DE1066283B

DE1066283B -

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Publication number: DE1066283B
Application number: DENDAT1066283D
Authority: DE
Publication date: 1959-10-01
Also published as: BE548745A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltdiode mit einem plättchenförmigen Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps sowie mit auf gegenüberliegenden Oberflächen angebrachten Elektroden und diesen je eine vorgelagerte Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps. Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung des Stromes in der Umgebung einer gleichrichtenden Sperrschicht innerhalb eines Halbleiterkörpers zu erleichtern. Die neue Schaltdiode soll dabei hohe Werte eines negativen Arbeitswiderstandes aufweisen, wobei die Eigenschaften dieser sogenannten Zehnerdioden weiter verbessert sind. Insbesondere soll die neue Schaltdiode so aufgebaut sein, daß sich durch einfache Steuerung während des Betriebes der wirksame Bereich eines Halbleiterübergangs verändern läßt, wodurch man ein Schaltelement erhält, das man mit Hilfe des durch das Schaltelement fließenden Stromes wahlweise zwischen einem Wert hohen Widerstandes und einem Wert niedrigen Widerstandes umschalten kann.The invention relates to a switching diode having a platelet-shaped semiconductor body of one conductivity type as well as with electrodes attached to opposite surfaces and these each an upstream zone of opposite conductivity type. The object of the invention is to control the of the current in the vicinity of a rectifying barrier layer within a semiconductor body facilitate. The new switching diode should have high values of a negative working resistance, the properties of these so-called Zener diodes are further improved. In particular, the new switching diode be constructed in such a way that the effective Can change area of a semiconductor junction, whereby one obtains a switching element that one with the help of the current flowing through the switching element either between a high value Resistance and a value of low resistance can switch.

Es sind bereits aus mehreren Einzelschichten bestehende Halbleiter-Schaltelemente bekannt. Bisher bekannte Schaltdioden bzw. Diodengleichrichter aus Halbleitermaterial bestanden beispielsweise aus zwei aneinanderstoßenden Schichten verschiedenen Leitfähigkeitstyps, von denen die eine Schicht auch als Spitze ausgebildet sein kann. Bei aneinanderstoßenden Schichten sollte zwischen den beiden Schichten ein hoher Sperrwiderstand vorhanden sein, um die Gefahr eines Spannungsdurchschlages im Vergleich zu älteren Trockengleichrichtern zu vermeiden.Semiconductor switching elements consisting of several individual layers are already known. Until now Known switching diodes or diode rectifiers made of semiconductor material consisted, for example, of two Adjacent layers of different conductivity types, one of which is also called Tip can be formed. If the layers are adjacent, there should be a space between the two layers high blocking resistance must be present compared to the risk of voltage breakdown to avoid older dry rectifiers.

Ferner sind Gleichrichter mit nur einem Gleichrichterübergang bekannt, bei denen ein möglichst kleiner Widerstand in Durchlaßrichtung dadurch erzielt werden soll, daß die eine der Elektroden als Spitzenkontakt ausgebildet ist.Furthermore, rectifiers with only one rectifier transition are known, in which one as possible small resistance in the forward direction is to be achieved in that one of the electrodes as Tip contact is formed.

Ferner sind auch bereits aus drei Schichten oder Zonen verschiedenen Leitfähigkeitstyps bestehende Halbleiter-Schaltelemente bekannt, an deren einzelnen Zonen, die bei Transistoren als Emitter-, Basis- und Kollektorzone bezeichnet werden, drei Elektrodenanschlüsse für aktive Schaltelemente vorgesehen sind. Eine dieser Elektroden dient im allgemeinen zum Anlegen eines Potentials an die zwischen den äußeren Zonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps liegende ZAvischenzone. Bei solchen Halbleiter-Schaltelementen ist es bekannt, die eine der beiden außenliegenden Zonen etwas kleiner zu machen, um auf diese Weise einen vereinfachten Anschluß an die mittlere Zone zu ermöglichen.Furthermore, there are already three layers or zones of different conductivity types Semiconductor switching elements known to their individual zones, which are used in transistors as emitter, base and Collector zone are designated, three electrode connections are provided for active switching elements. One of these electrodes is generally used to apply a potential to those between the outer ones Zones of opposite conductivity type lying ZAvischenzone. With such semiconductor switching elements it is known to make one of the two outer zones slightly smaller in order to do this to enable a simplified connection to the middle zone.

Weiterhin ist ein mit drei Elektroden versehenes Halbleiter-Schaltelement bekannt, bei dem die mittlere Zone verhältnismäßig groß und die äußeren einlegierten Zonen verhältnismäßig klein und außerdem Schaltdiode mit einem plättchenförmigen HalbleiterkörperFurthermore, a semiconductor switching element provided with three electrodes is known in which the middle Zone relatively large and the outer alloyed zones relatively small and moreover Switching diode with a platelet-shaped semiconductor body

Anmelder:Applicant:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)Western Electric Company, Incorporated, New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. K. Boehmert und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte, Bremen 1, Feldstr. 24Dr.-Ing. K. Boehmert and Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patent Attorneys, Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Prioritat: V. St. v. Amerika, vom 13. Juli, 1955Claimed priority: V. St. v. America, July 13, 1955

Jewell James Ebers, Whippany, N. J.,Jewell James Ebers, Whippany, N.J.,

und Solomon Leon Miller, Murray Hill, N. J. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt wordenand Solomon Leon Miller, Murray Hill, N.J. (V. St.A.), are named inventors

noch verschieden groß sind. Auch bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich um einen Transistor und nicht um eine Schaltdiode.are still of different sizes. This known arrangement is also a transistor and not a switching diode.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich die Änderung der wirksamen Emitterfläche in Abhängigkeit von dem durch die Schaltdiode fließenden Strom, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vorgelagerten Zonen gleiche Form und Größe wie die Elektroden haben, daß die eine Elektrodenfläche etwa viermal so groß wie die andere ist, daß ferner im Betrieb zwischen den beiden Elektroden eine Spannung einer solchen Polarität angelegt ist, daß der gleichrichtende Übergang der größeren Elektrodenfläche in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, und zwar so hoch, daß sie über der Durchbruchsparinung der kleineren Elektrode liegt und sich bei abnehmender Spannung ein wachsender Strom ergibt, und daß der Halbleiterkörper selbst zwischen den beiden Übergängen keine Elektroden aufweist.The object on which the invention is based, namely changing the effective emitter area as a function of the current flowing through the switching diode, according to the invention solved that the upstream zones have the same shape and size as the electrodes, that the one electrode surface about four times as large as the other, that further in operation between the two electrodes a voltage of such a polarity is applied that the rectifying junction of the larger Electrode surface is biased in the forward direction, so high that it is above the breakthrough saving the smaller electrode and with decreasing voltage there is an increasing current, and that the semiconductor body itself has no electrodes between the two junctions.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß der flächenmäßig größeren Elektrode die flächenmäßig kleinere Elektrode so gegenüberliegt, daß ihre Projektion auf die größere Elektrode von deren Umrandung eingeschlossen ist.In a further embodiment of the invention, the arrangement is made so that the larger in area Electrode, the smaller electrode in terms of area is opposite in such a way that its projection onto the larger one The electrode is enclosed by the border.

