DE1040700B - Verfahren zur Herstellung eines Diffusionstransistors - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines DiffusionstransistorsInfo
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Description
DEUTSCHES
In der Literaturstelle »The Bell' System Technical Journal«, Bd. XXXV, Nr. 1 vom Januar 1956, S. 23
bis 34, ist eine besonders zweckmäßige Form von Diffusionstransistoren 1>ekanntgeworden. Um einen
solchen Diffusionstransistor herzustellen, geht man von einem größeren prismatischen η-leitenden Siliziumeinkristall,
vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt, aus, den man in bekannter Weise aus einer Schmelze herstellt. In diesen Siliziumkörper
läßt man nun von allen Seiten her gleichzeitig Aluminium- und Antimonatome eindiffundieren. Es bildet
sich nach einiger Zeit eine n-p-n-Struktur im Halbleiterkörper aus, derart, daß der Kern des Halbleiterkörpers
η-leitend ist, der von einer p-leitenden Schicht rings umgeben wird, die ihrerseits wieder von
einem η-leitenden Mantel eingehüllt ist. Nach der Dotierung wird der Kristall zerschnitten, und zwar
derart, daß er eine im Inneren des Teilkörpers liegende p-Zone enthält. Einzelheiten zeigt die Fig. 1,
die den entstandenen Teilkristall mit dem Verlauf der Zonen verschiedenen Leitungstypus darstellt. Demgemäß
liegen die vier dünneren Kantenflächen der p-Zone an der Oberfläche des Teilkristalls, während
ihre wesentlich größere obere und untere Fläche von je einer der beiden η-Zonen flankiert wird. Die obere
n-Zone 1 und die darunterliegende p-Zone sind durch den Diffusionsvorgang entstanden und können daher
extrem dünn gehalten werden. So besitzt z. B. die obere n-Zone 1 eine Stärke von etwa 6 μ, die mittlere
p-Zone 2 eine solche von 8 μ. Die untere, vorzugsweise wesentlich stärkere n-Zone 3 besteht aus dem ursprünglichen
η-leitenden Siliziumgrundmaterial, welches durch den Diffusionsvorgang nicht beeinflußt
wurde.
Das so präparierte Kristallstück gemäß Fig. 1 wird nun zu dem in Fig. 2 im Schnitt gezeigten fertigen
Diffusionstransistor vervollständigt. 1, 2 und 3 bedeuten die drei Schichten des Kristallkörpers in derselben
Reihenfolge wie in Fig. 1. 4 stellt den auf die Oberfläche der oberen, dünneren η-Schicht aufgebrachten
Emitteranschluß und 5 den an der Oberfläche der unteren, dickeren n-Schicht 3 angebrachten
Kollektoranschluß dar. Beide können z. B. aus einem Gemisch von Gold mit Antimon bestehen und werden
entweder aufgedampft oder in Form einer Kugel auflegiert.
Die Basiselektrode wird dann durch einen aus reinem Aluminium bestehenden Stift 6 gebildet, der
durch die obere, dünne n-Schicht 1 mindestens bis zu der darunterliegenden p-Schicht 2 vorgetrieben ist.
Er stellt dann mit der p-Schicht 2 einen rein ohmschen Kontakt her, während sich an der Begrenzung
mit der oberen, dünnen n-Schicht 1 und gegebenenfalls mit der unteren, dickeren n-Schicht 3 aus bekannten
Verfahren zur Herstellung
eines Diffusionstransistors
eines Diffusionstransistors
Anmelder:
Siemens Sd Halske Aktiengesellschaft,
Siemens Sd Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2
München 2, Witteisbacherplatz 2
Dr. Herbert Goetzeler, München,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Gründen ein n-p-Übergang und damit eine gewisse Sperrwirkung ausbildet.
Der auf diese Weise entstandene Diffusionstransistor ist als Verstärker für einen sehr weiten Frequenzbereich
brauchbar. Bei geeigneter Dimensionierung der durch Diffusion entstandenen Schichten 1
und 2 kann die Grenzfrequenz bis 100 MHz und darüber liegen. Die Ursache für dieses günstige Verhalten
ist in der extrem dünnen Stärke der Basisschicht 2 des Diffusionstransistors gemäß obiger Konstruktion
zu suchen.
