DE890847C

DE890847C - Halbleiter-UEbertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE890847C
Application number: DEP44957A
Authority: DE
Inventors: James Richard Haynes; William Shockley
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1948-09-24
Filing date: 1949-06-05
Publication date: 1953-09-24
Also published as: NL79529C; BE490958A; CH282857A; GB700236A; US2502479A; FR990032A

Description

WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. SEPTEMBER 1953

ρ 44957 VIII c 121g D

sind als Erfinder genannt worden

Halbleiter-Übertragungsvorrichtung

Patentanmeldung bekanntgemacht am 8. März 1951

Patenterteilung bekanntgemacht am 13. August 1953

D'ie Erfindung bezieht sich auf Signalübertragungsvorrichtungen und insbesondere auf Kreiselemente, die Körper aus Halbleitermaterialien aufweisen, sowie auf entsprechende Kreise zur Übertragung und Verstärkung von elektrischen Signalen.

Das Verständnis der Erfindung mag erleichtert und die folgende Beschreibung vereinfacht werden durch eine vorangehende Betrachtung und Übersicht der wesentlichen Tatsachen und Prinzipien sowie durch eine Erläuterung der Bezeichnungen. Die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden Halbleiter. Wie heute bekannt ist, gehören solche Halbleiter zwei Leitfähigkeitstypen an, und zwar dem N-Typ und dem P-Typ. Der N-Typ läßt den Strom leicht durchgehen, wenn das Material mit Bezug auf einen daran angebrachten leitenden Anschluß negativ ist; der P-Typ läßt den Strom leicht passieren, wenn das Material mit Bezug auf einen solchen Anschluß positiv ist. Die Richtung des Stromflusses ist wie üblich, d. h. derjenigen des Elektronenflusses entgegengesetzt. Der Leitfähigkeitstyp wird in einer Richtung durch die Art der winzigen Mengen an Unreinigkeiten bestimmt, die in dem Grundmaterial enthalten sind. Bezeichnende Unreinigkeiten für Germanium sind Arsen und Aluminium; entsprechende Unreinigkeiten für Silicium sind Phosphor und Bor. Arsen und Phosphor liefern N-Typ-Material, Aluminium und Bor P-Typ-Material.

Zwei Halbleitermaterialien, die für die Verwendung bei Vorrichtungen entsprechend der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind Germanium

und' Silicium, und zwar jede von· irgendeinem Leitfähigkeitstyp. Es gibt eine Anzahl Verfahren, mittels welcher Germanium und seine Oberfläche vorbereitet werden können. Nach einem dieser Verfahren wird Germaniumdioxyd in eine Porzellanschale aufgegeben und in einem Ofen in einer Wasserstoffatmosphäre zu Germanium reduziert. Nach einer anfänglich niedrigen Erwärmung wird die Temperatur auf iooo⁰¹ C erhöht, bei welcher das ίο Germanium flüssig wird und eine im wesentlichen vollständige Reduktion stattfindet. Die Schmelze wird dann rasch bis zu Raumtemperatur abgekühlt, worauf sie in Stücke gebrochen wird von solcher Größe,die für den nächsten Schritt geeignet ist. Die Schmelze wird nunmehr in einen Graphittiegel aufgegeben und in einem Induktionsofen in Gegenwart einer Atmosphäre aus reinem Helium bis.zur Verflüssigung erhitzt und dann langsam vom Boden ab nach aufwärts gekühlt, indem man die Heizwicklung anhebt, und zwar mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 mm pro Minute, bis die Schmelze vollständig fest geworden ist. Die Schmelze wird dann bis Raumtemperatur abgekühlt. Der Barren wird danach bei niedriger Temperatur von etwa 500⁰ C weiterbehandelt, und zwar für die Dauer von 24 Stunden in Gegenwart einer neutralen Atmosphäre, z. B. aus Helium; danach läßt man den Barren bis auf Raumtemperatur abkühlen. In dem auf diese Weise gewonnenen wärmebehandelten Barren weisen die verschiedenen Teile oder Zonen unterschiedliche Eigenschaften auf,- Insbesondere besteht der mittlere Teil des Barrens aus N-Typ-Material, welches fähig ist, einer Sperrspannung von 100 bis 200 Volt standzuhalten. Es handelt sich dabei um dasjenige Material, welches in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung mit Vorzug verwendet wird.

Das Material wird hierauf in für die Zwecke der

Erfindung geeigneter Größe und Form geschnitten.

Der Block wird dann auf beiden Flächen bis zur gewünschten Dicke flach geschliffen, beispielsweise unter Verwendung von feinem Karborundumstaüb, und danach 1 bis 4 Minuten lang z. B. in einer Lösung geätzt, die aus 10 ecm Salpetersäure, 5 ecm Flußsäure, 200 mg Kupfernitrat und 10 ecm Wasser besteht.

In Übertragungsvorrichtungen mit Halbleiterkörper werden die elektrischen Ströme nach der derzeit geltenden Theorie mittels Elektronen befördert. Der geltenden Theorie entspricht es auch, daß der Strom mittels der Elektronen auf zwei unterschiedlichen Wegen befördert werden kann; bei dem einen handelt es sich um Leitung mittels Elektronen, und man bezeichnet ihn als Überschußleitung, bei dem anderen um Leitung mittels Elektronenloch und bezeichnet ihn als Defektleitung. In Überein-' Stimmung mit der Theorie kann ein Elektronenlbch als ein Träger einer positiven elektrischen Ladung angesehen werden, und zwar analog der üblichen Betrachtung eines Elektrons als Träger einer negativen Ladung.

Die bereits vorgeschlagenen Kreiselemente umfassen im allgemeinen einen Körper aus Halbleitermaterial, ein Paar Anschlußverbindungen, die an voneinander entfernten Stellen des Körpers sitzen, und eine dritte Anschlußverbindung an einer .anderen Stelle des Körpers. Ein Eingangskreis ist an eine Verbindung des Anschlußpaares, die als Steuerelektrode bezeichnet ist, und an die dritte Anschlußverbindung, die als Grundelektrode bezeichnet ist, angeschlossen; ein Ausgangskreis liegt zwischen der zweiten Verbindung des Anschlußpaares, die als Abnahmeelektrode bezeichnet ist, und der Grundelektrode. Bei einer Ausführungsform, wobei der Körper aus N-Typ-Material besteht, kann die Steuerelektrode mit Bezug auf die Grundelektrode positiv vorgespannt sein, während die Abnahmeelektrode eine negative Vorspannung gegenüber der Grundelektrode aufweist. Solche Elemente sind für eine Vielzahl von Verwendungen geeignet, z. B-. als Verstärker, Modulatoren und

Oszillatoren.

Bei solchen Vorrichtungen kann die· Modulation des Abnahmestroms dadurch bewirkt werden, daß man die Eigenschaften des Körpers aus dem Halbleitermaterial in der Nähe eines gleichrichtenden Kontaktes oder Anschlusses am Körper verändert. Das läßt sich insbesondere verwirklichen durch die Einführung von Trägern elektrischer Ladungen mit dem Vorzeichen oder der Polarität, die sich normalerweise in dem Halbleiterkörper nicht findet, und zwar unter Vermittlung des Gleichrichtungskontaktes oder -anschlusses. Letzterer läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen., z. B. durch Benutzung einer am Körper anliegenden Metallspitze. durch Verwendung eines Gliedes oder Körpers aus Halbleitermaterial, dessen Leitfähigkeitstyp demjenigen des ersten Körpers entgegengesetzt ist und welches mit letzterem im Eingriff steht, oder dadurch, daß man Teile des Haüpthalbleiterkörpers so behandelt, daß' anschließende Teile oder Bereiche von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp erzeugt werden. In den beiden letzterwähnten Fällen wird eine! ,gleichrichtende Verbindung oder Sperrschicht zwischen den Körpern oder Teilen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp geschaffen.

