen die herkömmlichen
Halbleiteranordnungen bestimmte strukturelle Einschränkungen
hinsichtlich der Erhöhung der Packungsdichte, und es
besteht ein Bedarf für eine neue Anordnung, die eine völlig
neue Struktur besitzt, die die Einschränkungen hinsichtlich
der Packungsdichte durchbrechen kann.
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Die vorliegende Erfindung, wie sie in den beigefügten
Ansprüchen definiert ist, soll diese Nachteile der dem Stand
der Technik entsprechenden Halbleiteranordnungen
überwinden. Sie löst das Problem, wie eine Halbleiteranordnung
auszubilden ist, die in der Lage ist, zwei verschiedene
Ausgangssignale zu erzeugen, die durch zwei
Übertragungsfunktionen definiert sind; Dies geschieht dadurch, daß
eine Anordnung angegeben wird, bei der zwei gesteuerte
Durchgriffs-Strompfade ausgebildet werden, von denen jeder sich
durch die Potentialschwelle zwischen einem entsprechenden
Paar von Steuerbereichen erstreckt und die Strompfade einen
Pfad umschließen, der das Fließen von Majoritätsträgern
eines ersten Leitfähigkeitstyps erlaubt, sowie einen Pfad,
der das Fließen von Majoritätsträgern eines zweiten
Leitfähigkeitstyps erlaubt, wobei der Stromfluß in jedem der
Pfade durch die Potentialschwelle gesteuert wird und die
Höhe der Schwelle durch Eingangsspannungen steuerbar ist,
die an die Halbleiterbereiche angelegt werden.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielsweise
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser
zeigt:
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Fig. 1 eine Elektrodenkonfiguration einer
Halbleiteranordnung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2A und 2B Energieband-Diagramme in der
Halbleiteranordnung aus Fig. 1 längs der in Fig. 1
gezeigten Linien A-A' bzw. B-B',
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Fig. 3 in schematischer Weise eine
Potentialverteilung für Löcher und Elektronen
in der Halbleiteranordnung aus Fig. 1,
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Fig. 4A und 4B Energieband-Diagramme in der
Halbleiteranordnung aus Fig. 1, wenn ein Paar von
p-Typ- oder n-Typ-Bereichen miteinander
verbunden ist,
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Fig. 5A und 5B Energieband-Diagramme in der
Halbleiteranordnung aus Fig. 1, wenn ein
p-Typ-Bereich und ein n-Typ-Bereich geerdet
sind,
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Fig. 6A und 6B in perspektivischer Ansicht
Halbleiteranordnungen mit Polarkoordinaten-Struktur
gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, wobei Fig. 6A eine
Planarstruktur und Fig. 6B eine
weggeschnittene Struktur wiedergibt,
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Fig. 7A und 7B in perspektivischer Ansicht
Halbleiteranordnungen mit einer kartesischen
Koordinatenstruktur gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wobei
Fig. 7A eine Planarstruktur und Fig. 7B
eine weggeschnittene Struktur zeigt,
und
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Fig. 8A und 8B Diagramme von
Strom/Spannungs-(I-V)Kennlinien für eine Halbleiteranordnung
aus Fig. 7A.
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Zunächst wird das Konzept der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf eine vereinfachte Struktur der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine
Halbleiteranordnung in der xy-Ebene. In z-Richtung sind keine
Strukturänderungen vorhanden. In einem Halbleiterkörper 10 mit
Eigenleitung oder nahezu Eigenleitung i (oder Π oder ν
sind ein Paar von n-Typ-Bereichen 11 und 12 und ein Paar von
p-Typ-Bereichen 15, 16 so ausgebildet, daß sie eineinander
gegenüberliegen. In der Figur ist die Richtung, die die n-
Typ-Bereiche 11 und 12 miteinander verbindet, im wesentlichen
senkrecht zu der Richtung, die die p-Typ-Bereiche 15 und 16
miteinander verbindet. Es sind zwei mögliche Strompfade
gebildet: ein Löcher-Strompfad 15-10-16 und ein Elektronen-
Strompfad 11-10-12. Beide Strompfade verwenden den im
wesentlichen eigenleitenden Bereich 10 als einen aktiven
Bereich, um den Stromfluß zu steuern.
