NO136887B - Fremgangsm}te til rensing av h¦ytkokende estere. - Google Patents

Description

Flatetransistor.

En transistoranordning er kjent, hvis grunnlegeme består av N-ledende silicium. I dette halvlederlegeme av N-typen er der inndif fundert to diffusjonslag, nærmere bestemt et N-lag og under dette et P-lag. Det inndif funderte N-lag utgjør en tetrodes emittersone, mens den mellomliggende sone av P-lednimgstypen danner tetrodens basissone. Konsentrasjonen av forurensninger i N-laget er valgt høyere enn i P-laget. For fremstilling av hjelpebasis- og styre-basiselektroder er der gjennom begge diffusjons-

lag ført P-«dopede» strimmelformede elektroder, mens kontakten med emittersonen er dannet ved hjelp av en elektrode som er flat og innlagt i emittersonen mellom de to basiselektroder.

Ved å påtrykke en egnet likespenning mellom hjelpebasis- og styrebasis-elektrodene kan man ved denne kjente tetrodeanordning langs basissonen frembringe et elektrisk felt som begrenser tetrodens emissjon til et smalt område av emittersonen umiddelbart inntil styrebasis-elektroden. Denne kjente anordning har den fordel at den ytre basismotstand som opptrer mellom den innlegerte styrebasis-elektrode og be-gynnelsen av den umiddelbart tilstøtende emittersone, blir så liten at den kan settes ut av betraktning. Da den indre basismotstand som blir virksom i den emitterende sones område, ved den kjente anordning likeledes kan holdes lav, nærmere bestemt ved en tilsvarende reduksjon av den emitterende sones bredde ved hjelp av det langsgående felt i basissonen, får den kjente anordning ved en tilsvarende dimensjonering og doping av basissonen den laveste basismotstand blant alle de hittil kjente transistor anordninger.

Der hefter dog, til tross for dette ved

de kjente transistoranordninger, prinsipi-elle mangler som er forbundet med tekno-logiske vanskeligheter, slik at denne kjente anordnings forhold ved høyfrekvens ikke er bedre enn ved de kj ente høyfrekvenstransi-storer eller såkalte «mesa»-transistorer (herunder forståes transistorer med en basissone som er inndiffundert i et kollektor-legeme; for å nedsette kollektorkapasite-ten blir halvlederlegemet etter innlegerin-gen av emittersonen etset slik at over-gangssonen mellom basis- og kollektorsonen reduseres; den derved oppnådde struktur kalles en «mesa»-struktur).

Disse mangler ved den kjente mesa-formede tetrodeanordning har først og fremst sin årsak i at der, i motsetning til hva tilfellet er ved de andre kjente transistorer, er anordnet tre elektroder på emittersiden. Til dette kommer at mesastruk-turen henholdsvis mesaflaten allerede ved anordninger som er bestemt for en drifts-frekvens på noen få hundre MHz, ikke må være vesentlig bredere enn 100 |^, slik at den innbyrdes avstand mellom tilføreslstrådene ved den kjente tetrodeanordning ikke kan gjøres større enn 25 til 30 (.i. Ved høyere frekvenser må avstandene være tilsvarende mindre. Det er innlysende at denne lille avstand mellom de på emittersiden an-ordnede elektroder i betydelig grad gjør det vanskelig å få kontakt med elektrodene. Den lille elektrodeavstand har enmvidere til følge at der som elektrodetilførselsled-ninger bare kan anvendes meget tynne trå-der som representerer forholdsvis høye led-ninigsmotstander og ledningsinduktiviteter som gjør seg meget uheldig gjeldende, særlig ved høye frekvenser.

For å unngå disse mangler foreslåes ifølge oppfinnelsen ved en flatetransistor, hvor der på emittersiden er anordnet en første elektrode som er ohmsk forbundet med basissonen, på emittersonens overside å anordne en annen elektrode som likeledes er ohmsk forbundet med basissonen og dessuten også sammen med emittersonen danner enten en svakt sperrende eller en ohmsk kontakt.

Gjenstanden for oppfinnelsen, som er gjengitt på tegningene ved endel utførelses-eksempler, skal i det følgende forklares i forbindelse med en transistor med en P-N-P-sonerekkefølge, selvom en analog utførelse med N-P-N-sonerekkefølge også er mulig. Det skal allerede her henvises til at en spesiell utførelse av oppfinnelsen i henhold til fig. 3—5 viser en transistor, hvor der mellom basis- og kollektorsonen er anordnet en svakt dopet henholdsvis intrinsict ledende mellomsone. Det har til og med i henhold til en videre utforming av oppfinnelsen vist seg fordelaktig å gå en slik P-N-I-P- henholdsvis N-P-I-N-transistor med tetrodeegenskaper.

Som allerede nevnt har den nedenfor beskrevne transistor en P-N-P-sonerekke-følge, og den skal som eksempel beskrives i forbindelse med et halvlederlegeme av germanium, selvom også andre halvleder-materialer, som eks. silicium eller A]nBv-forbindelser, kan finne anvendelse. (Til AITJBv-forbindelsene hører forbindelser som gallium-arsen, indium-fosfid og alumini-um-antimonid, hvis komponenter er valgt fra III. og V. gruppe i det periodiske sy-stem.) En slik P-N-P-transiistors emittersone 3 er meget sterkt dopet med P-feilposisjoner, mens den forholdsvis tynne basissone 4 er sterkt dopet med N-feilposisjoner (kontradopet), dog bare så sterkt at feilposisjonstettheten i basissonen er mindre enn i emittersonen. Den kollektorsone 5 som støter til basissonen 4, er i likhet med emittersonen dopet med P-feilposisjoner for å gi ledmingstypen P.