909 630/263909 630/263

Vorteilhafterweise hat der der flächenmäßig größeren Elektrode benachbarte Teil des Halbleiterkörpers einen abnehmbaren Gradienten des spezifischen Widerstandes in Richtung auf den Umfang des Halbleiterkörpers. Vorzugsweise weisen die beiden gleichrichtenden Übergänge einen engen Abstand von etwa 0,025 mm auf. Eine. besonders zweckmäßige Ausführungsform ist derart aufgebaut, daß der Teil des Halbleiterkörpers etwa zwischen der kleineren Elektrode und der größeren Elektrode aus N- bzw. P-HaIbleitermaterial und der übrige Teil des Halbleiterkörpers aus N⁺- bzw. P⁺-Halbleitermaterial besteht.The part of the semiconductor body which is adjacent to the electrode with a larger area advantageously has a removable gradient of the specific resistance in the direction of the circumference of the semiconductor body. The two rectifying transitions preferably have a narrow spacing of approximately 0.025 mm. One. A particularly expedient embodiment is constructed in such a way that the part of the semiconductor body between the smaller electrode and the larger electrode consists of N or P semiconductor material and the remaining part of the semiconductor body consists of N ⁺ or P ⁺ semiconductor material.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der übrige Teil des Halbleiterkörpers ist seiner Seitenausdehnung auf den Bereich außerhalb der Projektion der kleineren auf die größere Elektrode beschränkt ist.In particular, it is advantageous if the remaining part of the semiconductor body is on its side extension the area outside the projection of the smaller electrode is restricted to the larger electrode.

Auf diese Weise kann man eine in ähnlicher Weise wie die Stromverstärkung bei Transistoren definierte Stromvervielfachung α in einer Schaltdiode in Abhängigkeit von dem durch die Diode fließenden Strom erreichen. Dabei besteht eine solche Schaltdiode aus einer emittierenden Zone, einer Zwischenzone und einer die hindurchströmenden Ladungsträger aufnehmenden Kollektorzone. Diese Zonen können in Anlehnung an die Terminologie bei Transistoren mit Emitter-, Basis- und Kollektorzone bezeichnet werden. Bei diesem Aufbau hängt der Wert von α von dem Produkt aus dem Bruchteil γ des durch Minderheitsladungsträger vom Emitter in die Basis eingeführten Stromes und von dem Bruchteil β der den Emitter verlassenden und am Kollektor ankommenden Minderheitsladungsträger ab. Der Wert von α läßt sich dadurch ändern, daß man eine geometrische Anordnung des Halbleiteraufbaues verwendet, die eine große Abänderung der Werte von β oder γ oder von beiden diesen Werten in Abhängigkeit vom durchfließenden Strom gestattet.In this way, a current multiplication α, defined in a manner similar to the current gain in transistors, can be achieved in a switching diode as a function of the current flowing through the diode. Such a switching diode consists of an emitting zone, an intermediate zone and a collector zone that receives the charge carriers flowing through. Based on the terminology used for transistors, these zones can be referred to as emitter, base and collector zones. In this construction, the value of α depends on the product of the fraction γ of the current introduced into the base by minority charge carriers from the emitter and on the fraction β of the minority charge carriers leaving the emitter and arriving at the collector. The value of α can be changed by using a geometrical arrangement of the semiconductor structure which allows the values of β or γ, or both of these values, to vary greatly depending on the current flowing through them.

Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit der Verwendung des Spannungsabfalles innerhalb des Halbleitermaterials auf Grund des darin fließenden Stromes, um die Potentiale über der gleichrichtenden Sperrschicht auf dem Körper zu ändern, wobei an einem Teil der Sperrschicht ein größeres Potential anliegt als an anderen, davon entfernteren Teilen. Eine Verwendung dieser Wirkung gemäß der Erfindung betrifft das Anlegen eines abgestuften Durchlaßpotentials an einen Minderheitsladungsträger abgebenden Übergang, so daß diese Durchlaßpotentiale von den innenliegenden Teilen des Übergangs in Richtung auf die Umfangsteile abnehmen, während der Kollektor für die Minderheitsladungsträger näher an diesem inneren Teil als an den Umfangsteilen liegt. Der Strompfad innerhalb des dazwischenliegenden halbleitenden Materials ist von den außengelegenen Teilen zum Kollektor langer als von den innenliegenden Teilen, und der Spannungsabfall längs dieser längeren Wege ist größer als bei den von den innengelegenen Teilen ausgehenden Wegen. Bei hohen Strömen wird ein solcher Emitter so vorgespannt, daß im wesentlichen alle Minderheitsladungsträger vom Mittelteil des Übergangs ausgehen und daß die Wirkung der äußeren Teile praktisch beseitigt ist. Die wirksame Verringerung der Emitterfläche und das Beschränken der wirksamen Emitterfläche auf einen Bereich in der unmittelbaren Nachbarschaft des Kollektors für die Minderheitsladungsträger erhöht den Anteil β der eingeführten Minderheitsladungsträger, die den Kollektor erreichen, wodurch die Stromvervielfachung der Halbleiteranordnung als eine Funktion des Stromes vergrößert wird.In particular, the invention is concerned with the use of the voltage drop within the semiconductor material due to the current flowing therein to change the potentials across the rectifying barrier layer on the body, with one part of the barrier layer having a greater potential than other parts more distant therefrom . One use of this effect according to the invention relates to the application of a graduated forward potential to a junction which emits minority charge carriers, so that these conduction potentials decrease from the inner parts of the junction in the direction of the peripheral parts, while the collector for the minority charge carriers is closer to this inner part than to the Peripheral parts lies. The current path within the intermediate semiconducting material is longer from the external parts to the collector than from the internal parts, and the voltage drop along these longer paths is greater than for the paths emanating from the internal parts. At high currents, such an emitter is biased so that essentially all minority charge carriers emanate from the central part of the junction and that the effect of the outer parts is practically eliminated. The effective reduction of the emitter area and the limitation of the effective emitter area to an area in the immediate vicinity of the collector for the minority charge carriers increases the proportion β of the introduced minority charge carriers which reach the collector, whereby the current multiplication of the semiconductor device as a function of the current is increased.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Bruchteil des Emitterstromes, der durch die Minderheitsladungsträger in die Basiszone eingeführt wird, dadurch von dem emittierten Strom abhängig gemacht, daß der spezifische Widerstand des an dem Emitterübergang anstoßenden Materials abgestuft wird. Ist der spezifische Widerstand des am seitlichen Umfang des Emitters anschließenden Basismaterials geringer als der des den inneren Teilen According to another embodiment of the invention, the fraction of the emitter current that is through the minority charge carrier is introduced into the base zone, thereby from the emitted current made dependent that the specific resistance of the material abutting the emitter junction is graded will. If the specific resistance of the base material adjoining the lateral periphery of the emitter is lower than that of the inner parts

ίο benachbarten Materials, so wird der gesamte Emitterwirkungsgrad für niedrige Ströme auf einen ziemlich niedrigen Wert herabgesetzt, während bei höheren Strömen die am Umfang liegenden Teile des Emitters gemäß der oben beschriebenen Wirkung weniger in Durchlaßrichtung vorgespannt sind, so daß ein größerer Teil des Stromes von den innenlicgenden Teilen ausgeht. Das vergrößert den effektiven Emitterwirkungsgrad und damit andererseits die Stromvervielfachung. ίο neighboring material, so the total emitter efficiency for low currents reduced to a fairly low value, while for higher currents The parts of the emitter lying on the circumference flow less in accordance with the effect described above Forward biased so that a larger part of the flow from the interior parts goes out. This increases the effective emitter efficiency and thus, on the other hand, the current multiplication.