Leider ist die Stromverstärkung dieses Diffusionstransistors noch nicht hoch genug. Der diesbezügliche
Verstärkungsfaktor beträgt 0,95, während der entsprechende Wert der meisten älteren Transistortypen
bei 0,98 bis 0,99 liegt. Die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, die Stromverstärkung
des Diffusionstransistors gemäß obiger Konstruktion zu \-erbessern.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Ursache der schlechten Stromverstärkung dieses
Diffusionstransistors darin liegt, daß sich wegen der zu großen Konzentration der in der obersten, dünnen
Emitterschicht 1 befindlichen Ladungsträger in dieser keine genügend intensive Sperrschicht gegen den
Basiskontakt 6 ausbilden kann, welche den Stromdurchgang vom Emitteranschluß 4 durch die Emitterschicht
1 zum Basiskontakt 6 verhindert. Der durch den Emitterkontakt 4 fließende Strom geht deshalb
bereits innerhalb der Emitterschicht 1 zum Basisanschluß 6, statt seinen Weg über den p-n-Übergang
zwischen Schicht 1 und 2 zu nehmen. Dieser Stromanteil trägt also nichts zur Steuerung des Kollektorstromes
bei, so daß die Stromverstärkung eines solchen Transistors klein ist. Infolgedessen besteht die
Aufgabe der Erfindung darin, den durch den Emitterkontakt 4 fließenden Strom zu zwingen, seinen Weg
•möglichst über den p-n-Übergang zu nehmen.
309 657/362
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Diffusionstransistors,
dessen Halbleiterkörper aus Silizium od. dgl. besteht und dessen Basiselektrode die Emitterhalbleiterschicht
und gegebenenfalls auch noch die Kollektorhalbleiterschicht berührt. Gemäß der Erfindung ist
vorgesehen, daß der Bahnwiderstand des innerhalb der Emitterhalbleiterschicht von der Emitterelektrode
zur Basiselektrode fließenden Stromes durch einen Schnitt im Halbleiter zwischen diesen beiden Elektroden
erhöht wird.
Gegenüber der bekannten Ausführung eines Diffusionstransistors, dessen Basiselektrode die Emitterschicht,
gegebenenfalls auch noch die Kollektorschicht berührt und dessen Emitterhalbleiterschicht hochohmig
auszuführen ist, um einen schädlichen Schluß zwischen den Elektroden 6 und 4 zu vermeiden, weist
die Ausführung gemäß der Erfindung den Vorteil auf, daß sie die Möglichkeit schafft, die äußere Schicht 1
niederohmig zu gestalten, um auf diese Weise einen höheren Stromverstärkungsfaktor zu erzielen.
Eine besondere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß — wie in Fig. 3 dargestellt — die Emitterhalbleiterschicht
1 von vorzugsweise etwa 6 μ Stärke durch einen bis zur Grenze des zwischen Emitterhalblederschicht
1 und Basishalbleiterschicht 2 liegenden p-n-Überganges herangeführten Schnitt 7 in zwei
Teilzonen aufgetrennt wird und die Teilzonen mechanisch und elektrisch nur noch über die darunterliegende
Basishalbleiterschicht 2 zusammenhängen.
Da der Widerstand der Bahn des innerhalb der Emitterschicht 1 zum Basisanschluß 6 fließenden Stromes
sehr rasch mit wachsender Tiefe des Einschnittes 7 zunimmt, wandern die Ladungsträger in rasch
zunehmendem Maße über den p-n-Übergang in die Basis 2 und steuern damit den Kollektorstrom.
Dadurch wird die Stromverstärkung wirksam verbessert. Der Stromverstärkungsfaktor kann auf diese
Weise bis auf 0,99 und darüber gesteigert werden.
Die Maßnahme der vorliegenden Erfindung zeigt noch einen günstigen Nel>eneffekt, denn sie verbessert
gleichzeitig die sogenannte i/£ß-/CB-Charakteristik
des Transistors. In Fig. 4 wird die Uι-:Η-ΙcB'Cha.rakteristik
1 eines auf diese Weise verbesserten Diffusionstransistors mit der entsprechenden Kennlinie 2
des idealen Transistors und der Charakteristik 3 eines Diffusionstransistors gemäß obiger Konstruktion
verglichen, der nicht nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verbessert wurde. Dabei bedeutet
lT/.:B die an den Transistoreingang, d. h. zwisehen
Emitter- und Basisanschluß, gelegte Spannung und ICB den an der Ausgangsseite des Transistors,
d. h. zwischen Basisanschluß und Kollektoranschluß, abgenommenen Strom. Man erkennt deutlich, wie die
Emittersperreigenschaften des Diffusionstransistors obiger Konstruktion durch die Maßnahme der Erfindung
verliessert werden. Fig. 5 stellt ein Schema der zugehörigen Meßschaltung dar.