På emittersiden av denne P-N-P-transistor er der, i motsetning til hva tilfellet er ved de kjente elektrodeanordninger, i overflaten bare innlegert to elektroder. Leger-ingsmaterialet for disse to legeringselektroden er slik valgt at der ved tjelp av legerin-

gen oppstår sterkt N-dopede halvledersoner 6 og 7 som tilhører legeringselektrodene 1

og 2. Dette og de følgende betraktninger gjelder på analog måte for transistorer med omvendt lag-rekkefølge.

Transistoren i henhold til oppfinnelsen kobles som en normal transistor og har, som denne, tilsammen bare tre elektrode-tilførselsledninger, nemlig den med kollek-torelektroden 9 forbundne ledning 10, den med legeringselektroden 1 forbundne ledning 11 og den med legeringselektroden 2 forbundne ledning 12. Under drift passerer der gjennom elektrodeledningen 12 foruten emisjonstrømmen også en ytterligere strøm fra legeringselektroden 2 til elektroden 1 gjennom basissonen, hvilken sistnevnte strøm, som ved en tetrode i basissonen frembringer et langsgående felt som er nødvendig for å begrense eller «snøre inn» emissjonen. Den vesentlige fordel ved oppfinnelsen består således i at tetrodeeffek-ten oppnås ved hjelp av en tre-elektroders anordning.

Ved hjelp av en sterk doping av emittersonen 3 og den dertil støtende halvledersone 7 som tilhører legeringselektroden 2, kan det oppnås at den P-N-overgang som dannes i overgangsområdet mellom halv-ledersonen og emittersonen, får en meget lav Zener-gjennombruddsspenning som er mindre enn 0,5 V, henholdsvis får en såkalt «backward-diode»'s karakteristikk. Ved en slik karakteristikk av P-N-overgangen som er dannet av emittersonen 3 og legerings-elektrodens 2 halvledersone 7, kan strøm-men til emitteren, som ved anordningen ifølge fig. 1, tilføres over denne P-N-overgang, slik at der for emittersonen 3 ikke trenges noen metallskjermning som er ohmsk forbundet med legeringseelektroden 2. Transistorer av denne konstruksjon er forholdsvis lette å fremstille og har tilfreds-stillende forsterkeregenskaper ved noen hundre MHz.

Hvis man imidlertid stiller høyere krav til den beskrevne halvlederanordning, fremfor alt med hensyn til frekvensgren-sen, vil motstanden i emittersonen 3 mellom legeringselektroden 2 og det emitterende sted 13 gjøre seg forstyrrende gjeldende. Det er derfor fordelaktig, som vist på fig. 2, å påføre emittersonen 3 et metallisk belegg 14 som har metallisk kontakt med elektroden 2, men ikke med elektroden 1. Det me-talliske belegg 14 gjøres fortrinnsvis så bredt at der bare blir tilbake en sikkerhets-avstand mellom belegget 14 og elektroden 1 for å unngå en kortslutning; nærmere bestemt er det for transistorens høyfrekvens-forhold gunstig når emittersonen er så vidt dekket med metall at det bare blir igjen en viss, teknologisk betinget sikkerhetsav-stand mellom metallet og elektroden 1.

Da anordningen ifølge oppfinnelsen til tross for sin tetrodekarakter, bare trenger to elektrodetilførselsledninger på emittersiden, foreligger den mulighet å utføre elektrodetilførselsledningene kraftigere enn ved tre elektrodeledninger og følgelig med lav ohmsk og lav induktiv motstand. Fig. 2 viser et eksempel på en transistor ifølge oppfinnelsen med strimmelformede elek-trodetilførselsledninger 11 og 12, hvis bredde loddrett på tegningens plan kan velges stort sett lik den tilsvarende lengde av elektrodene 1 og 2, fig. 2.

Elektroden 2 kan også, som vist på fig. 5, utføres slik at den omslutter elektroden 1 fullstendig, f. eks. som et rør. Bortsett fra den ved denne anordning oppnådde fordel at der ikke kan oppstå noen overflate-lekasjestrøm fra kollektoren til elektroden 1, kan tilførselsledningene 10, 11 og 12 i overensstemmelse med fig. 5 utføres slik at transistoren lett lar seg bygge inn i en ko-aksialledning med emitterledningen 12 forbundet med den ytre leder.

Det har vist seg at kollektor-motstanden ved de kjente tetrodeanordninger i vesentlig grad er skyld i at den kjente anordning er ubrukbar ved høye frekvenser. Inn-gående beregninger har nemlig vist at det er den ohmske del av kollektorformotstan-den som ved meget høye frekvenser i det vesentlige representerer den ohmske del av utgangsledningsevnen ved en slik tetrode og dermed i sterk grad nedsetter den høyest mulige frekvens ved hvilken svingninger i en oscillatorkobling ennu er mulig, dvs. den øvre svingegrense. For å unngå disse tap foreslåes der i henhold til den videre oppfinnelse å dope kollektorsonen meget sterkt såsom med et antall feilposisjoner på IO<17 >til 10<2O>/cm:\ og i henhold til fig. 3 anordne en intrinsic-ledende sone 8 mellom basissonen 4 og kollektorsonen 5.

Denne mellomsone 8 kan også være svakt N- eller P-ledende for det tilfelle at en slik svak N- eller P-doping teknologisk sett lar seg lettere gjennomføre. Imidlertid må f. eks. en N-doping av sonen 8 bare være så høy at romladningssonen i emissjonsområdet 13 ved P-N-overgangen på kollek-torsiden strekker seg over hele bredden av den høyohmige sone 8 som mellom kollektor og basis påtrykkes den lavest fore-skrevne driftsspenning.

