DE967259C

DE967259C - Flaechentransistor

Info

Publication number: DE967259C
Application number: DEG13110A
Authority: DE
Inventors: Robert Noel Hall
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1952-11-18
Filing date: 1953-11-19
Publication date: 1957-10-31

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Halbleiter und bezieht sich auf einen Flächentransistor.

Die Halbleiter Germanium und Silizium werden üblicherweise in positive und negative Halbleiter, d. h. in Halbleiter vom P-Typus und vom N-Typus unterteilt, und zwar nach der Art und dem Vorzeichen der in ihnen vorherrschenden Stromträger. Bei P-Halbleitern ist die Richtung des Gleichrichtereffektes ebenso wie die Polarität der in ihnen erzeugten thermoelektrischen und photoelektrischen Spannungen und der Hallspannungen die umgekehrte wie bei N-Halbleitern. Nach der anerkannten Theorie ist die Stromleitung bei N-Material vorwiegend elektronisch, d. h., sie besteht in der Bewegung freier Elektronen. Die Stromleitung im P-Material besteht vorwiegend aus der Bewegung von sogenannten positiven Löchern, welche von Fehlelektronen im Elektronensystem der Atome des Halbleiters herrühren.

Es wurde gefunden, daß die Frage, ob ein bestimmter Halbleiterkörper N-Eigenschaften oder P-Eigenschaften zeigt, von der Art der Verunreinigungselemente in dem Halbleiter herrührt. Manche Verunreinigungselemente, welche Elektronenspender genannt werden, haben eine höhere Valenz als das Halbleitermaterial und rufen zusätzliche freie Elektronen in dem Halbleiter hervor, so daß ein N-Halbleiter, also ein Halbleiter mit überschüssigen Elektronen, entsteht. Andere Verunreinigungselemente, die Akzeptoren genannt werden, haben eine niedrigere Valenz als der Halbleiter

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und bewirken eine Bindung von Elektronen des Halbleitermaterials, so daß ein P-Halbleiter, d. h. ein Halbleiter mit einem Überschuß an positiven Löchern, gebildet wird. Diese Spender- und Akzeptorverunreinigungen können beide als Aktivatoren bezeichnet werden. Die Elemente Antimon, Phosphor und Arsen aus der Gruppe V des Periodischen Systems sind Beispiele für Spenderaktivatoren für Germanium und Silizium, während die ίο Elemente Aluminium, Gallium und Indium aus der Gruppe III des Periodischen Systems Beispiele für Akzeptoraktivatoren für Germanium und Silizium darstellen. Gewöhnlich sind nur verschwindend kleine Mengen dieser Aktivatoren, nämlich weniger als ein Teil auf eine Million, ausreichend, um ausgesprochene elektrische Eigenschaften der einen oder der anderen Art hervorzurufen.

Flächenhalbleiter sind solche Halbleiter, bei welchen eine Zone eines P-Halbleiters an eine Zone ao eines N-Halbleiters angrenzt und sich an der Übergangsstelle eine innere Raumladungsschwelle bildet, die Inversionsschicht genannt wird. Diese Inversionsschicht besitzt ausgesprochene Gleichrichtereigenschaften und thermoelektrische und photoelektrische Eigenschaften. Durch die Inversionsschicht tritt der Strom nur in einer Richtung leicht hindurch, und man kann mittels Licht- oder Wärmeeinwirkung auf die Inversionsschicht elektrische Ströme zwischen der P- und der N-Zone erzeugen oder modulieren.

Es wurde kürzlich gefunden, daß ein Halbleiterkörper mit einer Zone vom einen Leitfähigkeitstyp, an welche zwei Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angrenzen, so daß zwei Inversionsschichten entstehen, sich als Dreielektrodenhalbleiter oder Transistor zur Verstärkung von Strömen, Spannungen und Leistungen verwenden läßt. Diese Halbleiterverstärker werden als P-N-P- bzw. als N-P-N-Flächenhalbleiter bezeichnet, je nachdem wie die Halbleiterzonen in ihnen verteilt sind. Die Dreielektrodenhalbleiter mit zwei Inversionsschichten werden als Flächenhalbleiter oder als Inversionsschichthalbleiter bezeichnet zum Unterschied von Transistoren, bei welchen zwei Gebiete mit kleiner gleichrichtender Fläche durch Punktelektroden erzeugt werden und die Funktion der Inversionsschichten übernehmen.