Wenn der Hauptkörper aus N-Typ-Material besteht, werden Elektronenlöcher in den Körper eingeführt, und zwar mittels eines Stroms, der an der Steuerelektrode in der Durchflußrichtung fließt. Diese Elektronenlöcher bewegen sich infolge Diffusion und auf Grund der Felder, die durch die Steuer- und Abnahmeströme erzeugt werden. Es ergibt sich auf diese Weise, daß ein wesentlicher Teil der Elektronenlöcher in den Bereich der Abnahmeelektrode fließt, um dadurch die Elektronenemission an der Abnahmeelektrode zu unterstützen, wodurch Stromvervielfachungen hervorgerufen und Stromverstärkungen verwirklicht werden.

Sofern die Abnahmeelektrode in der umgekehrten Richtung betrieben wird, ist die Abnahmeimpedanz mit Bezug auf die Steuerimpedanz sehr hoch. Infolgedessen werden, getrennt von der Angelegenheit der Stromvervielfachung, Kraftverstärkungen erzielt, und zwar im wesentlichen in demVerhältnis der Ausgangs- zur Eingangsimpedanz.

Ein Hauptziel der Erfindung besteht in der Verbesserung von Kreiselementen der oben angegebenen allgemeinen Art und von Kreisen, die solche Elemente enthalten. Insbesondere hat dieErfmdung zum Ziel: Verminderung von Geräusch, insbesondere Kontaktgeräusch in Halbleiter- Signal -Übertragungsvorrichtungen; Steigerung der Sperrwirkung in Halbleiterverstärkern und Oszillatoren; Steuerung der Laufzeit des Elektronen- oder Elektronenlöcherflusses durch den Halbleiterkörper; Verminderung der Laufzeit, wodurch eine Vergrößerung des Betriebsfrequenzbereichs des Kreiselements und der Kreise verwirklicht wird; Ermöglichung einer Speicherungs- oder Verzögerungsübertragung von elektrischen Signalen; Verbesserung von Kreisen und Kreiselementen für die Übertragung oder verzögerte Übertragung von elektrischen Signalen; Steigerung der Güte der Überleitung oder Übertragung von elektrischen Signalen mittels HaIbleitervorrichtungen von der oben angegebenen allgemeinen Art; Vereinfachung solcher Vorrichtungen; Erleichterung der Erreichung einer vorgeschriebenen A^erzögerungszeit bei der Übertragung elektrischer Signale; Ermöglichung genauer und leicht zu verwirklichenderÄnderung solcher Verzögerungszeit; Verbesserung der Geradlimigkeit des Elektronen- oder Elektronenlöcherflusses in Signalübertragungsvorrichtungen vom Halbleitertyp; Verbesserung der Feld verteilung in dem Körper solcher Vorrichtungen.

Entsprechend der Erfindung ist der Halbleiterkörper bei einem Halbleiter-Übertragungsgerät mit einem dünnen fadenförmigen Teil versehen, an welchem der Steuer- oder Abnahmeanschluß oder beide vorgenommen werden, und bei einer solchen Übertragungsvorrichtung, die einen Halbleiterkörper und eine damit zusammenwirkende Steuer- und eine Abnahmeelektrode aufweisen, sind von den beiden Kreisen getrennte Mittel vorgesehen, um die Laufzeit der Ladungen zwischen Steuer- und Abnahmekreis zu steuern.

Entsprechend einem spezielleren Merkmal der Erfindung sind bei einer solchen Übertragungsvorrichtung Mittel vorgesehen, um in dem Halbleiterkörper und zwischen dem Steuer- und Abnahmekreis ein elektrisches Feld solcher Polarität zu schaffen, daß der Übergang der Elektronen oder der Elektronenlöcher von dem Steuerkreis zu dem Abnahmekreis beschleunigt wird.

Entsprechend einem anderen Merkmal der Erfindung sind der Halbleiterkörper und die daranangebrachten Anschlüsse so ausgebildet und angeordnet, daß ein sehr gleichförmiges Steuer- oder Beschleunigungsfeld in dem Körper geschaffen wird, und zwar zwischen dem Steuerbereich und dem Abnahmebereich.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind der Körper und daran vorgesehene Anschlüsse, einschließlich der Anschlüsse und der Spannungsquelle, die das Beschleunigungsfeld hervorbringen, in solche Wechselbeziehung zueinander gebracht, daß eine vorbestimmte Zeitverzögerung zwischen dem Anlegen eines Eingangssignals an der Steuerelektrode und dem Auftreten entsprechender Ausgangssignale in dem Abnahmekreis bewirkt wird.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht in der Minderung des Kontaktgeräusches, indem an Stelle einer Spitzenkontaktgleichrichtungsverbindung eine Sperrschicht in einem anhängenden Teil des Halbleiters benutzt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist in der Ausbildung des Halbleiters mit einem dünner gemachten Teil zu sehen, welcher die Anwendung sehr starker Felder ohne unzulässige Erwärmung ermöglicht, wodurch die Strömungsgeschwindigkeiten der Stromträger gesteigert und damit die Laufzeiteinflüsse vermindert werden.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht in der Verbesserung der Rückkopplung durch Anwendung einer inneren Sperrschichtabnahmeverbindung, welche die Stromverstärkung stabilisiert, wodurch die Steigerung hinsichtlich der Sperrwirkung ohne Einbuße an Stabilität ermöglicht ist.-

Es ist gefunden worden, daß der Fluß oder die Wanderung von Elektronenlöchern in einem Halbleiter durch eine bestimmte Geschwindigkeit gekennzeichnet ist, daß die Elektronenlöcher eine begrenzte Lebensdauer haben und daß' die Geschwindigkeit und die Lebensdauer von solcher Größe sind, daß sie für die Erzielung einer Reihe nützlicher Ergebnisse ausgenutzt werden können. Beispielsweise reicht die Laufzeit der Elektronenlöcher von dem Steuer- zum Abnahmebereich in einer Verstärkervorrichtung der erläuterten allgemeinen Art in die Festsetzung der oberen betriebsmäßigen Frequenzgrenze hinein. In einer Hinsicht ermöglicht die Erfindung die Steuerung solcher Laufzeit; insbesondere ermöglicht sie bei einer Ausführungsform die Verringerung der Laufzeit, wodurch der Betriebsfrequenzbereich erweitert wird. Bei einer anderen Ausführung ermöglicht die Steuerung der Elektronenlöcherbewegung die Anwendung von Halbleitervorrichtungen für die Verzögerung oder Speicherung elektrischer Signale. Verstärkung und Verzögerung können gleichzeitig erzielt werden. Auch läßt sich die Verzögerung in einer gewünschten Art und Weise verändern, beibeispielsweise um eine Phasenmodulation hervorzubringen. Andere Anwendungen sollen nachstehend besprochen werden.

Die Erfindung sowie die vorgenannten und andere-Merkmale derselben werden leichter und vollständiger an Hand der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung, und zwar in Verbindung mit der Zeichnung, verständlich.

Fig. ι ist ein Schaubild, welches die Hauptelemente und deren Zusammenfügung bei einer erfindungsgemäß ausgeführten Vierelektroden-Signal-Übertragungsvorrichtung zeigt;

Fig. 2 bis einschließlich Fig. 6 A zeigen verschiedene Formen und Ausführungen von Halbleiterkörpern und zugehörigen Anschlüssen bei beispielsweisen Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 7 ist die Darstellung einer anderen Ausführung der Erfindung, wobei der Halbleiterkörper Zonen unterschiedlichen Leitf ähigkeitstyps aufweist;

Fig. 8 ist eine Teildarstellung einer abweichenden Ausführung des Halbleiterkörpers für die in Fig. 7 gezeigte Anordnung;

Fig. 9 veranschaulicht die grundlegenden Teile und deren Zusammenfügung in einer erfindungsgemäß ausgeführten Verzögerungs- oder Speicherungsvorrichtung;

Fig. io A und ioB veranschaulichen gewisse Verwandtschaften der Elektronen und Elektronenlöcher bei Übertragungsvorrichtungen der in Fig. 9 gezeigten Art;

Fig. 11 veranschaulicht eine Änderung der Vorrichtung nach Fig. 9, wobei der Halbleiterkörper mehrere Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps umfaßt;

Fig. 12A, 12B und 13 sind Schaubilder, die'verschiedene Kreise zeigen, die für typische Ausführungsformen der Erfindung kennzeichnend sind, wobei hohe Wiedergabegenauigkeit der Eingangssignale besteht.