Obgleich Änderungen der Stromvervielfachung in Abhängigkeit vom Strom in einem Halbleiter für eine Anzahl Anwendungsgebiete von Nutzen sind, beispielsweise für Transistoren, die nach Art von A^akuumröhren mit veränderlicher Steilheit verwendet werden, wird doch anschließend ein solches Verhalten im Zusammenhang mit einer Halbleiteranordnung beschrieben, die eine lawinenartige Stromvervielfachung aufweist, wobei die erhöhte Verstärkung bei erhöhtem Strom eine Kennlinie ergibt, die über einen verhältnismäßig großen Bereich ein Anwachsen des Stromes bei Abnahme der Spannung und daher einen negativen Arbeitswiderstand liefert.Although changes in current multiplication depending on the current in a semiconductor for a Number of areas of application are useful, for example for transistors that are based on the type of A ^ acuum tubes with variable slope used such behavior will subsequently be seen in connection with a semiconductor device described, which has an avalanche-like current multiplication, with the increased gain at increased current results in a characteristic curve that over a relatively large area an increase in the Current when the voltage decreases and therefore provides a negative working resistance.

Die Erfindung und die oben beschriebenen und andere Merkmale werden leichter \'erstäncHich aus der näheren Beschreibung in Verbindung mit den Figuren. Dabei zeigtThe invention and the above and other features will be more readily appreciated from the more detailed description in connection with the figures. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Lawinenvervielfachungsdiode gemäß der Erfindung,1 shows a cross section through an embodiment of an avalanche multiplication diode according to FIG Invention,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Diode mit Lawinenvervielfachung, die ähnlich wie die in Fig. 1 arbeitet, Fig. 3 eine Spannungsstromkennlinie einer Anordnung nach Fig. 2 undFIG. 2 is a cross-sectional view of an avalanche multiplier diode operating similarly to that in FIG. 1; 3 shows a voltage current characteristic curve of an arrangement according to FIGS. 2 and

Fig. 4 und 5 andere Ausführungsformen gemäß der Erfindung mit anderen geometrischen Abmessungen für eine Stromvervielfachung in Abhängigkeit vom Strom.4 and 5 show other embodiments according to the invention with different geometrical dimensions for a current multiplication depending on the current.

Es ist bekannt, daß eine wesentliche Stromvervielfachung in der Verarmungszone eines in Sperrichtung vorgespannten P-N-Überganges vor sich geht, wenn das Feld in der Nachbarschaft des Überganges und der Abstand, über welchen das Feld angelegt ist, eine kritische Beziehung zueinander erreichen. Diese Wirkung wurde als Lawinenzusammenbruch bezeichnet und liefert eine Stromvervielfachung innerhalb des Halbleiterkörpers, die eine Parallele einer abgewandelten Form der /?-Entladungstheorie für Gase nach Townsend darstellt. Ein Diodenaufbau, der die beschriebene Wirkung verwendet, ist in Fig. 1 dargestellt und weist einen Halbleiterkörper 11 mit drei aneinanderstoßenden Zonen 12, 13 und 14 mit abwechselnd entgegengesetzter Leitfähigkeitsart auf. Dieser Aufbau ergibt ebenso wie die Anordnungen nach Fig. 2, 4, und 5 einen negativen Arbeitswiderstand über einen relativ großen Betriebsbereich. Die Eigenschaften dieser Halbleiteranordnung werden aus dem Folgenden noch besser verständlich, das sich auf bereits veröffentlichtes Material stützt, in dem gezeigt wird, daß die Stromvervielfachung auf Grund der lawinenartigen Vervielfachung durch eine Größe »M« It is known that a substantial current multiplication occurs in the depletion zone of a reverse biased PN junction when the field in the vicinity of the junction and the distance over which the field is applied become critical. This effect was known as avalanche collapse and provides a current multiplication within the semiconductor body, which is a parallel of a modified form of the /? - discharge theory for gases according to Townsend. A diode structure which uses the described effect is shown in FIG. 1 and has a semiconductor body 11 with three abutting zones 12, 13 and 14 with alternately opposite types of conductivity. Like the arrangements according to FIGS. 2, 4 and 5, this structure results in a negative working resistance over a relatively large operating range. The properties of this semiconductor device can be better understood from the following, which is based on previously published material, in which it is shown that the current multiplication due to the avalanche-like multiplication by a quantity "M"

I UDbI UDb

dargestellt werden kann. Für M ergibt sich die empirische Gleichungcan be represented. The empirical equation results for M

M = M =

in der V₁₁ die Durchbruchspannung in dem Körper an einer gleichrichtenden Übergangsschicht ist, V die über dem Übergang liegende Spannung und η eine Konstante für eine gegebene Art von Übergang. Für Legierungsübergänge mit z. B. einem steilen Anstieg der Störelementverteilung, welche allgemein als Sprungübergänge bezeichnet werden, liegt η für P-leitendes Germanium in der Größenordnung von 4,5 bis 6,5 und für N-leitendes Germanium in der Größenordnung von 3. Die Durchbruchspannung für einen legierten Stromübergang, bei dem das. Material auf der einen Seite des Übergangs einen wesentlichen größeren spezifischen Widerstand aufweist als auf der anderen Seite, kann aus der Gleichungwhere V _{11 is} the breakdown voltage in the body at a rectifying junction, V is the voltage across the junction, and η is a constant for a given type of junction. For alloy transitions with z. B. a steep increase in the disturbance element distribution, which are generally referred to as jump transitions, η for P-conducting germanium is in the order of 4.5 to 6.5 and for N-conducting germanium in the order of 3. The breakdown voltage for an alloyed Current transition, in which the material on one side of the transition has a significantly greater specific resistance than on the other side, can be derived from the equation

725725

berechnet werden, wobei K eine Konstante ist und N_D — N_A die reine Störelementkonzentration auf der Seite des Übergangs mit hohem spezifischem Widerstand darstellt. Die Gesamtstromvervielfachung einer Anordnung mit einem Emitter für Minderheitsladungsträger, der diese Träger in das Material mit hohem spezifischem Widerstand in der Nachbarschaft des in Sperrichtung vorgespannten Übergangs einführt, läßt sich berechnen auscan be calculated, where K is a constant and N _D - N _{A represents} the pure impurity concentration on the side of the high resistivity junction. The total current multiplication of an arrangement having an emitter for minority charge carriers introducing those carriers into the high resistivity material in the vicinity of the reverse biased junction can be calculated from

sisi

Mt — a M= — Mt - a M = -

1 —1 -

wobei α einen ähnlich wie der Stromverstärkungsfaktor definierten Stromvervielfachungsfaktor der Anordnung unabhängig von der Lawinenvervielfachung darstellt und direkt von dem Produkt aus γ und β abhängt, wobei γ das Verhältnis der vom Emitter in das Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand eingeführten Minderheitsladungsträger zum Gesamtstrom durch den Emitter ist, während β das Verhältnis der am Kollektor aufgenommenen Minderheitsladungsträger zu den vom Emitter ausgehenden Minderheitsladungsträgern darstellt. where α represents a current multiplication factor defined similarly to the current amplification factor of the arrangement independent of the avalanche multiplication and directly depends on the product of γ and β , where γ is the ratio of the minority charge carriers introduced by the emitter into the semiconductor material with high specific resistance to the total current through the emitter, while β represents the ratio of the minority charge carriers picked up at the collector to the minority charge carriers emanating from the emitter.