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Fig. 2A zeigt ein Energieband-Diagramm in der
Halbleiteranordnung aus Fig. 1 längs der Linie A-A' in Fig. 1, die
auch als x-Achse bezeichnet ist. In der Fig. bezeichnet
das Symbol Ec die untere Grenze des Leitungsbandes, Ei
das Eigenleitungs- oder Lücken-Mittenniveau, EF das Fermi-
Niveau, und EV den oberen Rand des Valenz-Bandes. Es
wird angenommen, daß an die Anordnung keine Vorspannung
angelegt ist und daß sie sich in einem thermischen
Gleichgewichtszustand befindet. Die Nähe des Valenz-Bandes zum
Fermi-Niveau an beiden Seiten zeigt an, daß es sich bei
diesen Bereichen um p-Typ-Bereiche handelt. Die obere
Grenze des Valenz-Bandes, d. h. das EV-Niveau bildet im
Mittelteil, der dem Mittelteil des i-Bereiches 10 entspricht,
einen nach unten gehenden Höcker. Dieser Höcker stellt
eine Potentialschwelle für die positiven Löcher im Valenz-
Band dar. Es sei darauf hingewiesen, daß das EV-Niveau
weiter erniedrigt wird, wenn es sich von der Linie A-A'
entfernt, wie dies in Verbindung mit Fig. 2B beschrieben
wird.
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Fig. 2B zeigt das Energieband-Diagramm in der Anordnung
aus Fig. 1 längs der Linie B-B', die auch als y-Achse
bezeichnet wird. Die Nähe des Fermi-Niveaus EF zur
Untergrenze des Leitfähigkeitsbandes Ec an beiden Seiten zeigt
an, daß diese Bereiche vom n-Typ sind. Der nach oben
gerichtete Höcker im Ec-Niveau im Mittelteil stellt eine
Potentialschwelle für Elektronen dar. In ähnlicher Weise
stellt der nach oben gerichtete Höcker im EV-Niveau eine
Potentialmulde für positive Löcher dar. Es sei daran
erinnert, daß das EV-Niveau in Fig. 2A im Mittelteil einen
nach unten gerichteten Höcker besitzt. Somit zeigt der
nach oben gerichtete Höcker im EV-Niveau in Fig. 2B, daß
das Potentialniveau für Löcher eine Sattelpunkt-Struktur
im Mittelteil bildet. In ähnlicher Weise bildet das
Potentialniveau für Elektronen eine Sattelpunkt-Struktur im
Mittelteil. Mit anderen Worten: Löcher im p-Typ-Bereich
15 können zu dem anderen p-Typ-Bereich 16 über eine
Potentialschwelle im i-Typ-Bereich 10 übertragen werden,
und Elektronen im n-Typ-Bereich 11 können in den anderen
n-Typ-Bereich 12 über eine Potentialschwelle im
i-Typ-Bereich 10 übertragen werden. D.h., in dem Halbleiterkörper
wird ein Paar von zueinander im wesentlichen senkrechten
Strompfaden gebildet.
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Fig. 3 zeigt die Potentialverteilung in solchen
Strompfaden in der Halbleiteranordnung aus Fig. 1. In der Figur
wird angenommen, daß die p-Typ-Bereiche 15 und 16 in den
Flächen 25 und 26 ausgebildet sind, daß die
n-Typ-Bereiche 11 und 12 in den Flächen 21 und 22 vorgesehen sind,
und daß die vertikale Richtung in der Figur das Potential
für Elektronen darstellt.
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Jetzt wird angenommen, daß an den p-Typ-Bereich 16 eine
negative Vorspannung bezüglich des p-Typ-Bereiches 15 und
an den n-Typ-Bereich 11 eine positive Vorspannung bezüglich
des n-Typ-Bereiches 12 angelegt ist. Somit haben Löcher im
p-Typ-Bereich 15 die Tendenz, sich in den p-Typ-Bereich 16
zu bewegen, und Elektronen im n-Typ-Bereich 12 haben die
Tendenz, sich in den n-Typ-Bereich 11 zu bewegen.