Es ist zu bemerken, daß in der Zeichnung im Interesse der Klarheit die Halbleiterkörper in starker Vergrößerung gezeigt sind. Das Ausmaß der Vergrößerung wird erkennbar aus den Dimensionen typischer Vorrichtungen, die im nachstehenden angegeben werden.

Fig. ι zeigt in einer etwas schematischen Form eine grundlegende Zusammenstellung, die für eine Mehrzahl von Zwecken benutzt werden mag, wie z. B. für die Verstärkung oder Speicherung von Signalen. Die in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung umfaßt einen Körper 10 aus Halbleitermaterial, der durchweg einen Leitfähigkeitstyp aufweist und an seinen entgegengesetzten Enden Anschlüsse oder Klemmen 13. und 14 von geringem Widerstand besitzt. Diese Anschlüsse können beispielsweise aus Überzügen bestehen, z. B. einem Überzug aus Rhodium, das galvanisch auf den Körper niedergeschlagen ist, um nicht gleichrichtende 'V'erbindungsstellen mit demselben zu bilden. Unmittelbar zwischen die Klemmen 13 und 14 ist eine Gleichstromquelle 15, z.B. eine Batterie, geschaltet, die ein den Körper 10 in der Längsrichtung durchziehendes Vorspannungsfeld erzeugt. Eine Kontaktspitze 16, die beispielsweise aus Wolfram oder Phosphorbronze besteht, steht mit dem Körper 10 nahe an dessen einem Ende im Eingriff und ist über die Vorspannungsquelle XJ und eine Impedanz 18, die ohmisch oder induktiv sein mag, an die Klemme 13 angeschlossen. Eine zweite Kontaktspitze 19, die ebenfalls beispielsweise aus Wolfram oder Phosphorbronze besteht, greift an den Körper 10 an einer von dem Kontakt 10 entfernt liegenden Stelle an, z. B. neben dem anderen Ende des Körpers, und ist über die Vbrspannungsquelle 20 und eine Impedanz 2¹I, die ähnlich der Impedanz 18 ohmisch oder induktiv sein mag, an die Klemme 14 angeschlossen. Wenn der Körper 10 aus N-Typ-Material, z.B. N-Typ-Germanium von hoher Sperrspannung besteht, so haben die Spannungsquellen 15, 17 und 18 die in Fig. 1 angegebenen Polaritäten. Der Kontakt 16 ist die Steuerelektrode, der Kontakt 19 ist die Abnahmeelektrode und die Klemme 13 stellt die Grundelektrode dar. Insbesondere ist die Klemme 13 an die positive Seite der Spannungsquelle 15 genügend positiv vorgespannt, so daß ein positiver Strom von der Steuerelektrode 16 in den Körper 10 fließt, und die Abnahmeelektrode 19 ist mit Bezug auf die Klemme 14 negativ vorgespannt. Die Richtung des Stromflusses in den äußeren Kreisen entspricht der Pfeilangabe in dem Steuer- und Abnahmekreis der Fig. 1. Wenn der Körper 10 aus P-Typ-Material besteht, so müssen die Polaritäten der Spannungsquellen 15, 17 und 20 umgekehrt sein. Im allgemeinen sollte die Vorspannung an der Steuerelektrode 16 klein sein und beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 Volt liegen, und die Vorspannung an der Abnahmeelektrode 19 sollte vergleichsweise groß sein, z. B. in der Größenordnung von 10 bis 100 Volt. . Wenn der Körper 10, wie bereits ausgeführt wurde, aus N-Typ-Material besteht, SO' werden an der Steuerelektrode 16 Elektronenlöcher in den Körper eingeleitet, die in Richtung zur Abnahmeelektrode 19 fließen, um dadurch eine Modulation des Abnahmestroms zu bewirken. Die Laufzeit der Elektronenlöcher von der Steuer- zur Abnahmeelektrode ist eine Funktion des Abstandes zwischen Steuer- und Abnahmeelektrode und ebenso eine Funktion des Vbrspannungs- oder Beschleunigungs- go feldes, das durch die Spannungsquelle 15 geschaffen wird. Die bestehenden Zusammenhänge werden später besprochen werden.

Bei Vorrichtungen, die als Wechselstromverstärker benutzt werden, ist es erwünscht, daß diese Laufzeit klein ist, da, sie die obere Frequenz, bei welcher Verstärkung erzielt werden kann, begrenzt. Wenn man Abnahme- und Steuerelektrode eng an- ' einander rückt, fällt die Laufzeit verhältnismäßig klein aus. Bei jedem Abstand läßt sich eine V'erringerung der Laufzeit verwirklichen dank der Beschleunigung der Elektronenlöcher unter dem Einfluß der Spannungsquelle 15. Bei einer praktischen Ausführung kann der Abstand zwischen Abnahme- und Steuerelektrode 0,005 cm betragen, und die Spannungsquelle kann eine Spannung von 10 Volt haben.

Damit das Feld, welchem die Elektronenlöcher ausgesetzt werden, stark ist, ist der größte Teil des Halbleiterkörpers so ausgeführt, daß er sehr kleine Querschnittsausmaße hat. Nach einer Ausführung, die,in^r Fig. 2 veranschaulicht ist, .besteht der Halbleiterkörper aus einem fadenförmigen Teil 10 mit .einem Querschnitt von 0,0Ί2 cm X 0,012 cm und einer Länge von 2,5 cm und damit zusammenhängenden verbreiterten Enden 11 und 12, die die gleiche oder eine größere Dicke als der Teil 10 aufweisen und an welchem dieKlemmeni3 und 14 angebracht sind. Die Steuer- und Abnahmespitzen 16 und 19 stehen mit dem fadenförmigen Teil 10 im Eingriff und können bei einer typischen Ausführung einen Abstand in der Größenordnung von 0,005 cm voneinander haben.

Die gleichrichtende Verbindungsstelle zwischen der Steuerelektrode und dem Körper 10 kann auch erhalten werden durch die Anwendung einer Steuer-

elektrode, die aus dem gleichen Material wie der Körper besteht, aber entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist. Wie beispielsweise in Fig. 3 veranschaulicht, kann der Körper 10-11-12 aus N-Typ-Germanium bestehen und die Steuerelektrode 160 als mit dem Körper zusammenhängender Flügel oder Ansatz ausgebildet sein, der aber vom P-Typ ist. Solch ein Flügel oder Ansatz kann einen vom Körper abweichenden Leitfähigkeitstyp dadurch erhalten, daß man ihn unter Kontrolle erhitzt und anschließend abkühlt, um beispielsweise das N-Typ-Material in P-Typ-Material umzuwandeln. Die gleichrichtende Verbindungsstelle entsteht an der Stoßstelle zwischen fadenförmigem Körper 10 und Flügel oder Ansatz 160.

In ähnlicher Weise kann man gemäß Fig. 4 eine gleichrichtende Verbindungsstelle zwischen der Abnahmeelektrode und dem Körper erhalten, indem man an dem Körper einen Flügel oder Ansatz 190 aus P-Typ-Material anbringt.

