DE937473C - Halbleiter-Anordnung - Google Patents

Description

Eine, unter dem Namen Transietor bekannte Anordnung enthält einen Körper aus halbleitendem Material einer bestimmten Leitfähigkeitsart, auf welchem wenigstens eine Basiselektrode und zwei gleichrichtende Elektroden angebracht sind. Die gleichrichtenden Elektroden können entweder Punktkontaktelektroden oder Flächenelektroden sein. Die Inversdonsschichten solcher Flächenelektroden bestehen aus Sperrschichten zwischen Zonen

ίο von N-Material und P-Materiäl und weisen einen hohen elektrischen Widerstand in der einen Richtung und einen niedrigen Widerstand in der anderen Richtung auf.

Bei diesen Halbleitern, bildet die eine der gleichrichtenden Elektroden, zusammen mit der Basiselektrode den Emittorstromkreis: Dieser injiziert Ladungsträger in den Halbleiterkörper, die den Widerstand zwischen der Basiselektrode und der anderen gleichrichtenden Elektrode, dem Kollektor, steuern. Man kann die Wirkung der Basiselektrode, welche in Kontakt mit dem Halbleiterkörper steht, dabei auch so auffassen, daß sie zur Beeinflussung des Stromübergangs vom Emittor zum Kollektor dient.

Die Erfindung besteht darin, daß auf einem Halbleiterkörper um eine in. dessen Mitte angebrachte Elektrode eine Mehrzahl von zusätzlichen Elektroden angeordnet ist, die mit der mittleren Elektrode zusammenarbeiten. In dem Halbleiterkörper wird ein elektrisches Drehfeld erzeugt, welches den Fluß der Ladungsträger von der einzigen und als Emittor dienenden Elektrode zu den

verschiedenen zusätzlichen als Kollektor dienenden Elektroden beeinflußt. Wahlweise kann auch die erste Elektrode als Kollektor dienen, und die zusätzlichen Elektroden können die Funktion von Emittoren haben.

Fig. ι stellt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung zusammen mit der zugehörigen Schaltung dar;

Fig. 2 ist eine Draufsitiht auf eine erste Ausführungsform;

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform zusammen mit einer Darstellung einer zu ihrem Betrieb· geeigneten Schaltung; Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform mit der zugehörigen Schaltung.

In allen Figuren sind einander entsprechende Bestandteile mit 'den gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. ι besteht die im ganzen mit 10 bezeichnete Hallbleiter-Anordnung aus einem Körper 12 aus halbleitendem Material, beispielsweise aus Germanium oder Silizium vom N-Typus. Der Halbleiterkörper oder Kristall wird im folgenden als aus N-Germankttn bestehend vorausgesetzt und kann die Form akier runden Scheibe oder einer rechteckigen Platte besitzen. In der zunächst zu beschreibenden Ausführungsform soll er die Form einer runden Scheibe mit gleichmäßiger Dicke haben. Die Anordnung 10 besitzt eine Reihe von gleichrichtenden Elektroden entweder von kleiner Fläche, d. h. von Punktkontaktelektroden oder von Flächenelektraden wie bei Flächenhalibleitern. Für die Beschreibung dieser Ausführungsform sollen gleichrichtende Elektroden mit Inversionsschicht angenommen werden. Die Anordnung 10 besitzt vier solche Elektroden, die als Emittor oder als Kollektor arbeiten sollen. In Fig. 1 sind die vier Elektroden derart angeordnet, daß eine Elektrode 18 in der Mitte der einen Seite des Kristalls-12 liegt und die drei übrigen Elektroden 20, 22 und 24 um die Elektrode 18 herum je .um 120⁰ gegeneinander versetzt sind und von- der Elektrode 18 in der ' Radia.lrichtung der Scheibe jeweils gleiche Abstände besitzen. In der in Fig. 2 dargestellten wahlweise verwendbaren Ausführungsform kann die mittlere Elektrode 18' auf der anderen Kristallseite angebracht werden.