De laveste tap og samtidig spennings-uavhengige tilbakevirknings- og utgangs-kapasiteter fås når overgangen mellom den sterkt dopede kollektorsone 5 og den høy-ohmige sone 8 forløper bråest mulig, og sonen 8 er dopet i så liten grad (N—, P-) at kollektorsperrelagets romladningssorie strekker seg gjennom hele sonen 8, dvs. fra basissonens 4 høy-dopede (N + , P + ) område til kollektorsonens 5 høy-dopede område.

For mange anvendelsesformål er det ønskelig at ikke bare de omhske komponenter av utgangs- og tilbakevirknings-ledningsevnen (under tilbakevirkningsled-ningsevne forståes forholdet mellom inn-gangsstrøm og utgangsspenning når der over utgangen påtrykkes en utgangsspenning og inngangsstrømmen måles ved kort-sluttet inngang) er små, hvilket i henhold til ovenstående forslag oppnås ved hjelp av en jevn, dvs. like bred intrinsic-mellomsone 8, men at også denne ledningsevnes reaktive komponenter. Dette oppnås i henhold til den videre oppfinnelse ved at avstanden mellom basis- og kollektorsonen, dvs. bredden av intrinsic-sonen, på dette sted gjøres mindre enn i de øvrige områder av intrinsic-sonen, hvor emissjonen 1 vesentlig grad finner sted. Dette betyr altså at bredden av intrinsicsonen må variere og i området for det foretrukne emitterende sted 13 være mindre enn i de øvrige områder, hvis de reaktive andeler skal reduseres.

Det lar seg i henhold til fig. 3 for det første realisere ved at basissonen ved ufor-anderlig bredde av kollektorsonen legges dypere i emissjonsområdet 13 enn i de øvrige områder. For det annet består den mulighet å gi kollektorsonen 5 ifølge fig. 5, en ikke jevn, men forskjellig bredde, nærmere bestemt slik at avstanden mellom basis- og kollektorsonen på emissjonsstedet 13 er mindre enn i de øvrige områder. In-trincsonen 8 skal med andre ord i dette spesielle tilfelle være tynnere enn i alle de øvrige områder. En lukket, ringformet utførelse av elektroden 2 eliminerer ved en slik anordning, hvor mellomsonen 8 i det ytre område er tykkere enn i det indre, fa-ren for et overflate-gjennombrudd.

Det skal i denne forbindelse henvises til at de nettopp beskrevne forholdsregler, nemlig innføring av en intrinsic-sone mellom kollektor- og basissonen og varierende dimensjonering av denne intrinsic-sones bredde, likeledes lar seg anvende ved nor-male transistoranordninger uten tetrode-effekt og også ved denne anordning gi en vesentlig forbedring av svingegrensen ved en nedsettelse av utgangsledningsevnen.

De sist omtalte forholdsregler angår unngåelsen av høyfrekvenstap. Ved høy-frekvenstransistorer må man imidlertid også ta i betraktning at strømforsterknin-gen (3 i emitter-basis-kobling skal være størst mulig. Hv's man med f, betegner den frekvens, ved hvilken strømforsterknin-gen (3 er sunket til 1 gjelder som kjent lig-ningen :

hvor tc er mmoritets-ladmngsbærernes gangtid gjennom kollektor-sperrelaget, tb er deres gangtid gjennom basissonen og te og th er tidskonstantene for emis-sjonsmotstandens parallellko<p>ling med den statiske emitterkapasitet (r,.) henholdsvis randkapasitet (tk). Emissjonsmotstanden er forholdet mellom temperaturspennin-gen UT (ca. 25 mV ved værelsetemperatur) og emitterstrømmen I,., og den statiske emitterkapasitet er sperrelag-kapasiteten av P-N-overgangen på emittersiden når der ikke går noen emissjonsstrøm fra emittersonen til basissonen; randkapasiteten oppstår på grensen mellom emittersonen og elektrodens 1 halvledersone 6.

Gangtiden xc i kollektorlaget er proporsjonal med kollektor-sperrelagets tykkelse wsc og omvendt proporsjonal med minori-tets-ladningsbærernes midlere forskyvningshastighet. Da transistorens utgangs-ledningsverdier avhenger sterkt av kollek-torkapasiteten, er det fordelaktig å gjøre wsc så stor som mulig, slik at f, i det vesentlige bestemmes av x,.. Følgelig skal Tc/2 = Tj,; + Tj. + Tjj.

Da den emitterende sone både ved te-troder og ved anordningen ifølge oppfinnelsen er meget smal og grenser direkte til elektroden 1, er det nødvendig at elektroden 1 ikke blir for dypt innlegert for at ikke kollektorfeltets styrke skal bli ned-satt på det emitterende sted 13 som følge av avskjermingseffekter forårsaket av elektrodens 1 fremstikkende halvledersone 6. Elektroden 1 skal derfor heller ikke ved anordninger uten høy-ohms henholdsvis in-trinsicledende mellomlag innlegeres dypere 1 halvlederlegemet enn til den halve tykkelse av kollektorsperrelaget.

Defektelektrodene når ved en feltstyrke på Em = IO<4> V/cm eller høyere i germanium en grensehastighet på omtrent 5 .10" m/s. Kollektorgangtiden t(J wsc/v blir 2 .10-<11> sek. for v = vm (minoritetsladnings-bærernes maksimale forskyvningshastighet som er lik den grensehastighet av minori-tetsladningsbærerne, som oppnås ved sterke elketriske felt).