Man kann auch sowohl die Steuer- als auch die Abnahmeelektrode als· mit dem Körper aus einem Stück bestehende Flügel 160 bzw. 190 ausbilden, wie Fig. S zeigt, wobei diese Flügel aus P-Typ-Material und die Teile 10-11-12 aus N-Typ-Material bestehen. In Verbindung mit den Ausführungen nach Fig. 3, 4 und 5 ist es verständlich, daß an den Flügeln oder Ansätzen Anschlüsse von geringem Widerstand angebracht sind, z. B. durch galvanische Niederschläge ähnlich denjenigen an den Enden 13 und 14.

Bei Vorrichtungen nach den in Fig. 3, 4 und 5 veranschaulichten Ausführungen, die für die Verwendung als Wechselstromverstärker bestimmt sind, können die Ausmaße und die Spannungen in der Größenordnung der Werte sein, die weiter oben bei der Besprechung der Fig. 1 und 2 angegeben worden sind.

Es ist verständlich, daß eine vorbestimmte Verzögerung zwischen dem Anlegen eines Eingangssignals an der Steuerelektrode und dem Erscheinen einer Wiedergabe desselben an der Abnahme der Anordnung nach Fig. 1 eingestellt werden kann durch entsprechende Wechselbeziehung des Ab-Standes zwischen der Steuer- und Abnahmeelektrode und der Spannung der Quelle 15. Der Abstand zwischen Steuer- und Abnahmeelektrode kann beispielsweise derart vergrößert werden, daß die Elektronenlöcherlaufzeit die gewünschte Verzögerung ergibt. Verschiedene Faktoren bedürfen jedoch der Berücksichtigung im Zusammenhang mit der Herbeiführ ung einer Verzögerung durch entsprechende Einstellung des Steuerabnahmeelektrodenabstandes.
Ein Faktor besteht darin, daß das Feld, welches die Elektronenlöcher beschleunigt, im wesentlichen gleichförmig und die Bewegungsbahnen der Elektronenlöcher im wesentlichen geradlinig sein sollen, so daß eine gleichförmige Verzögerung mit geringer Laufzeitstreuung zustande kommt. DieV'erwendung eines dünnen oder fadenförmigen Körpers aus Halbleitermaterial führt zur Verwirklichung der erwünschten Ergebnisse. Andere Wege zur Erzielung oder Steigerung der Gleichförmigkeit des Feldes und der Geradlinigkeit der Elektronenlöcherströmung werden noch erläutert werden.

Ein zweiter Faktor ist darin zu sehen, daß in dem Halbleiterkörper eine Wiedervereinigung von Elektronenlöchern und Elektronen stattfindet, so· daß der Elektronenlöcherstrom mit der Zeit schwächer wird. Wenn insbesondere die durchschnittliche Elektrc-nenlöcherlebensdauer mit τ bezeichnet wird, so nimmt der Anteil der an der Steuerelektrode im Zeitpunkt ΐ = ο eingeführten Elektronenlöcher, die zu irgendeiner Zeit t noch nicht vereinigt sind, exponentiell entsprechend I—■—I ab. Daher sollen in jeder

besonderenVorrichtung die Gleichstromvorspannung durch die Spannungswelle 15 und der Abstand zwischen. Steuer- und Abnahmeelektrode derart gewählt werden, daß die maximale Schwächung des Elektronenlöcherstroms den Abnahmestrom nicht bis unter einen vorgeschriebenen gewünschten Wert herabdrückt.

Für N-Typ-Germanium von hoher Sperrspannung beträgt die durchschnittliche Elektronenlöcherlebensdauer einige Mikrosekunden.

Ein dritter bedeutungsvoller Faktor, besonders in den Fällen, wo eine wesentliche Schwächung des Elektronenlöcherstroms auftritt, beruht auf der Art der S tromver änderungen, die in dem Ausgangskreis erhalten werden. Der Vorgang der Modulation des Abnahmestroms durch die Emission oder Einführung von Elektronenlöchern an der Steuerelektrode muß unterschieden werden von den ohmschen Effekten auf Grund der Änderungen des Gesamtstroms in dem Halbleiterkörper. Der Gesamtstrom bleibt natürlich im Sinne der Kirchhoff sehen Gesetze erhalten, mit Ausnahme der Ladung der kleinen Streukapazitäten innerhalb der Vorrichtung. Daher besteht in dem Körper 10 an allen Punkten zwischen 16 und 19 der gleiche Gesamtstrom. Er ist gleich der Summe der Ströme in den Elektroden 13 und 16 und ebenso· gleich der Summe der Ströme in den Elektroden 14und 19. Wenn daher der Strom an der Steuerelektrode 16 so moduliert wird, daß eine Änderung des Stroms im Körper 10 entsteht, so wird diese Änderung zu dem Ende des Körpers übertragen, an welchem sich die Elektroden 14 und 19 befinden, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen derjenigen des Lichtes gleich ist. »o Die Elektronenlöcher, die an der Steuerelektrode eingeführt werden und in Richtung zur Abnahmeelektrode fließen, haben jedoch eine bestimmte Geschwindigkeit, wie bereits ausgeführt wurde, und eine gewisse Verzögerung tritt ein zwischen der Einführung der Elektronenlöcher und der dadurch bedingten Modulation des Abnahmestroms.

Das Ausgangssignal besteht daher aus zwei Komponenten. Die eine beruht auf dem Spannungsabfall zwischen den Elektroden 14 und 19 und erscheint im wesentlichen gleichzeitig mit der Anlegung des Eingangssignals; die andere ergibt sich aus der Modulation des Abnahmestroms durch die Elektronenlöcher und ist mit Bezug auf das Eingangssignal verzögert. Gewünschtenfalls kann eine Unterscheidung zwischen diesen beiden Korn-

ponenten vorgenommen werden. Wenn die Schwächung, der Elektronenlöcher, wie oben erläutert, klein ist, wird die verzögerte Signalkomponente verstärkt werden, so daß sie viel größer ist als das direkte Signal. Die beiden Komponenten können dann auf einer Amplitudenbasis unterschieden werden, d. h. nur 'die verzögerte Komponente kann zu der Belastung durchgelassen werden, und zwar durch die Anbringung eines ίο Amplitudenbegrenzers in dem Ausgangskreis. Wenn die Schwächung der Elektronenlöcher und daher die Verzögerung der Signalkomponente zu groß ist, so kann die unmittelbare Signalkomponente in dem Ausgangskreis ausgeglichen werden. Mehrere spezielle Wege, die zu einem solchen Ergebnis führen, werden nachstehend beschrieben.

Eine Ausführung und allgemeine Anordnung der Elemente in einer Vorrichtung, die zur Verwendung für die Verzögerung und Speicherung elektrischer Signale geeignet ist, sind in Fig. 9 veranschaulicht. Nach dieser Figur hat der Halbleiterkörper die Form, die in Fig. 2 gezeigt und vorstehend beschrieben worden ist; d. h. der Kö'rper umfaßt einen mittleren Teil 10 von kleinen Ausmaßen in der Querrichtung, z.B. 0,012cm X 0,012cm und verbreiterte Endteile 11 und 12. Er kann durchgehend vom gleichen Leitfähigkeitstyp sein und beispielsweise aus N-Typ-Germanium hoher Sperrspannung bestehen. Für dieses Material sind die Polaritäten der Spannungsquelle 15, 17 und 20, wie dargestellt; und die Vorspannungen der Steuer- und der Abnahmeelektrode können in der Größenordnung liegen, die weiter oben in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 1 angegeben worden sind. Wenn der Körper aus P-Typ-Material besteht, so müssen die Polaritäten der Spannungsquellen natürlich umgekehrt sein.

Die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen 18 und 21 können, wie dargestellt, aus Drosselspulen bestehen, welche den Durchgang von Gleichstrom gestatten, aber für Wechselstromsignale eine hohe Impedanz darstellen.