Eine Halbleiteranordnung der in Fig. 1 gezeigten Art hat eine Stromkennlinie, die die folgende Gleichung befriedigt:A semiconductor device of the type shown in Fig. 1 has a current characteristic which has the following equation satisfied:

/ = aMI_E + MJ₀₀ = I_E. / = aMI _E + MJ ₀₀ = I _E.

Dies ergibt eine Beziehung zwischen Strom und SpannungThis gives a relationship between current and voltage

F = Vb ΙΑ — (α +F = Vb ΙΑ - (α +

coco

wobei I den Gesamtstrom durch die Anordnung darstellt, der für eine Zweipolanordnung gleich dem Emitterstrom I_E ist, während I_Co den Sättigungsstrom des in Sperrichtung vorgespannten Kollektorübergangs darstellt.where I represents the total current through the arrangement, which for a two-pole arrangement is equal to the emitter current I _E , while I _C o represents the saturation current of the reverse-biased collector junction.

Gemäß der Erfindung kann die Spannung V über einen Arbeitsbereich, wenn der Gcsamtstrom / zunimmt, dadurch zum Abnehmen gebracht werden, daß der Stromvervielfachungsfaktor α als Funktion des Stromes geändert wird. Eine Anordnung, die sich der verschiedenen Vorgänge bedient, mit denen sich diese Änderungen am besten erreichen lassen, ist in Fig. 1 gezeigt. Diese Anordnung weist einen Halbleiterkörper 11 aus N-leitendem, einkristallinem Germanium mit einer P-leitenden Zone 12 auf einer Fläche mit einer erheblichen Seitenausdehnung und einer zweiten P-leitenden Zone 14 auf einer gegenüberliegenden Fläche mit geringeren Seitenabmessungen auf. Die Zonen 12 und 14 sind von dem Basisbereich 13 durch N-P-Übergänge 15 und 16 getrennt. Sind die Übergänge 15 und 16 in ihren seitlichen Abmessungen kreisförmig und liegen ihre Projektionen durch die Basiszone 13 zueinander konzentrisch, dann verlaufen die Strompfade durch die Basiszone von einem zum anderen Übergang in den mittleren Bereichen durch ein Gebiet mit niedrigem Widerstand, verglichen mit den wesentlich längeren Pfaden zwischen den Umfangsteilen 17 und 18. Wird die Zone 12, die größere der beiden, als Emitter verwendet, dann haben die in der Mitte des Übergangs 15 austretenden Ladungsträger eine hohe Wahrscheinlichkeit, den Übergang 16 zu erreichen, während jedoch die Ladungsträger, die von den Umfangsteilen 17, insbesondere den Teilen jenseits der Projektion des Übergangs 16, ausgehen, auf Grund der willkürlichen Art ihres Wanderns eine geringere Wahrscheinlichkeit haben, den Übergang 16 zu erreichen, bevor sie durch Rekombination verlorengehen. Daher läßt sich sagen, daß die innenliegenden Teile des Emitters in Verbindung mit dem Übergang 16 ein System ergeben, das einen hohen Wert von β aufweist, während die äußeren Teile 17 des Emitters in Verbindung mit dem Übergang 16 Systeme enthalten, deren /?-Werte mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt abnehmen.According to the invention, the voltage V can be made to decrease over an operating range as the total current / increases by changing the current multiplication factor α as a function of the current. An arrangement that utilizes the various procedures that best accomplish these changes is shown in FIG. This arrangement has a semiconductor body 11 made of N-conducting, single-crystal germanium with a P-conducting zone 12 on one surface with a considerable lateral dimension and a second P-conducting zone 14 on an opposite surface with smaller lateral dimensions. The zones 12 and 14 are separated from the base region 13 by NP junctions 15 and 16. If the transitions 15 and 16 are circular in their lateral dimensions and their projections through the base zone 13 are concentric to one another, then the current paths through the base zone run from one transition to the other in the central areas through an area with low resistance compared to the much longer ones Paths between the peripheral parts 17 and 18. If the zone 12, the larger of the two, is used as an emitter, then the charge carriers exiting in the middle of the junction 15 have a high probability of reaching the junction 16, while the charge carriers emitted by the peripheral parts 17, in particular the parts beyond the projection of the transition 16, have a lower probability of reaching the transition 16 before they are lost through recombination due to the arbitrary nature of their migration. It can therefore be said that the inner parts of the emitter in connection with the junction 16 result in a system which has a high value of β , while the outer parts 17 of the emitter in connection with the junction 16 contain systems whose /? Values decrease with increasing distance from the center.

Bei niedrigen Emitterströmen sind die PotentialeAt low emitter currents, the potentials are

über den verschiedenen Teilen des Emitterübergangs 15 im wesentlichen konstant, so daß die Löcher über den ganzen Bereich des Übergangs mit im wesentlichen gleichförmiger Dichte eingeführt werden und das niedrige β der Umfangsteile 17 ein niedriges α und damit gemäß der abgeleiteten Stromspannungsverhältnisse eine hohe Spannung hervorruft. Nimmt der Gesamtstrom zu, dann ruft der Teil des Minderheitsladungsträgerstromes, der längs der Pfade zwischen den Umfangsteilen des Übergangs 15 und dem Übergang 16 fließt, einen größeren Spannungsabfall in den Teilen der Basiszone in der Nähe dieser Umfangsteile 17 hervor, als sich durch den auf den kürzeren inneren Pfaden fließenden Strom ergibt. Daher sind die Umfangsteile 17 des Übergangs 15 mit einem geringeren Potential in Durchlaßrichtung vorgespannt als die inneren Teile und liefern daher einen geringeren Anteil des gesamten Emitterstromes. Dadurch werden diese Randzonen mit niedrigen /?-Werten aus der Emitterfunktion entlassen, wodurch sich die gesamte Stromvervielfachung α des Systems erhöht.essentially constant over the various parts of the emitter junction 15, so that the holes are introduced over the entire area of the junction with a substantially uniform density and the low β of the peripheral parts 17 causes a low α and thus a high voltage in accordance with the derived current-voltage ratios. If the total current increases, then that part of the minority charge carrier current which flows along the paths between the peripheral parts of the junction 15 and the junction 16 causes a greater voltage drop in the parts of the base zone in the vicinity of these peripheral parts 17 than through the one on the shorter inner paths results in flowing stream. Therefore, the peripheral parts 17 of the junction 15 are forward-biased with a lower potential than the inner parts and therefore supply a smaller proportion of the total emitter current. As a result, these edge zones with low /? Values are released from the emitter function, which increases the total current multiplication α of the system.