Ved dimensjoneringen av transistoren i henhold til oppfinnelsen må det påses at feltstyrken i kollektorsperrelaget er større enn eller i det minste lik denne feltstyrke Em. Spenningen U„ i kollektorsperrelaget må altså ennu før emissjonssitrømmen set-ter inn, være større enn 1 V pr. \ x kollektorsperrelagtykkelse. Hvis det derimot går en emissjonsstrøm gjennom kollektor-sperrelaget, danner der seg i dette sperrelag en romladning som er angitt ved forholdet mellom strømtettheten j,,. og forskyvnings-hastigheten. Denne romladning krever imidlertid i tillegg en kollektorspenning, hvis størrelse gir seg ut fra det resonne-ment at der for en forut gitt romladnings-tetthet og sperrelagtetthet finnes en bestemt spenning.

For å oppnå en høy strømtetthet jK og dermed en liten zK, er det derfor fordelaktig å drive transistorene ved en høyest mulig spenning, såsom ved 1/3 til 1/2 av gjennombruddspenningen UK som ved P-N-I-P-transistorer av germanium med en sperrelagtykkelse på 1 \ i utgjør omtrent 20 V. Ved en kollektorspenning på 10 V kan anordningen ifølge oppfinnelsen følgelig drives ved strømtettheter j,; på opp til 8000 A/cm<2> uten at der inntrer noen nedsettelse av defektelektronenes forskyvningshastighet henholdsvis noen romladningsbe-grenset emissjon.

Det er innlysende at så høye strømtett-heter av hensyn til den derved utviklede varme bare lar seg realisere ved anordninger hvor den emitterende sone er meget smal, som tilfellet er ved anordningen ifølge oppfinnelsen og ved te tr oden. Selv ved brå P-N-overganger mellom emitter- og basissonen er T|.; da forholdsvis liten i forhold til xc. Således vil sperrelagtettheten f. eks.

ved en basisdoping på 10<1>H feilposisjoner

pr. cm<3> og et potensialfall VE1, på 0,1 V over

dette emitter-basis-sperrelag, være ca. 1,4. 10-" cm og den spesifike, statiske emitterkapasitet Ci:f. være 1 .10 " F/cm<2>, mens emittertidskonstanten tk antar verdien 3 . 10-12 sek.

Av dette fremgår det at der ved transistoranordninger som arbeider med så høye strømtettheter, bare er lite å vinne ved et

flatt dopingsforløp mellom emitter- og basissonen. Et slikt dopingsforløp gjør seg

til og med gjeldende i negativ retning, da

der allerede ved ca. den dobbelte tykkelse

av sperrelaget mellom emitter- og basissonen og disse høye strømtettheter oppstår opphopninger av defektelektroner på begge sider av sperrelaget, hvilket har til følge en sterk økning av emitter-basis-kapasiteten.

Dessuten gir ved den samme basistykkelse

et konsentrasjonsforløp, ved hvilket der på

sperrelaget til emitteren råder en lavere

konsentrasjon av feilposisjoner enn i mid-ten av basissonen, en vesentlig større basis-gangtid enn ved et konsentrasjonsforløp

med konstant henholdsvis fra emitter til kollektor fallende basis-doping.

Det er derfor ved halvlederanordninger som er tenkt brukt til forsterkning ved meget høye frekvenser, ugunstig å fremstille emitter- og basissonen etter dobbelt-diffusjonsmetoden, som tilfellet f. eks. er ved den kjente tetrodeanordning, da der derved alltid vil oppstå en svakt dopet over-gangssone mellom emitter- og basissonen, såsom av samme bredde som basissonen.

Det er derfor i henhoid til den videre oppfinnelse fordelaktig å gjøre P-N-overgangen mellom emitter- og basissonen brå. En slik brå P-N-overgang kan f. eks. tilveiebringes ved diffusjon fra en legert emittersone som, i henhold til det følgende, i mindre tykkelse inneholder hurtigere dif-funderende feilposisjoner av den ledningstype som ikke bestemmer emittersonens ledningstype, f. eks. ved et germanium-halvlederlegeme ved tilsetning av Sb i den galliumdopede emitter. Ved denne legerings-diffunderings-metode kan de feilposisjoner som bestemmer basissonens ledningstype, under visse omstendigheter an-rikes meget sterkt på emittergrensen, slik at der opptrer ytterst høye statiske emitter-basiskapasiteter.

Denne effekt kan imidlertid unngås hvis man ikke doper emittersonen høyere enn degenerasjonstettheten ved værelsetemperatur T2 (ved Ge ca. 10<19>/cm3) og hvis den maksimale basis-doping Nllin er lik eller mindre enn Ty/T,, ganger egenledningstettheten n, ved den temperatur Tn, ved hvilken basissonen frembringes ved diffusjon (temperaturene Ty og Tn innset-tes her i grader K). Derpå må der avkjøles raskest mulig. Ved en temperatur på 973° K (= 700°C) er egenledningstettheten n; ved germanium omtrent lik 3,4 . IO<18> feil-steder/cm<8>, slik at en maksimal basisdoping på ca. 1 . IO'8 cm:! er mulig.

Antar man som eksempel på basislag-forløpet en tilnærmet lineært avtagende profil med en doping på maksimalt IO<18 >feilposisjoner pr. cm<3> og en basislagtyk-kelse w,j på 1,5 .10-", kan man ved hjelp av kjente ligninger beregne basisgangtiden Tj> til 3,8 .10 12 sek.