Wegen der geringen Querschnittsabmessungen des Körperteils 10 erhält man ein sehr gleichförmiges Vorspannfeld, und der Strom der Elektronenlöcher in der Längsrichtung des Körpers von dem Steuerbereich zum Bereich der Abnahmeelektrode ist im wesentlichen geradlinig. Die Geradlinigkeit der Elektronenlöcherströmung wird durch die Verwendung von zwei in einer Linie gegenüberliegenden Steuerelektroden entsprechend der Darstellung in Fig. 9 verbessert, wobei die an jeder Steuerelektrode eingeführten Elektronenlöcher nicht über die Längsachse des Körpers übertreten, da sie auf einen entgegengesetzten oder ausgleichende"]! Strom von der anderen Steuerelektrode treffen.

Bei den anderen vorbeschriebenen Vorrichtunge'n strömen die an den Steuerelektroden 16 eingeführten Elektronenlöcher zu den Abnahmeelektroden und modulieren den Abnahmestrom. Wenn der Elektronenlöcherstrom klein ist im Vergleich zu dem Gleich- oder Vocspannungsstrom der Span-' nunigsquelle 15 und 'der Abstand zwischen dem Steuer- und Abnahmebereich gering ist im Vergleich zu der Elektronenlöcherlebensdauer, so· werden im wesentlichen sämtliche eingeführten Elektronenlöcher in den Abnahmebereich strömen. Auch wenn der Elektronenlöcherstrom klein ist, wird die Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers nicht merklich geändert, so daß die Elektronenlöcher in einem im wesentlichen. gleichförmigenFeld strömen und keine Streuung hinsichtlich der Laufzeit besteht, mit Ausnahme derjenigen, die auf der normalen Diffusion der Elektronenlöcher beruht. Es ist daher verständlich, daß ein an die Steuerelektroden angelegter Eingangsimpuls eine Gruppe oder einen Impuls von Elektronenlöchern liefert, die so angesehen werden können, ,als ob sie sich mit endlicher Geschwindigkeit von den Steuerelektroden zum Abnahmebereich bewegen. Der resultierende Ausgangsimpuls ist eine verzögerte Wiedergäbe des Eingangsimpulses. Aufeinanderfolgende Eingangsimpulse erzeugen aufeinanderfolgende Gruppen oder Impulse von Elektronenlöchern, die sich in (Richtung zum Abnahmebereich bewegen, und zwar unter physikalischer und zeitlicher Trennung. Daher können in der Tat eine Anzahl von Impulsen längs des Körpers 10 gespeichert werden.

Die Anzahl der unterscheidbaren Impulse, die in dieser Weise längs des Halbleiterkörpers gespeichert werden können, hängt aber von einer Anzahl von Parametern ab, deren Beziehung bestimmbar ist, wie aus dem folgenden hervorgeht. Es ist bekannt, daß während des Übergangs einer Elektronenlöchergruppe oder eines Elektronenlöcherimpulses längs des Körpers die Gruppe oder der Impuls zur Ausbreitung neigt, wobei der Grad der Ausbreitung ziemlich genau durch die Durchgangslänge dargestellt wird. Ein Elektronienlöcherimpuls, der anfangs quadratische Form hat, wird während der Überleitung längs des Körpers eine im allgemeinen dreieckige Form annehmen. Aufeinanderfolgende Impulse von gleicher Anfangsamplitude können leicht unterschieden! werden, wenn nach der vorgenannten Ausbreitung der Impulse die Amplitude eines Impulses an einem Punkt, der der Mitte des nächstfolgenden Impulses entspricht, im wesentlichen gleich ist der Hälfte der Spitzenamplitude des Impulses. Es· besteht dann die allgemeine Regel, daß aufeinanderfolgende , Impulse unterschieden werden können, wenn das Intervall zwischen den Impulsen größer ist als· die Durcbgangslänge.

Die Laufzeit zwischen den Steuerelektroden 16 und den Abnahmeelektroden 19 ergibt sich aus der Beziehung

^Strömungsgeschwindigkeit μ

I²L _μν

Darin bedeutet
' t = Laufzeit,

L = Abstand zwischen den Steuer- und Abnahmeelektroden,

V =■ Vorspannung zwischen Steuer- und Abnahmeelektroden,

μ — eine Konstante, die von dem jeweiligen Halbleitermaterial abhängt; bei Germanium ist μ = iooo cm²/Volt/sec für Elektronenlöcher und 1500 cm²/Volt/sec für Elektronen; bei. Silicium sind die entsprechenden Wer te 300 und ioocir^/Volt/sec.

Die Durchgangs- oder Diffusionslänge (/) ergibt sich aus der Beziehung

= 2

— *■ (2)

₄o

Entsprechend der Einsteinschen Gleichung ist k T μ

D =

cm²/sec,

wobei

k = Konstante,
T = Temperatur in K-Graden, e = Ladung des Elektrons; bei 300 K-Graden 20

D = U'-- Volt.
' 40

Die Anzahl der unterscheidbaren Impulse oder Elektronenlöchergruppen, die in dem Halbleiterkörper gespeichert werden können, beträgt

V.

Die maximale, brauchbare Zeitverzögerung, die geschaffen werden kann und demzufolge die Anzahl der speicherbaren Impulse ist durch die Wiedervereinigung von Elektronenlöchern mit Elektronen innerhalb des Körpers begrenzt. Wie bereits oben auseinandergesetzt worden ist, nimmt die Konzentration der Elektronenlöcher in einem den Halbleiterkörper durchquerenden Impuls exponentiell entsprechend f— —J ab. Die Signale und Verstärkungen werden in entsprechendem Ausmaß verringert. Es ist einleuchtend, daß, wenn t groß ist, das Impulssignal an der Abnahmeelektrode so schwach ist, daß es nicht leicht aufgenommen werden kann. Da jedoch die Vorrichtung eine Verstärkung des Eingangssignals hervorbringt, kann eine wesentliche Abschwächung des Elektronenlöcherimpulses zugelassen werden. Insbesondere erscheint eine Abschwächung von etwa 40 Dezibel zulässig. Eine Abschwächung von diesem Ausmaß entspricht etwa der 4,6fachen Elektronenlöcherlebensdauer in N-Typ-Germanium von hoher Sperrspannung.

Wenn es beispielsweise erwünscht ist, vierzig unterscheidbare Impulse längs des Teils 10 des Halbleiterkörpers in einer Vorrichtung nach der in Fig. 10 gezeigten Bauart zu speichern, wobei der Körper aus Germanium hoher Sperrspannung besteht, so· beträgt die erforderliche Spannung zwisehen den Steuer- und Abnahmeelektroden, gemäß der Gleichung (4) 160 Volt. Wenn jeder Impuls eine Dauer von ¹Ao Mikrasekunde hat, so beträgt die gesamte Laufzeit 4 Mikrosekunden oder weniger als das 4,6fache der Elektronenlöcherlebensdauer. Nach Gleichung (1) ist dann die erforderliche Länge, d. h. der Abstand zwischen Steuer- und Abnahmeelektrode, 0,018 cm.

Wenn die Eingangsimpulse verhältnismäßig große Amplituden haben, wobei die Konzentration der eingeführten Elektronenlöcher ausreicht, um die Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers merklich zu beeinflussen, so muß bei der Bemessung der Länge L und der Spannung V angemessene Rücksicht genommen werden. Im allgemeinen wird, wenn die Leitfähigkeit auf diese Weise beeinflußt wird, die Strömungsgeschwindigkeit der Impulse durch den Körper verringert. Um diese Wirkung zwecks Erzielung einer gewünschten Verzögerung oder zwecks Stapelung einer gewünschtem Zahl von Impulsen auszugleichen, sollte daher die Länge L vermindert oder die Spannung V vergrößert werden.

Der Einfluß von Änderungen hinsichtlich der Leitfähigkeit ist in den Fig. 10A und 10B veranschaulicht. In beiden Figuren stellen die Abszissen a Strecken längs des Halbleiterkörpers dar; die Bewegung der Impulse verläuft von links nach rechts. In Fig. 10 A stellen die Ordinate» η die Konzentration .derElektroden dar; in Fig. 11B entsprechen die Ordinaten p der Konzentration der Elektronenlöcher. Wie in Fig. 11A angegeben, besteht eine gewisse konstante Komponente der Elektronenkonzentration entsprechend der normalen Leitfähigkeit des Halbleiters, wenn keine Elektronenlöchereinführung stattfindet. Wo Elektronenlöcher zugefügt werden, werden sie im wesentlichen durch eine gleiche Steigerung der elektronischen Raumladung aufgewogen.

