DE1067933B - Controlled semiconductor device with two electrodes. 1'9. 12. 56. Great Britain - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf gesteuerte Halbleiteranordnungen mit einem Halbleiterkörper eines Leitungstyps aus Germanium, an dem zwei Elektroden angebracht sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Halbleiteranordnungen derjenigen Art, bei 5 welcher eine Lawine im Halbleiterkörper erzeugt bzw. zum Entstehen gebracht wird, die sich als schnelles Anwachsen der Ladungsträgerdichte auswirkt.The invention relates to controlled semiconductor arrangements having a semiconductor body of a Germanium conduction type with two electrodes attached. In particular, the invention relates Semiconductor arrangements of the type in which an avalanche is generated in the semiconductor body or is brought about, which has the effect of a rapid increase in the charge carrier density.

Halbleiteranordnungen, in denen ein Lawinenbereich aufgebaut werden kann, sind bekannt. Eine dieser bekannten Halbleiteranordnungen ist die sogenannte Zener-Diode, bei welcher die durch den Lawinenzustand erzeugten Ladungsträger entgegen der Flußstromrichtung aus dem Halbleiterkörper extrahiert werden, wodurch ein positiver Widerstandsbereich bzw. eine positive Widerstandscharakteristik der Halbleiteranordnung gewährleistet wird. Auch bei einer anderen, der Zener-Diode ähnlichen Halbleiteranordnung kann ein Lawinenzustand entgegen der Flußstromrichtung vorkommen, nachdem der sogenannte Zener-Spannungspunkt erreicht ist. Bei dieser Halbleiteranordnung werden aber die im Lawinenbereich erzeugten Ladungsträger ebenfalls an den Flächenverbindungen aus dem Halbleiterkörper austreten, was eine positive Widerstandscharakteristik der Halbleiteranordnung ergibt.Semiconductor arrangements in which an avalanche area can be built up are known. One this known semiconductor device is the so-called Zener diode, in which the through the Charge carriers generated in the avalanche state are extracted from the semiconductor body against the direction of the flow current which results in a positive resistance range or a positive resistance characteristic the semiconductor arrangement is guaranteed. Also with another semiconductor arrangement similar to the Zener diode an avalanche condition can occur against the direction of the river flow after the so-called Zener tension point is reached. In this semiconductor arrangement, however, those in the avalanche range generated charge carriers also emerge from the semiconductor body at the surface connections, which gives a positive resistance characteristic of the semiconductor device.

Gegenüber diesen bekannten Halbleiteranordnungen unterscheidet sich die Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung in erster Linie dadurch, daß bei Sättigung in der Flußstromrichtung Lawinen-Ionisation stattfindet, daß dabei eine Raumladung mit schwachem elektrischem Feld sich aufbaut, in das durch die Lawinen-Ionisation frei werdende Ladungsträger freigegeben, eingebracht oder inj ziert werden und dadurch die Leitfähigkeit des Stromweges im Halbleiterkörper derart vergrößert wird, daß sich ein negativer Widerstand in der Flußstromrichtung ergibt, und daß die Elektroden des Halbleiterkörpers und die Raumgestaltung des Stromweges so ausgebildet sind, daß ein Überhitzen des Halbleiterkörpers verhindert ist.Compared to these known semiconductor arrangements, the semiconductor arrangement differs according to FIG Invention primarily due to the fact that avalanche ionization takes place in the direction of the flow current at saturation, that a space charge with a weak electric field builds up, in which by the avalanche ionization released charge carriers are released, introduced or injected and thereby the conductivity of the current path in the semiconductor body is increased in such a way that a results in negative resistance in the flow current direction, and that the electrodes of the semiconductor body and the spatial configuration of the current path are designed so that overheating of the semiconductor body is prevented.

Es sind zwar schon Flächentransistoren — also Halbleiteranordnungen mit drei Elektroden — bekannt, die einen negativen Widerstandsbereich haben. Dieser negative Widerstandsbereich wird aber nicht durch die Lawineninjektion von Ladungsträgern erzeugt, sondern ist eine Folge der gleichzeitigen Verwendung von drei Elektroden. Bei Verwendung von nur zwei Elektroden ist aber in jedem Falle, wie bei der Zener-Diode, eine positive Widerstandscharakteristik entgegengesetzt zur Flußstromrichtung bei Extraktion der Ladungsträger aus dem Halbleiterkörper vorhanden. Bei den bekannten Spitzendioden wird eine negative Widerstandscharakteristik nicht Gesteuerte Halbleiteranordnung
mit zwei.ElektrodenSurface transistors - that is, semiconductor arrangements with three electrodes - are already known which have a negative resistance range. This negative resistance range is not generated by the avalanche injection of charge carriers, but is a consequence of the simultaneous use of three electrodes. When only two electrodes are used, however, as in the case of the Zener diode, there is a positive resistance characteristic opposite to the flow current direction when the charge carriers are extracted from the semiconductor body. In the case of the known tip diodes, a negative resistance characteristic becomes uncontrolled semiconductor device
with two electrodes

Anmelder:Applicant:

National Research. _: National Research. _:

Development Corporation,
LondonDevelopment Corporation,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,
Siegen, Oranienstr. 14th

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 22. Dezember 1955Claimed priority:
Great Britain 22 December 1955

John Battiscombe Gunn, Vancouver'(Kanada),
ist als Erfinder genannt wordenJohn Battiscombe Gunn, Vancouver '(Canada),
has been named as the inventor

durch Lawinen-Injektion hervorgebracht, da Spitzenkontakte für das Hervorbringen einer Lawinen-Injektion nicht geeignet sind. , \ . ··.....produced by avalanche injection, as tip contacts for producing an avalanche injection are not suitable. , \. ·· .....

In Weiterentwicklung des Erfmdungsgedankens kann eine Elektrode eine ohmsche, Elektrode und die andere eine nichtohmsche und nichtinjizierende Flächenelektrode sein, die-eine solche kleine Fläche aufweist, daß die Stromwege zwischen den Elektroden sich im wesentlichen radial zur anderen erstrecken. In a further development of the inventive concept, an electrode can be an ohmic, electrode and the others be a non-resistive and non-injecting area electrode, the - such a small area comprises that the current paths between the electrodes extend substantially radially to the other.

Die Wirkungen eines starken elektrischen Feldes auf die Elektronenlöcher und die Elektronen eines Element-Halbleiters sind der Gegenstand theoretischer Berechnungen und experimenteller -Messungen gewesen. Die für Germanium erhaltenen ,Ergebnisse können wie folgt zusammengefaßt werden. Bei Feldern mit weniger als etwa 10³VoIt Cm^-1 wächst die durchschnittliche Abfließgeschwindigkeit der Stromträger im Germanium proportional · zum- elektrischen Feld an, und die Träger-»Temperatur« bleibt mit derjenigen des Kristallgitters im Gleichgewicht. Bei stärkeren Feldern jedoch tritt ein Abweichen von dieser linearen Beziehung auf, und es ist festgestellt worden, daß die Abfließgeschwindigkeit sich weniger schnell vergrößert bzw. erhöht als das elektrische Feld, so daß sie etwa gleich groß-für Elektronenlöcher und Elektronen und fast unabhängig vom Wert des-Feldes über den Bereich von 3 · 1Ό³ bis 6-10⁴VoItCm-¹ The effects of a strong electric field on the electron holes and electrons of an element semiconductor have been the subject of theoretical calculations and experimental measurements. The results obtained for germanium can be summarized as follows. For fields with less than about 10 ³ VoIt Cm ^-1 , the average flow rate of the current carriers in germanium increases proportionally to the electric field, and the carrier "temperature" remains in equilibrium with that of the crystal lattice. With stronger fields, however, a deviation from this linear relationship occurs, and it has been found that the flow rate increases or increases less rapidly than the electric field, so that it is about the same size for electron holes and electrons and almost independently of the value des field over the range from 3 · 1Ό ³ to 6-10 ⁴ VoItCm- ¹