Dementsprechend wird eine Spannungsquelle 20 an den beiden Klemmen der Halbleiteranordnung angelegt, so daß das Potential zwischen den beiden Klemmen von einer solchen Polarität ist, daß das Teil 17 bezüglich der Basiszone 13 in seiner Durchlaßrichtung vorgespannt wird und eine solche Größe aufweist, daß für eine fallende Spannungskennlinie bei zunehmenden Strömen und α-Werten größer als 1 eine wesentliche Stromyervielfachung am Übergang 16 erreicht wird.Accordingly, a voltage source 20 is applied to the two terminals of the semiconductor arrangement, so that the potential between the two terminals is of such a polarity that the Part 17 is biased with respect to the base zone 13 in its forward direction and has such a size, that for a falling voltage characteristic with increasing currents and α values greater than 1 a substantial Stromyer multiplication at junction 16 is achieved.

Die Basiszone 13 kann auch so aufgebaut werden, daß sie ein Vergrößern von α in dem System dadurch liefert, daß die Randzonen des Emitters bezüglich ihrer Emissionseigenschaften weiter verschlechtert werden. Diese Wirkung wird durch ein Abstufen des spezifischen Widerstandes des sich an dem Emitter-The base zone 13 can also be constructed in such a way that it thereby increases α in the system provides that the edge zones of the emitter deteriorate further with regard to their emission properties will. This effect is achieved by grading the specific resistance of the emitter

übergang 15 in seitlicher Richtung anschließenden Materials erreicht, so daß das Material in der Nachbarschaft des inneren Teiles des Übergangs einen höheren spezifischen Widerstand, beispielsweise von 1 Ohm · cm, aufweist, während das an den Umfangsteilen des Übergangs liegende Material einen relativ niedrigen spezifischen Widerstand von z. B. 0,1 Ohm · cm besitzt.transition 15 reached in the lateral direction subsequent material, so that the material in the vicinity of the inner part of the transition has a higher specific resistance, for example of 1 ohm · cm, while the material lying on the peripheral parts of the transition has a relatively low resistivity of e.g. B. 0.1 ohm · cm.

Da ein Halbleitermaterial mit niedrigem spezifischem Widerstand eine für die Leitung zur Verfügung stehende Elektronenkonzentration aufweist, die besser mit der Löcherkonzentration, die in gleicher Weise in einem P-leitenden Emitterteil zur Verfügung steht, vergleichbar ist, ergibt eine über dem Übergang in Durchlaßrichtung angelegte Vorspannung ein Einführen von Mehrheitsladungsträgern jedes Teils in den anderen mit vergleichbaren Dichten, so daß sich ein niedriger Wert von γ ergibt. Andererseits liefert der Teil der Basiszone mit hohem spezifischem Widerstand einen sehr kleinen ' Elektronenstrom in dem anschließenden Teil der Emitterzone, so daß das γ dieses Teils hoch ist. Bei niedrigen Strömen und im wesentlichen gleichförmigen Übergangspotentialen setzt der niedrige Wert von γ in den Umfangszonen das α der Umfangszonen und damit die Gesamtstromvervielfachung α der Anordnung herab. Bei hohen Strömen ergibt die relativ niedrige Durchlaßvorspannung über den Umfangsteilen des Emitterübergangs nur einen geringen Anteil des durch diesen Übergang fließenden Gesamtstromes durch diese Teile. Demgemäß ist das niedrige γ dieser Teile weniger von Bedeutung bezüglich dem Gesamt-y des Emitters. Dadurch ergibt sich ein großer Unterschied für die Stromvervielfachung α zwischen hohem Strom und niedrigem Strom.Since a semiconductor material with a low specific resistance has an electron concentration available for conduction which is better comparable with the hole concentration which is available in the same way in a P-conductive emitter part, a bias voltage applied across the junction in the forward direction results Introducing majority carriers of each part in the other with comparable densities, so that a low value of γ results. On the other hand, the part of the base region with high resistivity supplies a very small electron current in the adjoining part of the emitter region, so that the γ of this part is high. At low currents and essentially uniform transition potentials, the low value of γ in the peripheral zones reduces the α of the peripheral zones and thus the overall current multiplication α of the arrangement. At high currents, the relatively low forward bias over the peripheral parts of the emitter junction results in only a small proportion of the total current flowing through this junction through these parts. Accordingly, the low γ of these parts is of less concern with respect to the overall y of the emitter. This results in a great difference for the current multiplication α between high current and low current.

Die Halbleiteranordnung nach Fig. 2 verwendet den Potentialabfall· in der Basiszone ohne eine Abstufung des spezifischen Widerstandes, um die Werte der Kennlinie nach Fig. 3 zu erreichen. Das halbleitende Plättchen 21 ist aus N-leitendem einkristallinem Germanium mit z. B. einem spezifischen Widerstand von 0,7 Ohm · cm und einer Dicke von etwa 0,038 mm und quadratischen Hauptflächen mit 1,27 mm Seitenlänge. P-ieitende Zonen 22 und 23 werden auf gegenüberliegenden Teilen der Hauptflächen 24 und 25 des Plättchens 21 gebildet. Ein typisches Verfahren zur Bildung dieser Zonen besteht im Einlegieren von Indiumkörpern 26 und 27 in das Plättchen unter geeigneten zeitlichen Bedingungen und Temperaturverhältnissen, wodurch die Übergänge 28 und 29 an den Trennflächen zwischen diesen Zonen und dem Körper einen Abstand von etwa 0,025 mm aufweisen.The semiconductor device according to FIG. 2 uses the potential drop in the base zone without a gradation of the specific resistance in order to achieve the values of the characteristic curve according to FIG. 3. The semiconducting one Plate 21 is made of N-conductive single crystal germanium with z. B. a resistivity of 0.7 ohm · cm and a thickness of about 0.038 mm and square major surfaces with 1.27 mm sides. P-conductive zones 22 and 23 are on opposite parts of the major surfaces 24 and 25 of the Plate 21 is formed. A typical method of forming these zones is by alloying Indium bodies 26 and 27 in the plate under suitable time and temperature conditions, whereby the transitions 28 and 29 at the interfaces between these zones and the Body have a distance of about 0.025 mm.

