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Halbleiteranordnung
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Dadurch wird der Halbleiter mit Minoritätsträgern überschwemmt und die Spannung UD abgebaut, so dass man jetzt ohne grossen Spannungsaufwand von C nach B gelangt.
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erläutert werden. Die Dotierung der Zone I ist nicht homogen. Als Legierungspille wird erfindungsgemäss eine Mischung verwendet, die Donatoren und Akzeptoren gleichzeitig enthält. Dabei ist z. B. Indium mit einer Beimischung von etwa Wo Arsen für einen legierten pn-Übergang in p-Germanium gewählt. Man kann sich vorstellen, dass dann in derRekristallisationszone n-leitende (z. B. 14) und p-leitende (z. B. 13)
Gebiete nebeneinander entstehen.
Die n-leitendenGebiete geben eine Elektroneninjektion in die benachbarte Mittelzone, die p-leitenden Gebiete erzeugen einen ohmschen Nebenschluss, der mit wachsendem
Strom immer unwirksamer wird, da der Widerstand eines pn-Überganges in Flussrichtung mit wachsendem
Strom immer kleiner wird. Ein legierter Übergang dieser Art zeigt also ein starkes Anwachsen der Minoritätsträgerinjektion mit wachsendem Strom. Dieselben Eigenschaften zeigt auch ein Indium-Zinn-Kontakt, der zusätzlich eine n-Dotierung aufweist. Man kann sich auch in diesem Fall vorstellen, dass die Rekristallisationszone aus vielen Kristalliten besteht, die teils injizierenden, teils ohmschen Charakter haben.
Die erfindungsgemässe Anordnung hat grosse Vorteile gegenüber dembekanntenIndium-Zinn-Kontakt.
Durch die zusätzliche n-Dotierung zeigt die Zone I eine grosse Elektroneninjektion in die benachbarte Zone II, die bei kleinen Strömen sehr klein und erst kurz vor Erreichen der Durchbruchspannung stark ansteigt. Dadurch werden im Sperrbereich geringe Sperrströme und im niederohmigen Bereich geringe Restspannungen erzielt, eine Eigenschaft, die ein diffundierter pn-Übergang sehr gut zeigt, einen legierten pn-Übergang jedoch als Emitter in Schaltdioden bisher ungeeignet machte, da hier schon bei kleinsten Strömen eine grosse Injektion erfolgt.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäss der Erfindung dargestellt. Auf einem halbleitenden Körper 5 mit Störstellenleitung, insbesondere geringer Leitfähigkeit, ist durch Diffusion eine Schicht 6 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, aber insbesondere höherer Leitfähigkeit erzeugt. Die beiden Aussenzonen 7 und 8 sind durch Einlegieren gebildet. Ausserdem ist wenigstens die eine Aussenzone 8 zugleich n-und p-dotiert. Dabei besitzen die Zonenübergänge einen kleineren Querschnitt als der scheibenförmige Halbleiterkörpers. Auch die auf diesen Halbleiterkörper aufgebrachten Aussenzonen besitzen einen Querschnitt, der kleiner als der Halbleiterquerschnitt ist.
Ein Teil eines Ansatzes 9 des scheibenförmigen Halbleiterkörpers 5 ist auf seiner ganzen Fläche durch Eindiffusion einer Mittelzone 6 gebildet.
Eine beispielsweise Ausführungsform dieser Anordnung wird folgendermassen hergestellt : Als Ausgangs. materialwirdeinScheibchenausp-Germaniumvon2,7mmDuchmesserundeinerDickevon130 und einem spezifischen Widerstand von 8 bis 10 Ohm. cm verwendet. In dieses Scheibchen wird allseitig eine 5/l dicke Arsenschicht mit einer Oberflächenkonzentration von 5. 1017 Störstellen/cm3 eindiffundiert.
Die Oberfläche wird anschliessend kurz, d. h. etwa 5 Sekunden, mit Cl 4 = 1 Teil Brom gelost in 24 Tei-
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oige Flusssäure,handlung wird auf einer Seite des Scheibchens ein kreisförmiger Fleck abgedeckt und die ganze Anordnung etwa eine Minute in derselben Lösung geätzt. Auf diesen Fleck wird später eine dünne runde Aluminiumschicht von 1 mm Durchmesser aufgedampft und so einlegiert, dass der eindiffundierte pn-Übergang nicht durchstossen wird. Vorher wird auf der gegenüberliegenden Seite des Scheibchens eine Kugel mit 0, 9-1 mm Durchmesser aus 98 Gewichtsprozent Indium + 2 Gewichtsprozent Arsen aufgebracht und legiert. Die Legierungstemperatur wird zwischen 350 - 5000 C variiert. Die Legierungsdauer beträgt 4 - 6 min.
Dabei werden Legierungsfronten verschiedener Eindringtiefen und damit verschiedene Basisdicken erzielt. DieDicke der Halbleiterscheibe 5 macht sich in einer Änderung der Durchbruchspannung bemerkbar. Bei niedriger Legierungstemperatur und Dicken von 100 g erhält man Durchbruchspannungen von 100 bis 150 V, bei höheren Legierungstemperaturen und Dicken von 25/l solche von 20 bis 30 V.
Wesentlich für das Auftreten eines instabilen Gebietes ist die Zusammensetzung der Legierungskugel.
Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von reinstem Indium als put Kontakt keine Emitterwirkung zeigt.
Wesentlich ist der Zusatz eines n-dotierenden Materials wie z. B. Arsen.