Basissonens spesifikke flatemotstand R,, er dog forholdsvis høy. Som spesifik flatemotstand betegnes motstanden av et kvadrat av det ledende basislag som berører forsiden. Dessuten antar emitterstrømtett-hetene betydelige verdier ved høye grense-frekvenser f, og betinger derved en høy spesifik kapasitiv tverr-ledningsverdi mellom emitter og basis. Dette har til følge at den høyfrekvente vekselspenning som lig-

ger mellom basislaget og emitteren, avtar

sterkt med tiltagende avstand fra basis-tilkoblingen. Som virksom emitterbredde kan man betegne 0,7 ganger den avstand fra emitterens kant, i hvilken den spenning som ligger mellom basis og emitter, er sunket til en 2,7-ende del av inngangs-spenningen. B,,w er samtidig bredden av en

transistor med R,, = 0 — dog med samme

TK, tc, xB — som ved samme strømtetthet j,, og samme frekvens f har samme verdi for steilheten og inngangsmotstanden som en vesentlig bredere transistor med ende-lig flatemotstand R,..

Da den spesifike tverrledningsverdi av den statiske og dynamiske kapasitet mellom emitter og basis er omtrent lik ji/UT ved f ^,,,-grensefrekvensen, får man i henhold til de kjente formler for en ho-mogen elektrisk ledning ved frekvensen f denne relasjon:

Temperaturspennmgen UT er omtalt oven-for og er produktet av Boltzmann-konstan-ten k og den abs. temperatur dividert med élektronladningen e, og frekvensen f/,,,, er den, ved hvilken strømforsterkningen uten hensyntagen til kantsoneinnflytelsen er sunket til verdien 1.

Grensefrekvensen uten kantsone (tk 0) er for den som talleksempel valgte anordning lik 9,5 .10!l Hz. Ved denne grense-frekvens blir den virksomme emitterbredde B,,T lik 0,61 |.i og ved f = 3000 MHz ca. 1,1 ix.

Grensefrekvensen f^,,, nedsettes sterkt som følge av kapasiteten av kantsperre-laget mellom emittersonen og elektrodens 1 halvledersone 6. Antas for emittersonen en tykkelse W,, = 1 n og for kantsonen en maksimal doping NK = 4 N,. = 4.IO<18> feilposisjoner pr. cm<3>, når NB betegner basis-dopingen, er th tilnærmet lik tk . WK/<B>EW.

VN1{/N,,. Grensefrekvensen f/9l (den frekvens ved hvilken strømforsterkningen i emitterkobling synker til 1) er altså, når kantsonen tas i betraktning, vesentlig mindre enn f,,,,, ved det valgte regneeksempel, nemlig lik 6000 MHz. Det er derfor fordelaktig å redusere kantkapasiteten ved at emittersonen utformes tynn, slik at grenseflaten mellom første elektrode og emittersonen er lik eller mindre enn den emitterende flate. Frekvensen ffl|(l skiller seg fra frekvensen ff, ved at kapasiteten av rand-sperrelaget mellom emittersonen 3 og halv-ledersonen 6 er satt ut av betraktning ved bestemmelsen av den førstnevnte frekvens. Ennvidere er det gunstig å tilveiebringe en gradvis forløpende P-N-overgang mellom elektrodens 1 halvledersone 6 og emittersonen 3. Dette skjer best ved at man bare doper emittersonen 3 ca. 3—10 ganger så meget som basissonen 4 og sonen 6 minst dobbelt så meget som emittersonen.

Hvis den endelige tykkelse W,, av basissonen 4 først tilveiebringes etter sted-funnen legering av elektroden 1 og ved kortvarig temperering ved en temperatur som bare ligger litt under den maksimale legeringstemperatur, diffunderer halvleder-sonens 6 lett bevegelige donatorer inn i emittersonen 3 og gir en flatt forløpende P-N-overgang.

Der skal dog henvises til at ovenstående er avledet for en transistor med meget bred emitterende overflate. Hvis bare en smal stripe av emitteren emitterer, som ved anordningen ifølge oppfinnelsen, blir strømforsterkningen mindre.

Hvis BEF angir den avstand fra elektrodens 1 halvledersone 6, i hvilken emittersonens 3 emisjon er sunket til en 2,7-ende del, blir i ugunstigste tilfelle, nemlig når grensefrekvensen bare bestemmes av den statiske emitter- henholdsvis kant-kapasitet (tk + t,> » Tc/2 + t„), forholdet (skrevet vektorielt) p/|3n = 1/(1 + VT BFW/BFE) når (3 er tetrodens strømforsterk-ning, (30 er strømforsterkningen for en transistor med forholdsvis bred emissjonssone og j er den imaginære enhetsvektor. For BKE = BKW blir (3 = 0,54 . (3„.

For stor signalforsterkning og sving-ningsfrembringelse er det fordelaktig å gjøre BFF mindre eller lik BFW, da den totale emitterstrøm i så fall kan styres. Ønskes der for en forsterkning av små signaler en høy forsterkningsfaktor |3, kan BFF hensikt-messig økes til ca. 3.BFW. Ved en strim-melformet transistoranordning i henhold til fig. 1—4 med konstant basis-flatemotstand R,, er

B,:, UT . BF/U,,,,

Her er BF emittersonens 3 bredde mellom elektrodene 1 og 2, UT = 25 mV og UE1S driftsspenningen mellom emitter og basis, som for germanium utgjør ca. 0,5 V. Således blir BEF omtrent lik BE/20 ved en lineær anordning. Alt etter de ønskede driftsbetingelser er altså en emitterbredde på 10—100 |.i gunstig ved anordningen ifølge oppfinnelsen.