Für die Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß dem Eingangskreis ein rechteckiger Impuls aufgedrückt wird. An der Steuerelektrode 16 besteht dann die Elektronen- und Elektronenlöcherkonzentration, wie sie .bei 1 in Fig. 10 A und 10 B angegeben ist. Wenn der Impuls entlang dem Halbleiterkörper in Richtung zu den Abnahmeelektroden 19 wandert, so· haben die Elektronenlöcher das Bestreben, zu diffundieren, und der Impuls verlängert sich. Elektronenlöcher, welche zum vorderen Ende des Impulses diffundieren, gelangen in einen Bereich normaler Leitfähigkeit und treffen daher auf ein stärkeres Feld als diejenigen, die zur Mitte des Impulses liegen. Infolgedessen neigt die Vorderkante des Impulses dazu, ausgezogen zu werden. Andererseits befinden sich die Elektronenlöcher, die hinter die Mitte des Impulses fallen, in einem Bereich stärkeren Feldes als diejenigen, die zur Mitte des· Impulses liegen,. Infolgedessen haben sie eine Neigung zum Einziehen, so daß die Schwanzkante des Impulses schärfer ist als die Vorderkante. Wegen des angegebenen Einflusses ändert sich die Impulsform entsprechend der Angabe bei 2¹ und 3 in Fig. 11A und 11B, wenn der Impuls sich längs des Körpers bewegt. Diese Erscheinung kann benutzt werden, um Impulse zu unterscheiden, und zwar mit engeren Toleranzen als denen, die in Verbindung mit den. oben angegebenen Gleichungen angenommen werden, indem im Ausgangsverstärker

Kreise angewendet-werden, deren Frequenzgang bei denjenigen Frequenzen spitz zuläuft, um die es sich in der scharfen Schwanzkante des Impulses handelt. Die Verzögerungs- und Speicherungsvorrichtung nach Fig. ii ist grundsätzlich !derjenigen ähnlich, die in Fig. g gezeigt und oben beschrieben worden ist. Bei dieser Ausführung bestehen aber die Endteilte no und 120 des Halbleiterkörpers aus Material, dessen Leitfähigkeit derjenigen des Körperteils 10 entgegengesetzt ist, und die Steuerelektroden i6^A und Abnahmeelektroden 19^ sind als mit dem Körperteil 10 zusammenhängende Ansätze oder Flügel ausgebildet und haben die gleiche Leitfähigkeit wie der Teil 10. Die Leitfähigkeitstypen der verschiedenen Teile bei einer typischen Ausführung sind in Fig. 12 angegeben. Die Verbindungsbereiche zwischen den N-Typ- und P-Typ-Teilen sind bei I₁ und J₂ angegeben. Die Verzögerung oder Speicherung von Signalen geschieht wie bei der Vorrichtung, die in Fig. 9 dargestellt ist. Wie oben auseinandergesetzt wurde, besteht das Ausgangssignal aus zwei Komponenten, die man als direkte und verzögerte Komponente bezeichnen ' kann. In den Fällen, wo sehr genaue Wiedergaben des Eingangssignals gewünscht werden oder wo die Schwächung der verzögerten Komponente so groß ist, daß sie im günstigsten Fall nur schwierig erfaßt werden kann, kann die direkte Komponente in dem" Lastkreis unterdrückt oder ausgeschieden werden. Möglichkeiten hierfür sind in den Fig. 12 A, 12 B und 14 veranschaulicht.

Nach Fig. 12 hat der Körper 10-11-12 die Form und Ausbildung, die oben in Verbindung mit Fig. 2 und 9 beschrieben worden ist, und der Abnahmekreis enthält, ähnlich wie derjenige nach Fig. 1 und 9, die Spannungsquelle 20¹ und Impedanz 21. Der Eingangskreis enthält den Eingangstransformator 18, dessen Sekundärseite zwischen der Steuerelektrode 16 und dem Anschluß 13 geschaltet und an einem Zwischenpunkt angezapft ist. Die Vorrichtung ist mit drei Ausgangsklemmen! α, b und c ausgestattet. Ein Teil des Eingangssignals wird unmittelbar zum Ausgangskreis übergeführt und mit dem Ausgang der Übertragungsvorrichtung, d. h. dem Abniahmeausgargskreis, zusammengebracht, und zwar in solchem Verhältnis, daß die direkte Komponente in dem Abnahmeausgangskreis verschwindet.

• Das kann nach der Darstellung in Fig. 12A verwirklicht werden durch die Verwendung eines Isoliertransformators 35, der, wie gezeigt, zwischen den Klemmen« und c liegt. Die Spannung bei c ist durch Anzapfung der Sekundärseite des Transfer-., mators 18 an der geeigneten Stelle derart abgestimmt, daß sie denjenigen Teil des Eingangssignals darstellt, welcher am besten das' direkte Signal kompensiert. Das gleiche Ergebnis läßt sich entsprechend der Darstellung in Fig. 12 B erzielen, indem der Anteil des Eingangssignals an den Kathodenwiderstand 36 eines Vakuumrohrverstärkers 37 angelegt wird, während der Ausgang der Übertragungsvorrichtung an den Gitterwiderstand 38 angelegt ist.

Bei dem in Fig. 13 gezeigten System sind Drosselspulen 39 zwischen der Steuerelektrode 16 und dem Anschluß 13 vorgesehen und wirken in der Weise, daß sie den Strom in dem Halbleiterkörper 10-11-12 im wesentlichen konstant halten. Da der gesamte Wechselstrom Null ist, so· besteht daher keine unmittelbare Übertragung des Eingangssignals zur Abnahmeelektrode! 19 und demgemäß keine direkte Komponente in dem Ausgangskreis.

Es ist verständlich, daß jede der in den Fig. 2 bis S veranschaulichten Ausführungen für Verzögerungs- und Speicherungsvorrichtungen benutzt werden kann, indem man den Abstand zwischen der Steuer- und Abnahmeelektrode genügend groß macht, um die erforderliche oder gewünschte Laufzeit einzustellen.

Eine Ausführung, die vom Standpunkt der Gleichförmigkeit des Längsfeldes mit besonderem Vorzug als Verzögerungs- oder Speicherungsvorrichtung oder als Verstärker benutzt werden kann, ist in den Fig. 6 und 6A veranschaulicht, von denen erstere eine Seitenansicht und letztere eine Endansicht darstellen. Bei dieser Konstruktion besteht der Halbleiterkörper ioi aus einem runden Faden mit einem beispielsweisen Durchmesser in der Größenordnung von 0,05 cm mit Endanschlüssen 130 und 140 von geringem Widerstand und in der Form ringförmiger Endbeläge. Die Steuer- und Abnahmespitzen 16 bzw. 19 liegen in gleicher Richtung und koaxial mit dem Körper 10 und den Endanschlüssen 130 und 140. Wenn es beabsichtigt ist, diese Ausführung für eine Verzögerungs- oder Speicherungsvorrichtung anzuwenden, so kann der Körper 10 verhältnismäßig lang sein, -wobei die Länge des Körpers und das longitudinale Vorspannungsfeld in der erläuterten Weise aufeinander abgestimmt sind. Im Fall· eines Verstärkers kann der Körper 10 die Form einer Scheibe haben, um einen geringen Abstand zu verwirklichen in der Größenordnung, wie sie weiter oben für den Abstand zwischen Steuer- und Abnahmeelektrode angegeben worden ist.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 7 gezeigt ist, besteht der Halbleiterkörper aus zwei Teilen io^A und io^ß von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp, beispielsweise von N- und P-Typ entsprechend der Eintragung in. der Zeichnung. In Reihe mit der Vorspannungsquelle 15 ist eine Drosselspule 25 vorgesehen, die dazu dient, den gesamten Strom durch den Körper im wesentlichen konstante zu halten. Der Ausgangskreis liegt zwisehenrSen Anschlußstellen 26 und 27, die als nicht ^gleichrichtende Kontakte an den Teilen io^A bzw. ιcfl angebracht sind; in dem Ausgangskreis befindet sich ein Transformator 28. Die an der Steuerelektrode 16 eingeführten Elektronenlöcher fließen unter dem Einfluß des von der Spannungsquelle 15 geschaffenem Feldes in Richtung zu dem Anschluß 14 und passieren dabei ohne Schwierigkeit die Verbindungszone / zwischen den beiden Halbleiterteilen io^A und io^ß. Da der Gesamtstrom in dem Körper im wesentlichen konstant gehalten wird, erscheint ein Spannungsabfall· entsprechend dem