In Fig. 5 ist die typische Kennlinie einer erfindungsgemässen Anordnung, die wie oben beschrieben hergestellt wurde, wiedergegeben. Die Kurve 10 zeigt die Abhängigkeit des Stromes von der Spannung in Durchlassrichtung. Schon bei kleinen Spannungen nimmt der Strom grosse Werte an. Die Kurve 11 zeigt die Stromspannungscharakteristik in gesperrtem Zustand. Bei einer Spannung von 100 V und einem Strom von etwa 2 mA erfolgt der Durchbruch. Die Spannung an der Anordnung geht auf den Durchlasswert von 0, 4 bis 0, 5 V zurück und der Strom steigt auf den durch den Belastungswiderstand gegebenen Wert an.
Der Anstieg der Kennlinie in durchlässige Zustand erfolgt sehr langsam. Bei 1 Volt fliessen 200 mA, bei I, 6 V 400 mA.
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Erfindungsgemäss wird diese stromabhängige Minoritätsträgerinjektion auch durch die in Fig. 6 darge- stellte Anordnung erreicht, bei der wenigstens eine Mittelzone, z. B. II, zwei benachbarte halbleitende
Aussenzonen hat, von denen je eine, z. B. I', den entgegengesetzten, die andere, z. B. I, den gleichen
Leitungstyp hat. Ausserdem hat die Aussenzone I eine höhere Leitfähigkeit als die ihr benachbarte Mittel- zone II. Der Indium-Zinn-Kontakt mit zusätzlicher n-Dotierung wird also in einen normalen pn-Über- gang l'und in einen ohmschen Kontakt 1 aufgeteilt. Der pn-Übergang l'wird z. B. durch Einlegieren von Zinnarsen erzeugt, der ohmsche Kontakt 1 durch Einlegieren von Indium oder Gold. Beide Kontakte sind im Falle einer der Fig. 6 entsprechenden Anordnung verbunden.
In der in den Fig. 3 und 3a darge- stellten Anordnung sind sie innig miteinander verschmolzen.
Der ohmsche Nebenschluss, der, wie weiter oben beschrieben, durch die p-leitenden Gebiete der Re- kristallisationszone erzeugt wird, kann auch durch Überbrückung einer der beiden Aussenzonen mit einem
Widerstand R hergestellt werden. Erfindungsgemäss wird daher weiter vorgeschlagen, dass mindestens eine der beiden Mittelzonen II bzw. III über einen insbesondere regelbaren Widerstand R mit der Aussenzone I bzw. IV verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass man mit verschiedenen Widerstandswerten für den ohm- schen Nebenschluss eine gewünschte Durchbruchspannung der Halbleiteranordnung einstellen kann. Dies ist sehr günstig, da es sehr schwierig ist, derartige Halbleiteranordnungen zu fertigen, die alle bei der gleichen Durchbruchspannung UD umschalten.
In Fig. 2 ist die Kennlinie 6 einer Anordnung gemäss der Erfindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, bei der der Übergang 3 mit dem WiderstandR überbrückt ist, gestrichelt gezeichnet. UD'ist die durch den Widerstand R erhöhte Durchbruchspannung. Beim Umpolen der Spannung wirkt der ohmsche Nebenschluss über den Widerstand R, wie die p-Gebiete der Rekristallisationszone in Fig. 3. Der in Fig. 3 überbrückte Übergang wirkt also auch beim Umpolen der äusseren Spannung nicht sperrend.
Man kann erfindungsgemäss auch eine niedrige Durchbruchspannung UD mit einer guten Flusskenn- linie kombinieren, wenn man an Stelle des Widerstandes R insbesondere einen Richtleiter verwendet, der den Strom durch den Nebenschluss unterbindet, wenn der pn-Übergang 1 in Flussrichtung liegt. Man erhält dann maximale Elektroneninjektion in III.
Schaltet man in der Anordnung nach Fig. 3 einen Kondensator parallel, so kann man die Diode zur Schwingungserzeugung benutzen.
Eine Änderung der Durchbruchspannung bewirkt auch der in Fig. 4 in die Zuleitung des p Kontakts geschaltete Widerstand R. Er kann, wenn sein Wert insbesondere veränderlich ist, wiederum zur Regelung der Durchbruchspannung der Anordnung verwendet werden. Ausserdem kann der Widerstand auch wieder durch einen Richtleiter ersetzt sein, der den Strom durch den Kontakt l'unterbindet, wenn der Kontakt 1 in Flussrichtung liegt. In diesem Fall erhält man maximale Elektroneninjektion in das Gebiet II. Durch Einfügen eines RC-Gliedes ist es ausserdem möglich, die Anordnung zum Schwingen zu bringen. Schliesslich kann der Widerstand R durch eine andere Grösse gesteuert werden, so dass man mit dieser Anordnung verstärken kann.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn der Wert des Widerstandes R in der Grössenordnung des Flusswiderstandes des überbrückten pn-Übergangs liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Halbleiteranordnung mit vier hintereinanderliegenden halbleitenden Zonen unterschiedlicher Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Aussenzonen (I bzw. IV) mit Störstellen, die den gleichen Leitungstyp, und solchen, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie die benachbarte Mittelzone (II bzw. III) erzeugen, dotiert ist, wobei die Konzentration der letzteren Störstellen so gewählt ist, dass der äussere Übergang (1 bzw. 3) in einer Richtung Minoritätsträger in die benachbarte Mittelzone (II bzw. III) injiziert, in der andern Richtung aber keine Sperrwirkung aufweist.