909- 640/332909-640/332

wird. In diesem Falle wird die Trägertemperatur erheblich größer als diejenige des Kristallgitters. Bei oder aus der oberen Grenze des Bereiches sind die Elektoden in der Lage, genügend Energie zu erwerben bzw. aufzunehmen, um ein bewegliches Trägerpaar, freizusetzen. Da die beiden neuen Träger des .Trägerpaares eine weitere Ionisation bewirken können, ist der Vorgang, welcher Lawinen-Ionisation genannt wird, ein fortlaufend sich steigernder, der zu einem schnellen Anwachsen der Trägerdichte führen kann. Die Elektronenlöcher- und Elektronenströme bei einer Lawine haben alle eine begrenzte Divergenz bzw. Abweichung voneinander und geben daher, zusammen mit der Sättigungs-Abfließgeschwindigkeit, Anlaß zu einer Raumladung und somit Anlaß zu einer Änderung des elektrischen Feldes.will. In this case, the carrier temperature becomes considerably higher than that of the crystal lattice. at or from the upper limit of the range the electrodes are able to acquire sufficient energy or pick up to release a movable pair of carriers. Since the two new carriers of the Carrier pairs can cause further ionization is the process of avalanche ionization is called, a continuously increasing one, leading to a rapid increase in the carrier density can. The electron hole and electron currents in an avalanche all have limited divergence or deviation from each other and therefore give, together with the saturation flow rate, Reason for a space charge and thus a change in the electric field.

Diese Änderung des elektrischen Feldes dauert an, wenn der Strom anwächst; im Falle eines Halbleiterkörpers, bei welchem der Strom durch eine nichtinjizierende Elektrode übermittelt wird, z. B. einer . Elektrode mit vorgelagerter η+ -Zone für Halbleiterwerkstoff vom η-Typ, einer Elektrode mit vorgelagerter ρ+ -Zone für Halbleiterwerkstoff vom p-Typ oder Elektroden mit vorgelagerten n + -bzw. p +-Zonen für eigenleitenden Halbleiterwerkstoff, kann der Potentialabfall über einen schmalen Bereich in der Nähe einer derartigen Elektrode sehr hoch werden, während das ,sonstige Feld im Stromweg entsprechend sehr schwach wird. Ein schmaler Bereich dieser Art ist als ein Lawinenbereich bekannt, und er ist eine ergiebige Trägerlieferquelle; diese Träger werden in den schwachen Feldbereich injiziert und steigern den wirksamen Stromnuß trotz des schwachen elektrischen Feldes. Es wird in Vorschlag gebracht, die Wirkung bzw. den Vorgang, welche bzw. welcher das Anwachsen des Stromflusses zur Folge hat, mit Lawinen-Injektion zu bezeichnen.This change in the electric field continues as the current increases; in the case of a semiconductor body, in which the current is conveyed through a non-injecting electrode, e.g. B. one . Electrode with upstream η + zone for semiconductor material of the η-type, an electrode with an upstream ρ + -zone for semiconductor material of the p-type or Electrodes with upstream n + or. p + -zones for intrinsically conductive semiconductor material, the potential drop can become very high over a narrow area in the vicinity of such an electrode, while the other field in the current path is correspondingly very weak. A narrow range of this type is than an avalanche area is known and is an abundant carrier supply source; these carriers are in the injected weak field area and increase the effective current consumption despite the weak electrical Field. It is suggested the effect or the process, which or which the growth of the current flow has to be referred to as avalanche injection.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann bei einer Halbleiteranordnung die eine Elektrode so aufgebaut werden, daß sie mit einer Zone aus eigenleitendem Halbleitermaterial an eine p + ~ bzw. η+ -Zone angeschlossen werden kann, während die andere, zweite. Elektrode so aufgebaut werden kann, daß sie mit einer Zone aus eigenleitendem Halbleitermaterial an eine n+- bzw. ρ+ -Zone angeschlossen werden kann, und der Abstand zwischen beiden Elektroden an . einer Stelle einen Mindestwert aufweist, der. von der Fremdstoffkonzentration N der eigenleitenden Schicht nach folgenden Beziehungen abhängt: ..^: .According to a further embodiment of the invention, one electrode in a semiconductor arrangement can be constructed in such a way that it can be connected to a p + ~ or η + zone with a zone of intrinsically conductive semiconductor material, while the other, second. Electrode can be constructed in such a way that it can be connected to an n + or ρ + zone with a zone made of intrinsically conductive semiconductor material, and the distance between the two electrodes increases. a position has a minimum value that. depends on the foreign matter concentration N of the intrinsic layer according to the following relationships: .. ^: .

qNX/KEg<l qNX / KEg < l

qNXjKE<x<2 -4V_AJEgXqNXjKE <x <2 -4V _A JEgX

worin q die Ladung eines Elektrons, N die Fremdstqffkorizentration des Halbleitermaterials, X der Elektrodenabstand, K die Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials und V_A gleich der Mindestspannung ist, welche zur Aufrechterhaltung der Lawine im Halbleiterkörper erforderlich ist.where q is the charge of an electron, N is the foreign matter concentration of the semiconductor material, X is the electrode spacing, K is the dielectric constant of the semiconductor material and V _A is the minimum voltage required to maintain the avalanche in the semiconductor body.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn an der anderen Elektrode eine η+ -Schicht mit einer Zinn-' Antimon-Legierung hergestellt werden kann und wenn als Halbleitermaterial Germanium verwendet ist, welches eine Fremdstoffkonzentration von nicht mehr als 2 · 10¹² Moleküle/cm³ und einen Elektronen-•.abstand X von 40 μ hat.It is also particularly advantageous if an η + layer with a tin-antimony alloy can be produced on the other electrode and if germanium is used as the semiconductor material, which has an impurity concentration of not more than 2 · 10 ¹² molecules / cm ³ and an electron distance X of 40 μ.

'Schließlichkann vorteilhaft die eine erste Elektrode aus Nickel bestehen und mit Indium anlegiert werden, und die andere Elektrode kann aus einem anlegierten Golddrähtchen bestehen, das Antimon enthält. Die andere Elektrode kann vorteilhaft so anlegiert werden, daß die Legierungsfläche sich konvex in den Halbleiterkörper hinein erstreckt.Finally, the one first electrode can advantageously be used made of nickel and alloyed with indium, and the other electrode can be made of an alloyed There are gold wires that contain antimony. The other electrode can advantageously be alloyed in such a way that that the alloy surface extends convexly into the semiconductor body.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigenThe invention will now be described in more detail with reference to the drawing which shows it for example are described, namely show

Fig. 1 a, 1 b, 1 c eine Ausführungsanordnung für die Hervorrufung von Lawinen-Ionisations-Wirkungen und die dazugehörigen Kennlinien,Fig. 1 a, 1 b, 1 c an embodiment arrangement for the Evocation of avalanche ionization effects and the associated characteristic curves,

Fig. 2 eine Kennlinie, welche zum besseren Verständnis der Lawinen-Ionisation und -Injektion dienen soll,2 shows a characteristic curve which is used for a better understanding of avalanche ionization and injection target,

Fig. 3 a und 3 b den Aufbau zweier Kristalldioden zur Verwendung der Lawinen-Injektion,3 a and 3 b show the structure of two crystal diodes for the use of avalanche injection,

Fig. 4 bis 6 zusätzliche Kennlinien, welche zum beseren Verständnis der Erfindung beitragen sollen, während4 to 6 additional characteristic curves, which are intended to contribute to the better understanding of the invention, while

Fig. 7 eine Schaltungsanordnung zur Messung der Schaltzeit von Lawinen-Injektions-Kristalldioden wiedergibt. 7 shows a circuit arrangement for measuring the switching time of avalanche injection crystal diodes.