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Die Halbleiteranordnung gemäß dieser Erfindung arbeitet im
wesentlichen in der Weise dreidimensional, daß eine einzige
Potentialschwellen-Struktur sowohl auf die positiven Löcher
als auch auf die Elektronen im Halbleiter einwirkt.
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Wenn ein Kanal für einen Typ von Ladungsträgern abgeschnürt
wird, so wächst ein Durchgriffsstrom im anderen Kanal für
den anderen Typ von Ladungsträgern. Somit wird ein Paar
von komplementären Informations-Ausgängen geschaffen.
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Da die Löcher- und Elektronen-Ströme von einer
Potentialschwelle gesteuert werden, die von der Bandlücke abhängig
ist, hat jeder der beiden Ausgangsströme einen negativen
Temperaturkoeffizienten. Jeder der komplementären Kanäle
ermöglicht einen Stromfluß ähnlich einem Transistor mit
statischer Induktion in Abhängigkeit von den jeweiligen
Anschlußspannungen. Der Strom ist nämlich nicht gesättigt
und es ergibt sich ein hoher Gegenwirkleitwert
(transconductance).
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Bei den konkreten Anordnungen ergeben sich Abweichungen
vom Exponentialgesetz im Hochstrombereich aufgrund des
Serien-Widerstands-Effektes. In diesem Zusammenhang sei
auf die US-A-3,828,230 und die US-A-4,199,771 verwiesen,
deren Inhalt in die vorliegende Beschreibung mit
aufgenommen wird.
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Diese Anordnung kann in der Weise betrieben werden, daß
alle pn-Übergänge geerdet oder in Sperrichtung gepolt sind.
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Es können zwei Strompfade ausgebildet werden; ein p-Kanal,
um einen Stromfluß zu ermöglichen, der hauptsächlich von
positiven Löchern gebildet wird, und ein n-Kanal, um einen
Stromfluß zu ermöglichen, der hauptsächlich von Elektronen
gebildet wird. Es kann ein gemeinsamer Schwellenbereich
ausgebildet werden, den die beiden Kanäle durchdringen.
Jede Polarität von Majoritätsträgern kann die
Potentialschwelle durchfließen. Sobald die Ladungsträger die
Potentialschwelle überwunden haben, fließen sie in einem
Driftfeld.
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Wie man der Fig. 3 entnimmt, können sich die Ströme in
den beiden Kanälen am Sattelpunkt des Potentialprofils
senkrecht kreuzen, das durch die Anordnungsparameter und
die Vorspannungsbedingungen festgelegt ist. An diesem
Kreuzungspunkt (genauer in dem Bereich, in dem sich die
beiden Ströme kreuzen) kann ein Plasma mit Löchern und
Elektronen erzeugt werden. Dieser Plasmabereich kann
jedoch sehr schmal gemacht werden und es ist möglich,
elektrische Driftfelder in der Nähe dieses Plasmabereiches
auszubilden. Somit kann der Trägertransport vom Hochfeld-Typ
und die Trägergeschwindigkeit sehr hoch sein (wobei
Grenzen durch die Sättigungsgeschwindigkeit und Zusammenstöße
in Abhängigkeit von der Gittertemperatur gegeben werden).
Insgesamt kann die Rekombination von Ladungsträgern
vernachlässigbar gemacht werden.
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Die Fig. 4A und 4B, 5A und 5B zeigen Potentialverteilungen
in der Anordnung aus Fig. 1. Es wird angenommen, daß die
n-Typ-Bereiche 11 und 12 die jeweiligen Potentiale V&sub0; und
V&sub2; und die p-Typ-Bereiche 15 und 16 die jeweiligen
Potentiale V&sub1; und V&sub3; besitzen.
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Die Fig. 4A und 4B zeigen die Fälle, in denen entweder ein
Paar der n-Typ-Bereiche 11 oder 12 oder der p-Typ-Bereiche
15 und 16 am Massepotential geerdet sind (V&sub0; = V&sub2; = 0 oder
V&sub1; = V&sub3; = 0).