Diese Indiumschichten können beispielsweise durch Ausstanzen von Scheiben mit 0,38 bzw. 0,76 mm Durchmesser aus 0,205 mm starkem Indiummateria! hergestellt werden, das durch leichtes Ätzen mit verdünnter Salzsäure gereinigt und dann durch Erwärmen in trockenem Wasserstoff bei 300° C in kleine Kügelchen geformt wurde. Das größere Kügelchen wird dann in einer geeigneten Graphitschablone befestigt, die ein Loch mit 0,76 mm Durchmesser aufweist, und unter Druck gegen das Germaniumplättchen gehalten. Die Schablone wird in etwa 3 Minuten in trockener sauerstofffreier Wasserstoffatmosphäre auf 450° C gebracht und für etwa 5 Minuten zum Benetzen des Indiums mit dem Germanium auf dieser Temperatur gehalten. Nach dem Abkühlen wird die Schablone entfernt, und eine ähnliche Schablone mit einem Lochdurchmesser von 1,27 mm wird auf der gegenüberliegenden Fläche des Plättchens angebracht, so daß der Mittelpunkt auf einer senkrechten Linie zur Plättchenfläche liegt, die durch den Mittelpunkt der 0,76 mm Durchmesser aufweisenden legierten Zone hindurchführt. Das kleinere Indiumkügelchen wird in der zweiten Schablone gegen das Plättchen unter Druck angepreßt, während der Erwärmungsvorgang bei einer Ofentemperatur von 500° C wiederholt und für eine Zeitspanne von etwa 10 Minuten aufrechterhalten wird.These indium layers can be produced, for example, by punching out 0.38 or 0.76 mm disks Diameter made of 0.205 mm thick indium material! made by light etching with diluted hydrochloric acid and then purified by heating in dry hydrogen at 300 ° C in small globules was formed. The larger bead is then placed in a suitable graphite template attached, which has a hole 0.76 mm in diameter, and under pressure against the germanium plate held. The stencil is placed in a dry, oxygen-free hydrogen atmosphere in about 3 minutes brought to 450 ° C and for about 5 minutes to wet the indium with the germanium kept at this temperature. After cooling, the stencil is removed, and a similar stencil with a hole diameter of 1.27 mm is on the opposite surface of the plate attached so that the center point lies on a perpendicular line to the platelet surface which passes through the Center of the 0.76 mm diameter alloy zone passes through. The smaller indium bead is pressed against the plate under pressure in the second stencil during the heating process repeated at an oven temperature of 500 ° C and for a period of about 10 minutes is maintained.

ίο Wird dieses Legierverfahren auf ein Plättchen angewendet, dessen Flächen in der 1-1-1-Kristallebene geschnitten sind, so bilden sich parallel mit den Hauptflächen innerhalb des Plättchens N-P-Übergänge, die etwa 0,025 mm voneinander entfernt sind. Diese Übergänge neigen an ihrer Trennfläche mit der Plättchenoberfläche dazu, durch Indiummaterial kurzgeschlossen zu werden, das sich über die Umfangszonen des zu P-leitendem Material umgewandelten Materials unterhalb der einlegierten Masse erstreckt. Um dieses den Übergang kurzschließende Material zu entfernen, kann das Plättchen für einige Sekunden in einem Ätzmittel geätzt werden, das beispielsweise aus 3 Teilen Salpetersäure und 1 Teil Fluorwasserstoffsäure besteht, mit anschließendem Spülen in Wasser und einer zweiten, 20 Sekunden dauernden Ätzung in Salzsäure, einer zweiten Spülung in Wasser und einer dritten Ätzung in konzentrierter Salpetersäure, Spülen in Wasser und Spülen in Alkohol. Leitungen 31 und 32 aus beispielsweise 0,127 mm starkem Nickeldraht können dann mit Indiumlötmittel an den Indiumflächen 26 und 27 angelötet werden.ίο Will this alloying process on a platelet applied, its faces in the 1-1-1 crystal plane are cut, N-P junctions are formed parallel with the main surfaces within the platelet, which are about 0.025 mm apart. These transitions are inclined at their interface with the Platelet surface to be short-circuited by indium material, which extends over the peripheral zones of the material converted to P-conductive material extends below the alloyed mass. In order to remove this material short-circuiting the transition, the plate can be left in for a few seconds an etchant composed, for example, of 3 parts of nitric acid and 1 part of hydrofluoric acid with subsequent rinsing in water and a second etching for 20 seconds in Hydrochloric acid, a second rinse in water and a third etch in concentrated nitric acid, rinse in water and rinsing in alcohol. Lines 31 and 32 made of, for example, 0.127 mm thick nickel wire can then be soldered to the indium surfaces 26 and 27 with indium solder.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Herstellungsverfahren beschränkt. Das beschriebene Ausführungsbeispiel soll lediglich ein Verfahren veranschaulichen, nach dem sich wirksame Anordnungen gemäß der Erfindung herstellen lassen. Diese Verfahren sind typisch für die Herstellung von Emitter- und Kollektorzonen und der elektrischen Verbindungen mit diesen Zonen für Anordnungen, wie sie in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigt sind.The invention is not restricted to the manufacturing method described. The described Embodiment is only intended to illustrate a method according to which effective arrangements can be produced according to the invention. These processes are typical for the manufacture of emitter and collector zones and the electrical connections to these zones for arrangements as shown in Figures 1, 4 and 5 are shown.

Wird eine 0,76 mm Durchmesser aufweisendeWill have a diameter of 0.76 mm

P-leitende Zone 22 als Emitter vorgespannt und ist eine Leitung 31 bezüglich der Leitung 32 positiv vorgespannt, dann ergibt sich eine Anordnung gemäß Fig. 2, die wie oben beschrieben hergestellt ist und die Eigenschaften gemäß Fig. 3 aufweist, so daß beim Überschreiten einer kritischen, etwa bei 41 Volt liegenden Spannung V_c ein Bereich mit negativem Widerstand erreicht wird, der einen negativen Widerstand von ungefähr 1500 Ohm im Bereich zwischen 0,5 und 2 mA zeigt. In der Kennlinie nach Fig. 3 ist die Durchbruchspannung der Anordnung als das kritische Potential V_c am Punkt 35 bezeichnet, bei dem die Gesamtstromvervielfachung M · T zum erstenmal gleich 1 wird.P-conductive zone 22 is biased as an emitter and a line 31 is biased positively with respect to the line 32, then there is an arrangement according to FIG. 2, which is produced as described above and has the properties of FIG critical voltage V _c , which is approximately 41 volts, a range with negative resistance is reached which shows a negative resistance of approximately 1500 ohms in the range between 0.5 and 2 mA. In the characteristic curve according to FIG. 3, the breakdown voltage of the arrangement is designated as the critical potential V _c at point 35, at which the total current multiplication M · T becomes equal to 1 for the first time.

Die Betriebsart für diese Halbleiteranordnung ist ähnlich wie die der Fig. 1. Bei niederen Stromwerten ist das α der Diode klein, so daß die volle Durchbruchspannung angelegt werden kann, ohne daß die Diode in seinen Zustand mit hohem Strom gekippt wird. Das niedrige α wird auf den niedrigen Übergangswirkungsgrad β zurückgeführt, der sich aus dem Verlust von abgegebenen Minderheitsladungsträgern im Diffusionsbereich zwischen den Übergängen 28 und 29, insbesondere an den Umfangsbereichen des Übergangs 28 ergibt. Wächst der Strom an, dann vermindert der Spannungsabfall in der Basisschicht oder Masse des Körpers 21 von den Umfangsbereichen 33 des Emitters 22 aus das Durchlaßpotential dieser Bereiche des Emitterübergangs. Dadurch wird dieThe mode of operation for this semiconductor device is similar to that of FIG. 1. At low current values, the α of the diode is small so that the full breakdown voltage can be applied without the diode being flipped into its high current state. The low α is attributed to the low transition efficiency β , which results from the loss of released minority charge carriers in the diffusion area between the junctions 28 and 29, in particular at the peripheral areas of the junction 28. If the current increases, then the voltage drop in the base layer or ground of the body 21 from the peripheral regions 33 of the emitter 22 reduces the forward potential of these regions of the emitter junction. This will make the