For fremstilling av en transistor i henhold til fig. 1 utgår man f. eks. fra P-dopede halvlederskiver med en spesifikk motstand på ca. 0,3 til 1 ohm-cm. Først blir et P-dopende metall, såsom In med noe Ga, under tilsetning av en liten prosentsats N-dopende materiale (As eller Sb) på-dampet under høyvakuum på halvlederskiven i tynne lag og emittersonen fremstillet ved legering. Under ettertempereringen diffunderer de bevegelige N-feilposisjoner gjennom legeringssonen inn i grunnmaterialet og danner en N-ledende basissone.

Metallaget løses så av i en egnet syre og oppdeles i skiver på ca. 1 x 1 mm<2> med tykkelse 0,5 mm. Derpå pålegeres der på vanlig måte to legeringspiller med en dia-meter på ca. 80 f. eks. av en In-Sb-Ag-legering, i en innbyrdes avstand på ca. 130 ji, hvoretter der tempereres ved en noe lavere temperatur. Etter en kort etsing dekker man etter fotoresistmetoden langs for-bindelseslinjen mellom de to legeringspiller en ca. 70 bred stripe og foretar en mesa-etsing. Etter at fotoresist-overtrekket er løst av, kan den lille halvlederplate loddes på en transistorfot og bringes i kontakt med to små sølvbånd.

Under den såkalte fotoresist-metode forståes en foto-litografisk fremgangsmåte,

ved hvilken man f. eks. på et halvlederlegeme påfører et lag av lysfølsom lakk som etter påføringen utsettes for lys på bestemte steder. Det foto-følsomme lakklag har den egenskap at de deler av lekklaget som ikke har vært belyst, vil løses opp og fj ernes ved fremkalling med et oppløsnings-middel. Denne metode tjener f. eks. den hensikt ved den påfølgende behandling i etsevæske å begrense etsevæskens angrep til de ubelyste og følgelig utildekkede steder av halvlederoverflaten.

Ved fremstilling av transistorer i henhold til fig. 2 pådampes der f. eks. sink på transistorelementets overflate etter at fotoresist-overtrekket er løst av. Derpå dekkes atter ved fotoresist-metoden de steder av emitteroverflaten som skal forsynes med et metallovertrekk. På de udekkede steder fjernes sinken ved en kortvarig etsing i for-tynnet salpetersyre, hvorpå halvlederele-mentet festes til en sokkel, som nevnt oven-for.

For også å kunne fremstille koaksiale anordninger i likhet med den på fig. 5 ved hjelp av kuleformede legeringspiller, anbefales det på en liten halvlederplate å fremstille tre eller flere transistorer i henhold til den beskrevne fremgangsmåte og anordne dem i stjerneform. Ved en slik fremgangsmåte lar det seg gjøre å bringe samtlige disse transistorers ytterelektroder i kontakt med en gjennomhullet metallskive i likhet med elektroden 2 ifølge fig. 5 og kontakte alle innerelektroder i fellesskap ved hjelp av en sylinder- eller kjegleformet innerleder, i likhet med elektroden 1 på fig. 5. Man kan også anordne transistorene slik at der i stedet for flere innerelektroder bare anvendes én som er felles for alle transistoranordninger.

Ved den mesa-lignende P-N-I-P-anordning i henhold til fig. 3 kan der fremstilles halvlederskiver som i det indre er meget sterkt P-dopet og har et jevntynt, alt etter transistortype ca. 1 til 10 ^ tykt, svakt N-dopet overflatelag. Slike skiver fås på enk-leste måte hvis man på tykkere skiver med den ønskede svake N-doping av overflate-laget ved den fremgangsmåte som anvendes ved fremstilling av effektlikerettere, innlegerer en stor-flate-elektrode (f. eks. med In) som nesten rekker over hele skiven. Legerings- og avkjølingsbetingelsene velges da slik at legeringsfronten mot grunnmaterialet blir mest mulig plan og den én-krystallinske og homogent utskilte del av det rekrystalliserte germaniumlag blir tykkest mulig. Dessuten skal legeringsfronten ligge nær under den ovenforlig-gende skiveoverflate.

Ved skivens kant innlegeres en N-dopet hjelpekontakt (basis) som på samme måte som In-elektroden forsynes med til-førselstråder og dekkes med en egnet isoler-ende lakk. Den ikke dekkede forside av den således preparerte skive etses ved en selv-begrensende elektrolytisk etsemetode. Under etsingen ligger der da mellom bakside-elektroden (elektroden henholdsvis kontakten på den side som ikke skal etses) og hjelpeelektroden en negativ spenning, slik at der på baksidekontakten utvikler seg et sperrelag, hvis tykkelse er avhengig av N-materialets doping og spenningen på baksidekontakten. Mellom elektrolyten og hj elpekontakten påtrykkes der en spenning som likeledes er negativ, men som med hensyn til verdi må være mindre enn den spenning som ligger mellom baksideelek-troden og hj elpekontakten.

På den skive som skal etses, projiseres der gjennom elektrolyten ved hjelp av en sterk lyskilde en ca. 100 |x bred lysstripe som forløper over hele skiven og som be-veges langsomt over skiven på tvers av sin lengdeutbredelse.

Germaniumet vil hurtig bli etset bort på de belyste steder. Etsingen opphører imidlertid av seg selv når bakside-sperrelaget (eller riktigere det sperrelag som til-svarer spenningsforskjellen mellom bak-sideelektroden og elektrolyten) er nådd.

