-
Halbleiteranordnung In letzter 7eit sind unter dein Namen Transistor
Anordnungen bekanntgeworden, die die Eigenart der Oberflächenschicht von Halbleitern,
wie z. B. Germanium, für Verstärkungszwecke ausnutzen.
-
Ein Prinzipschaltbild einer Halbleiterverstärkeranordnung zeigt die
Fig. i. An eine kleine Germaniuinscheil>e a ist -zusammen mit einer Gleichstroinvorspannung
(Spannure gswelle b) eine Signalspannung (Signalspannungsquelle c) gelegt, und -zwar
so, da(.@ der positive Pol der Vorspannungsquelle b über eine Kontaktspitze d, die
z. B. durch ein feines \Volframfädchen gebildet ist, an die Gerinaniumoberfläche
geführt ist. Der Ausgangskreis, enthaltend eine Vorspaiinungsquelle e und den Verbraucher
f, ist in der gleichen Weise an die Germanitimscheil>e angeschaltet; bei ihm liegt
jedoch der negative Pol über eine Kontaktspitze g an der Germanitimoberfläche. DerAbstand
der beidenKontaktspitzen ist sehr gering und liegt in der Größenordnung von etwa
o,ooä ciii. Mit einer derartigen Anordnung lassen sich Verstärkerwirkungen erzielen,
die etwa denen einer Verstärkerröhre entsprechen.
-
Die Wirkungsweise der skizzierten Halbleiterverstärkeranordnung hat
man in folgender Weise zu erklären versucht: Durch den positiven Spitzenkontakt
wird die Bildung von Störstellen in der Oberflächenschicht des Halbleiters angeregt.
Diese breiten sich von der Spitze weg längs der Oberfläche nach allen Seiten aus
und werden von dem negativen Spitzenkontakt angezogen. Sie vergrößern den Strom
ins Ausgangskreis.
-
Der Einwirkungsbereich der positiven Kontaktspitze ist relativ klein
und beschränkt sich auf die nächste Umgebung der Kontaktspitze. Aus diesem Grunde
ordnet man die negative Kontaktspitze in unmittelbarer Nähe der positiven Kontaktspitze
an. Andererseits ist der Abstand der Kontaktspitzen voneinander auch von Einfluß
auf die übertragbare Frequenz. Bei einem Abstand der Kontaktspitzen
von
o,oo5 cm ist die Anordnung unter Verwendung von Germanium beispielsweise bis etwa
io MHz verwendbar.
-
Außer der einen positiv vorgespannten Kontaktspitze kann noch mindestens
eine weitere positiv vorgespannte Kontaktspitze in einem entsprechenden Abstand
von der Abnahmekontaktspitze angeordnet sein. Den positiv vorgespannten Kontaktspitzen
werden dabei Spannupgen verschiedener Frequenz bzw. verschiedener Frequenzbereiche
zugeführt. Die Vorspannungen und/oder die Entfernungen der einzelnen Kontaktspitzen
voneinander können dabei so bemessen sein, daß eine selektive Verstärkung der an
die einzelnen positiv vorgespannten Kontaktspitzen angelegten Wechselspannungen
erfolgt. Die Bemessungen können aber auch derart sein, daß im Ausgang eine modulierte
Spannung auftritt.
-
Eingangskreis und Ausgangskreis können für sich koaxial aufgebaut
werden und der Halbleiter, z. B. in Form einer Scheibe, zwischen dem koaxialen Eingangskreis
und dem koaxialen Ausgangskreis angeordnet und mit dem gemeinsamen Rückleiter leitend
verbunden sein. Es wird so eine induktive und kapazitive Kopplung der Kreise weitgehend
vermieden und die Anordnung in koaxiale Systeme einschaltbar. Damit wird auch die
Möglichkeit geschaffen, die Halbleiteranordnung bis zu sehr hohen Frequenzen zu
verwenden.