Die Flächenelektroden können auf beliebige geeignete Weise hergestellt werden, beispielsweise dadurch, daß Scheibchen oder Pillen eines sogenannten Verunreinigungsmaterials, z. B. aus Indium, auf die Seite bzw. die Seiten der N-Germaniumscheibe 12 aufgelegt werden. Diese Scheibe mit den Pillen wird sodann in einer Wasserstoffatmosphäre oder in einem inerten Gas wie Argon erhitzt. Dabei wind die Temperatur so hoch gewählt, daß die Verunreinigungspillen schmelzen und sich mit dem Germanium legieren, so daß Inversionsschichten entstehen; Die dabei entstehenden Flächenelektroden enthalten Sperrschichten, dünne Schichten aus P-Materiai und Zonen, welche aus Legierungen von Indium und Germanium bestehen und keine Halbleitereigenschaften besitzen. Bei einer Scheibe aus N-Germanium kann das Verunreinigungsmaterial aus Indium, Aluminium, Gallium, Bor oder Zink oder aus mehreren dieser Akzeptoren bestehen. Bei einem Halbleiterkörper aus P-Material können als Verunreinigungsmaterial Arsen, Wismut, Antimon, Schwefel, Selen, Tellur oder Phosphor ader mehrere dieser Donatoren verwendet werden.

In der Anordnung nach Fig. 1 sind die drei Basiselektroden 50, 52 und 54 am Umfang des Halbleiterkristalls angebracht. Diese Basiselektroden liegen dabei jeweils in der Verlängerung der Verbindungslinie zwischen der mittleren Elektrode 18 und einer der Elektroden 20, 22 und 24, jedoch ist dfese Ausrichtung der Basiselektroden nicht unbedingt notwendig.

Für den Betrieb der Halbleiter nach Fig. 1 und 2 wird eine Dreiphasen-Steuerspannung zwischen die Basiselektroden 50, 52 und 54 gelegt, so daß innerhalb des Germaniumkörpers 12 ein Drehfeld entsteht. Zu diesem Zweck werden die Sekundärwicklungen 56, 58 und 60 der Transformatoren! 62, 64 und 66 zwischen die Basiselektroden 50 und 52, 50 und 54 sowie zwischen 52 und 54 geschaltet. Die P nimärwicklungen der Transformatoren werden mit den drei Phasen eines- gewöhnlichen Drehstroms Φ_ν Φ₂ und Φ₃ gespeiet.

In der Anordnung 10 soll die eine Elektrode, z. B. die Elektrode 18, als Emittor arbeiten, während die Elektroden 20, 22 und 24 als Kollektoren arbeiten sollen. Zu diesem Zweck wird die Elektrode 18 in der Fluß richtung gegenüber dem Germaniumkristall vorgespannt, indem diiese Elektrode über eine Leitung 68 an die positive Klemme einer an ihrer negativen Klemme geerdeten Batterie 70 angeschlossen wird. Eine Eingangssignalquelle 71 wird an den Emittor 18 beispielsweise über ein Widerstandskapaziitätsglied 72 angeschlossen. Die Kollektorelektroden 20, 22 und 24 sind gegen die Germaniumschöiibe durch Anschluß über die Leitungen 74, 76 und 78 an die negativen Klemmen von mit ihren positiven Klemmen geerdeten Batterien 80, 82 und 84 in der Sperrichtung vorgespannt. Geeignete Ausgangskreise, die in Fig. 1 durch die nicht bezeichneten Pfeile angedeutet sind, sind an die Kollektorelektroden 20, 22 und 24, beispielsweise über die Widerstandskapazitätsglieder 86, 88 und 90, angeschlossen.