Man kan altså på denne måte fremstille høyt P-dopede skiver som på overflaten har et svakt N-dopet, tynt lag med nøyaktig forutgitt tykkelse. Etter at dekk-materialet er løst av og likeledes metall-laget på baksiden, kan disse skiver, som allerede nevnt, forsynes med et emitter-og et basislag.

Ved halvlederanordninger ifølge fig. 4 må intrinsic-sonen 8 være tykkere på de ikke-emitterende steder en på de emitterende. Dette kan i henhold til ovenstående fremgangsmåte lett oppnås ved at man først innstiller den forspenning som til-svarer den minste lagtykkelse og bare be-lyser de steder på halvlederskiven hvor intrinsic-sonen senere skal ha en mindre lagtykkelse, enn på de øvrige steder. Derpå øker man forspenningen og etser på den beskrevne måte den resterende overflate stripevis inntil intrinsic-sonen har fått den ønskede lagtykkelse.

Det på fig. 5 viste lagforløp kan f. eks. oppnås på følgende måte. Først legeres der i en skive av svakt N-dopet halvledermateriale på de steder som senere skal gi en tynnere, høy-ohms sone 8, inn ca. 10—15 (x tykke P-dopede elektroder. Deretter på-føres der på denne overflate et tynt lag av P-dopet substans, så som In, slik at denne substans dekker hele overflaten. På dette lag trykkes en annen halvlederskive, hvoretter det hele opphetes til legeringstemperatur på en slik måte at den annen halvlederskive antar en høyere temperatur enn utgangskiven. Derved fås et halvlederlegeme med en sterkt P-dopet og en N-dopet halvdel. Derpå blir der av den N-dopede overflate ved hjelp av den beskrevne fremgangsmåte fjernet så meget at de tidligere innlegerte steder såvidt blir synlige som forhøyninger. Såsnart dette er tilfelle, avsluttes etseprosessen.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan naturligvis også fremstilles i henhold til dobbeltdiffusjonsmetoden eller på annen måte. Den på alle figurer med streker inn-tegnede linje 15 antyder i hvert enkelt tilfelle emittersonens 3 grense før innlege-ringen av de to elektroder 1 og 2. Særlig kan man ved dobbelt-diffusjonsmetoden fremstille basistilkoblingene 6 og 7 ved at disse steder f. eks. dekkes med et kvartslag før emitterdiffusjonen. Hvis skivene så umiddelbart etter at kvartslaget er løst av, anbringes i en egnet metallsaltoppløsning,

som det ofte gjøres for at N-N-overgangene

skal bli synlige, kan man på sonene 6 og 7 utskille metallkontaktene 1 og 2.

Den ringformede anordning ifølge fig. 5 kan fremstilles ved pådampning av leger-ingsmaterialene under anvendelse av eg-nede masker eller ved galvanisk utfelling etter at de øvrige deler av halvlederoverflaten er blitt dekket med fotoresist.

Ved utførelsen ifølge fig. 5 omgis elektroden 1 av elektroden 2. Det er imidlertid

også mulig å la elektroden 2 omgis av elek-

troden 1, fortrinnsvis ringformet. Fore-

tatte forsøk viser at slike anordninger, hvor den ene elektrode omslutter den annen fullstendig, muliggjør anvendelsen av særlig tynne basislag 4. Dette har sin grunn i at den tynne basissone 4 ved anordninger av denne art aldri trenger opp til overflaten,,

slik at der over det tynne basislag ikke kan oppstå noe overflategjennombrudd.

Claims (31)

1. Flatetransistor for høye frekvenser, hvor der på emittersonen er anordnet en første elektrode (1) som er ohmsk, dvs. ikke-sperrende forbundet med basissonen, karakterisert ved at der på emittersonens (3) overside er anordnet en annen elektrode (2) som likeledes er ohmsk forbundet med basissonen (4) og dessuten også sammen med emittersonen danner enten en svakt sperrende eller en ohmsk (ikke-sperrende) kontakt.

2. Transistor ifølge påstand 1, karakterisert ved at der på emittersonen er anbragt et metallbelegg (14) som er forbundet med den annen elektrode (2) på emittersonen, men isolert fra den første elektrode (1).

3. Transistor ifølge en av de forgående påstander, karakterisert ved at halvlederlegemets enkelte soner er således dopet at der oppstår en P + -N—-P-, hen holdsvis N + -P + -N--sonerekkefølge, hvor den førstnevnte sone utgjør emittersonen, hvor P+ og N+ betyr sterk og P— og N— betyr svak doping.

4. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at der mellom basissonen og kollektorsonen er lagt en svakt dopet eller intrinsict ledende sone.

5. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at halvlederlegemets enkelte soner er slik dopet at der oppstår en P + -Nf-I-P + — henholdsvis N + -P + -I-N + -sonerekkefølge, hvor den førstnevnte sone utgjør emittersonen.

6. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at overgangen mellom kollektorsonen og den høy-ohms- eller intrinsict ledende sone forløper steilt.

7. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at høy-ohms-sonen henholdsvis den intrinsict ledende sone har en tykkelse som ikke er den samme over hele sonen.

8. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at avstanden mellom basis- og kollektorsonen er valgt mindre i området for emittersonens emitterende del i halvlederlegemets øvrige område.