Fig. 1 a zeigt einen stabähnlichen Massenkörper aus Germanium des η-Typs, nach dessen einem Ende 1 eine η+-Endverbindung hergestellt ist und an dessen anderem Ende 2 ein ohmscher Kontakt angebracht ist. Es wird angenommen, daß eine Spannungslieferquelle V mit den Endanschlüssen verbunden ist. Hierbei wird vorausgesetzt, daß eine Ladungsträger¹^ ektion und ein Potentialabfall an den Elektroden auf Grund der Eigenschaften bzw. der Art der Elektroden hintangehalten wird. Es sei zuerst angenommen, daß der Zentralbereich vom η-Typ mit einer Elektronendichte n₀ ist. Dann wird die Spannung zuerst, wenn der Strom von Null aus anwächst, proportional ansteigen, wie es im Bereich O bis A in Fig. 1 c ersichtlich ist. Wenn Stromstärken bzw. -dichten in der Größenordnung von j_Q = q · n_x · v_s (v_s=gesättigte Abfließgeschwindigkeit, und q ist die Ladung eines Elektrons) erreicht werden, wird die Spannung außerordentlich schnell ansteigen, während die Ladungsträgerdichte gleich W₀ und das Feld entlang des Stromweges gleichmäßig bleibt. Wenn Felder mit einer Stärke von 6· 10⁴VoItCm"¹ erreicht werden, wird die Lawinen-Ionisation beginnen; die so zusätzlich hervorgerufenen Ladungsträger verlangsamen den Anstieg der Spannung und des mittleren elektrischen Feldes (Punkt5 in Fig. Ic); ihre Raumladung führt jedoch zu einer Feldverformung bzw. -änderung, was zur Folge hat, daß das Feld in der Nähe der positiven Elektrode beträchtlich stärker als das mittlere Feld ist, während das Feld in der" Nähe der negativen Elektrode schwach wird. Ein weiteres Anwachsen des Stromes kann dabei gegebenenfalls in eine Lage führen, bei welcher das Feld an der negativen Elektrode auf einen geringen Wert verkleinert wird (Punkt C in Fig. Ic), und bei Strömen, welche noch größer bzw. stärker als diese sind, wird der Potentialabfall zunehmend auf einen kleinen Bereich sehr hohen elektrischen Feldes in der Nähe der positiven Elektrode begrenzt bzw. beschränkt, während das Feld im Rest des Prüfstückes fast auf Null verringert wird. Der schmale Bereich des hochelektrischen Feldes, der Lawinenbereich also, ist jedoch eine ergiebige Lieferquelle von Elektronenlöchern, welche in den Bereich des schwachen Feldes injiziert werden, um somit seine Leitfähigkeit zu steigern und damit die Durchleitung eines starken Stromflusses bei Vorhandensein lediglich eines schwachen elektrischen Feldes zu ermöglichen. Diese Erscheinung bzw. dieser Vorgang wird als Lawinen-Injektion bezeichnet.Fig. 1a shows a rod-like mass body made of germanium of the η-type, after one end 1 of which an η + end connection is made and at the other end 2 of which an ohmic contact is attached. It is assumed that a voltage supply source V is connected to the end terminals. Here, that a carrier is held disregard ¹ ^ ection and a potential drop at the electrodes due to the characteristics or the type of the electrodes is provided. Assume first that the central region is of the η-type with an electron density n ₀ . Then, when the current increases from zero, the voltage will first increase proportionally, as can be seen in the range O to A in FIG. 1c. If current intensities or densities in the order of magnitude of j _Q = q · n _x · v _s (v _s = saturated flow rate, and q is the charge of an electron) are reached, the voltage will rise extremely quickly, while the charge carrier density equals W. ₀ and the field remains uniform along the current path. When fields with a strength of 6 · 10 ⁴ VoItCm " ^{1 are} reached, the avalanche ionization will begin; the charge carriers thus additionally produced slow down the rise in the voltage and the mean electric field (point 5 in FIG. 1c); however, their space charge leads to a field deformation or change, with the result that the field in the vicinity of the positive electrode is considerably stronger than the mean field, while the field in the vicinity of the negative electrode becomes weak. A further increase in the current can possibly lead to a position in which the field at the negative electrode is reduced to a low value (point C in Fig. the potential drop is increasingly limited or restricted to a small area of very high electric field in the vicinity of the positive electrode, while the field in the rest of the test piece is reduced to almost zero. However, the narrow area of the high electric field, the avalanche area, is an abundant source of supply of electron holes, which are injected into the area of the weak field in order to increase its conductivity and thus the passage of a strong current flow in the presence of only a weak electric field enable. This phenomenon or this process is called avalanche injection.

Es ist bereits dargestellt, daß zumindest über den ersten Teil des Bereiches CD der Fig. 1 C die Spannung anwachsender bzw. zunehmender Stromstärke abfallen muß. Es sei nun angenommen, daß die Stromstärke im Vergleich zu J₀ groß sei, so daß die im Lawinenbereich auftretende Multiplikation M groß ist. Dann ist, falls α der Lawinen-Ionisations-Koeffizient nach McKay (Phys. Rev., 94, S. 877, 1954) ist, bereits veranschaulicht, daß 1 —l/M in der Grö- ad χ , wobei χ die Breite des La-„ It has already been shown that at least over the first part of the area CD of FIG. 1C, the voltage of increasing or increasing current strength must drop. It is now assumed that the current intensity is large compared to J ₀ , so that the multiplication M occurring in the avalanche region is large. Then, if α is the avalanche ionization coefficient according to McKay (Phys. Rev., 94, p. 877, 1954), it is already illustrated that 1 -1 / M is of the magnitude χ, where χ is the width of the La- "

winenbereiches wiedergibt. Der genaue Wert hängt von den Grenzverhältnissen des Lawinenbereiches ab. Gleicherweise beträgt die Spannung V _A quer durch den Lawinenbereich auf Grund des Feldes E inner-reproduces the wine area. The exact value depends on the limit conditions of the avalanche area. Likewise, the voltage V _A across the avalanche area is due to the field E within

halb des Bereiches — V _A — ledx. Bis zum Gradehalf of the range - V _A - ledx. Up to the grade

⁰
der hierbei erforderlichen Annäherung können die Integrale durch die Ergebnisse der Multiplikation von χ mit dem mittleren Wert ü und Έ ersetzt werden, und VM kann im Vergleich zu der Einheit vernachlässigt werden. Somit ist — V_A ~ Έ x ~ ε/α. Nunmehr muß ε auf Grund der Raumladung der Trader anwachsen, wenn sich die Stromdichte / vergrößert. Die Untersuchungsergebnisse von McKay zeigen, daß α sehr viel schneller über einen bestimmten Bereich anwächst als B; in diesem Bereich wer- und ~E[ü und somit — V_A abfallen, wenn / anwächst. ⁰
the approximation required here, the integrals can be replaced by the results of the multiplication of χ by the mean value ü and Έ , and VM can be neglected in comparison to the unit. Hence - V _A ~ Έ x ~ ε / α. Now, due to the space charge of the trader, ε must increase when the current density / increases. McKay's research shows that α grows much faster over a certain range than B; in this area and ~ E [ü and thus - V _{A will} decrease when / increases.

Es sei darauf hingewiesen, daß V_A weiterhin mit zunehmender Stromdichte abnehmen wird, aber nur so lange, wie Ufa abnimmt; falls E/a durch einen Mindestwert geht, kann angenommen werden, daß Ε/α sich ähnlich verhält. Daß E/a bei Silizium einen Mindestwert von etwa 6,3 Volt hat, ist in der graphischen Darstellung in Fig. 2, welche von den Untersuchungsergebnissen von McKay abgeleitet ist, veranschaulicht. Die verfügbaren Ergebnisse für Germanium auf Grund der Untersuchung von Miller (Fig. 2) erstrecken sich nicht auf Felder, welche hoch genug waren, um einen solchen Mindestwert festzustellen. Es besteht jedoch kein Grund, an dem Auftreten eines solchen Mindestwertes zu zweifeln. Es kann daher als wahrscheinlich angesehen werden, daß der Mindestwert von V_A eine brauchbare Konstante ist, welche einen gegebenen Halbleiter kennzeichnet.It should be noted that V _{A will} continue to decrease with increasing current density, but only as long as Ufa decreases; if I / a goes through a minimum value, it can be assumed that Ε / α behaves similarly. That I / o has a minimum value of about 6.3 volts for silicon is illustrated in the graph in FIG. 2, which is derived from the test results by McKay. The results available for germanium from Miller's study (Fig. 2) do not extend to fields high enough to establish such a minimum value. However, there is no reason to doubt the occurrence of such a minimum value. It can therefore be considered likely that the minimum value of V _{A is} a useful constant which characterizes a given semiconductor.