Vom Emittor 18 werden Ladungsträger in den Germaniumkörper 12 unter Steuerung durch das von der Quelle 71 gelieferte Signal injiziert. Unter dem Einfluß des von den drei Phasen Φ_ν Φ_Ζ,Φ_Ά der Steuerspannung erzeugten elektrischen. Drehfeldes zwischen den Basiselektroden 50, 52 und 54 geht der Strom vom Emittor der Reihe nach auf die drei Kollektarelektroden 20, 22 und 24 über. Der Überang der Ladungsträger zu jeder Kollektorelektrode erzeugt einen Ausgangsstrom im Belastungskreis "edes Kollektors. Die Halbleiter-Anordnung 10 dient somit als ein Signalverteiler, durch welchen ein einziges zusammengesetztes Signal in eine Mehrahl von getrennten Signalen umgewandelt werden kann. Die Inversionsschichtelektroden der Anordnung 10 können auch in der umgekehrten Richtung arbeiten, so daß die Elektrode 18 dabei die Rolle

eines einzigen Kollektors spielt, während die Elektroden 20, 22 und 24 jeweils die Funktion eines Emittors übernehmen können. Eine solche Anordnung kann als Multiplexeinrichtung dienen, mit welcher eine Mehrzahl von den einzelnen EmittoTen zugeführten getrennten Signalen in ein zusammengesetztes an dem einen Kollektor auftretendes Signal umgewandelt werden kann. Die beiden beschriebenen Ausführungsformen können zusammen betrieben werden, beispielsweise die eine "in einem Signalempfänger und die andere in einem Signalsender. Dabei hat das elektrische Drehfeld in beiden Fällen dieselbe Frequenz.

In Fig. 3 besteht die im ganzen mit 92 bezeichnete Halbleiter-Anordnung aus einem N-Germaniumkristall 94 von rechteckiger Form. Vier Inversionsschichtelektrodeni i8₀, 20_a, 22_a und 24_a, die einen Emittor und drei Kollektoren ebenso wie in Fig. ι und 2 darstellen, sind auf dem Germandunikristall ebenso wie bei Fig. 1 und 2 angeordnet. Die Basiselektroden 96, 98, 100 und 102 sind mit je einer Seite des Kristalls durch Löten galvanisch verbunden. Die Elektroden i8„, 20_a, 22_a und 24,, sind vorgespannt und im übrigen ebenso wie die Anordnung 10 in Fig. 1 geschaltet. Das elektrische Drehfeld wird jedoch bei dieser Ausführungsform durch Zuführung zweier sinusförmiger und gegeneinander um 90⁰ verschobener Signale an je zwei einander gegenüberliegende Basiselektroden erzeugt. Eine derartige Schaltung erlaubt den Betrieb mit höheren Frequenzen als die Schaltung nach Fig. 1. Zu diesem Zweck werden die Basiselektroden 96 und 100 über die Sekundärwicklung eines Transformators 104 gespeist, dessen Pritnärwicklung mit einer sinusförmigen Spannung Φ_α von einer SpannungsqueMe 105 erregt wird. Ebenso werden die Basiselektroden 98 und 102 von der Sekundärwicklung eines Transformators 106 gespeist, dessen Primärwicklung mit einer sinusförmigen Spannung Φ^ von einer Spannungsquelle 107 erregt wird. Die Spannungen Φ_α und Φ₆ der Spannungsquellen 105 und 107 haben eine Phasenverschiebung von 90⁰ gegeneinander.

Die .Schaltung nach Fig. 3 kann zur Zusammensetzung von Farbsignalen in einem Farbfernsehsender verwendet werden, in welchem beispielsweise drei getrennte Signale erzeugt werden, die der roten, der grünen und der blauen Grundfarbe einer fernzusehenden Szene entsprechen. In einem derartigen Sender haben die drei getrennten Farbsignale verschiedene Phase und können moduliert werden, so daß sich ein zusammengesetztes Signal ergibt, welches weiter 'beeinflußt und schließlich ausgesandt werden kann. Dabei wird die Elektrode ι S₀ in der Sperriehtung vorgespannt und arbeitet als Kollektor, während die Elektroden 20_a, 22_a und 24a in der Flußrichtung vorgespannt werden und als Emittoren arbeiten. Ein rotes Signal kann beispielsweise dem Emittor 2O₀, ein grünes Signal dem Emittor 22„ und ein blaues Signal dem Emittor 24_a zugeführt werden. Das elektrische Feld läuft mit der richtigen Farbenwechselfrequenz um, und das Ausgangssignal am Kollektor i8„ ist ein zusammengesetztes Signal mit einem roten, einem grünen und einem blauen Anteil.

