DE949422C

DE949422C - Transistorelement und Schaltung mit demselben zum Verstaerken eines elektrischen Signals

Info

Publication number: DE949422C
Application number: DEN8375A
Authority: DE
Inventors: Pieter Johannes Wilhel Jochems
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-02-02
Filing date: 1954-01-30
Publication date: 1956-09-20
Also published as: US2874232A; CH321681A; GB765568A; FR1092163A; BE526156A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Transistorelement bzw. eine Schaltung mit einem Transistorelement, das aus einem halbleitenden flachen Kristallelement der einen Leitfähigkeit besteht, in dem mit Anschlußelektroden versehene Zonen der anderen Leitfähigkeit vorhanden sind. Sie bezweckt insbesondere, ein Transistorelement zur Verwendung in bestimmten Verstärkerschaltungen zu schaffen, und sie weist das Kennzeichen auf, daß zwei dieser Zonen, von denen die eine Zone sich zu der einen und die andere sich zu der anderen zweier einander gegenüberliegender Oberflächen des Kristallelementes erstreckt, sich innerhalb des Kristallelementes in einem verhältnismäßig kurzen Abstand nähern, der vorzugsweise kleiner als die charakteristische Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger im zwischenliegenden Kristallelement ist, während eine dritte dieser Zonen verhältnismäßig dünn, vorzugsweise von einer Stärke kleiner als die charakteristische Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger in dieser Zone, ist und sich von der einen zur anderen dieser Oberflächen durch das Kristallelement erstreckt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. ι stellt ein Transistorelement nach der Erfindung dar, von dem

Fig. 2 das Ersatzschaltbild und die

Fig. 3 und 4 zwei Verstärkerschaltungen mit einem solchen Transistorelement darstellen.

Das Transistorelement nach Fig. 1 besteht aus einem flachen Kristallelement der einen Leitfähigkeit — z. B. einem Germaniumkristall der n-Leit-

fähigkeit —, in dem Zonen r, 2 und 3 der entgegengesetzten, also im gegebenen Beispiel der p-Leitfähigkeit liegen. Die Zonen 1 und 2 nähern sich dabei in einem verhältnismäßig kurzen Abstand d₂, vorzugsweise kleiner als die charakteristische Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger im zwischenliegenden Kristallmaterial, und erstrecken sich ferner bis zu den einander gegenüberstehenden Oberflächen 4 und 5 des Kristallelementes, wo sie mit Anschlußelektroden e₂ und C₂ verbunden sind. Ferner ist eine dritte Zone 3 der entgegengesetzten Leitfähigkeit vorgesehen, die sich von der einen Oberfläche 4 zur anderen, 5, erstreckt und deren Stärke d_± gleichfalls vorzugsweise kleiner als die

charakteristische Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger in der Zone 3 ist.

Die Zone 3 ist mit einer Anschlußelektrode b_t verbunden, während die mittels der Zone 3 voneinander getrennten Teile der -zuerst genannten Leitfähigkeit (im vorliegenden Beispiel der Leitfähigkeit n) mit Anschluß elektroden e_x und C₁ — b₂ verbunden sind. Die Elektroden e_v b₁ und C₁ dienen als die Emitter-, die Basis- und die Kollektorelektrode eines ersten Transistors, der im Ersatzschaltbild nach Fig. 2 mit I bezeichnet ist, während die Elektroden e₂, b₂ und C₂ als gleiche Elektroden eines zweiten Transistors II (Fig. 2) dienen.

Die Funktionen der Elektroden e_± und C₁ bzw. e₂ und C₂ können dabei nötigenfalls umgekehrt

werden, wie es aus den nachstehend beschriebenen Schaltungen hervorgeht. Wird die Funktion der Elektroden auf diese Weise nach Fig. 1 gewählt, so wird das mit der Elektrode e_t verbundene η-Material von verhältnismäßig niedrigem spezifischein Widerstand und das mit der Elektrode C₁ verbundene η-Material von verhältnismäßig hohem spezifischem Widerstand gewählt. Werden dagegen die Funktionen der Elektroden e_x und C₁ umgekehrt, so werden vorzugsweise auch die Werte des spezifischen Widerstandes umgewechselt.

Da die Anschlußelektroden C₁ und b₂ gemeinsam sind, kann die Elektrode C₁ = b₂ unter gewissen Verhältnissen, z. B. in der noch zu besprechenden Schaltung nach Fig. 3, in Fortfall kommen.

Andererseits kann es unter gewissen Verhältnissen zweckmäßig sein, die Zone 3 mit einer zweiten Anschlußelektrode b_x' zu versehen, so daß bekanntlich die Möglichkeit zur Verstärkung höherer Signalfrequenzen entsteht. Auch kann man gewünschtenfalls statt oder außer der Elektrode C₁ noch eine Elektrode C₁' mit dem η-Teil zwischen den Zonen r, 2 und 3 verbinden.