Der in Fig. 1 a gezeigte Elementaraufbau bildet keine zweckmäßige praktische Grundlage für die Beobachtung oder Auswertung der Lawinen-Injektion, weil im nicht eigenleitenden Halbleiterwerkstoff die Kraft, welche zur Aufrechterhaltung der Sättigungsabfließgeschwindigkeit notwendig ist, sehr viel größer ist, so daß sie nicht ohne zerstörende Hitzeeinwirkung abgeleitet werden könnte. Diese Schwierigkeit kann im Prinzip durch Übermittlung des elektrischen Feldes in kurzen Impulsen mit niedriger Wiederholungsfrequenz überwunden werden; die Impulslänge, welche zugelassen werden kann, ist jedoch so kurz, daß sich Messungen schwierig durchführen lassen, besonders in einem negativen Widerstandsbereich. Falls gewünscht wird, die Verwendung nicht eigenleitender Halbleiterwerkstoffe beizubehalten, kann diese Schwierigkeit in gewissem Ausmaß durch entsprechende Anordnung der Konstruktion, wie in Fig. 3 a gezeigt, überwunden werden.The elementary structure shown in Fig. 1 a does not form an expedient practical basis for observation or evaluation of the avalanche injection, because in the non-intrinsically conductive semiconductor material the Force used to maintain the saturation drainage rate is necessary, is much larger, so that it can not be without damaging the effect of heat could be derived. This difficulty can, in principle, be caused by the transmission of the electric field be overcome in short pulses with a low repetition frequency; the pulse length, which can be approved, however, is so short that measurements are difficult to carry out especially in a negative resistance range. If it is desired to maintain the use of non-intrinsic semiconductor materials, can this difficulty to some extent by appropriately arranging the construction, as in Fig. 3 a shown to be overcome.

In Fig. 3 a trägt ein Körper 3 aus Germanium des n-Leitungstyps, welcher 1 mm im Quadrat und 0,25 mm dick ist, eine ohmsche Elektrode und eine zweite nichtohmsche, nichtinjizierende Elektrode. Die ohmsche Elektrode ist auf einem Nickelplättchen 6, welches gegen den Germaniumkörper 3 durch eine Zinn-Antimon-Legierungsschicht 7 geschützt bzw. gesichert wird, gebildet. Die Legierungsschicht 7 selbst ist mit dem Germaniumkörper 3 legiert bzw. metallisch verbunden. Die zweite nichtohmsche Elektrode wird aus einem Fleck bzw. Tupfen 8 aus Zinn-Antimon-Legierung gebildet, welcher mit dem Germanium 3 metallisch verbunden ist. Der Fleck bzw; Tupfen hat typischerweise einen Durchmesser■.: von etwa 80 μ. Zwei Schichten 4 und 5 des n+-Leitungstyps werden gebildet, wenn jeweils der Legierungsfleck bzw. Tupfen 8 und die Schicht 7 metallisch mit dem Germanium 3 verbunden werden. Der Germaniumkörper 3 wird nach einem üblichen Verfahren geäzt, z. B. durch Eintauchen in eine warme Wasserstoffperoxydlösung, ehe die metallische Elektrode angebracht wird. .·.■■··■■■In Fig. 3a carries a body 3 made of germanium of the n-conductivity type, which 1 mm square and 0.25 mm thick, one ohmic electrode and a second non-ohmic, non-injecting electrode. the Ohmic electrode is on a nickel plate 6, which is against the germanium body 3 by a Tin-antimony alloy layer 7 is protected or secured, is formed. The alloy layer 7 itself is alloyed or metallically connected to the germanium body 3. The second non-ohmic electrode is formed from a spot or dab 8 made of tin-antimony alloy, which is metallically bonded to the germanium 3. The stain or; Spots typically have a diameter ■ .: of about 80 μ. Two layers 4 and 5 of the n + conductivity type are formed when the alloy spot or dots 8 and the layer 7 are metallic with to be connected to the germanium 3. The germanium body 3 is made by a conventional method etched, e.g. B. by immersion in a warm hydrogen peroxide solution, before the metallic electrode is attached. . ·. ■■ ·· ■■■

Dieser Aufbau hat den Zweck, die Größe der zweiten, nichtinj izierenden Elektrode zu verringern, so daß der Stromfluß in ihrer näheren' Umgebung' ungefähr radiale Symmetrie aufweist und der Bereich der gesättigten Abfließgeschwindigkeit bzw. Sättigungsfließgeschwindigkeit gerade vor Beginn der Lawinen-Injektion auf eine schmale halbkugelförmige Ummantelung, welche den Fleck bzw. Tupfen 8 in dem Halbleiterkörper umgibt, begrenzt ist. Diese Umhüllung bzw. Ummantelung, in welche nahezu alle Leistung abgeleitet wird, ist dann klein genug, um die Leistung auf einen vernünftigen oder brauchbaren Wert herunterzubringen und zu halten, und die Raunigestaltung stellt sicher, daß der Bereich, welcher teilweise von einer wirksamen Wärmeabfuhr- bzw. -aufnahmeeinrichtung (der Masse des Halbleiters) umgeben ist, so gut wie möglich gekühlt wird. '
Bei Aufbauten der in Fig. 3 a gezeigten'hauptsächliehen Ausführungsform hat die Flächehverbindüng zwischen dem η+ -Bereich 4 und dem Germaniumkörper 3 des η-Types die erforderliche Eigenschaft ausschließender Elektronenlöcher, während ihre Größe bereits so gering bemessen ist, daß eine übermäßige Erwärmung verhindert wird.The purpose of this construction is to reduce the size of the second, non-injecting electrode so that the current flow in its immediate 'environment' has approximately radial symmetry and the area of the saturated flow rate or saturation flow rate just before the start of the avalanche injection to a narrow one hemispherical casing, which surrounds the spot or dots 8 in the semiconductor body, is limited. This enclosure, into which almost all of the power is dissipated, is then small enough to bring the power down to a reasonable or useful value and to keep it, and the roughness ensures that the area which is partially exposed to effective heat dissipation or receiving device (the mass of the semiconductor) is surrounded, is cooled as well as possible. '
In structures of the main embodiment shown in FIG. 3a, the surface connection between the η + region 4 and the germanium body 3 of the η type has the required property of excluding electron holes, while its size is already so small that it prevents excessive heating will.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie, ' gemessen zwischen nichtinj izierender Elektrode und ohmscher Elektrode eines derartigen Aufbaues, weist typischerweise die in Fig. 4 gezeigte Form auf. In der umgekehrten Richtung, d. h. die zweite, nichtinjizierende Elektrode ist negativ, wächst der Strom zuerst mit steigender Spannung, Ä (Fig. 4). Wenn jedoch die gesättigte Abfließgeschwindigkeit bzw. Sättigungsgeschwindigkeit erreicht ist, wird der Anlaufwider- stand größer, B' (Fig. 4), und dies geschieht so lange, bis sehr hohe Spannungen erreicht werden. Die Abwesenheit bzw. das Nichtvorhandensein einer normalen Ladungsträgerinjektion stellt sicher, daß der Flußstrom zunächst in ähnlicher Weise auftritt, j edoch tritt bei etwa 27 Volt, der Anfangsspannung, ein plötzliches Absinken im Anlauf widerstand auf. Dann folgt ein Bereich negativen Widerstandes, welcher durch die gestrichelte Linie C (Fig. 4) angezeigt wird, bei welcher Schwingungen genaue Messungen verhindem, und endlich ein Bereich D (Fig.' 4), bei welchem die Spannung fast unabhängig vom Strom und etwa gleich 13 Volt ist, der zur Aufrechterhaltung der Lawinen-Injektion erforderlichen Spannung,'die Aufrechterhaltungsspannung genannt wird. Es wird j edoch darauf hingewiesen, daß die wesentliche Symmetrie der Kennlinien bei niedrigen Spannungen;*im dargestellten Beispiel durch die starke Ansammlung der wärmeerregten Ladungsträger, und zwar in der umgekehrten Richtung, unverständlich bzw. schlecht ersichtlich wird. Bei Halbleiterwerkstoff mit gerin-The current-voltage characteristic, measured between the non-injecting electrode and the ohmic electrode of such a structure, typically has the form shown in FIG. In the opposite direction, ie the second, non-injecting electrode is negative, the current first increases with increasing voltage, λ (FIG. 4). However, when the saturated flow rate or saturation rate is reached, the starting resistance becomes greater, B ' (FIG. 4), and this continues until very high voltages are reached. The absence or non-existence of a normal charge carrier injection ensures that the flow current initially occurs in a similar manner, but at around 27 volts, the initial voltage, a sudden drop in the start-up resistance occurs. This is followed by an area of negative resistance, which is indicated by the dashed line C (FIG. 4), in which oscillations prevent accurate measurements, and finally an area D (FIG. 4), in which the voltage is almost independent of the current and approximately is equal to 13 volts, the voltage required to sustain avalanche injection, called the sustain voltage. It is pointed out, however, that the essential symmetry of the characteristic curves at low voltages; For semiconductor material with low

