DE874936C

DE874936C - Transister fuer Stromverstaerkung

Info

Publication number: DE874936C
Application number: DEI3967A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Albert Matthews; Charles De Boismaison White
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1949-04-01
Filing date: 1951-03-31
Publication date: 1953-04-27
Also published as: US2653374A; GB681809A; NL89623C

Description

Transister für Stromverstärkung Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Verstärkereinrichtungen jener Art, die aus einem Halbleiter-, etwa aus einom Germaniumkristall bestehen und bei welchen an der Oberfläche zwei dünne und spitze Drahtelektroden sehr nahe beieinander angeordnet sind, ohne sich jedoch zu berühren.
Der Halbleiter wird gewöhnlich auf einer metallischen Grundelektrode gchaltert,welche als dritte Elektrode dient. Ein solches Gebilde verhält sich sehr ähnlich einer Dreielektrodenröhre. Die Grundelektrode- entspricht der Kathode der Röhre und der Einlaßspitzenkontakt, der als Emitterelektrode bezeichnet wird, entspricht dem Kontrollgitter. Der Ausgangsspitzenkontakt, der als 1,Collektorelektrode bezeichnet wird, stellt die Anode der Röhre dar. Solche Anordnungen mit Halbleiterkristallen hat man als Kristalltrioden bezeichnet.
Verstärkereinrichtungen der oben beschrieL)enen Art sind bekannt. Mit diesen Einrichtungen kann mit geeigneten angeschlossenen Stromkreisen verhältnismäßig leicht eine Kraftverstärkung erhalten werden. jedoch ergibt die Anordnung keine Stromverstärkung bzw. höchstens eine geringe. Das Gerät ist daher für manche Anwendungen ungeeignet, für welche eine Verstärkerröhre brauchbar ist, weil die Ventilröhre zugleich eine Stromverstärkung ergibt.
Es ist nun, das Hauptziel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Kristalltriode- zu schaffen, welche eine erhebliche Stromverstärkung ergibt.
b - Dieses Ziel wird im wesentlichen, durch, einen elektrischen Formierungsprozeß, erreicht. Die Erfindung wird inAnwendung auf eineKristalltriodebetriveben, welche eine halbleitende Substanz mit in geeigneter Weise vorbehandelter Oberfläche besitzt. Im Kontakt mit dieser Oberfläche sind zwei Elektroden angebracht, die sehr kleine Kontaktflächen besitzen und sehr dicht beieinander placiert sind. Solche Elektroden bestehen zweckmäßig aus sehr dünnen Drähten. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß, die Oberfläche des Halbleiters und mindestens die Kollektorelektrode von sehr unterschiedlicher Härte sein sollen.
Der Halbleiter besteht vorzugsweise aus einem Germaniumkristall mit einer 'harten Oberfläche, während die beiden Elektroden aus dünneni zugespitzten Drähten aus weichem Metall, wie Kupfer oder Phosphorbronze, bestehen, die in_ geeigneter Weise, zugespitzt sind. Die zugespitzten, Enden dieser Drähte sollen mit einem Abstand von 2/10oo oder 3/:tooo Zoll Abstand Kontakt geben. Es wurde gefunden-, daß ein meißelförmiger Punktkontakt, der durch einen Schnitt erzeugt wird, der unter einem kleinen Winkel gegen die Drahtachse durchgeführt wird, zufriedenstellende Ergebnisse zeitigt, obwohl eine scharf zugespitzte Elektrode auch verwendet werden kann. Eine solche Zuspitzung kann auf elektrolytischem Wege erzeugt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Emitterelektrode aus einem harten Material, wie Wolfram, bestehen kann, doch sollte die Kollektorelektrode vergleichsweise weich sein.
Eine gebräuchliche Herstellungsmethode einer Kristalltriode geht so vor, daß das Germanium geschmolzenwird und in geeigneteBarren ausgegossen wird und daß Scheiben von geeigneten Abmessungen von einem solchen Barren, abgeschnitten werden. Die Oberfläche des Kristallso wird in der Weise be- handelt, wie es für Germaniumdioden üblich. ist.
Nachdem die Germaniumoberfläche so zubereitet ist und. mit einem Paar punktförmiger kontaktgebenden Elektroden versehen ist, von denen die Kollektorelektrode aus Kupfer oder aus Phosphor bronze besteht, wird ein elektrischer Formierungsprozeß angewendet. Dieser Prozeß wird an Hand der Zeichnung beschrieben. In Fig. i ist der Formierungs- und Prüfstromkreis dargestellt, während Fig.:2 die Charakteristik darstellt, welche auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre erscheint,-die im Prüfstromkreise vorgesehen ist.