9. Transistor ifølge en av påstandene 4—8, karakterisert ved at kollektorsonen, for oppnåelse av en lav kollek-toirmotstand, er meget sterkt dopet, såsom med IO<18> til 10-" feilposisjoner pr. cm<s>, og at bredden og feilposisjonskonsentrasjonen av høy-ohms-sonen henholdsvis den intrinsict ledende sone er således valgt at koLlektor-P-N-overgangen ved den lavest forutsatte kollektorspenning i det minste strekker seg over hele bredden av høy-ohms-sonen henholdsvis den intrinsict ledende sone.

10. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at halvlederlegemet har «mesa-struktur» og basissonens flate som følge av «mesa-strukturen» er mindre eller høyst lik kollektorsonens flate.

11. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at grenseflaten mellom første elektrode og emittersonen er lik eller mindre enn emittersonens emitterende del.

12. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at kollektor-sperrelagets tykkelse er således valgt at strømforsterkningen i emitter-basis-kobling ved høye frekvenser for halv-partens eller meres vedkommende bestemmes av kollektor-gangtiden.

13. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at kollektorspenningene er således valgt at den er større enn en tredjedel av kollektor-basis-strekningens gjennombrudd-spenning.

14. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at emitterstrømtettheten er valgt så høy at romladningen av de ladningsbærere som forskyver seg, nettopp ikke gjør seg forstyrrende gjeldende i kollektorsperrelaget ved den laveste driftspenning.

15. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at P-N-overgangen mellom emitter- og basissonen forløper brått.

16. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at feilposisjons-konsentrasjonsforløpet er således valgt at der mellom den første elektrode og emittersonen oppstår en flatt for-løpende P-N-overgang for å oppnå en lav sperrelagskapasitet.

17. Transistor ifølge en av påstandene 1, 2, 4 og 6—16, karakterisert ved at legeringsdybden av den i den svakt dopede basis- henholdsvis kollektorsone innlegerte første elektrode er mindre enn eller lik den halve kollektorsperrelagtykkelse.

18. Transistor ifølge en av de forgående påstander, karakterisert ved at første elektrodes halvlederlag er sterkere dopet enn basissonen.

19. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at basissonen størrelsesmessig sett har 19<10 >feilposisjoner pr. cm<3>.

20. Transistor ifølge en av de forgående påstander, karakterisert ved at emittersonen er 3 til 10 ganger så sterkt dopet som basissonen.

21. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at emittersonens bredde mellom de to emittersidige elektroder er 10 til 100 ^.

22. Transistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at den første elektrode omslutter annen elektrode, såsom ringformet.

23. Fremgangsmåte ved fremstilling av en flatetransistor ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at en liten plate av halvledermateriale først forsynes med en emittersone og en under denne liggende, tynn basissone og at den første elektrode legeres gjennom emittersonen.

24. Fremgangsmåte ved fremstilling av en flatetransistor ifølge en av påstandene 1—22, karakterisert ved at emittersonen fremstilles ved legering under anvendelse av en legeringssubstans som i tillegg inneholder et kontradopende stoff for fremstilling av basissonen, og at basissonen derefter frembringes ved diffusjon fra denne emittersone henholdsvis fra den flyt-ende emitterlegering.

25. Fremgangsmåte ved fremstilling av en flatetransistor ifølge en av påstandene 1—22, karakterisert ved at emitter- og basissonen frembringes ved samtidig eller på hinannen følgende diffusjon fra gassfasen henholdsvis ved diffusjon av et ikke-legerende stoff som er påført halvlederoverflaten.

26. Fremgangsmåte ved fremstilling av en flatetransistor ifølge en av påstandene 1—22, karakterisert ved at den laveste absolutte temperatur ved frembrin-gelse av basissonen ved diffusjon forholder seg til den absolutte værelsetemperatur som intrinsic-konsentrasjonen ved diffusjons-temperatur forholder seg til basisimpreg-neringens maksimale konsentrasjon.

27. Fremgangsmåte ved fremstilling av en flatetransistor ifølge en av påstandene 1—22, karakterisert ved at basissonen først inndiffunderes i en plate av halvledermateriale og at de steder av halvlederoverflaten, hvor de to emittersidige kontakter er anordnet, før diffusjonen av emittersonen dekkes med et egnet stoff som hindrer inndiffusjon av feilstedene.

28. Fremgangsmåte ved fremstilling av en flatetransistor ifølge en av påstandene 1—22, karakterisert ved at den ønskede tykkelse av høy-ohms laget ved fremstilling av en P-N-I-P-anordning oppnås ved en elektrokjemisk etsemetode på en sådan måte at den sterkt P-dopede sone påtrykkes en spenning som er sterkere negativ i forhold til det svakere N-dopede lag enn elektrolyten.

29. Fremgangsmåte ifølge påstand 28, karakterisert ved at der for frem-bringelse av et høy-ohms lag av forskjellig tykkelse ved elektrolytisk etsing, forspenningen over P-N-overgangen først inn-stilles således at romladningstettheten blir lik tykkelsen av høy-ohms-laget på de tynnere steder, og at fortrinnsvis bare disse tynnere steder blir belyst og dermed etset, og at forspenningen derpå økes og den resterende overflate etses inntil den ønskede lagtykkelse er nådd.

30. Fremgangsmåte ved fremstilling av en flatetransistor ifølge en av påstandene 1—22, karakterisert ved at tre eller flere halvledersystemer fremstilles samtidig av en liten halvlederplate og anord-nes innbyrdes i stjerneform, at samtlige ytterelektroder bringes i kontakt med en metallskive med en boring og at alle innerelektroder i fellesskap bringes i kontakt med en sylinder- eller kjegleformet innerleder.

31. Transistor ifølge påstand 30, karakterisert ved at første elektrode omgis av annen elektrode, f. eks. ringformet.