gerenx Leitungswiderstand wird die erwartete Symmetrie beobachtet.gerenx line resistance will have the expected symmetry observed.

Die allgemeine Form der Flußkennlinie steht in Übereinstimmung mit der bereits umrissenen Theorie der Lawinen-Injektion. Falls eine derartige Injektion tatsächlich der Fall ist, wird erwartet, daß ein schneller Wechsel bzw. Änderung in der Zusammensetzung des Stromes, welcher von der nichtinjizierenden Elektrode getragen wird, auftritt, wenn die Spitze der Kennlinie durchschritten ist. Daß dies wirklich der Fall ist, kann durch einen Versuch dargestellt werden.The general shape of the flux characteristic is in accordance with the theory of Avalanche Injection. If such an injection is indeed the case, it is expected that a faster one Change in the composition of the current flowing from the non-injecting electrode is worn, occurs when the peak of the characteristic has been passed. That this is really the Case can be shown through an experiment.

Es ist bemerkenswert, daß es bei der Durchführung oszillographischer Messungen an Lawinen-Injektions-Dioden der in Fig. 3 a gezeigten Legierungsfleck- bzw. -tupfengattung häufig möglich sein kann, daß die Spannung, welche beim Verstärken des Stromes erzielt wird, zuerst bezeichnenderweise die Anfangsspannung, welche bei späteren Gelegenheiten gemessen wird, überschreitet, falls inzwischen eine Lawinen-Injektion stattgefunden hat. Ein weiteres Absinken der Anfangsspannung kann erfolgen, wenn der Strom in dem konstanten Spannungsbereich anwächst. Bei der Grenze kann der negative Widerstandsbereich gänzlich verschwinden, und die Aufrechterhaltungsspannung kann abnorm niedrige Werte annehmen. Dieser Effekt, der in Fig. 5 veranschaulicht ist, kann umgekehrt werden und die ursprüngliche Kennlinie durch erneutes Ätzen in Wasserstoffperoxyd annähernd wiederhergestellt werden. Es wird daher gefolgert,' daß die verantwortlichen Wechsel in der Oberfläche des Germaniums stattfinden. Es wird angenommen, daß die Wechsel das Ergebnis intensiver örtlicher Erhitzungen sind.It is noteworthy that it is carried out oscillographic measurements on avalanche injection diodes of the alloy stain or alloy stain shown in FIG. -spot genus can often be possible that the voltage achieved when amplifying the current is, first and foremost, the initial voltage, which will be measured on later occasions is exceeded if an avalanche injection has taken place in the meantime. Another drop the initial voltage can occur when the current increases in the constant voltage range. at the limit, the negative resistance range can disappear entirely, and the sustaining voltage can be abnormally low. This effect, which is illustrated in FIG. 5, can are reversed and the original characteristic is approximated by renewed etching in hydrogen peroxide to be restored. It is therefore concluded that the responsible changes in the Surface of the germanium take place. It is believed that the alternation made the result more intense local heating.

Da das elektrische Feld an der Halbleiteroberfläche in einem radialen Strömungsaufbau niemals schwächer sein kann als dasjenige im Inneren des Halbleiters, während das Feld, welches zum Starten bzw. zum Auslösen der Lawine erforderlich ist, schwächer ist, ergibt sich daraus die Folge, daß die Anfangsspannung wahrscheinlich hauptsächlich durch die Oberflächen Verhältnisse bestimmt wird. Messungen dieser Spannungen sind daher für eine Kennzeichnung ungeeignet, und ihre Veränderung kann ein Nachteil bei der Verwendung sein.Because the electric field on the semiconductor surface is never weaker in a radial flow structure can be than the one inside the semiconductor, while the field, which to start or to Triggering the avalanche is required is weaker, the result is that the initial voltage is probably mainly determined by the surface area. Measurements of this Tensions are therefore unsuitable for labeling, and changing them can be a disadvantage be of use.

Der in Fig. 3b gezeigte Aufbau beabsichtigt die Nachteile des radialen Strömungsaufbaus zu überwinden und den Temperaturanstieg bei der Anfangsspannung zu verringern. Ein Halbleiterkörper 3 von eigenleitendem Germanium trägt eine ohmsche Elektrode und eine zweite nichtohmsche und nichtinjizierende Elektrode. Die ohmsche Elektrode besteht aus einem Nickelplättchen 6, welches vermittels einer Indiumschicht 9 an den Körper 3 angefügt oder mit ihm ververbunden ist.'Die Schicht 9 ist mit dem Körper 3 metallisch verbunden, um einen ρ +-Leitungstyp-Bereich 10 hervorzurufen. Die zweite nichtohmsche Elektrode besteht aus', einem Golddrähtchen 11, welches 0,5 °/ö Antimon enthält und welches mit dem Halbleiterkörper 3 metallisch verbunden ist, so daß sich ein großer Bereich 12 von Germariium-Gold-Antimon-Legierung in den Körper 3 hinein erstreckt. An der Flächenverbindung des Bereiches 12 und des Körpers 3 wird ein n + -Bereich 13 gebildet. Der Abstand zwischen dem η+ -Bereich 13 und dem p + -BereichlO beträgt an seiner engsten Stelle etwa 40 μ.The structure shown in Fig. 3b intends to overcome the disadvantages of the radial flow structure and to reduce the temperature rise at the initial stress. A semiconductor body 3 of intrinsic Germanium carries one ohmic electrode and a second non-ohmic and non-injecting electrode. The ohmic electrode consists of a nickel plate 6, which by means of an indium layer 9 is attached to the body 3 or connected to it. The layer 9 is with the body 3 metallically connected to produce a ρ + conduction type region 10. The second non-ohmic Electrode consists of a gold wire 11 which contains 0.5% antimony and which with the semiconductor body 3 is metallically connected, so that there is a large area 12 of germariium-gold-antimony alloy extends into the body 3. At the surface connection of the area 12 and the body 3, an n + region 13 is formed. The distance between the η + region 13 and the p + region 10 is about 40 μ at its narrowest point.