In dem Formierungsstro##reis in Fig. i ist im Schnitt eine Kristalltriode dargestellt, welche aus einer Scheibe oder Platte i aus Germanium besteht. Diese ist auf einer Metallgrundlage 2 gehaltert, an welcher ein Ansatz 3 für den elektrischen Anschluß vorgesehen ist. Die Emitterelektrod-e ist mit 4 bezeichnet und die Kollel-,tc>relektrode mit 5.
Ein Sägezahngenerator 6 mit -niedriger Impedenz im Ausgangsstromkreis, der Ströme bis zu i oo# rnA liefern. kann, ist mit einem Pol geerdet, während der andere Pol mit der Emitterelektrode 4 verbunden, ist. Der Stromkreis wird vervollständigt durch zwei Widerstände 7 und 8, welche die Kollektorelektrode 5 mit der Erde verbinden, während ein Schalter 9 vorgesehen ist, mit welchem der Widerstand 8 kurzgeschlossen werden kann.
Die Prüfeinrichtung besteht aus einer Kathodenstrahlröhre io des üblichen Aufbaues, von der nur dieAblerAcelektroden gezeichnet sind. Diehorizontal ablenkenden Elektroden ii sind mit den Elek---trdden 4 und 5 verbunden, während die vertikal ablenkenden Platten 12 ihre Spannung von den Widerständen 7 und 8 erhalten. Das heißt also, daß die horizontale Ablenkung proportional der Spannung erfolgt, die zwischen Ernitter und Kollektor liegt, während die vertikal-, Ablenkung proportional dem Strome ist, der.durch diese beiden Elektroden hin-,durchgeht.
Als wichtig wird vermerkt, daßi für die richtige Formierung der Kristalltriode der Generator 6 positive- Ausgangsspannung'haben sollte, so daß die Emitterelektrode immer positive Spannung gegenüber der Kollektorelektrode besitzt. Die Sägezahnwelle wird vorteilhaft so eingerichtet, daß die Spannunggeradlinig vomNull-%vertbis zu einempositiven Wert zwischen 4o und ioo Volt ansteigt und dann plötzlich wieder zu Null wird.
Die Widerstände 7 und 8 werden so gewählt, daß normalerweise nur ein schwacher Strom in dem Formierungsstrornkreis fließt. Unter diesen Voraussetzun'gen wird die Kurve, welche auf dein Schirm der Kathodenstrahlröhre aufgezeichnet wird, durch die in Fig. 2. voll ausgezogene Kurve 13 und a-4 dargestellt. Diese Kurve zeigt den. Strom in Ab- hängigkeit von der Spannung für die vorwärts laufenden bzw. zeilenschreibenden Flanken der Sägezahnw,ell,-,.DieRücl,-1<Ar-lzurve ist davonverschieden. Sie wird während der steilen Flanke beschrieben, doch ist sie ohne Interesse und erscheint mit Rücksicht auf die plötzliche Rückkehr des Strahles zu Null nicht auf dem Schirm. Wie man sieht, bildet die Kurve 13 und 14 eine Schleife mit einem Teil 14, der negative Steilheit hat, was besagt, daß zwischen den Elektroden 4 und -5 negative Widerstandsbedingungen bestehen.
Um die Kristalltriodee zu formieren, wird der Schalter 9 augenblicksweise geschlossen, wodurch der Widerstand 8 kurzgeschlossen wird und der Strom im Stromkreis erheblich ansteigt. Gleichzeitig bricht dieKurve auf dem Schirm derRöhre To zusammen mit Rücksicht auf die Reduzierung des vertikalen Maßstabes durch den Kurzschluß des Widerstandes. Wenn der Schalter wieder geöffnet wird, zeigt sieh gewöhnlich, daß die Schleife der Kurve 13 verkleinert worden ist, ja daß sie in manchen Fällen völlig verschwindet. Die Kurve verläuft dann züm Teil nach der ausgezogenen Linie 13 und geht im übrigen nach der punktierten Linie 15 weiter. Wenn die Schleife beim ersten Mal noch nicht vollständig abgebaut ist, dann kann durcl, zwei- bis dreimalige Widerholung des Prozesses die Schleife vollständig beseitigt werden, so daß die charakteristische Kurve dem dünn gestrichelten Teil 15 folgt. Dies ist die Bedingung, unter welchei7 die Kristalltriode die größte Strornverstärkung .ergibt. Es ist wichtig, daß der Forrnierprozeß zwischen den beiden Spitzenelektroden durchgeführt wird und nicht etwa zwischen einer von ihn-en. und der Grundelektrode 3. Diese wird im Formierstromkreis überhaupt nicht angeschlossen. Wie bereits erwähnt, soll -die Emitterelektrode positives Potential gegenüber der Kollektorelektrode für die Dauer des Formiervorganges besitzen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung einer Sägezahnwelle nicht entscheidend für die Formierung der Kristalltriode gemäß der Erfindung ist. Positive Rechteckwellen oder die positive Halbwelle der Sinusform kann gleichfalls verwendet werden. Die Verwendung einer Sägezahnkurve ist jedoch sehr bequem, wenn es sich darumhandelt, den Formierprozeß, und die Prüfung im selben Stromkreis vorzunehmen.