Um die Verstärkung und das Verhalten bei hohen Frequenzen von Flächentransistoren zu verbessern, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, die mittlere Zone zwischen den beiden Inversionsschichten ziemlich dünn, nämlich gewöhnlich dünner als 0,025 ^cm> ^zu machen.

Ein Problem bei der Herstellung so dünner mittlerer Zonen von Flächentransistoren besteht darin, eine Elektrode an dieser dünnen mittleren Zone zu befestigen, ohne die Inversionsschichten auf beiden Seiten dieser Zone kurzzuschließen. Man hat daher bisher entweder zugespitzte Drähte oder Elektroden mit Linienkontakt verwenden müssen, um eine so kleine Kontaktfläche auf der schmalen Kante der mittleren Zone anbringen zu können.

Solche Kontakte sind aber sehr empfindlich, können nur einen begrenzten Strom führen und können seitlich abgleiten, wenn sie nicht mit der mittleren Zone sehr gut verbunden oder verschweißt sind.

Ein Zweck der Erfindung besteht daher darin, eine Elektrode mit großer Kontaktfläche auf der dünnen mittleren Zone eines Flächentransistors anzubringen und dabei die Inversionsschichten beiderseits der mittleren Zone nicht kurzzuschließen. Außerdem soll dabei die Injektion der Stromträger verbessert und dadurch der Verstärkungsfaktor des Transistors erhöht werden.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flächentransistor, enthaltend einen Halbleiterkörper mit einer ersten und einer zweiten Zone vom einen Leitfähigkeitstyp, die durch eine dritte Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp getrennt sind, mit Inversionsschichten beiderseits der dritten Zone. Erfindungsgemäß ist eine Elektrode aus einem Aktivatormaterial, das Stromträger vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie in der dritten Zone hervorruft, verwendet, und diese steht in gutem Kontakt mit der dritten Zone und in gleichrichtendem Kontakt mit der ersten und zweiten Zone. Wenn beispielsweise die mittlere Zone aus einem P-Halbleiter besteht, so soll die Elektrode aus einer Akzeptorverunreinigung bestehen. Wenn andererseits die mittlere Zone aus einem N-HaIbleiter besteht, so soll die Elektrode aus einer Spenderverunreinigung bestehen. Die aufgesetzte Elektrode soll dabei die Inversionsschichten überdecken und auf einer oder auf beiden Seiten der mittleren Zone die angrenzenden Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstypus berühren, so daß ein kräftiger und für verhältnismäßig hohe Ströme geeigneter Basiselektrodenanschluß an dem Halbleiterkörper geschaffen wird. Diese Aktivatorelektrode wird mit der Oberfläche des Halbleiters an der Berührungsstelle verschmolzen und in die Oberfläche eingeschmolzen. Wegen ihrer Aktivierungswirkung erzeugt diese Aktivatorelektrode an der Einschmelzstelle überschüssige Stromträger vom gleichen Leitfähigkeitstyp, wie sie die mittlere Zone besitzt, so daß von der Basiselektrode in der mittleren Zone keine Stromträger vom falschen Leitfähigkeitstyp injiziert werden können. Gleichzeitig tritt zwischen dem Gebiet, in welches der Aktivator eingeschmolzen ist, und den außenliegenden Zonen entgegengesetzter Leitfähigkeit eine Inversionsschicht auf, und diese letzteren Inversionsschichten vereinigen sich mit den inneren Inversionsschichten des Halbleiters.

Bei einem Transistor nach der Erfindung für hohe Leistungen wird eine Anzahl von Flächenhalbleitern in demselben Halbleiterkörper gebildet, und eine einzige Aktivatorelektrode, vorzugsweise in Form einer Lötmittelschicht, bewerkstelligt den Kontakt mit allen mittleren Zonen, ruft die Stromträger in ihnen hervor und bildet Inversionsschichten gegenüber den anderen Zonen von entgegengesetzter Leitfähigkeit.

