DE1051412B - Temperaturbeeinflussbare Halbleiteranordnung mit zwei pn-UEbergaengen - Google Patents

Temperaturbeeinflussbare Halbleiteranordnung mit zwei pn-UEbergaengen

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DE1051412B
DE1051412B DES55088A DES0055088A DE1051412B DE 1051412 B DE1051412 B DE 1051412B DE S55088 A DES55088 A DE S55088A DE S0055088 A DES0055088 A DE S0055088A DE 1051412 B DE1051412 B DE 1051412B
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Description

  • Temperaturbeeinflußbare Halbleiteranordnung mit zwei pn-Übergängen Ferroelektrische Stoffe, wie die Titanate, Zirkonate, Niobate, Tantalate, deren Hauptvertreter das Bariumtitanat ist, haben als Dielektrikum für Koppel- und Entkoppelkondensatoren sowie auch wegen ihrer sonstigen Eigenschaften große Bedeutung erlangt. Sie werden als Kondensatorbaustof e hoher Dielektrizitätskonstante dort eingesetzt, wo es bei mäßigen Ansprüchen an die Konstanz der Dielektrizitätskonstante und an die Kleinheit der dielektrischen Verluste auf hohe Kapazitätswerte bei kleinen Abmessungen ankommt. Es ist bekannt, daß oberhalb einer gewissen Temperatur (Curietemperatur) die ferroelektrischen Erscheinungen verschwinden und die Dielektrizitätskonstante mit steigender Temperatur rasch abnimmt.
  • Bekannt ist ferner, Erdalkalititanate oder Erdalkalizirkonate, vorzugsweise Bariumtitanat bzw. Erdalkalizirkonat, für Richtleiter und Verstärker zu verwenden.
  • Die Erfindung geht ferner von der Feststellung aus, daß die räumliche Ausdehnung der Raumladungszonen im Bereich der pn-Übergänge dieser Bauelemente stark von der Dielektrizitätskonstante des Grundgitters dieser Bauelemente abhängt. Die Raumladungszonen sind verhältnismäßig eng begrenzt bei niedriger Dielektrizitätskonstante des Grundgitters und verhältnismäßig verschmiert bei hoher Dielektrizitätskonstante des Grundgitters. Aus der Raumladungsverteilung in einem solchen Bauelement ergibt sich die Potentialverteilung im Bauelement.
  • Unter Ausnützung dieses Sachverhalts bezieht sich die Erfindung auf eine temperaturbeeinflußbare Halbleiteranordnung mit zwei pn-Übergängen. Erfindungsgemäß ist diese dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus einem Ferroelektrikum, beispielsweise mit Perowskitgitter, besteht, dessen Dielektrizitätskonstante mit der Temperatur stark ansteigt oder abfällt, dessen Curietemperatur im Bereich der steuernden Temperaturen liegt und bei dem die mittlere Zone so dünn ausgebildet ist, daß sich Raumladungszonen nur oberhalb der Curietemperatur voll ausbilden. Da in einem solchen Ferroelektrikum sich unterhalb des Curiepunktes eine permanente Polarisation aufbaut, ist für die Raumladungsausbildung nicht die Dielektrizitätskonstante für kleine Wechselfelder, wie sie üblicherweise bei ferroelektrischen Stoffen angegeben wird, maßgebend, sondern eine effektive Dielektrizitätskonstante, die sich aus der Dielektrizitätskonstante für kleine Felder und der permanenten Polarisation zusammensetzt. Mit welchem Gewicht diese beiden Anteile in die effektive Dielektrizitätskonstante eingehen, hängt davon ab, ob zwischen p- und n-Bereich sich nur ein statisches Feld ausbildet oder ob ein äußeres Wechselfeld überlagert wird. Im letzteren Falle muß zudem die Frequenz dieses Wechselfeldes berücksichtigt werden. Bei der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung ist daher die Basiszone zwischen den beiden pn-Übergängen derart schmal gewählt, daß sich eine nennenswerte Potentialaufbauung des Basisbereiches nur oberhalb der Curietemperaturen, wo also die Dielektrizitätskonstante sehr klein wird, ausbilden kann.
  • Fig. 1 zeigt einen Halbleiterkristall mit einer n-leitenden Zone 1, einer p-leitenden Zone 2 und einer n-leitenden Zone 3.
  • An der Zone 1 ist der Emitter E kontaktiert, an der Zone 3 der Kollektor C und an der Zone 2 die Basis B. Fig. 2 zeigt die Dotierung in diesem Halbleiter, also die Differenz D - A zwischen den Donatoren und den Akzeptoren. Die Fig.3 und 4 geben die Potentialverteilung E,, im Halbleiterelement für Temperaturen (T) kleiner als die Curietemperatur (T,) und für Temperaturen größer als die Curietemperatur wieder. Die Darstellung entspricht im übrigen der Darstellung in dem Buch »Electrons and holes in S emiconductors « von S h o c k 1 e y . Van Ostrand Comp., 1951, S. 92.
  • Im Stromweg vom Emitter zum Kollektor liegt unterhalb der Curietemperatur ein sehr kleiner, oberhalb der Curietemperatur ein hoher Potentialwall, so daß der elektrische Widerstand auf diesem Stromweg oberhalb der Curietemperatur stark ansteigt (exponentiell mit der Höhe des Potentialwalls).
  • Um eine höhere Spannungsbelastbarkeit zu erreichen, können mehrere solcher Potentialwälle hintereinandergeschaltet sein.
  • Oberhalb der Curietemperatur bildet sich in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 ein Potentialverlauf wie in einem Transistor aus, während unterhalb der Curietemperatur Emitter und Kollektor praktisch kurzgeschlossen sind. Es wird also gleichzeitig mit dem Ansteigen des elektrischen Widerstandes bei steigender Temperatur zwischen den Emitter und den Kollektor ein Transistor geschaltet, der ein über die Basis eingeschleustes Signal zu verstärken vermag.
  • Die Kontaktierung der Basis erfolgt vorteilhaft in einem hochdotierten Bereich.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Temperaturbeeinflußbare Halbleiteranordnung mit zwei pn-Übergängen, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus einem Ferroelektrikum, beispielsweise mit Perowskitgitter, besteht, dessen Dielektrizitätskonstante mit der Temperatur stark ansteigt oder abfällt, dessen Curietemperatur im Bereich der steuernden Temperaturen liegt und bei dem die mittlere Zone so dünn ausgebildet ist, daß sich Raumladungszonen nur oberhalb der Curietemperatur voll ausbilden.
  2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Diode mit stark ansteigendem Widerstand oberhalb der Curietemperatur verwendet wird.
  3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Transistoreigenschaften oberhalb der Curietemperatur für Steuerzwecke ausgenützt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung S 530 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 22. Februar 1951) ; USA.-Patentschrift Nr. 2 791758; Funk-Technik, 1955, Nr. 15, S. 416, 417; ETZ-A, Bd. 77, 1956, Heft 2, S. 53 bis 58.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2791758A (en) * 1955-02-18 1957-05-07 Bell Telephone Labor Inc Semiconductive translating device

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US2791758A (en) * 1955-02-18 1957-05-07 Bell Telephone Labor Inc Semiconductive translating device

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