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Fig. 4A zeigt einen Fall, in dem die beiden p-Typ-Bereiche
15 und 16 geerdet sind oder auf dem gleichen Potential
liegen (V&sub1; = V&sub3;). Hier fließt zwischen den Bereichen 15 und 16
kein Strom, da sie äquipotential sind. Es wird auch eine
eingebaute (built-in) Spannung zwischen den p-Typ-Bereichen
15 und 16 und dem i-Typ-Bereich 10 erzeugt, die in der
Weise wirkt, daß sie eine Potentialschwelle für positive
Löcher in einem Mittelteil ausbildet. Ein Teil, in dem für
positive Löcher eine Potentialschwelle ausgebildet wird,
wirkt als Potentialmulde oder -tal für Elektronen. Somit
hat auf einer Linie, die die p-Typ-Bereiche 15 und 16
verbindet, der Mittelteil das niederste Potentialniveau für
Elektronen. In der Richtung, die die n-Typ-Bereiche 11 und
12 verbindet, hat das Potentialniveau für Elektronen den
im unteren Teil von Fig. 4A gezeigten Verlauf. Während der
n-Typ-Bereich 12 auf dem Potential V&sub0; gehalten wird, ist an
den anderen n-Typ-Bereich 11 eine positivere Spannung V&sub2;
angelegt, die so wirkt, daß sie die Höhe ψn der
Potentialschwelle für Elektronen erniedrigt. Wenn Elektronen im
n-Typ-Bereich 12 eine genügend große Energie gewinnen, um
die Potentialschwelle ψn zu überwinden, können sie über
die Potentialschwelle zu dem mehr positiv vorgespannten
Bereich 11 gelangen. Hier sei daran erinnert, daß das
Potentialniveau für Löcher höher wird, wenn es sich von der Mitte
in der die Bereiche 15 und 16 verbindenden Richtung entfernt.
Dies hat seinen Grund darin, daß die Potentialverteilung
eine Sattelpunkt-Struktur bildet. Die Höhe der
Potentialschwelle ψn ist durch die Vorspannungen V&sub1;(= V&sub3;) und V&sub2;
bezüglich des Referenzpotentials V&sub0; steuerbar. Dies ist ähnlich
einem mit statischer Induktion arbeitenden Transistor (SIT),
siehe auch US-A-4,284,997, US-A-4,337,473, US-A-4,364,072,
US-A-4,199,771, US-A-4,334,235, US-A-4,317,127, US-A-4,198,645,
US-A-4,297,718 und US-A-3,828,230, deren Inhalt durch diese
Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.
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Fig. 4B zeigt einen Fall, bei dem die beiden
n-Typ-Bereiche 11 und 12 auf demselben Potential V&sub0; = V&sub2; gehalten
werden und an einen p-Typ-Bereich 16 ein negativeres Potential
in Bezug auf den anderen p-Typ-Bereich 15 angelegt wird.
Positive Löcher im p-Typ-Bereich 15 können in den anderen
p-Typ-Bereich 16 gelangen, wenn sie genügend Energie
aufnehmen, um die Potentialschwelle ψp zu überwinden.
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Bei den in den Fig. 4A und 4B gezeigten Betriebsarten
arbeitet die Halbleiteranordnung als n-Kanal- oder p-Kanal-
SIT. Wenn die Vorspannungsbedingungen von denen der Fig. 4A
in diejenigen der Fig. 4B geändert werden, ändert die
Halbleiteranordnung ihre Arbeitsweise von einem n-Kanal-SIT zu
der eines p-Kanal-SIT.
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Fig. 5A und 5B zeigen die Fälle, in denen der eine der
p-Typ-Bereiche 15 und 16 und der eine der n-Typ-Bereiche 11
und 12 jeweils geerdet oder auf einer konstanten Vorspannung
gehalten wird, während der jeweils andere Bereich in
veränderlicher Weise vorgespannt wird.
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Fig. 5A zeigt einen Fall, in dem die p-Typ-Bereiche 15
und 16 so vorgespannt sind, daß sie als eine Art von Gate-
Bereich arbeiten, und die n-Typ-Bereiche 11 und 12 so
vorgespannt sind, daß sie als Drain- und Source-Bereich
arbeiten. Die Potentialschwellen für die Löcher und die
Elektronen im Zentralbereich 10 werden durch die Abmessungen
und die Störstellenkonzentrationen der jeweiligen Bereiche
und durch die an sie angelegten Vorspannungen bestimmt.