Bei einem anderen Hochleistungstransistor wird eine geschichtete Anordnung mit mehrfacher Inversionsschicht geschaffen, bei der die dünne mittlere

Zone parallel zu den äußeren parallelen Flächen verläuft. Gemäß der Erfindung wird eine Anzahl von miteinander verbundenen Aktivatorelektroden in Vertiefungen, die durch eine oder beide äußeren Zonen hindurchreichen, eingesetzt und stellt den Anschluß mit der mittleren Zone her, während gleichzeitig Inversionsschichten an der Berührungsstelle mit den äußeren Zonen entstehen.
Fig. ι ist eine perspektivische Darstellung eines

ίο einfachen Flächentransistors gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Elektrodenanschlusses an die mittlere Zone des Flächentransistors nach Fig. ι;

Fig. 3 und 4 sind perspektivische und teilweise im Schnitt gehaltene Darstellungen von Hochleistungstransistoren gemäß der Erfindung.

In Fig. ι ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche einen Transistor 10 mit zwei Inversionsschichten zeigt, bei der der HaIbleiterkörper 11 die Form einer flachen Germaniumscheibe besitzt. Die Scheibe besteht aus zwei N-Zonen 12 und 13 und aus einer mittleren, vorzugsweise dünnen P-Zone oder Schicht 14. Der Körper 11 kann etwa eine Länge von 0,25 cm, eine Breite von 0,075 ^{cm un(}i ^ei^ne Dicke von 0,05 cm besitzen. Die Zone 14 bildet mit den Zonen 12 und 13 und den Inversionsschichten 15 und 16 einen zusammenhängenden Körper. Der Einfachheit der Beschreibung halber werden die Zonen 12 und 13 im folgenden als die N-Zonen und die Zone 14 als die P-Zone bezeichnet, jedoch ist zu beachten, daß jede dieser Zonen auch den umgekehrten Leitfähigkeitstyp haben kann, so daß ein P-N-P-Flächenhalbleiter statt eines N-P-N-Flächenhalbleiters entsteht. Der Emitter und der Kollektor 17 und 18 sind auf den N-Zonen 12 und 13 angebracht und sind vorzugsweise mit diesen Zonen verschmolzen. Die Eelektroden 17 und 18 können aus jedem gut leitenden Metall bestehen, sollen aber vorzugsweise einen Spenderaktivator wie Antimon enthalten, um überschüssige negative Stromträger in den Zonen 12 und 13 hervorzurufen. Wenn ein P-N-P-HaIbleiter verwendet wird, enthalten die Elektroden 17 und 18 vorzugsweise ein Akzeptorelement, um überschüssige positive Stromträger in den P-Zonen hervorzurufen, mit denen sie verschmolzen sind. Um eine hohe Verstärkung und ein gutes Verhalten bei hohen Frequenzen zu erreichen, wird die mittlere Zone 14 ziemlich dünn gemacht, näm-Hch dünner als 0,025 cm, in der Längsrichtung des Körpers 11 gemessen. Für den Anschluß einer Elektrode an die dünne Schicht 14 steht nur deren Schmalseite zur Verfügung.

Gemäß der Erfindung wird eine Basiselektrode 19 in mechanisch widerstandsfähiger Weise mit der Mittelzone 14 verbunden, ohne die Inversionsschichten 15 und 16 kurzzuschließen, indem mit der Mittelzone und wenigstens einer äußeren Zone 12 oder 13 ein kleines Kügelchen eines Aktivator-So elements 19 verschmolzen wird, welches Stromträger der gleichen Leitfähigkeitstype, wie sie in der Mittelzone 14 vorhanden sind, hervorruft. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann diese Basiselektrode 19 dabei über beide Inversionsschichten 15 und 16 hinwegreichen. Wenn ein N-P-N-Flächenhalbleiter nach Fig. 1 vorliegt, muß die Aktivatorelektrode 19 aus einem Akzeptorelement wie Indium oder aus einer Mischung von Akzeptorelementen bestehen. Bei einem P-N-P-Flächenhalbleiter muß diese Basiselektrode aus einem Spenderelement wie Antimon oder aus einer Mischung von Spenderelementen bestehen. Die Elektrode 19 soll aus einem sehr reinen Material bestehen und darf keine elektrisch leitenden Elemente enthalten, welche keinen oder den falschen Aktivierungseffekt auf den Halbleiter haben.