Bei diesem; Aufbau wird der Strommiß dadurch eingeschränkt, daß das Germanium sehr rein hergestellt'wird (etwa 2 · 10¹² Fremdstoffatome je cm³) und dadurch,.'.daß das Eintreten beider Ladungsträgerarten, sowohl der Elektronenlöcher als auch der Elektronen, verhindert wird. Der η+-Leitungstyp-Bereich 13, welcher positiv vorgespannt ist, schließt die Elektronenlöcher aus, während der ρ +-Leitungstyp-Bereich 10 der ohmschen Elektrode die Elektronen-Injektion verhindert. Eine zusätzliche Wärmeableitung wird durch das Nickelplättchen 6 vorgesehen, welches an der ohmschen Elektrode befestigt ist. Als Ergebnis der konvexen Form des η+-Bereiches 13 tritt das höchste elektrische Feld im Inneren, undWith this one; The current failure is limited by the fact that the germanium is produced very pure (about 2 · 10 ¹² foreign matter ^{atoms per cm 3} ) and by the fact that the entry of both types of charge carriers, both the electron holes and the electrons, is prevented. The η + conduction type region 13, which is positively biased, excludes the electron holes, while the ρ + conduction type region 10 of the ohmic electrode prevents electron injection. Additional heat dissipation is provided by the nickel plate 6, which is attached to the ohmic electrode. As a result of the convex shape of the η + region 13, the highest electric field occurs in the interior, and

ίο zwar am Punkt der dichtesten Annäherung und nicht an der Oberfläche auf. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, eine derartige Pseudo-Planar-Diode wie folgt zu konstruieren bzw. aufzubauen.ίο at the point of closest approach and not on the surface. Such a pseudo-planar diode has been found to be useful to design or build up as follows.

Ein gereinigtes Stückchen Nickelblech wird auf einen Streifen einer Widerstandslegierung gelegt, geeigneterweise auf einen solchen, der sich aus Eisen und Aluminium zusammensetzt und der unter dem Handelsnamen »Kanthai« bekannt ist. Darauf werden im Wechsel ein Tropfen Zinkchloridlösung, ein Split-A cleaned piece of nickel sheet is placed on a strip of resistance alloy, suitably on one made up of iron and aluminum and the one under the Trade name "Kanthai" is known. A drop of zinc chloride solution, a split-

ao ter bzw. Bruchstückchen Indium und ein geätztes Plättchen Germanium von 0,2 mm Dicke und 1 mm Größe im Quadrat aufgebracht. Eine Schutzatmosphäre wird durch einen Strahl Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch vorgesehen, und die Temperatur wird vermittels Durchleitung eines Stromes durch den Widerstandsstreifen etwas über den Schmelzpunkt von Indium gebracht. Das Germanium wird daraufhin durch den Druck eines Drähtchens von oben gegen das Nickel gedrückt, und der ganze Aufbau wird gekühlt, in destilliertem Wasser zum Sieden gebracht, um den Schmelzfluß zu entfernen, erneut geätzt und auf den Streifenerhitzer zurückgebracht. Ein Golddrähtchen, welches 0,5% Antimon enthält und 0,25 mm Durchmesser hat, wird dann in Kontakt mit der oberen Fläche des Germaniums gebracht, und die Temperatur wird auf über 330° C, den Schmelzpunkt des Gold-Germanium-Eutektikums, erhöht. Ein Tropfen Eutektikum, welcher Germanium im Überschuß enthält, bildet sogleich eine Schicht von Germanium mit η + -Leitungstyp und lagert bei der Abkühlung eine Schicht von η+ -Germanium ab, während sich Werkstoff des ρ+ -Leitungstyps aus der Lösung im Indium abscheidet bzw. ausscheidet. Ein kurzes Stück des Golddrähtchens bleibt an dem η +-Leitungstyp-Kontakt befestigt, so daß die resultierende Diode zusätzlich zum gewünschten inneren Aufbau eine geeignete mechanische Form aufweist.ao ter or fragments of indium and an etched plate of germanium 0.2 mm thick and 1 mm Size applied in a square. A protective atmosphere is created by a jet of nitrogen-hydrogen gas mixture and the temperature is raised slightly above the melting point by passing a current through the resistance strip brought by indium. The germanium is then pressed from above by a wire pressed against the nickel, and the whole structure is cooled, brought to the boil in distilled water, etched again to remove the melt flow and returned to the strip heater. A Gold wire, which contains 0.5% antimony and has a diameter of 0.25 mm, is then in contact with the upper surface of the germanium is brought, and the temperature is above 330 ° C, the melting point of the gold-germanium eutectic, increased. A drop of eutectic, of which germanium in excess contains, immediately forms a layer of germanium with η + conductivity type and is deposited when it cools a layer of η + -Germanium, while material of the ρ + conductivity type from the Solution in the indium separates or separates. A short piece of the gold wire remains on that η + -line type contact attached so that the resulting diode in addition to the desired inner Structure has a suitable mechanical shape.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Arbeitsweise dieser Diode sich von der Arbeitsweise der in Fig. 3 a dargestellten Diode der Legierungsfleck- bzw. Tupfengattung ziemlich unterscheidet. Wenn die zweite Leitungstypelektrode (n + ) in bezug auf die ohmsche Elektrode (p +-Leitungstyp) um einen geringen Betrag positiv vorgespannt ist, ist die Lage gerade ähnlieh einer p-i-n-Diode, welche in umgekehrter Richtung vorgespannt ist, und der schwache Strom, der hierbei fließen wird, resultiert bzw. ergibt sich aus der begrenzten Streu- bzw. Verlustgeschwindigkeit der Elektronen und aus der Wärmeerregung der Träger innerhalb des eigenleitenden Körpers des Halbleiters. Bei etwas höherer Spannung wird das Feld zwischen den beiden Elektroden an ihrer engsten Annäherungsstelle hoch genug, um eine Lawinen-Injektion stattfinden zu lassen, und in der Kennlinie der Diode kann ein negativer Widerstandsbereich beobachtet werden, dem ein Bereich konstanter Spannung folgt. Es wird darauf hingewiesen, daß bei dieser Ausführungsform zwei Lawinen, und zwar eine an jeder Elektrode, notwendig sind, um beide, sowohl die Elektronenlöcher als auch die ElektronenIt should be noted that the operation of this diode differs from the operation of the in Fig. 3a shown diode of the alloy stain or polka dot genus is quite different. When the second Conduction type electrode (n +) with respect to the ohmic electrode (p + conduction type) by a small amount is positively biased, the situation is just similar a p-i-n diode, which is reverse biased, and the weak current, the This will flow, results or arises from the limited scattering or loss speed of the electrons and from the heat excitation of the carriers within the intrinsic body of the semiconductor. At a slightly higher voltage, the field between the two electrodes is at their closest point of approach high enough to allow an avalanche injection to take place and in the characteristic curve of the Diode can be observed a negative resistance area, which is a constant voltage area follows. It should be noted that in this embodiment two avalanches, namely one on each electrode, are necessary to both, the electron holes and the electrons

Claims (7)