Wie im oberen Teil von Fig. 5A gezeigt, können dann, wenn
der p-Typ-Bereich 16 in Durchlaßrichtung gepolt, d. h. mehr
positiv als der andere p-Typ-Bereich 15 ist, positive
Löcher im p-Typ-Bereich 16 in den anderen p-Typ-Bereich 15
fließen. Dann fließt, basierend auf einem SIT-Modell, ein
Gate-Gate-Strom zusätzlich zu dem Source-Drain-Strom.
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Fig. 5B zeigt einen anderen Fall, in dem die beiden p-
Typ-Bereiche 15 und 16 als Source und Drain und die n-Typ-
Bereiche 11 und 12 als ein Paar von Gate-Bereichen
betrachtet werden können, die einen p-Kanal-SIT bilden. Auch hier
kann in Abhängigkeit von der Vorspannung V&sub3; des Bereiches 11
und anderen Bedingungen zusätzlich zum Source-Drain-Strom
ein Gate-Gate-Strom fließen.
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Wenn die beiden Gate-Bereiche unterschiedlich vorgespannt
werden, verschiebt sich der Sattelpunkt der
Potentialverteilung um einen Abstand Δ gegen die Mitte des
Kanalbereiches.
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Allgemein gesprochen können dann, wenn ein Paar von n-Typ-
Elektroden und ein Paar von p-Typ-Elektroden vorgesehen
werden, die einander bezüglich eines Bereiches gegenüberliegen,
der annähernd eigenleitend ist, zwei Arten von Strömen, d. h.
ein Elektronenstrom In und ein Löcherstrom Ip zum Fließen
gebracht werden.
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In = f (ψn) (1),
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Ip = g (ψp) (2),
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wobei
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ψn = &sub1; (Vp, Vn, T, Strukturparameter) (3),
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ψp = &sub2; (Vp, Vn, T, Strukturparameter) (4)
gilt und In einen n-Kanal-Strom, Ip einen p-Kanal-Strom,
ψn eine Potentialschwelle für Elektronen, ψp eine
Potentialschwelle für Löcher, Vp Potentiale der p-Typ-Bereiche, Vn
Potentiale der n-Typ-Bereiche und T die absolute Temperatur
der Anordnung bezeichnen. Jeder Strom In oder Ip verhält sich
analog zu einem Kanalstrom in einem n-Kanal- oder p-Kanal-
SIT. Wie zuvor erwähnt, kann ein Unterschied in der Lage
der Potentialschwelle mit Sattelform für die Elektronen
und die Löcher gefunden werden. Der Scheitelpunkt im
Strompfad für die positiven Löcher tritt vorzugsweise an derselben
Stelle auf wie der im Strompfad für die Elektronen und
verschiebt sich gegen eine Symmetrieachse um einen Abstand Δ
im Vergleich zu dem Fall, in dem an die beiden Gate-Bereiche
dieselben Potentiale angelegt werden. Wenn die
Potentialschwellen für die Löcher und die Elektronen an der gleichen
Stelle oder in Nachbarschaft auftreten, sind die beiden
Potentialschwellen-Funktionen ψn und ψp weiterhin so
korreliert, daß sie durch eine einzige Funktion ψ
dargestellt werden.
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Im folgenden werden nun konkretere Ausführungsformen
beschrieben.
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Wie zuvor beschrieben, ist es vorzuziehen, daß ein
Driftfeld für positive Löcher und ein Driftfeld für Elektronen
in der Nachbarschaft der Potentialschwelle im wesentlichen
einen rechten Winkel bilden.
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Dies führt zu einer Konfiguration, in der über einen
Potentialschwellen-Bereich hinweg zwei p-Typ-Bereiche
einander gegenüberliegen und zwei n-Typ-Bereiche einander
gegenüberliegen.
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Zwei Beispiele für eine solche Konfiguration können
dadurch erzielt werden, daß man ein System mit
Zylinder-Koordinaten und ein System mit orthogonalen Koordinaten
verwendet.
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Die Fig. 6A und 6B zeigen Ausführungsformen, bei denen
Zylinder-Koordinaten verwendet werden.