Die Verschmelzung der Akzeptorelektrode 19 mit den Zonen 12 bis 14 ruft zwei Wirkungen hervor, die an Hand der Fig. 2 beschrieben seien. Zunächst wird durch die Imprägnierung und durch das Eindiffundieren des Akzeptormaterials in die Gebiete 20 und 21 der N-Zonen 12 und 13 das Material an diesen Stellen in einen P-Halbleiter umgewandelt. Infolgedessen werden Inversionsschichten 22 und 23 an der Grenze der Eindring- tiefe des Akzeptormaterials in die Zonen 12 und 13 gebildet. Die Inversionsschichten 22 und 23 verschmelzen mit den ursprünglichen Inversionsschichten 15 und 16. Man kann diesen Vorgang so betrachten, daß die Basiselektrode 19 eine Verbindung mit einer an der Halbleiteroberfläche verbreiterten P-Zone herstellt und Inversionsschichten mit den N-Zonen 12 und 13 bildet. Die zweite Wirkung der Aktivatorelektrode besteht darin, das an die Halbleiteroberfläche angrenzende Gebiet 24 der mittleren P-Zone 14 ebenso wie die Gebiete 20 und 21 mit überschüssigen positiven Strom trägern zu imprägnieren. Mit der mittleren Zone wird daher ein ergiebiges Reservoir von positiven Stromträgern verbunden. Außerdem wird, was für einen guten Betrieb des Transistors wichtig ist, durch dieses Reservoir von positiven Stromträgern die Injektion von negativen Stromträgern von der Basiselektrode 19 in die P-Zone 14 verhindert. Solche von der Basiselektrode injizierten negativen Stromträger vermindern die Steuerwirkung auf den Kollektorstrom seitens der negativen Stromträger, welche von der N-Zone 12 injiziert werden, wenn ein Strom in der Durchlaßrichtung zwischen dem Emitter 17 und der Basis 19 übergeht. Man erkennt, daß gewöhnliche Metallelektroden, z. B. Kupfer, Platin, Gold oder Silber, eine solche Injektion von negativen Stromträgern seitens der Basiselektrode in die P-Zone 14 nicht verhindern.

Wenn ein P-N-P-Flächenhalbleiter statt des N-P-N-Halbleiters 11 verwendet wird, besteht die Basiselektrode 19 aus einer Spenderverunreinigung. Die Verschmelzung dieser Spenderverunreinigung mit einem P-N-P-Flächenhalbleiter erzeugt in entsprechender Weise Inversionsschichten gegenüber den äußeren P-Zonen und eine gute Elektronen liefernde Verbindung mit der mittleren N-Zone.

Die gewünschte Verschmelzung zwischen der Aktivatorelektrode 19 und den Gebieten 20, 21, 24 der N-P-N-Scheibe n läßt sich dadurch herstellen, daß man einen Tropfen oder ein Kügelchen des