Den Einschnitt in die dünne Emitterschicht 1 gemäß der Erfindung kann man nach 1>ekannten Verfahren,
z. B. durch mechanisches Einschneiden mit einer Sägeeinrichtung oder mit Hilfe eines geeignet fokussierten
Elektronenstrahles, durchführen. Besonders vorteilhaft benutzt man ein Ätzverfahren. Man kann
dann einfach die dünne Emitterscfeicht 1 längs der Linie, an der man sie anschneiden will, mit Ätzflüssigkeit
l>enetzen, welche innerhalb kurzer Zeit den gewünschten Effekt, d. h. die Auf trennung der S-rhicht
in zwei Teilzonen, bewirkt. Außerdem ist eine Anzahl von Methoden vorgeschlagen worden, welche gestatten,
den Einschnitt exakt bis zur Grenze der ersten n-Schicht 1 und der darunterliegenden p-Schicht 2
durchzuführen.
Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, das Kontaktierungsmaterial zu wechseln. So kann die
Basiselektrode durch irgendein anderes Metall mit Akzeptoreigenschaften ersetzt werden. Für den Emitter-
und KoI lekto ran Schluß kann unter Umständen auch die Verwendung eines Metalls der IV. Gruppe
des Periodischen Systems erwünscht sein, dem man dann zweckmäßig Donatorenmaterial zusetzt. Hier
hat sich vor allem Blei mit einem Zusatz von 5 bis 10% Antimon oder Arsen bewährt. Durch Verwendung
einer Bleielektrode als Emitterkontakt 4 kann man mit Sicherheit verhindern, daß diese Elektrode
nicht durch die extrem dünne Emitterschicht 1 zur darunterliegenden Basisschicht 2 durchlegiert. Ein
solcher Vorgang würde praktisch ein Kurzschließen der Emitterschicht 1 bedeuten.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines Diffusions transistors,
dessen Halbleiterkörper aus Silizium oder dergleichen besteht und dessen Basiselektrode
(6) die Emitterhalbleiterschicht (1) und gegebenenfalls auch noch die Kollektorhalbleiterschicht
(3) berührt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bahnwiderstand des innerhalb der Emitterhalbleiterschicht
(1) von der Emitterelektrode (4) zur Basiselektrode (6) fließenden Stromes durch einen
Schnitt im Halbleiter zwischen diesen beiden Elektroden erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterhalbleiterschicht (1) vorzugsweise
mit einer Dicke von etwa 6 μ durch einen bis zur Grenze des zwischen Emitterhalbleiterschicht
(1) und Basishalbleiterschicht (2) liegenden n-p-Ül>erganges herangeführten Schnitt
in zwei Teilzonen aufgetrennt wird und die Teilzonen mechanisch und elektrisch nur noch über die
darunterliegende Basishalbleiterschicht (2) zusammenhängen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einschneiden der Emitterschicht
ein Ätzverfahren benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung eines n-p-n-Transistors, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Emitter- und Kollektorelektroden Gold, vorzugsweise eine Gold-Antimon-Legierung,
und für die Basiselektrode (6) Aluminium verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung eines n-p-n-Transistors, dadurch gekennzeichnet,
daß die Emitterelektrode aus einem Metall der IV. Gruppe des Periodischen Systems,
vorzugsweise aus Blei, hergestellt wird, dem Donatormaterial, z. B. 5 bis 10% Antimon oder
Arsen, zugesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung eines n-p-n-Transistors, dadurch gekennzeichnet,
daß die Basiselektrode aus einem Metall mit Akzeptoreigenschaften hergestellt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung G 13110 VIIIc/21g (l>ekanntgemacht am 3. 2. 1955).
Deutsche Patentanmeldung G 13110 VIIIc/21g (l>ekanntgemacht am 3. 2. 1955).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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- 1957-11-15 GB GB3568957A patent/GB862008A/en not_active Expired
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