Eine ebenso wie die Anordnung 94 ausgebildete Anordnung, jedoch mit einem einzigen Emitter und mit drei Kollektoren, kann in dem zugehörigen Farbfernsehempfänger zur Aufteilung des zusammengesetzten Fairbsignals benutzt werden. Damit werden wieder der rote, grüne und blaue Signalantail voneinander getrennt und schließlich einzeln der Farbwiedergaberöhne zugeführt.

Die Elektroden 20, 22, 24 oder 2O_a, 22_a, 24,, können unsymmetrisch zueinander oder zu der Mittelelektrode 18 bzw. i8₀ angeordnet werden, um eine unsymmetrische Siignalvierteilung zu erzeugen oder beispielsweise das Signal eines einzigen Emittors auf zwei Kollektoren zu verteilen. Eine solche unsymmetrische Signalverteilung kann beispielsweise beim Farbfernsehen zur Verbesserung des S ignal-zu-Rausch-Verhältnisses in gewissen Farbkanälen benutzt werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 enthält eine im ganzen mit 108 bezeichnete Halblei ter-Anordnung mit einem Halbleiterkristall 109, beispielsweise einer Scheibe aus N-Germanium mit einer zentralen Elektrode 110 und sechs weiteren Elektroden in bis 116, die alle von der Zentralelektrode 110 gleich weit entfernt sind und gleiche Abstände voneinander besitzen. In dem Germandumkristall wird wieder ein elektrisches Drehfeld erzeugt. Die hierzu dienende Einrichtung kann ebenso ausgebildet sein wie diejenige in Fig. 3 und besteht somit aus den einander gegenüberliegenden Basiselektroden 117 und 118, an denen eine erste sinusförmige Spannung liegt, sowie aus den beiden anderen einander gegenüberliegenden Basiselektroden 119 und 120, zwischen denen eine um 90⁰ phasenverschobene sinusförmige Spannung liegt.

Die Anordnung 108 kann zur Vereinigung von Signalen oder zu deren Trennung verwendet werden, je nachdem, ob die mittlere Elektrode 110 als Kollektor und die anderen sechs Elektroden 111 bis τ 16 als Emittoren geschaltet werden oder umgekehrt.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Halbleiter-Anordnung mit einem Körper aus halbleitendem Material, auf dem eine Mehrzahl von gleichrichtenden Elektroden angebracht ist, gekennzeichnet durch elektrische Anschlüsse an getrennten Stellen des Halbleiterkörpers zur Erzeugung eines elektrischen Drehfeldes im Halbleiterkörper, welches den Stromübergang zwischen den einzelnen Elektroden beeinflußt.

2. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse drei Basiselektroden bilden, über die je eine andere Phase einer dreiphasigen Steuerspannung an dem Halbleiterkörper liegt.

3. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden gleiche Abstände von einer der gleichrichtenden Elektroden besitzen.

4- Halbleiter-Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse zwei Paare von einander gegenüberliegenden Basiselektroden darstellen, daß jedem Paar eine sinusförmige Steuerspannung zugeführt wird und diese beiden sinusförmigen Spannungen um 90⁰ gegeneinander phasenverschoben sind.

5. Halbleiter-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste der gleichrichtenden. Elektroden zentral auf dam Halibleiterkörper angeordnet ist und daß die anderen Elektroden uim diese erste Elektrode herum symmetrisch liegen und von der ersten Elektrode und voneinander' alle gleichen Abstand besitzen.

6. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß alle Elektroden Inversionsschlichten enthalten.

7. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch S oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode als Kollektor und die' anderen Elektroden als Emittoren geschalltet sind.

8. Halbleiter-Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode als Emitter und die anderen Elektroden als Kollektoren geschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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