Aktivatormaterials in Kontakt mit dem Halbleiter Ii bringt und dann vorzugsweise in einer nicht oxydierenden Atmosphäre genügend hoch und genügend lang erhitzt, bis die Aktivatorelektrode 19 fest mit der Oberfläche verschmilzt. Die Temperaturen liegen zwischen 300 und 700⁰ C für Germanium und etwas höher für Silizium, je nach der für den Aktivator 19 verwendeten Spender- oder Akzeptorverunreinigung. Die Erhitzungsdauer kann zwischen etwas weniger als einer Sekunde und mehreren Minuten liegen. Die Zeit und die Temperatur sind nicht kritisch und müssen nur so gewählt werden, daß eine Benetzung und ein erkennbares Eindringen des Aktivators 19 in den Halbleiter stattfindet. Wenn ein N-P-N-Halbleiter aus Germanium mit einer Basiselektrode 19 aus Indium verwendet wird, haben sich Temperaturen in der Nähe von 400⁰ C und eine Dauer der Erhitzung von einigen Minuten als ausreichend zur Bewerkstelligung der gewünschten Verschmelzung herausgestellt. Bei einem P-N-P-Halbleiter aus Germanium mit einer Basiselektrode 19 aus Antimon muß man auf etwa 650⁰ C für etwa die gleiche Dauer erhitzen.

Transistoren nach Fig. 1 und 2 ergeben Stromverstärkungsfaktoren über 50, wenn sie in einer üblichen Verstärkerschaltung mit geerdetem Emitter betrieben werden.

In Fig. 3 ist ein Hochleistungstransistor 30 gemaß der Erfindung dargestellt. Er enthält eine Germaniumscheibe 31 mit den in der einen Längenabmessung der Scheibe angeordneten N-Zonen 32 bis 35, zwischen denen die P-Zonen 36, 37, 38 liegen. Die Halbleiterscheibe 31 kann zweckmäßig 2,5 cm lang, 1,25 cm breit und 0,1 cm dick gemacht werden. Die überzugartigen Elektroden 39 bis 42 bestehen vorzugsweise aus einem Spenderaktivator oder enthalten einen solchen Spenderaktivator wie Antimon und sind auf der einen Außenfläche der N-Zonen 32 bis 35 gut leitend mit großer Kontaktflache angebracht. Jeder dieser Metallüberzüge 39 bis 42 ist streifenförmig, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Streifen die Inversionsschichten 47 bis 52 auf beiden Seiten der P-Zonen 36 bis 38 nicht überdecken und kurzschließen. Die Elektroden 39, 41 und 40, 42 sind abwechselnd mittels der Leitungen 43 bzw. 44 miteinander verbunden und stellen den Emitter bzw. den Kollektor des Transistors 30 dar. Die Elektroden 39 bis 42 können auch Metalle enthalten, welche keine Spenderaktivatoren sind, dürfen jedoch keinen Akzeptoraktivator enthalten, wenn sie wie in Fig. 3 mit den N-Zonen verbunden sind.

Der Basiselektrodenanschluß an die P-Zonen 36 bis 38 wird mittels einer Schicht oder Platte 45 aus einem Akzeptorelement wie Indium hergestellt, welches mit einer leitenden Platte 46 verbunden und mit der Unterseite der Halbleiterscheibe 31 verschmolzen ist. Die Verschmelzung der Basiselektrode 45 mit der Germaniumscheibe hat, ebenso wie bei Fig. 1 und ζ erläutert, die Wirkung, einelnversionsschicht'zu jeder N-Zone32 bis 35 herzustellen und eine gute positive Löcher in den P-Zonen 36 bis 38 hervorrufende Verbindung zu schaffen. Ein Transistor 30 nach Fig. 3 kann nicht nur aus N-Zonen, die durch dünne P-Zonen getrennt sind, aufgebaut werden, sondern auch umgekehrt aus P-Zonen, die durch dünne N-Zonen getrennt sind, wobei dann ein Spenderaktivator wie Antimon an Stelle der Akzeptorplatte 45 aus Indium treten muß.

Ein Hochleistungstransistor 30 nach Fig. 3 hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion. Außer der größeren Strombelastbarkeit liegen die Emitter- und KoI-lektorelektroden näher an den Inversionsschichten und ermöglichen daher eine bessere Steuerung des die Inversionsschichten durchsetzenden Stromes. Außerdem ist es nicht nötig, die Lage der Inversionsschichten in der Germaniumscheibe 31 genau festzulegen, da die Aktivatorelektrode 45 die ganze Unterseite der Scheibe 31 bedeckt und daher ein guter Anschluß an die P-Zonen 36 bis 38 sichergestellt wird.