Zu beachten ist ferner, daß ein niedriger Sperrwiderstand zwischen der Kollektorelektrode 5 und der Grundelektrode 3 in der gewöhnliehen Gleichrichtersch,altung für eine gute Stromverstärkung verhängnisvoll ist und deswegen vermieden werden muß. Dies ist einer der Gründe, weshalb die Formierung zwischen der Emitter- und Kollektorelektrode- durchgeführt werden muß, weil sich zeigt, daß, wenn der Formierstrom von der Kollektorelektrode 5 zur Grundelektrode 3 fließt, im allgemeinen ein niedriger Sperrwiderstand sich ausbildet, wenn ein weiches Metall für die Kollektorelektrode verwendet wird.
Es muß noch ausgeführt werden, daß, wenn der Formierprozeß übertrieben -wird, dann die Schleife mit der negativen Steilheit erneut auftritt. Doch zeigt sich, daß durch Wider#holung des Prozesses die Schleife wieder zum Verschwinden gebracht wird, so daß, die Kurve 15 immer wieder hervorgebracht werden kann.
Eine andere bemerkenswerte Tatsache ist, daß es gelegentlich passieren kann, daß der Formierprozeß die Schleife überhaupt nicht beseitigt. Der Grund für diese Erscheinung ist nicht verständlich, doch zeigt sich im allgemeinen, daß man zum, Ziele kommt, wenn man die Spitzenkontakte auf einer anderen Stelle des Kristalls ansetzt. Sehr selten kann es auch passieren, #daß# keine Stelle der Kristalloberfläche ein zufriedenstellend-es Arbeiten ergibt. In diesem Fall sollte die Oberfläche erneuert und neu behandelt werden und anschließend der elektrische Farmierlsrozeß wiederholt werden.
Die Kristalltriode kann in ihrer Form von der in Abb. i gezeigten abweichen. Zum Beispiel kann sie aus einer Scheibe bestehen, die eine seht dünne zentrale Stelle hat. In diesem Fall machen Emitter-und Kollektorelektrode auf den entgegengesetzten Seiten des dünnen. Teiles Kontakt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: Verfahren zum Formieren einer Kristalltriode, bestehend aus einem Germanium- oder sonstigen Halbleiterkristall, auf welchem als Emitter- und Kollektorelektrode zwei dünne zugespitzte Drähte in geringem Abstand voneinander, jedoch ohne sich direkt zu berühren, angesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Emitter- und Kollektorelektrode von einem pulsierenden Strom durchflossen werden, der mindestens augenblicksweise dur(fli Kurzschließen eines Teil-es der im Stromkreis befindlichen Widerstände auf einen vergleichsweise hohen Wert gebracht werden kann.
2. Verfahren zum Formieren einer Kristalltriode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter ein positives Potential gegen den Kollektor besitzt. 3. Verfahren zum Formieren ein-er Kristalltriode nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Formieren eine Sägezahnkurve mit geraden Flanken verwendet wird. 4. Verfahren zum Formieren einer Kristalltriode nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Formierschaltung eine Prüfeinridhtung, bestehend aus ein-er als Oszillograph dienenden Kathodenstrahlröhre zur überwachung des Standes der Formierung' vcrwendet wird. 5. Verfahren zum Formieren einer Kristalltriode nach Anspru-ch%i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formierung gegebenenfalls unter mehrmaligem Kurzschließen eines Teiles der Widerstände im Formierstromkreis so weit getrieben wird, bis eine gewünschte Stromspannungsabhängigkeit in der positiv-en Halb"velle erreicht ist. 6. Kristalltriode zum Formieren nach dem Verfa!hren nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der Oberfläche des Kristalls -und die Härte insbesondere der Kollektorelektrode stark unterschiedlich sind, und zwar daß vorzugsweise die Kollektorelektrode aus einem weichen Material, wie Kupfer oder Phosphorbronze, besteht.