Eingangssignal an der Verbindungsstelle / und daher zwischen den Anschlüssen 26 und 27,

Bei' der in Fig. 8 gezeigten¹ Änderung der Vorrichtung gemäß Fig. 7 ist der Ausgangskreis zwisehen den Endanschluß; 14 und einen mit dem Körperteil io^A aus einem Stück bestehenden Flügel oder Ansatz 260 gelegt, wobei der Flügel oder Ansatz von dem gleichen Leitfähigkeitstyp ist wie der Teil ΐο^Λ. .

ίο Die in Fig. 7 und 8 veranschaulichten Vorrichtungen können sowohl für die Verzögerung und Speicherung elektrischer Signale als auch als Gleichstromverstärker Anwendung finden.

Obgleich die Erfindung in Verbindung mit

¹S speziellen Anwendungen als Verstärker oder für die Verzögerung oder Speicherung von Signalen beschrieben worden ist, so ist doch verständlich, daß die Erfindung auch dazu benutzt werden kann, um gleichzeitig Verstärkung und Verzögerung zu verwirklichen. In jedem besonderen Fall können die gewünschten Besonderheiten eingestellt werden, indem man die bezeichneten Parameter entsprechend den angegebenen Prinzipien aufeinander abstimmt. Bei den erläuterten Ausführungsformen der Erfindung wurde angenommen., daß das Vorspanniungsfeld, das durch die Spannungsquelle 15 geschaffen wird, konstante Größe hat. Die Elektronenlöcherlaufzeit und in ähnlicher Weise die Verzögerung zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen können geändert werden, indem man das Vorspannungsfeld verändert. Beispielsweise läßt sich eine Phasenmodulation durch zyklische Veränderung des Potentials zwischen den Endanschlüssen 13 und 14 verwirklichen, z. B. indem man eine Wechselstromquelle zwischen der Gleichstromquelle 15 und einem der Endanschlüsse 13 und 14 anordnet oder die Gleichstromquelle 15 durch eine Wechselstromquelle ersetzt.

Schließlich ist es verständlich, daß die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nur der Erläuterung dienen und daß mannigfache Änderungen daran vorgenommen werden können,, ohne von dem Wesen und Geist der Erfindung abzuweichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Übertragungsvorrichtung für elektrische Schwingungen, bestehend aus einem Halbleiterkörper, einem ersten Anregungs- oder Steuerkreis und einem zweiten Abnahme- oder Ausgangskreis sowie wenigstens einer Vorspannungsquelle für den zweiten Kreis, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper bei geringem Querschnitt langgestreckte Form hat, und daß von den beiden Kreisen getrennte Mittel vorgesehen, sind, welche die Steuerung der Laufzeit der Ladungen, von dem Anschluß des ersten Kreises bis zum Anschluß des zweiten Kreises ermöglichen.

2. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Steuerung der Laufzeit der Körper als Faden ausgebildet ist.

3. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ende des Fadens einen verbreiterten Teil aufweist.

4. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, " dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden des • Fadens verbreiterte Teile aufweisen.

5. Übertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Einführung der Ladungen in den Körper aus einem oder mehreren gleichrichtenden Anschlüssen bestehen.

6. Übertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kreis eine Grundelektrode zu demjenigen Ende des Körpers, das den. Mitteln für die Einführung von Ladungen in den Körper am nächsten liegt, enthält.

7. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der Laufzeit eine zweite Grundelektrode zum anderen Ende des Körpers und eine Vorspannungsquelle, die zwischen den beiden Grundelektroden geschaltet ist, aufweisen, go

8. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch.6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der Laufzeit einen zweiten gleichrichtenden Anschluß zu dem anderen Ende des Körpers und eine Vorspannungsquelle, die zwisehen den Grundelektroden und dem zweiten gleichrichtenden Anschluß geschaltet ist, aufweisen.

9. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder gleichrichtende Anschluß aus einem Spitzenkontakt besteht.

10. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Einleitung von Ladungen in den Körper aus einem gleichrichtendem Anschluß besteht, der zum zweiten Kreis gehörende Anschluß zum Körper als gleichrichtender Anschluß ausgebildet ist, und die Mittel für die Steuerung der Laufzeit außerdem ein Paar Grundelektroden neben den entsprechenden Enden des Fadens aufweisen, wobei jede der Grundelektroden mit dem Kreis des nächstgelegenen gleichrichtenden. Anschlusses verbunden ist.

11. Übertragungsvorrichtung nach An-Spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromquelle und eine hohe Impedanz in Reihe zwischen der Grundelektrode des zweiten Kreises und dem gleichrichtenden Anschluß des ersten Kreises liegen.

12. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromquelle und eine hohe Impedanz in Reihe zwischen der Grundelektrode des ersten Kreises und dem gleichrichtenden Anschluß des zweiten Kreises liegen.

ΐ3· Übertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Spannungsquelle zwischen den Mitteln ,für die Einführung von Ladungen in den Körper und einer zum ersten Kreis gehörenden Grundelektrode zum Körper vorgesehen ist, in solcher Schaltung, daß unter dem Einfluß ihrer Polarität ein Strom in Richtung der leichten Strömung in den Körper fließt ίο und daß- eine zweite Spannungsquelle, deren

Stärke im Vergleich zu dem Potential der ersten Spannungsquelle verhältnismäßig groß ist, zwischen der Grundelektrode und dem zum zweiten Kreis gehörenden Anschluß zum Körper liegt. 14. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der ersten Spanniungsquelle so bemessen, ist, daß Stromträger, deren Vorzeichen demjenigen der normalerweise in den Körper befindlichen Träger entgegengesetzt ist, eingeführt werden, und daß das. Potential der zweiten Spannungsquelle so bemessen ist, daß in dem Körper in dem Bereich zwischen den Ladungseinführungsmitteln und dein zum zweitem Kreis gehörenden Anschluß ein elektrisches Feld von solcher Stärke und Polarität erzeugt wird, daß die Strömung der genannten Träger zu dem Anschluß des zweiten Kreises beschleunigt wird. ■''

15. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher, gleichrichtender Anschluß an dem Körper zwischen der Grundelektrode des ersten Kreises und dem Anschluß des zweiten Kreises angebracht ist, um in den Körper zwischen der Grundelektrode des ersten Kreises und dem Anschluß des zweiten Kreises ein elektrisches Feld zu erzeugen.

16. Übertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufdrücken von Signalstrom am ersten Kreis und durch Mittel zur Entnahme des verstärkten Signalstroms von dem zweiten Kreis.

17. Übertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Einführung von Ladungen des ersten Kreises und/oder die Mittel - für den Anschluß des zweiten Kreises an den Körper ein Paar gleichrichtende Kontakte aufweisen, die seitlich vom Körper ausgerichtet sind und an entgegengesetzten Längsflächen des Körpers angreifen.

18. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel für die Einführung von Ladungen des ersten Kreises und den Anschluß des zweiten Kreises aus gleichrichtenden Kontaktspitzen bestehen, die in der Längsrichtung miteinander ausgerichtet sind und an den entgegengesetzten Längsendfläehen des Körpers angreifen, und daß die Grundelektroden des ersten und zweiten Kreises am Körper als ringförmige Anschlußsfellen an den entgegengesetzten Endflächen des Körpers ausgebildet und jeweils im wesentlichen koaxial zu dem zugehörigen gleichrichtenden Spitzenkontakt angeordnet sind.

19. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Körper aus Halbleitermaterial von einem Leitfähigkeitstyp besteht, an welchem die Einführungsmittel des ersten Kreises und das Paar Grundelektroden angebracht sind, und daß der fadenförmige Körper eine seitliche Erweiterung aufweist, die aus Halbleitermaterial des anderen Leitfähigkeitstyps besteht, und an ■welcher der Anschluß für 'den zweiten Kreis angebracht ist.

20. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Körper aus Halbleitermaterial von einem Leitfähigkeitstyp besteht, an welchem die Grundelektroden und der Anschluß des zweiten Kreises angebracht sind, und daß der fadenförmige Körper eine seitliche Erweiterung aufweist, die aus Halbleitermaterial des anderen Lelitfähigkeitstyps besteht, und an welcher die Einführungsmittel des ersten Kreises angebracht sind.

21. Übertragungsvorrichtung nach An-Spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der . fadenförmige Körper aus Halbleitermaterial von einem Leitfähigkeitstyp besteht, an welchem die Grundelektroden angelbracht sind, und daß der fadenförmige Körper eine Mehrzahl von in Längsabstand' angebrachter, seitlicher Erweiterungen aus Halbleitermaterial von anderem Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei an einer der Erweiterungen die Einführungsmittel des ersten Kreises und an der anderen Erweiterung der *⁰° Anschluß des zweiten Kreises angebracht sind.

22. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine im zweiten Kreis in Reihe geschaltete Drosselspule.

23. Übertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Germanium besteht.

24. Übertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper N-Typ-Leitfähigkeit "° hat.

25. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 22, gekennzeichnet durch Mittel, um einen Teil des dem ersten Kreis aufgedrückten Signalstroms' mit den verstärkten Signalen in dem zweiten Kreis zu vereinigen,

^: und zwar in einem dem letzteren entgegengesetzten Sinne.

26. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 215, gekennzeichnet durch eine direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kreis.

27. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16, 22, 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß in der Längsrichtung des Körpers gesehen der Abstand zwischen den Mitteln zur

Einführung von Ladungen des ersten Kreises und dem Anschluß des zweiten Kreises ausreichend groß ist, um die Laufzeit in dem Körper von den Einführmitteln bis zum Anschluß des zweiten Kreises wenigstens gleich der mehrfachen Länge der einzelnen Signale des ■dem ersten Kreis aufgedrückten Signalstroms zu machen.

2'8. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Körper aus N-Typ-Germanium hoher Gegenspannung besteht, das Gleichstromvorspannungspotential zwischen dem Bereich, wo die Einführungsmittel am Fadenteil angreifen, und dem Anschluß des zweiten Kreises am Körper die Größenordnung von 160 Volt hat, und der Abstand zwischen diesen beiden Bereichen in der Größenordnung von o,8 cm liegt.

29. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus zwei aneinanderstoßenden Teilen aus Halbleitermaterial unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps besteht, die nahe ihrer Verbindungssteile durch den zweiten Kreis miteinander verbunden sind, daß die Grundelektrode des ersten Kreises und die Mittel zur Einführung von Ladungen des ersten Kreises an den Teil· des einen Leitfähigkeitstyps angeschlossen sind, wobei der erste Kreis einen Signalstromeingangskreis umfaßt, der eine für die Betätigung der Einführungsmittel geeignete Spannungsquelle niedrigen Potentials enthält, und eine Verbindung von der Grundelektrode des ersten Kreises zu einer zweiten Grundelektrode am Ende des Körperteils von dem anderen Leitfähigkeitstyp eine Spannungsquelle von relativ hohem Potential enthält, um die eingeführten Träger zur Verbindungsstelle der aneinanderstoßenden. Teile zu beschleunigen.

30. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Körpers, der an der Grundelektrode und den Ladungseinführungsmirteln des ersten Kreises anliegt, N-Typ-Leitfähigkeit besitzt, und die Spannungsquelle von relativ hohem Potential so gepolt ist, daß sie den Körperteil mit N-Typ-Leitfähigkeit positiv vorspannt.

31. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Körper Endteile aus Halbleitermaterial von einem Leitfähigkeitstyp, mit welchem das Paar Grundelektroden in entsprechender Weise verbunden ist, und einem Mittelteil aus Halbleitermaterial von entgegengesetzter Leitfähigkeit aufweist, der mit einem ersten Paar ausgerichteter seitlicher Erweiterungen neben der Verbindungsstelle zwischen dem Mittelteil und einem Endteil und einem zweiten Paar ausgerichteter seitlicher Erweiterungen neben der Verbindungsstelle zwischen dem Mittelteil und dem anderen Endteil ausgestattet ist, wobei die Einführungsmittel des ersten Kreises an das erste Paar Erweiterungen angeschlossen ist und der Anschluß des zweiten. Kreises an dem zweiten Paar Erweiterungen liegt.

32. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Eiinführungsmiltel des ersten. Kreises und der Anschluß des zweiten Kreises ein Paar Anschlüsse, die elektrisch zusammengeschaltet sind, umfassen, von welchem Paar oder Paaren die Vferbindungen zu jeweils einer der Erweiterungen des in Betracht kommenden Erweiterungspaares führen.

33. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endteil P-Typ-Leitfähigkeit und der Mittelteil N-Typ-Leitfähigkeit haben.

34. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Körper zwei aneinanderstoßende Teile aus Halbleitermaterial von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp und eine seitliehe Erweiterung an einem Teil, und zwar neben der Verbindungsstelle zwischen den. bei den aneinanderstoßenden Teilen, aufweist, wobei die Grundelektrode des ersten Kreises an den Teil mit der seitlichen Erweiterung und die Einführungsmittel des ersten Kreises· an dem Ende der seitlichen Erweiterung liegen.

35. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Körper zwei aneinanderstoßende Teile aus Halbleitermaterial von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp und eine seitliche Erweiterung an einem Teil, und zwar neben der Verbindungsstelle. zwischen den beiden aneinanderstoßenden Teilen, aufweist, wobei die Grundelektrode des ersten Kreises an den Teil mit der seitlichen Erweiterung und der Anschluß des zweiten Kreises an dem Ende der seitlichen Erweiterung liegen.

36. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist wie der Teil, der die Erweiterung trägt.

37. Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Fadens und der anschließende verbreiterte Endteil einen Leitfähigkeitstyp haben, der demjenigen des übrigen Körpers entgegengesetzt ist, und durch eine Sperrschicht in dem fadenförmigen Körper voneinander getrennt sind.

38. Übertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche ίο· bis. 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper N-Typ-Leitfähigkeit hat, daß der erste Kreis eine Potentialquelle aufweist, um die Einführungsmiittel mit Bezug auf die nächstliegende Grundelektrode positiv vorzuspannen,und daß der zweite Kreis eine Potentialquelle enthält, um den Anschluß des zweiten Kreises mit Bezug auf die diesem An-

Schluß des zweiten Kreises nächstliegende Grundelektrode negativ vorzuspannen, wobei die zwischen die Grundelektroden geschaltete Vorspanniungsquelle mit ihrer negativen Klemme an •derjenigen Grunidelektrode liegt, die dem genannten Anschluß des zweiten Krekes am nächsten liegt.

Angezogene Druckschriften: Zeitschrift für Physik, Bd. in, 1938, S. 407. 10

Hierzu τ Blatt Zeichnungen

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