in dem eigenleitenden Bereich, zu injizieren. Die Aufrechterhaltungsspannung für die Pseudo-Planar-Diode muß daher mit etwa der zweifachen Höhe, wie sie für die radiale Gattung erforderlich ist, angenommen werden. Daß diese auf Theorie beruhenden Angaben durch die Praxis bestätigt werden, wird durch die pulsierte Strom-Spannungs-Kennlinie der Fig. 6 veranschaulicht. Die zunehmende Anfangsspannung und der abnehmende Strom bei niedrigen Spannungen im Vergleich zu Fig. 4 werden zugleich offenbar. Messungen bei Strömen zwischen 50 und 200 niA werden auf Grund des häufigen Auftretens von Entspannungsschwingungen schwierig. Die Spannung bleibt bei Strömen zwischen 200 und 320 mA bei etwa 30 Volt bestehen. Dieser Wert der Aufrechterhaltungsspannung steht in befriedigender Übereinstimmung mit demjenigen von 13 bis 17 Volt, welcher beim Radial-StrÖmungsaufbau beobachtet wird. Die Kriterien für ein zufriedenstellendes Arbeiten der Pseudo-Planar-Lawinen-Injektions-Diode sind: a) für das »Durchdrücken«, ehe die Lawine auftritt, qNX/KEa<i; b) für die Sicherstellung, daß die Anfangsspannung größer als die Aufrechterhaltungsspannung ist, qNX/KE a < 2 - 4 VAJE a X. Der Höchstwert von N tritt dann auf, wenn die obigen Beziehungen α und b gerade gleichzeitig zufriedenstellend sind; dann ist N <.KEa2f4:qVA. Daher kann die kürzeste Stromweglänge X zwischen den beiden Elektroden für eine gegebene Fremdstoffkonzentration N des verwendeten Halbleiterwerkstoffes bestimmt werden. Bei dem angegebenen Beispiel, bei welchem eigenleitendes Germanium verwendet wird, beträgt der Wert X etwa 40 μ; in diesem Falle reicht das obige Kriterium α allein aus, um eine genaue Stromweglänge für normales Germanium sicherzustellen. Für andere Halbleiterwerkstoffe jedoch, z. B. Silicium, müssen beide Kriterien in Betracht gezogen werden. Eine Lawinen-Injektions-Diode, welche an eine veränderliche Spannungsquelle von verhältnismäßig geringer Impedanz bzw. geringem Widerstand angeschaltet ist, bleibt stabil, bis die Anfangsspannung erreicht ist. An diesem Punkt jedoch wird die Spannung plötzlich auf den Aufrechterhaltungswert abfallen, während der Strom inzwischen auf einen hohen Wert angestiegen ist, der in der Hauptsache durch die innere Impedanz der Lieferquelle bestimmt wird. Es wird in Verbindung mit möglichen Schaltungsanordnungen von Interesse sein, festzustellen, wie schnell diese Wechsel stattfinden können und in welcher Höhe ein Strom durchgelassen werden wird. Um diese Punkte zu klären, wurde ein Impulsgenerator, wie in Fig. 7 dargestellt, gebaut, bei welchem eine Lawinen-Injektions-Diode verwendet wird. Es wurde eine Impulslieferquelle vorgesehen, bei welcher ein koaxiales Kabel 14 (Z0 = 75 Ohm) so angeordnet bzw. eingerichtet ist, daß es an seinem Eingangsende 15 mit Impulsen von einer nicht dargestellten Wasserstoff-Thyratronröhre gespeist werden kann und daß es an seinem Ausgangsende 16 an einen Widerstand 19 mit niedrigem Widerstandswert angeschlossen ist. Das Ausgangsende 16 des Kabels 14 ist an eine offene Steuerkreislänge koaxialen Kabels 17 (Z0 = 75 Ohm) über einen Widerstand 18 angeschaltet, und die Länge des Kabels 17 bildet wirksam ein impulslieferndes Kabel. Eine . Lawinen-Injektions-· Diode 20 ist von der Verbindungsstelle des Widerstandes 18 und der Länge koaxialen Kabels 17 über einen 75 Ohm Ladewiderstand 21 an Erde geschaltet. Die F-Platten eines Kathodenstrahloszilloskops ("nicht dargestellt) sind über den Widerstand 21 angeschaltet; das Oszilloskop kann von üblicher Bauart sein, welches über Auflösezeiten von weniger als 10—9 Sekunden verfügt, und es ist mit dem Impulseingang der ίο koaxialen Kabellänge 14 synchronisiert. Bei Betrieb wird ein erster Impuls von etwa 0,3 Mikrosekunden. Länge, welcher vom Thyratron abgegeben wird, dazu verwendet, das koaxiale Kabel 17 über den verhältnismäßig hohen Widerstand 18 aufzuladen. Es fließt nun ein schwacher Strom über die Lawinen-Injektions-Diode 20., welche mit dem impulsbildenden Kabel 17 wirksam parallel geschaltet ist, bis die Anfangsspannung erreicht ist; der Strom wächst dann auf einen hohen Wert an, welcher durch die gesamten wirksamen Widerstandsreihen von 150 Ohm begrenzt wird, bis das Kabel entladen ist, wenn die Spannung auf Null abfällt. Die Spannung an dem Ladewiderstand 21 wird am Oszilloskop beobachtet, dessen F-Platten mit ihm verbunden sind. Es ist bereits dargestellt worden, daß, wenn die Länge des impulsbildenden Kabels 17 von Null anwächst, die Amplitude des Impulses zuerst unabhängig von der Länge des Kabels wird und daß die obere Kurve der Amplitude flach wird, wenn die Verzögerungszeit von einem Ende des Kabels bis zum anderen Ende gleich der Zeit der Stromerhöhung ist. Es wurde festgestellt, daß dies bei einer typischen Pseudo-Planar-Diode bei einer Kabellänge zwischen 0,5 und 0,75 mm auftritt; die Erhöhungszeit, berechnet aus der bekannten Fortpflanzungsgeschwindigkeit von 2Iz C, ist daher etwa 3 · 10—9 Sekunden. Der Strom während des Impulses beträgt etwa 1 A. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß ein fortgesetzter Betrieb unter diesen Test- bzw. Versuchsverhältnissen häufig zu einer Verschlechterung der Diodeneigenschaften führt. Die Lawinen-Injektions-Diode ist ihrem Leistungsvermögen nach bei einer Anzahl von Stromkreisausführungen verwendbar. Neben ihrer Verwendung als Schaltelement, bei welcher ihre gute Ansprecherwiderungsgeschwindigkeit wahrscheinlich ihre nützlichste Eigenschaft ist, kommt sie geeigneterweise auf Grund ihrer negativen Widerstandskennlinie bei Oszillatoren und sogenannten Präparierverstärkern zur Verwendung. Darüber hinaus wird angenommen, daß eine Halbleiterdiode entworfen bzw. geplant werden kann, bei welcher eine dritte Elektrode dazu verwendet wird, die Lawine zu triggern. Eine Anzahl von Funktionen, die bislang von Thyratronen und ähnlichen Gasentladungsrohren durchgeführt worden sind, können in Zukunft vermittels Einrichtungen ausgeführt werden, welche die Lawinen-Injektion verwenden. Schließlich ist es möglich, daß der geringe Anlaufwiderstand, der mit hohen Lawinenströmen zusammentrifft, zusammen mit dem in diesem Bereich stattfindenden wiedergebbaren bzw. reproduzierbaren Spannungsabfall in Spannungsstabilisierungskreisen von Nutzen sein kann. g Patentansprüche:in the intrinsic area to inject. The sustaining voltage for the pseudo-planar diode must therefore be assumed to be about twice the level required for the radial species. That this theory-based information is confirmed by practice is illustrated by the pulsed current-voltage characteristic curve in FIG. The increasing initial voltage and the decreasing current at low voltages in comparison to FIG. 4 become apparent at the same time. Measurements at currents between 50 and 200 niA become difficult due to the frequent occurrence of relaxation oscillations. The voltage remains at around 30 volts for currents between 200 and 320 mA. This sustaining voltage value is in satisfactory agreement with that of 13-17 volts observed in radial flow build-up. The criteria for satisfactory operation of the pseudo-planar avalanche injection diode are: a) for "pushing through" before the avalanche occurs, qNX / KEa <i; b) to ensure that the initial voltage is greater than the maintenance voltage, qNX / KE a <2 - 4 VAJE a X. The maximum value of N occurs when the above relationships α and b are just at the same time satisfactory; then N <.KEa2f4: qVA. The shortest current path length X between the two electrodes can therefore be determined for a given impurity concentration N of the semiconductor material used. In the example given, in which intrinsic germanium is used, the value X is about 40 μ; in this case the above criterion α alone is sufficient to ensure an exact current path length for normal germanium. For other semiconductor materials, however, e.g. B. silicon, both criteria must be considered. An avalanche injection diode, which is connected to a variable voltage source of relatively low impedance or low resistance, remains stable until the initial voltage is reached. At this point, however, the voltage will suddenly drop to the maintenance value, while the current has meanwhile risen to a high value, which is mainly determined by the internal impedance of the supply source. In connection with possible circuit arrangements, it will be of interest to determine how quickly these changes can take place and at what level a current will be allowed to pass. In order to clarify these points, a pulse generator as shown in Fig. 7 was constructed using an avalanche injection diode. A pulse supply source was provided in which a coaxial cable 14 (Z0 = 75 ohms) is arranged or set up in such a way that it can be supplied with pulses from a hydrogen thyratron tube (not shown) at its input end 15 and that it can be fed at its output end 16 is connected to a resistor 19 of low resistance. The output end 16 of the cable 14 is connected to an open circuit