Außenseite des Emitters weniger in der Durchlaßrichtung vorgespannt als die Mitte des Emitters. Demgemäß ist die Dichte der in der Mitte eingeführten Ladungsträger proportional größer als die Dichte der am Umfang eingeführten Ladungsträger, und da ß, der Übergangswirkungsgrad des Mittelteiles hoch ist im Vergleich zu den Umfangsteilen, wird das gesamte α vergrößert. Oder, mit anderen Worten: Wächst der Strom im Basismaterial in der Nähe des Emitterübergangs an, so wird die Vorspannung in Durchlaßrichtung der Randzone des Übergangs vermindert, und diese Zonen werden als Emitterbereiche wirksam ausgeschaltet, so daß diese Teile des Emitters mit geringem Wirkungsgrad, die den Stromvervielfachungsfaktor α herabsetzen, wirksam sind.Outside of the emitter less forward biased than the center of the emitter. Accordingly, the density of the introduced in the middle of the charge carriers is larger in proportion ß than the density of the introduced at the periphery of charge carriers, and then, the transfer efficiency of the central part is high as compared to the peripheral parts, the entire α is increased. Or, in other words: If the current increases in the base material in the vicinity of the emitter junction, the forward bias voltage in the forward direction of the edge zone of the junction is reduced, and these zones are effectively switched off as emitter areas, so that these parts of the emitter with low efficiency, the reduce the current multiplication factor α, are effective.

Insofern, als dieses Verfahren zum Verändern von α vom Spannungsabfall in dem Halbleiterkörper 11 abhängt, wird die Verwendung einer optimalen Anordnung mit einem Material mit den größten Leitungswiderständen vorgeschlagen, d. h. ein Plättchen aus einem Material mit möglichst hohem spezifischem Widerstand, der mit den Anforderungen bezüglich einer geeigneten Durchbruchspannung und Verlustleistung verträglich ist. Da ferner die Lawinenvervielfachung eines in Sperrichtung vorgespannten Übergangs bei Stromübergängen für N-leitende Basiszonen größer ist als für P-leitende Zonen in Germanium, so stellt eine P-N-P-Anordnung die günstigste Lösung dar. In Fig. 4 ist eine andere geometrische Anordnung dargestellt, bei der der Wert von α auf Grund der beschriebenen Wirkungsweise vom Strom abhängt. In Fig. 4 ist der Stromübergang 41 des Emitterbereichs 42 ringförmig, wobei die inneren und äußeren Umfangsbereiche mit der Projektion eines in der Mitte angeordneten Kollektorbereichs 43 und seines Übergangs 44 konzentrisch liegen. Der Durchmesser des Kollektorübergangs ist kleiner als der äußere Durchmesser des Emitterübergangs. Daher weisen, verglichen mit den innenliegenden Umfangsteilen, die äußeren Umfangsbereiche des Emitters bei hohen Stromdichten auf Grund der langen Strompfade im Basisbereich 45 eine stark verminderte Vorspannung in Durchlaßrichtung auf.Inasmuch as this method for changing α from the voltage drop in the semiconductor body 11 depends, the use of an optimal arrangement with a material with the largest Line resistances suggested, d. H. a plate made of a material with the highest possible specificity Resistance compatible with the requirements for a suitable breakdown voltage and Power loss is tolerated. Furthermore, since the avalanche multiplication of a reverse biased The transition in current transitions for N-conducting base zones is greater than for P-conducting zones in germanium, so a P-N-P arrangement represents the most favorable solution. In Fig. 4 is another geometrical one Arrangement shown in which the value of α due to the described mode of action of the current depends. In Fig. 4, the current junction 41 of the emitter region 42 is ring-shaped, the inner and outer peripheral areas with the projection of a centrally arranged collector area 43 and its transition 44 lie concentrically. The diameter of the collector transition is smaller than that outer diameter of the emitter junction. Therefore, compared to the inner peripheral parts, the outer circumferential areas of the emitter at high current densities due to the long current paths in the base region 45 a greatly reduced bias in the forward direction.

Eine andere Zweipolanordnung mit negativem Widerstand ist in Fig. 5 dargestellt. Mit dieser Anordnung erreicht man einen vom Strom abhängigen Stromvervielfachungsfaktor α in der gleichen Weise wie nach der Anordnung in Fig. 1. Diese Konstruktion unterscheidet sich von der in Fig. 1 durch die geometrische Anordnung der Basiszone 61. Diese Anordnung der Basis erfordert eine weniger starre Steuerung der Behandlung während der Herstellung. Diese Basiszone enthält einen ersten Teil 62 aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand, der sich von der Emitterzone 64 zur Kollektorzone 65 erstreckt, sowie einer zweiten Zone 63 mit geringem spezifischem Widerstand, der durch die Basiszone und seitlich mindestens über einen wesentlichen Teil des Emitters geht, der sich jenseits der Projektion des Kollektors erstreckt. Dieses Material mit geringem spezifischem Widerstand verringert das γ der Umfangsteile des Emitters bei niedrigen Strömen um einen wesentlichen Betrag und bewirkt bei höheren Strömen eine geringere Herabsetzung der /?-Werte, als dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.Another negative resistance two-terminal arrangement is shown in FIG. With this arrangement, a current-dependent current multiplication factor α is achieved in the same way as according to the arrangement in FIG. 1. This construction differs from that in FIG. 1 in the geometric arrangement of the base zone 61. This arrangement of the base requires a less rigid one Control of treatment during manufacture. This base zone contains a first part 62 made of a material with high resistivity, which extends from the emitter zone 64 to the collector zone 65, and a second zone 63 with low resistivity, which extends through the base zone and laterally over at least a substantial part of the emitter that extends beyond the projection of the collector. This material with low specific resistance reduces the γ of the peripheral parts of the emitter by a substantial amount at low currents and brings about a smaller reduction in the /? Values at higher currents than was described in connection with FIG. 1.