-
Eine besondere Schwierigkeit bei koaxialen Halbleiteranordnungen,
insbesondere Verstärkeranordnungen, besteht darin, daß sich die Lage der Kontaktspitzen
zueinander nicht ohne weiteres eindeutig ergibt. Die Erfindung sieht daher bis dicht
an die Kontaktspitze reichende Führungen für die sich zu beiden Seiten der Halbleiterscheibe
befindlichen Kontaktdrähte vor, um die Lage der Kontaktspitzen festzulegen. Man
benutzt hierzu insbesondere Isolierkörper mit sich zum Halbleiter hin verjüngender
Führungsöffnung. Beispielsweise können Stäbe aus Isoliermaterial paarweise über
Kreuz angeordnet sein, so daß sich eine Führungsöffnung ergibt, wobei die Stäbe
zur Führungsöffnung hin etwas abgeschrägt sind. Der Durchmesser der Führungsöffnung
soll wenigstens auf einer dem fünffachen Drahtdurchmesser entsprechenden Länge dem
Drahtdurchmesser entsprechen, um eine ausreichend genaue Führung sicherzustellen.
-
Die Erfindung sieht insbesondere scheibenförmige Führungskörper aus
Isoliermaterial, z. B. Glas oder Keramik vor; die Halbleiterscheibe ist dann zweckmäßig
zwischen den Führungskörpern zu haltern, insbesondere wird die Halbleiterscheibe
unmittelbar auf einem Führungskörper aufgebracht.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, durch die
sehr kleine Abmessungen erreichbar sind, sieht eine Zusammenfassung des Halbleiters
und der Führungskörper in einer gemeinsamen Halterung vor, die z. B. beidseitig
schraubbar und mit den die Kontaktdrähte aufweisenden Anordnungen insbesondere lösbar
verbunden ist.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der in den Fig.
2 bis 5 für koaxiale Halbleiterverstärker dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
-
Um die Lage der Kontaktspitzen der Kontaktdrähte 1, 2 eindeutig festzulegen,
weisen die scheibenförmigen Führungskörper 3, q, z. B. Glas- oder Keramikscheiben,
zentrale Bohrungen 3', . auf, die sich nach außen erweitern, um das Einführen der
Drähte zu erleichtern, und bis dicht zur Halbleiterscheibe 5 reichen. In der Nähe
des Halbleiters ist die Bohrung im wesentlichen gleich der Drahtstärke, und zwar
auf einer größeren Länge, z. B. wenigstens auf einer Länge, die dem fünffachen des
Drahtdurchmessers entspricht. Die Halbleiterscheibe 5 ist zwischen den Führungskörpern
3, .4 gehaltert, insbesondere ist sie unmittelbar auf einem dieser Körper aufgebracht,
z. B. aufgedampft oder aufgestäubt. Zwischen den beiden Führungskörpern ist noch
eine gut leitende Folie 6, z. B. Kupferfolie, eingelegt, die eine mittlere Aussparung
aufweist und mit dem Halbleiterkörper 5 gut leitend verbunden ist. Man kann beispielsweise
die ringförmige Folie 6 auf den Körper 3 aufbringen, z. B. aufkleben, und dann die
Halbleiterschicht aufbringen oder aber zunächst die Halbleiterschicht in einer :'Aussparung
des Körpers 3 aufbringen. Zweckmäßig verschließt man dabei die Bohrung 3' auf der
Halbleiterseite mit einem Stoff, der sich nach Aufbringen der Schicht wieder leicht
herauslösen läßt, z. B. kann man Paraffin oder einen lösbaren Klebstoff verwenden.
Die Halbleiterschicht kann unmittelbar in der erforderlichen dünnen Schichtstärke
aufgebracht, z. B. aufgedampft werden. Zweckmäßigerweise schleift man aber nachträglich
die Schichtdicke auf das notwendige Maß ab.
-
Die die Kontaktdrähte 1, 2 tragenden Innenleiter 7, 8 sind in scheibenförmigen
Haltekörpern 9, io aus Keramik o. dgl. befestigt. Die Innenleiter sind zweckmäßig
mit Anschlüssen, insbesondere Steckanschlüssen versehen. Der Rückleiter i 1, 12
kann an beiden Enden eingedreht sein, so daß sich die gesamte Halbleiteranordnung
aufstecken oder schrauben läßt.