length of coaxial cable 17 (Z0 = 75 ohms) through a resistor 18, and the length of the cable 17 effectively forms a pulsing cable. One . Avalanche injection diode 20 is connected from the junction of resistor 18 and the length of coaxial cable 17 through a 75 ohm charging resistor 21 to ground. The F-plates of a cathode ray oscilloscope ("not shown) are connected via the resistor 21; the oscilloscope can be of conventional design, which has resolution times of less than 10-9 seconds, and it is synchronized with the pulse input of the coaxial cable length 14 During operation, a first pulse of about 0.3 microseconds in length, which is emitted by the thyratron, is used to charge the coaxial cable 17 through the relatively high resistance 18. A weak current now flows through the avalanche injection diode 20., which is effectively connected in parallel with the pulse-generating cable 17 until the initial voltage is reached; the current then increases to a high value which is limited by the total effective series of resistors of 150 ohms until the cable is discharged when the The voltage across the charging resistor 21 is observed on the oscilloscope, the F-plates of which are connected to it it has already been shown that as the length of the pulse forming cable 17 increases from zero, the amplitude of the pulse first becomes independent of the length of the cable and that the upper curve of the amplitude becomes flat as the delay time goes from one end of the cable to the other End is equal to the time of the current increase. It has been found that this occurs in a typical pseudo-planar diode with a cable length between 0.5 and 0.75 mm; the rise time, calculated from the known speed of propagation of 2Iz C, is therefore about 3 x 10-9 seconds. The current during the pulse is about 1 A. It should be noted, however, that continued operation under these test conditions often leads to a deterioration in the diode properties. The avalanche injection diode is capable of being used in a number of circuit configurations. Besides its use as a switching element, in which its good response speed is probably its most useful property, it is suitably used in oscillators and so-called preparation amplifiers because of its negative resistance characteristic. In addition, it is believed that a semiconductor diode can be designed in which a third electrode is used to trigger the avalanche. A number of functions that have heretofore been performed by thyratrons and similar gas discharge tubes may in the future be performed by means of devices using avalanche injection. Finally, it is possible that the low starting resistance, which coincides with high avalanche currents, together with the reproducible or reproducible voltage drop occurring in this area in voltage stabilization circuits can be useful. g patent claims: 1. Gesteuerte Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper eines Leitungstyps, z.B. aus Germanium, an dem zwei Elektroden angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sättigung in der1. Controlled semiconductor device with a semiconductor body of a conductivity type, e.g. made of germanium, to which two electrodes are attached, characterized in that when saturated in the 909 640332909 640332 ■ - ' 'Flußstromrichtung Lawinen-Ionisation stattfindet,■ - '' avalanche ionization takes place, daß dabei eine Raumladung mit schwachem elektrischem Feld sich aufbaut, in das durch die Lawinen-Ionisation frei werdende Ladungsträger ■freigegeben, eingebracht oder injiziert werden und ^;1 dadurch die Leitfähigkeit des Stromweges im ■' Halbleiterkörper derart vergrößert wird, daß sich 'ein negativer Widerstand in der Flußstromrich- that a space charge with a weak electric field builds up into which the charge carriers released by the avalanche ionization are released, introduced or injected and ^; in the river direction ■ tung ergibt, und daß die Elektroden des Halbleiterkörpers¹ und die Raumgestaltung des Strom-■ processing results, and that the electrodes of the semiconductor body ¹ and the spatial design of the current ■ weges so ausgebildet sind, daß ein Überhitzen des Halbleiterkörpers verhindert ist.■ are designed so that overheating of the semiconductor body is prevented. 2. Gesteuerte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode eine ohmsche Elektrode und die andere eine nichtohmsche und nichtinjizierende Flächenelektrode ist und eine solche kleine Fläche aufweist, daß die Stromwege zwischen den Elektroden sich im wesentlichen radial zur anderen erstrecken. 2. Controlled semiconductor device according to claim 1, characterized in that an electrode one ohmic electrode and the other a non-ohmic and non-injecting surface electrode and has such a small area that the current paths between the electrodes extend substantially radially to the other. 3. Gesteuerte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode so aufgebaut ist, daß sie mit einer Zone aus eigenleitendem Halbleitermaterial an eine3. Controlled semiconductor device according to claim 1, characterized in that the one Electrode is constructed so that it is connected to a zone of intrinsically conductive semiconductor material ' . p + - (oder n+-) Zone angeschlossen ist und die andere zweite Elektrode so aufgebaut ist, daß sie mit einer Zone aus eigenleitendem Halbleitermaterial, an eine n + - (oder p + -) Zone angeschlossen ist, und daß der Abstand zwischen beiden Elektroden an einer Stelle einen Mindestwert aufweist, der von der Fremdstoffkonzentration N der eigenleitenden Schicht nach folgenden Beziehungen abhängt:'. p + - (or n + -) zone is connected and the other second electrode is constructed so that it is connected with a zone of intrinsic semiconductor material, to an n + - (or p + -) zone, and that the distance between the two Electrodes has a minimum value at one point, which depends on the concentration of foreign matter N of the intrinsic layer according to the following relationships: qNX/KEa<iqNX / KEa <i qNX/KE a < 2 - 4 V _AIE a X qNX / KE a < 2 - 4 V _A IE a X 35 worin q die Ladung eines Elektrons, N die Fremdstoffkonzentration des Halbleitermaterials, X der Elektrodenabstand, K die Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials und V _A gleich der Mindestspannung ist, welche zur Aufrechterhaltung der Lawine im Halbleiter erforderlich ist. 35 where q is the charge of an electron, N is the concentration of impurities in the semiconductor material, X is the electrode spacing, K is the dielectric constant of the semiconductor material and V _A is the minimum voltage required to maintain the avalanche in the semiconductor. 4. Gesteuerte Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der anderen Elektrode eine n + -Schicht mit einer Zinn-Antimon-Legierung hergestellt ist.4. Controlled semiconductor device according to claim 3, characterized in that on the Another electrode is an n + layer made with a tin-antimony alloy. 5. Gesteuerte Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Germanium verwendet ' ist mit einer Fremdstoffkonzentration nicht größer als 2 · 10¹² Moleküle/cm³ und einem Elektrodenabstand X von 40 μ.5. Controlled semiconductor device according to claim 3, characterized in that the semiconductor material used is germanium with a concentration of impurities not greater than 2 · 10 ¹² molecules / cm ³ and an electrode spacing X of 40 μ. 6. Gesteuerte Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine erste Elektrode aus Nickel besteht und mit Indium anlegiert ist und die andere Elektrode aus einem anlegierten Golddrähtchen besteht, das Antimon enthält.6. Controlled semiconductor device according to claim 3 or 5, characterized in that the a first electrode is made of nickel and is alloyed with indium and the other electrode is made of consists of an alloyed gold wire that contains antimony. 7. Gesteuerte Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode so anlegiert ist, daß die Legierungsfläche sich konvex in den Halbleiterkörper hinein erstreckt.7. Controlled semiconductor device according to claim 6, characterized in that the other Electrode is alloyed so that the alloy surface is convex into the semiconductor body extends. In Betracht gezogene· Druckschriften:Considered publications: Deutsche Patentschriften Nr. 814 487, 874 936;German Patent Nos. 814 487, 874 936; Rost, »Kristalloden-Technik«, 1954, Berlin, Abschn. 5, 3 »Die Zener-Diode«;Rost, "Kristalloden-Technik", 1954, Berlin, Sect. 5, 3 "The Zener Diode"; Electronics, Bd. 28, 1955, April, S. 146 bis 149;Electronics, Vol. 28, 1955, April, pp. 146 to 149; Radiotechnik, Bd. 31, 1955, Heft 10/11, S. 315 Ins 319;Radiotechnik, Vol. 31, 1955, Issue 10/11, p. 315 Ins 319; Zeitschrift für Elektrotechnik, Bd. 58, 1954, Nr. 5, S. 283 bis 321.Zeitschrift für Elektrotechnik, Vol. 58, 1954, No. 5, pp. 283 to 321. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings & 909 640/332 10. & 909 640/332 10.