Außerdem kann man an Stelle der vier N-Zonen und drei P-Zonen nach Fig. 3 auch sehr viel größere Zahlen von aufeinanderfolgenden N- und P-Zonen verwenden, um die Strombelastbarkeit noch zu erhöhen.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Halbleitern mit mehreren Inversionsschichten besteht darin, eine Schmelze aus einem Halbleiter wie Germanium herzustellen, mit einer geringen Menge einer Spenderverunreinigung wie Antimon und einer geringen Menge einer Akzeptorverun- gs reinigung wie Gallium, wobei die Verunreinigungen so bemessen sind, daß ein Eigenhalbleiter, also ein im elektrischen Gleichgewicht befindlicher Halbleiter, als Kristall aus der Schmelze mit einer bestimmten Wachstumsgeschwindigkeit gezüchtet werden kann. Die gewählten Spender- und die Akzeptorverunreinigungen ändern ihre Ausscheidungskonstante innerhalb eines Bereichs der Wachstumsgeschwindigkeit in verschiedener Weise, wobei dieser Bereich die bestimmte konstante Wachstumsgeschwindigkeit des Eigenhalbleiters einschließt. Ein Germaniumkristall wird dann durch Herausziehen eines sogenannten Impfkristalls aus der Schmelze gezüchtet und dabei die Temperatur der Schmelze periodisch erhöht und erniedrigt, um die Wachstumsgeschwindigkeit über die konstante Wachstumsgeschwindigkeit für Eigenhalbleiter anzuheben und unter diesen Wert zu senken, so daß längs des entstehenden Kristalls Zonen von entgegengesetzter Leitfähigkeit miteinander abwechsein. Aus einem solchen Kristall kann dann ein Halbleiterstück mit mehreren Inversionsschichten herausgeschnitten werden.

In Fig. 4 ist ein weiterer Hochleistungstransistor 53 dargestellt, der einen Halbleiterkörper mit nur drei verschiedenen Zonen wie der Transistor in Fig. ι enthält, aber gegenüber dem Transistor in Fig. ι eine Reihe von Vorteilen aufweist.

Der Transistor 53 enthält ein rechteckiges Halbleiterstück 54, dessen Länge und Breite erheblich größer sind als seine Dicke und das eine mittlere

P-Zone 55 zwischen den N-Zonen 56 und 57 und parallel zur Ober- und Unterseite besitzt. Der Körper 58 kann zweckmäßig aus einer Germaniumscheibe von 1,25 cm Länge, 1,25 cm Breite und 0,1 cm Dicke bestehen. Mit der Ober- und Unterseite sind plattenförmige Metallelektroden oder Überzüge 58 und 59 aus einem Spenderelement verschmolzen oder anderweitig mit der Ober- und Unterseite gut leitend verbunden, so daß ein An-Schluß an die Zonen 56 und 57 hergestellt wird. Die Elektroden 58 und 59 stellen die Emitter- und Kollektorelektrode für den Transistor 53 her. Die Leitungen 60 und 61 dienen zum Anschluß der Emitter- und Kollektorelektrode 58 und 59.

Der Halbleiterkörper 54 kann natürlich aus einem Kristall herausgeschnitten werden, der mit veränderlicher Wachstumsgeschwindigkeit nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Ein anderer Weg zur Herstellung des N-P-N-Körpers 54 besteht darin, eine P-Germaniumscheibe vorzugsweise von einer Reinheit, die einem spezifischen Widerstand von 2 Ohmzentimetern entspricht, auf beiden Seiten mit Elektroden aus einem Spenderaktivator wie Antimon in Kontakt zu bringen und genügend lange auf eine Temperatur zu erhitzen, um eine Verschmelzung, eine Imprägnierung und ein Eindiffundieren dieser Aktivatorelektroden auf beiden Seiten der Scheibe hervorzubringen, so daß diese Zonen zu einem N-Halbleiter werden. Eine mittlere P-Zone oder Schicht der ursprünglichen P-Scheibe bleibt bestehen und entspricht der Zone 55 in Fig. 4. Ein P-N-P-HaIbleiter läßt sich auch durch Erhitzung einer hochgradig reinen N-Germaniumscheibe herstellen, wenn ihre Ober- und Unterseite mit Elektroden aus einem Akzeptor in Berührung gebracht werden, so daß an der Ober- und Unterseite ein P-Halbleiter mit einer mittleren N-Zone entsteht. Wenn Antimon bei einer P-Germaniumscheibe benutzt wird, so läßt sich die gewünschte Verschmelzung und Imprägnierung durch Erhitzung auf etwa 650⁰ C für die Dauer von 1 oder 2 Minuten erreichen. Wenn Indium bei einer N-Germaniumscheibe benutzt wird, läßt sich die gewünschte Verschmelzung und Imprägnierung innerhalb derselben Zeit bei einer Temperatur von etwa 450⁰ C erzielen.