-
Die Gleichstromvorspannung der Halbleiter erfolgt über die Kontaktdrähte
1, 2 und über die Kupferfolie 6. Die Herausführung der Gleichstromzuleitung erfolgt
zweckmäßig unter Verwendung von Durchführungskondensatoren 14, 15. In die Gleichstromzuleitung
können noch Hochfrequenzdrosseln 16, 17 eingeschaltet sein, und zwar sind diese
zweckmäßig in den Innenleitern angeordnet. Die Gleichstromquellen 18, i9 sind insbesondere
in einer Schirmung 20 untergebracht, die zweckmäßig mit der Halbleiteranordnung
baulich vereinigt ist. In den Innenleitern und/oder Außenleitern sind zweckmäßig
Kondensatoren anzuordnen, um eine gleichstrommäßige Trennung sicherzustellen. Beispielsweise
ist eine konzentrische kapazitive Überbrückung der Außenleiter bei 21 angedeutet.
-
In Fig.3 ist eine andere Ausführungsform der Führung vergrößert, und
zwar nur zum Teil dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind in zentrale Öffnungen
der Führungskörper 3, .I zusätzliche Körper 22, 23 eingesetzt, die aus einem gut
bearbeitbaren Isolierstoff bestehen und den Führungskanal
enthalten.
Der Halbleiterkörper 5 ist zwischen den Führungskörpern 1,4 angeordnet und konkav
ausgebildet. Die Verbindung mit dem Außenleiter eifolgt über Ringfolien 24, 25.
-
Besonders vorteilhaft wird der Halbleiter mit den Führungen für die
Kontaktdrähte als z. B. einschraubbare Einheit ausgebildet, wie es das Ausführungsbeispiel
nach Fig.4 zeigt, bei dem eine weitgehende Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang
erreicht ist. Der Halbleiter 5 ist hier in einem Metallring 26 gefaßt, der in einer
die beidseitigen Führungen 3, 4 enthaltenden metallischen Halterung 27 angeordnet
ist. Die Halterung kann dabei z. B. aus zwei zusammenschraubbaren Teilen bestehen
und beidseitig Schraubanschlüsse tragen. Die so gewonnene Einheit kann sehr klein
sein. Die Außenleiter i i, 12 verjüngen sich zu der Halbleitereinheit hin und tragen
z. B. Schraubanschlüsse. In den so gebildeten Kegeln können in an sichbekannter
Weise in die Innenleiter 7, 8 Widerstände 28, 29 eingefügt sein, die einen wellenwiderstandsrichtigen
Abschluß bewirken. Die Widerstände können als Träger der Kontaktdrähte i, 2 ausgebildet
sein. Die Innenleiter 7, 8 sind wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 durch Keramikscheiben
9, 1o o.dgl. gehaltert und können in ihrem Innern die in die Gleichstromzuleitung
eingeschalteten Hochfrequenzdrösseln 16, 17 enthalten. Der beidseitige Anschluß
an die ankommende und abgehende konzentrische Leitung erfolgt z. B. über Steckanschlüsse.
Bei der Verbindungsherstellung ist mit Vorteil für eine gleichstrommäßige Trennung
zu sorgen. Beispielsweise können in den Innenleitern rohrförmige und in den Außenleitern
scheibenförmige Kondensatoren angeordnet sein.
-
Der Abschlußwiderstand könnte beispielsweise auch scheibenförmig ausgebildet
sein. Eine mögliche Ausführungsform zeigt die Fig. 5. Der Halbleiter 5 mit den Führungskörpern
3, 4 befindet sich z. B. zwischen Keramikscheiben 30, 3i, die mit den Außenleitern
in Verbindung stehen und auf ihren insbesondere konisch verlaufenden Außenseiten
Widerstandsbeläge 32, 33 tragen, die mit den Außenleitern i i, 12 und der metallischen
Fassung 26 des Halbleiters in Verbindung stehen.