Das Transistorelement nach Fig. 1 kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß man einen Kristall in einer Richtung in der Weise anwachsen läßt, daß er aus einer geschmolzenen halbleitenden Materialmasse, z. B. Germanium oder Silicium, so langsam aufgezogen wird, daß während des Aufziehens die Leitfähigkeit der geschmolzenen Masse derart geändert wird, daß die Zone 3 entsteht, worauf an der Stelle, an der die Zonen 1 und 2 gebildet werden müssen, gegen den erhaltenen Kristall ein geeignetes Material, z. B.

Indium, angebracht wird, das nach erfolgter Erhitzung während einer vorgeschriebenen Zeitdauer bei einer geeigneten Temperatur, z. B. 500⁰ C, durch Diffusion und/oder Segregation die Bildung der Zonen 1 und 2 bewirkt.

In Fig. 3 ist eine Verstärkerschaltung mit einem Transistorelement I, II nach den Fig. 1 und 2 dargestellt, die sich für Signalfrequenzen bis zur Frequenz Null eignet. Die Signalquelle 7 liegt dabei zwischen der Basiselektrode b_x und einer gewünschtenfalls durch einen Kondensator (nicht dargestellt) entkoppelten Teilspannung einer Speisespannungsquelle 8, von der die eine Klemme mit der Emitterelektrode B₁ und die andere mit der Emitterelektrode e₂ verbunden ist. Es fließt sodann von der Kollektorelektrode C₁ zur Basiselektrode b₂ ein verstärkter Signalstrom, der ein wieder verstärktes Signal über eine im Kreis der Kollektorelektrode C₂ liegende Ausgangsimpedanz 10 erzeugt. Dabei sei bemerkt, daß die Speisespannungsquelle 8 in demjenigen Reihenkreis liegt, der die erste Zone 1 über die Elektrode e₂ mit der dritten Zone 3 über die Elektrode b₂ so verbindet, daß die Grenzschicht zwischen der einen Zone 1 und dem Kristallmaterial in der Vorwärtsrichtung und diejenige zwischen der anderen Zone 3 und dem Kristallmaterial in der Sperrichtung betrieben wird. In diesem Falle kann eine getrennte Anschlußelektrode C₁ = b₂ am Transistorelement I, II entfallen.

In Fig. 4 ist eine weitere Verstärkerschaltung dargestellt, die sich besonders zum Erreichen einer höheren Eingangs- und Ausgangsimpedanz des Transistors eignet. Die Signalquelle 7 ist zu diesem Zweck wieder mit der Basiselektrode ^₁ verbunden, aber hier ist die Kollektorelektrode C₁ mit der einen Klemme und die Kollektroelektrode C₂ über die Ausgangsimpedanz 10 mit der anderen Klemme der Speisespannungsquelle 8 verbunden, während die Emitterelektrode e₂ über einen gegebenenfalls entkoppelten Widerstand 12 an die zuerst genannte Klemme angeschlossen ist. Der innere Widerstand 13 der Signalquelle erzeugt dabei die richtige Vorspannung an der Basiselektrode b_v und der Strom von den mit einer gemeinsamen Anschlußelektrode versehenen Elektroden e_x und b₂ fließt über einen höheren Widerstand nach der Quelle 8 zurück.

Der Transistorteil I ist daher als »geerdeter Kollektor«-Verstärker geschaltet, der bekanntlich eine höhere Eingangsimpedanz aufweist, während der Transistorteil II als »geerdeter Emitter«-Verstärker geschaltet ist, der bekanntlich eine höhere Ausgangsimpedanz aufweist.

Claims

Patentansprüche:

i. Transistorelement, welches aus einem halbleitenden flachen Kristallelement der einen Leitfähigkeit besteht, in dem mit Anschlußelektroden versehene Zonen der anderen Leitfähigkeit vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dieser Zonen, von denen die

eine Zone sich zur einen und die andere sich zur anderen zweier einander gegenüberstehender Oberflächen des Kristallelementes erstreckt, sich innerhalb des Kristallelementes in einem verhältnismäßig kurzen Abstand nähern, der vorzugsweise kleiner als die charakteristische Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger im zwischenliegenden Kristallelement ist, während eine dritte dieser Zonen verhältnismäßig dünn, vorzugsweise von einer Stärke kleiner als die charakteristische Diffusionsiänge der Minderheitsladungsträger in dieser Zone, ist und sich von der einen zur anderen dieser Oberflächen durch das Kristallelement erstreckt.
2. Schaltung mit einem Transistorelement nach Anspruch ι zum Verstärken eines elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speisespannungsquelle in dem die erste und die dritte Zone verbindenden Reihenkreis liegt.
3. Schaltung mit einem Transistorelement nach Anspruch 1 zum Verstärken eines elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil des Transistorelementes · als »geerdeter Kollektore-Verstärker derart geschaltet ist, daß die Signalquelle im Basiskreis dieses Transistorteiles liegt und ein zweiter Teil des Transistorelementes als »geerdeter Emitter«-Verstärker so geschaltet ist, daß eine Ausgangsimpedanz im Kollektorkreis dieses Transistorteiles liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Proc IRE, Bd. 40, 1952, Heft 11, S. 1362, Fig. 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 609 614 9.56