In Fig. 4 besitzt die Emitterelektrode 58 eine Reihe von Löchern 62. Unmittelbar unterhalb dieser Löcher und innerhalb ihrer lichten Weite sind kleine Vertiefungen 63 in dem Halbleiterkörper 54 eingebohrt oder anderweitig angebracht, welche bis zu der P-Schicht55 oder etwas darüber hinaus reichen. Jede Vertiefung 63 wird vollständig oder teilweise mit einem Akzeptorelement 64 wie Indium gefüllt und dieses Element mit den Wänden jeder Vertiefung 63 verschmolzen. Wie oben erläutert, stellt das Element 64 eine gute und positive Löcher hervorrufende Verbindung mit der P-Schicht55 her und erzeugt Inversionsschichten in den Gebieten der N-Zonen 56 und 57, mit denen es verschmolzen ist. Das Aktivatorelement 64 stellt somit einen Basiselektrodenanschluß für den Transistor 53 dar, und es werden alle Aktivatorelektroden in den verschiedenen Vertiefungen 63 durch einen geeigneten Leiter 65 miteinander verbunden, so daß sie zusammen als Basiselektrodenleitung dienen können. Eine Mehrzahl von miteinander verbundenen, räumlich getrennten Aktivatorelektroden 64 ist gegenüber einer einzigen solchen Elektrode deshalb im Vorteil, weil die schlechte Leitfähigkeit längs der Schicht 55 die Steuerwirkung jeder solchen Elektrode auf den Kollektorstrom auf ein Gebiet in der unmittelbaren Umgebung jedes Basiselektrodenanschlusses begrenzt.

Die Transistoren 30 in Fig. 3 und 53 in Fig. 4 haben Flächengrößen der Inversionsschicht, welche einige hundertmal so groß sind wie bei dem kleinen Stabtransistor in Fig. 1 und haben ferner eine viel bessere Wärmeableitung. Die Transistoren 30 und 53 sind daher für viel größere Leistungen verwendbar als der Transistor 10. Die Transistoren 30 und 53 können in der Emitter- und der Kollektorelektrode einen Strom von mehreren Ampere führen, ohne in ein nichtlineares Gebiet gesteuert zu werden. Da Kollektorspannungen von 50 bis 100 Volt benutzt werden können, sind also Leistungen von etwa 100 Watt zulässig.

Außerdem haben die Transistoren 10, 30 und 53 Eingangswiderstände an der Basiselektrode, die viel kleiner sind, als sie bisher erreichbar waren. Ein Transistor nach Fig. 1 besitzt zwischen der Aktivatorelektrode 19 und der P-Schicht 14 einen Widerstand von weniger als 20 Ohm gegenüber etwa 400 Ohm bei gewöhnlichen, unter Druck aufliegenden Punktkontakten oder angeschweißten Kontakten.

Claims

Patentansprüche:

1. Flächentransistor, enthaltend einen Halbleiterkörper mit einer ersten und einer zweiten Zone vom einen Leitfähigkeitstyp, die durch eine dritte Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp getrennt sind, mit Inversionsschichten beiderseits der dritten Zone, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode aus einem Aktivatormaterial, das Stromträger vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie in der dritten Zone hervorruft, verwendet ist und daß diese in gutem Kontakt mit der dritten Zone und in gleichrichtendem Kontakt mit der ersten und zweiten Zone steht.

2. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mit der mittleren Zone und einer der beiden anderen Zonen verschmolzen ist, so daß sie eine der beiden Inversionsschichten überdeckt.

3. Flächentransistor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei durch eine P-Zone getrennte N-Zonen und einen Emitter und einen Kollektor in gut leitendem Kontakt auf den N-Zonen sowie eine aus einem Akzeptor bestehende Basiselektrode besitzt.

4. Flächentransistor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei durch eine N-Zone getrennte P-Zonen und einen Emitter

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und einen Kollektor in gut leitendem Kontakt auf den P-Zonen sowie eine aus einem Spender bestehende Basiselektrode besitzt.

5. Flächentransistor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Inversionsschichten zwischen den entgegengesetzt leitenden P-Zonen gebildet werden und daß die Basiselektrode mit einem Oberflächengebiet des Halbleiterkörpers verschmolzen wird, welches die mittlere Zone berührt und die P-N-S chichten überdeckt.

6. Flächentransistor nach Anspruch 3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode aus Indium bzw. aus Antimon besteht, je nachdem ob die mittlere Zone eine P- oder eine N-Schicht ist.

7. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper zwei einander gegenüberliegendegrößereFlächen besitzt, daß, in der Richtung der einen Kante dieser Fläche gesehen, eine Mehrzahl von Zonen vom einen Leitfähigkeitstyp (P- oder N-Zonen) abwechselnd mit Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp (N- oder P-Zonen) und mit dazwischenliegenden Inversionsschichten vorhanden sind, daß eine Mehrzahl von Elektroden auf den Zonen vom einen Leitfähigkeitstyp (P- oder N-Zonen) an der einen größeren Fläche des Halbleiterkörpers aufliegen und daß eine weitere, aus einem Aktivator bestehende Elektrode zur Erzeugung von Stromträgern des entgegensetzten Leitfähigkeitstyps mit der ganzen anderen größeren Fläche des Halbleiterkörpers verschmolzen ist.

8. Flächentransistor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einer flachen rechteckigen Germaniumscheibe besteht, deren Länge und Breite viel größer sind als ihre Dicke, daß, in der Richtung der Länge oder Breite gesehen, die Zonen vom einen Leitfähigkeitstyp mit dazwischenliegenden dünnen Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angeordnet sind und daß die Mehrzahl von Elektroden auf miteinander abwechselnden Zonen vom einen Leitfähigkeitstyp unter sich verbunden sind.

9. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Halbleiterkörper enthält, dessen größere Abmessungen viel größer sind als seine Dicke, daß, in der Richtung der Dicke gesehen, zwei Zonen eines ersten Leitfähigkeitstyps (P- oder N-Zonen) vorhanden sind, zwischen denen sich eine Zone des entgegengesetzten oder zweiten Leitfähigkeitstyps (N- oder P-Zone) befindet, daß der Körper eine Mehrzahl von Vertiefungen besitzt, die durch die eine der Zonen des ersten Leitfähigkeitstyps in die Zone vom zweiten Leitfähigkeitstyp hineinreichen, daß eine Mehrzahl von Aktivatorelektroden (aus Spender- oder Akzeptormaterial) innerhalb der Vertiefungen mit der Zone vom zweiten Leitfähigkeitstyp verschmolzen ist und daß eine Emitter- und eine Kollektorelektrode je in Kontakt mit den Zonen vom ersten Leitfähigkeitstyp stehen.

10. Flächentransistor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivatorelektroden miteinander verbunden sind und aus Indium bzw. aus Antimon bestehen, je nachdem ob die Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps eine P- oder eine N-Zone ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung W 6366 VIIIc/2ig, 11/02;

USA.-Patentschrift Nr. 2 603 693;

Phys. Rev., Vol. 83, 1951, Nr. 1, S. 151 und 152; Phys. Rev., Vol. 84, 1951, Nr. 4, S. 833.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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