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In Fig. 6A ist ein Paar von ringförmigen n-Typ-Bereichen
21 und 22 in den einander gegenüberliegenden Oberflächen
ausgebildet und diese beiden Bereiche liegen einander
bezüglich eines Substratbereiches 20 gegenüber, der nahezu
eigenleitend ist. In der oberen Oberfläche sind ein zentraler
scheibenförmiger p-Typ-Bereich 25 und ein äußerer
ringförmiger p-Typ-Bereich 26 konzentrisch zum ringförmigen n-Typ-
Bereich 21 ausgebildet. Die p-Typ-Bereiche 25 und 26 sind
tiefer ausgebildet als der n-Typ-Bereich 21. Die
p-Typ-Bereiche 25 und 26 sind analog zu p-Typ-Gate-Bereichen und
die n-Typ-Bereiche 21 und 22 sind analog zu den
Sourceund Drain-Bereichen eines n-Kanal-SIT.
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Hinsichtlich allgemeiner Kenntnisse einer solchen Struktur
wird auf die US-A-4,284,997 verwiesen, deren Inhalt hierdurch
in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.
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In der Struktur von Fig. 6A sollten die p-Typ-Bereiche 25
und 26 so tief sein, daß sie durch den nahezu eigenleitenden
Kanalbereich hindurch aufeinander zu weisen. Es müssen jedoch
nicht notwendigerweise alle Teile der p-Typ-Bereiche 25 und 26
ausgebildet werden. Es ist lediglich erforderlich, daß zwei p-
Typ-Bereiche in einer Tiefe aufeinander zu weisen, die tiefer
ist, als die Tiefe des n-Typ-Bereichs 21.
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Fig. 6B zeigt eine Ausführungsform, die eine Struktur
besitzt, die derjenigen aus Fig. 6A ähnlich ist, bei der aber
die p-Typ-Bereiche eine verringerte Masse besitzen. Es sind
nämlich ein zentraler und ein äußerer eingelassener Teil
35 und 36 tiefer ausgebildet, als der n-Typ-Bereich 21. Ein
Paar von ringförmigen p-Typ-Bereichen 25 und 26 ist an
einem unteren Seitenwandteil der zentralen Ausnehmung und
an einem unteren inneren Seitenwandteil der äußeren Rille
36 ausgebildet. Die Bodenoberfläche der eingelassenen
Teile 35 und 36 ist mit einem isolierenden Material abgedeckt.
Auf diesem Isolationsmaterial sind Elektroden abgeschieden
und stehen mit den p-Typ-Bereichen 25 und 26 in elektrischer
Verbindung. Auch die von den Kontaktflächen verschiedenen
Seitenwandteile sind mit Isolatorschichten bedeckt.
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Die Struktur aus Fig. 6B hat eine verminderte parasitäre
Kapazität für die p-Typ-Bereiche 25 und 26. Auch ist es
in der Struktur der Fig. 6B einfacher, parasitäre Dioden
zu beseitigen.
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Die Fig. 7A und 7B zeigen Ausführungsformen, bei denen das
orthogonale kartesianische Koordinatensystem Verwendung
findet. Zwei lineare p-Typ-Bereiche 45 und 46 erstrecken sich
parallel in der oberen Oberfläche eines nahezu eigenleitenden
Substrates. Ein linearer n-Typ-Bereich 41 ist zwischen den
p-Typ-Bereichen 45 und 46 ausgebildet und flacher als diese.
Ein weiterer n-Typ-Bereich 42 ist in der anderen Oberfläche
so ausgebildet, daß er mit dem n-Typ-Bereich 41 zur Deckung
kommt.
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Ähnlich den Fällen der Fig. 6A und 6B sind nicht
notwendigerweise alle Teile der tiefen p-Typ-Bereiche 45 und 46
erforderlich. Fig. 7B zeigt eine Struktur, bei der ausgehend
von der oberen Oberfläche Rillen ausgebildet und die p-Typ-
Bereiche 45 und 46 nur in den unteren Seitenwandbereichen
so ausgebildet sind, daß sie aufeinander zu weisen. Diese
Struktur hat ähnliche Vorteile wie die Struktur der Fig. 6B.
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Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß alle
Leitfähigkeitstypen der obigen Ausführungsformen umgekehrt werden
können, wobei die Polaritäten der angelegten Vorspannungen
ebenfalls umgekehrt werden.
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Bei einer Planarstruktur wie in den Fig. 6A und 7A sind tiefe
pn-Übergänge erforderlich, um die Ausbildung eines
seitlichen Driftfeldes möglich zu machen. Bei den weggeschnittenen
Strukturen gemäß Fig. 6B und 7B erstreckt sich die
Oberfläche selbst tief nach unten und daher müssen die pn-Übergänge
nicht tief ausgebildet werden und können flach sein.
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Bei der kreisförmigen Struktur der Fig. 6A und 6B ist der
Kanal ringförmig und schließt sich selbst ab. Bei der linearen
Struktur der Fig. 7A und 7B ist es nötig, die Anordnung in
Längsrichtung zu begrenzen und die Enden des Kanals zu
formen. Dies kann durch eine dielektrische Isolation geschehen.
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Die Strukturen der Fig. 6A und 6B sind in wirksamer Weise
in diskreten Anordnungen verwendbar, während diejenigen der
Fig. 7A und 7B in effektiver Weise in integrierten
Schaltungsanordnungen verwendet werden können.
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Obwohl die dargestellten Elektrodenanordnungen symmetrisch
sind, müssen sie dies nicht notwendigerweise sein.
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Die Strom/Spannungs-Kennlinien der Struktur aus Fig. 7A
unter Verwendung eines (111)-Silizium-Substrates und
Ausbildung eines sich in Längsrichtung erstreckenden n-Kanals
und eines querverlaufenden p-Kanals mit Rille und Isolator-
Isolation sind in den Fig. 8A und 8B dargestellt. Der
aktive Bereich ist eine ν-Typ-Epitaxial-Schicht mit ND 5·
10¹²cm&supmin;³. Die Betriebsweise ist diejenige aus Fig. 5.
Es werden namlich ein n-Typ-Bereich und ein p-Typ-Bereich
geerdet. Der andere n-Typ-Bereich und der andere
p-Typ-Bereich werden in Sperrichtung vorgespannt. In den Fig. 8A
und 8B stellt die Abszisse die Vorspannungs-Spannung des
p-Typ-Bereiches VP oder des n-Typ-Bereiches VN und die
Ordinate einen Elektronenstrom In im n-Kanal oder einen
Löcherstrom Ip im p-Kanal dar.
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Man sieht, daß dann, wenn der Strom in einem Kanal wächst
der Strom des anderen Kanals abnimmt. Das Verhalten dieser
Ströme wird durch die Übertragungsfunktionen f (ψn) und
g (ψn) dargestellt.
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Wie oben beschrieben wurde, kann die Halbleiteranordnung eine
kleine Kapazität und einen hohen Gegenwirkleitwert bzw. hohe
Steilheit besitzen. Daher ermöglichen die beiden Strompfade
der Halbleiteranordnung schnelle Betriebsvorgänge.
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Das Stromflußdiagramm ist dreidimensional um eine effektive
Nutzung des Substratvolumens zu ermöglichen. Auf diese Weise
wird ein hohes Maß an Integration mit einer hohen
Packungsdichte ermöglicht.
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Auch können in einer einzigen Anordnungsstruktur Umschalter
ausgebildet werden. Beispielsweise ist ein n-Kanal zu einem
bestimmten Zeitpunkt leitend während gleichzeitig ein p-
Kanal abgeschnürt wird und dann wird zu einem anderen
Zeitpunkt der n-Kanal abgeschnürt, während der p-Kanal leitend
ist. Durch diese komplementären Schalter wird die
Integration von digitalen Logikschaltungen vereinfacht.
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Auch kann dann, wenn eine Korrelationsfunktion h gebildet
wird, die einer Übertragungsfunktion f für einen Typ von
Ladungsträgern und einer anderen Übertragungsfunktion g
für den anderen Typ von Ladungsträgern entspricht, durch
die Verwendung der Korrelationsfunktion h eine analoge
Informationsverarbeitung ermöglicht werden.