In Fig. 1 erstreckt sich der durch die horizontalen Linien dargestellte Bereich niedrigen spezifischen Widerstandes nur ein kurzes Stück in die Basiszone hinein, während die entsprechende Zone 63 in Fig. 5 die Basis durchdringt. Beide Zonen können dadurch erzeugt werden, daß ejn Donatorelement, wie z. B. Phosphor, Arsen oder Antimon, beispielsweise von einem aufgedampften Oberflächenfilm aus, in den Bereich aus N-leitendem Material hohen spezifischen Widerstandes eindiffundiert wird. In jedem Falle wird das Material mit hohem spezifischem Widerstand, an das sich der innere Teil des Emitters anschließt, durch Maskierung eines geeignet geformten Bereichs während des Aufdampfens geschützt. Da die Donatorelemente in Fig. 5 durch die Basiszone hindurchdiffundieren, sind keine bestimmten Zeiten oder Temperaturen zu beachten, wie dies der Fall wäre, wenn eine genaue Diffusionstiefe erzielt werden soll. Andererseits sollte die seitliche Ausdehnung des Materials mit geringem spezifischem Widerstand in Fig. 5 so begrenzt sein, daß dieses Material den Kollektorbereich 65 nicht schneidet, während die Ausdehnung dieses Materials in der Anordnung nach Fig. 1 nicht in dieser Weise begrenzt ist. Es leuchtet demgemäß ein, daß jede der Konstruktionen nach Fig. 1 und 5 Vorteile aufweist und sich daher entsprechend einem Kompromiß zwischen den Betriebsanforderungen an die Anordnung und der Wirtschaftlichkeit der Herstellung verwenden lassen.In Fig. 1, the low specific area shown by the horizontal lines extends Resistance only a short distance into the base zone, while the corresponding zone 63 in FIG. 5 penetrates the base. Both zones can be created by ejn donor element, such as. B. Phosphorus, arsenic or antimony, for example from a vapor-deposited surface film, into the Area made of N-conductive material of high specific resistance is diffused. In any case becomes the material with high resistivity to which the inner part of the emitter is connected, protected by masking a suitably shaped area during vapor deposition. As the donor elements 5 diffusing through the base zone are not specific times or temperatures note how this would be the case if an accurate diffusion depth was to be achieved. on the other hand the lateral expansion of the low resistivity material in Fig. 5 should be so be limited that this material does not intersect the collector area 65 during the expansion this material in the arrangement of FIG. 1 is not so limited. It shines accordingly one that each of the constructions of FIGS. 1 and 5 has advantages and therefore corresponds to a Compromise between the operational requirements of the arrangement and the economy of manufacture let use.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Erläuterungen des Erfindungsgedankens gedacht und stellen keine Beschränkung in irgendeiner Form dar. Während die besonderen, beschriebenen Anordnungen aus Germanium mit einlegierten Sprungübergängen gebildet wurden und eine P-N-P-Anordnung darstellen, ist es doch klar, daß auch andere Halbleiter, wie z.B. Silizium, Silizium-Germanium-Legierungen und halbleitende Verbindungen der Elemente der Gruppen III und V als Halbleitermaterial in einer Anordnung in dieser Art verwendet werden können. Während die besonderen Parameter wie die Durchbruchspannung und der Lawinenverstärkungsfaktor sich mit dem Grundmaterial und der Art der darin befindlichen Übergänge ändern, folgen sie doch den allgemeinen, oben beschriebenen Eigenschaften und lassen sich für die vorgesehene Verwendung gebrauchen. Eine entsprechende Umkehr der Potentiale gestattet in den beschriebenen Ausführungsformen die Verwendung eines N-P-N-Aufbaues an Stelle eines P-N-P-Aufbaues.The embodiments described above are only intended as explanations of the concept of the invention and are not intended as a limitation in any form. While the particulars are described Arrangements of germanium with inlaid jump transitions were formed and a P-N-P arrangement it is clear that other semiconductors, such as silicon, silicon-germanium alloys and semiconducting compounds of the elements of groups III and V as semiconductor material can be used in an arrangement of this type. While the special parameters how the breakdown voltage and the avalanche amplification factor vary with the base material and change the nature of the transitions they contain, but follow the general guidelines described above Properties and can be used for the intended use. A corresponding reversal of the potentials allows the use of an N-P-N structure in the described embodiments instead of a P-N-P structure.

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

1. Schaltdiode mit einem plattenförmigen Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps sowie mit auf gegenüberliegenden Oberflächen angebrachten Elektroden und diesen je eine vorgelagerte Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgelagerten Zonen gleiche Form und Größe wie die Elektroden haben, daß die eine Elektrodenfläche etwa viermal so groß wie die andere ist, daß ferner im Betrieb zwischen den beiden Elektroden eine Spannung einer solchen Polarität angelegt ist, daß der gleichrichtende Übergang der größeren Elektrodenfläche in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, und zwar so hoch, daß sie über der Durchbruchspannung der kleineren Elektrode liegt und sich bei abnehmender Spannung ein wachsender Strom ergibt, und daß der Halbleiterkörper selbst zwischen den beiden Übergängen keine Elektroden aufweist.1. Switching diode with a plate-shaped Semiconductor bodies of one conductivity type as well as having mounted on opposing surfaces Electrodes and an upstream zone of opposite conductivity type each, thereby characterized in that the upstream zones have the same shape and size as the electrodes, that one electrode area is about four times as large as the other, that furthermore during operation a voltage of such a polarity is applied between the two electrodes that the rectifying Transition of the larger electrode area is biased in the forward direction, namely so high that it is above the breakdown voltage of the smaller electrode and decreases with decreasing Voltage results in an increasing current, and that the semiconductor body itself between the has no electrodes at both junctions.

2. Schaltdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenmäßig größeren Elektrode die flächenmäßig kleinere Elektrode so gegenüberliegt, daß ihre Projektion auf die größere Elektrode von deren Umrandung eingeschlossen ist.2. Switching diode according to claim 1, characterized in that that the electrode which is larger in area is opposite the electrode which is smaller in area, that its projection onto the larger electrode is enclosed by its border.

909· 630/267909 630/267

3. Schaltdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der flächenmäßig größeren Elektrode benachbarte Teil des Halbleiterkörpers einen abnehmenden Gradienten des spezifischen Widerstandes in Richtung auf den Umfang des Halbleiterkörpers zu aufweist.3. Switching diode according to one of the preceding claims, characterized in that the Area-wise larger electrode adjacent part of the semiconductor body has a decreasing gradient of the specific resistance in the direction of the circumference of the semiconductor body.

4. Schaltdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gleichrichtenden Übergänge einen engen Abstand von etwa 0,025 mm haben.4. Switching diode according to one of the preceding claims, characterized in that the two rectifying junctions have a close spacing of about 0.025 mm.

5. Schaltdiode nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Halbleiterkörpers etwa zwischen der kleineren Elektrode und der größeren Elektrode aus N- bzw. P-Halbleitermaterial und der übrige Teil des5. Switching diode according to claims 1 and 3, characterized in that the part of the semiconductor body for example between the smaller electrode and the larger electrode made of N- or P-semiconductor material and the remaining part of the

Halbleiterkörpers aus N+- bzw. P+-Halbleitermaterial besteht.Semiconductor body consists of N + or P + semiconductor material.

6. Schaltdiode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der übrige Teil des Halbleiterkörpers in seiner Seitenausdehnung auf den Bereich außerhalb der Projektion der kleineren auf die größere Elektrode beschränkt ist.6. Switching diode according to claim 5, characterized in that the remaining part of the semiconductor body in its lateral extent to the area outside the projection of the smaller ones is limited to the larger electrode.

In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications:

Deutsche Patentschrift Nr. 814 487;German Patent No. 814,487;

deutsche Patentanmeldungen ρ 6800 VIII c/21g (bekanntgemacht am 1. 3. 1951), ρ 2846 VIIIc/21g (be kanntgemacht am 12. 10. 1950);German patent applications ρ 6800 VIII c / 21g (published on March 1, 1951), ρ 2846 VIIIc / 21g (be made known on October 12, 1950);

USA.-Patentschrift Nr. 2 703 855;U.S. Patent No. 2,703,855;

belgische Patentschrift Nr. 523 638.Belgian patent specification No. 523 638.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings