DE1283399B - Feldeffekt-Transistor mit zwei ohmschen Elektroden und mit einer isolierten Steuerelektrode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g -11/02

Nummer: 1283 399

Aktenzeichen: P 12 83 399.7-33 (R 36306)

Anmeldetag: 10. Oktober 1963

Auslegetag: 21. November 1968

Die Erfindung betrifft einen Feldeffekt-Transistor mit zwei ohmschen Elektroden und mit einer isolierten Steuerelektrode.

Derartige Feldeffekt-Transistoren haben einen Kanal aus Halbleitermaterial niedrigen spezifischen Widerstands, an dem im Abstand voneinander zwei als stromzuführende bzw. als stromabführende Elektrode bezeichnete ohmsche Elektroden angeschlossen sind. Außerdem ist am Kanal, jedoch von diesem isoliert, eine Steuerelektrode angeordnet. Wird zwischen stromzuführender und stromabführender Elektrode eine Betriebsspannung gelegt, so fließt im Kanal ein Strom, dessen Größe von der Betriebsspannung und der Anzahl der im Kanal verfügbaren freien Ladungsträger abhängt. Die Anzahl der freien Ladungsträger im Kanal kann durch eine an die Steuerelektrode gelegte Steuerspannung beeinflußt oder moduliert werden. Eine als Stromdrosselungsoder Verarmungsmodulation bezeichnete Steuerungsart besteht darin, daß durch die Steuerspannung die Anzahl der freien Ladungsträger verringert wird. Andererseits läßt sich gemäß einer als Stromerhöhungs- oder Anreicherungsmodulation bezeichneten Steuerungsart der Kanalstrom auch dadurch steuern, daß durch die Steuerspannung die Anzahl der freien Ladungsträger erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feldeffekt-Transistor so auszubilden, daß er eine »doppelwertige« Strom-Spannungs-Kennlinie hat. Mit »doppelwertiger« Strom-Spannungs-Kennlinie ist hier eine Strom-Spannungs-Kennlinie gemeint, nach der eine Änderung der Steuerspannung von einem bestimmten Wert aus in sowohl positiver als auch negativer Richtung ein Anwachsen des Kanalstroms bewirkt.

Es ist ein Feldeffekt-Transistor bekannt, bei dem zwischen einer stromzuführenden Elektrode und einer stromabführenden Elektrode, jede mit einer vorgelagerten N-Zone, parallele Streifen oder Balken aus Halbleitermaterial von abwechselnd P-Leitungstyp und N-Leitungstyp angeordnet sind, die quer und in unmittelbarem Kontakt, d. h. ohne dazwischen befindliche Isolierschicht, von einer Steuerelektrodenzone vom P-Leitungstyp überspannt werden, wobei die Steuerelektrode, d. h. die Elektrode an der Steuerelektrodenzone, hier nicht von den stromführenden Teilen des Feldeffekt-Transistors isoliert ist. Bei dieser Anordnung bilden die N-leitenden Streifen den stromführenden Kanal, während die trennenden P-leitenden Zwischenstreifen dazu dienen, die Leitfähigkeit des N-leitenden Kanals bzw. der N-leitenden Kanäle mittels des durch die Steuer-

Feldeffekt-Transistor mit zwei ohmschen
Elektroden und mit einer isolierten
Steuerelektrode

Anmelder:

Radio Corp. of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. Ernst Sommerfeld, Patentanwalt,

8000 München

Als Erfinder benannt:
Frederic Paul Heiman,
Highland Park, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. Oktober 1962 (230 449)

spannung erzeugten Querfeldes zu steuern. Wie ohne weiteres ersichtlich, läßt sich mit dieser Anordnung die angestrebte Charakteristik nicht erreichen.

Bei einem weiteren bekannten Feldeffekt-Transistor sind zwei stromführende Kanäle, die einen PN-Übergang bilden, mit jeweils getrennten Elektrodenanschlüssen versehen. Auch damit läßt sich die angestrebte Wirkung nicht erreichen.

Sodann ist ein Feldeffekt-Transistor bekannt, bei dem beiderseits eines N-leitenden Kanals in unmittelbarem Kontakt mit diesem, d. h. nicht isoliert vom Kanal, eine P-leitende Steuerelektrodenzone angeordnet ist, wobei die Widerstandssteuerung des Kanals in bekannter Weise durch Feldeinwirkung über die Verarmungsrandschicht an dem PN-Übergang der Steuerelektrodenzone erfolgt. Auch damit läßt sich die angestrebte Wirkung nicht erzielen.

"Schließlich ist auch ein Feldeffekt-Halbleiterbauelement bekannt, bei dem an zwei stromführende Kanäle vom N-Leitungstyp bzw. P-Leitungstyp jeweils getrennte, also insgesamt vier Elektroden angeschlossen sind. Eine isolierte Steuerelektrode ist hier nicht vorgesehen. Damit wird erreicht, daß die Anordnung eine tunneldiodenähnliche Strom-

809 638/1529

3 4

Spannungs-Kennlinie mit einem Gebiet negativen F i g. 1 eine erste Ausführungsform eines Feld-Widerstands hat, derart, daß der Strom in diesem effekt-Transistors nach der Erfindung in Schnitt-Gebiet bei ansteigender Spannung abnimmt. Auch ansicht und eine Schaltungsanordnung zum Betrieb dies ist eine andersartige Wirkung, als sie angestrebt dieses Feldeffekt-Transistors, wird. 5 Fig. 2 eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die die

Demgegenüber wird die obengenannte Aufgabe, Abhängigkeit des Kanalstroms von der Steuerspannämlich eine Charakteristik zu erreichen, bei der nung für den in der F i g. 1 dargestellten Feldeff ektder Kanalstrom des Feldeffekt-Transistors mit zwei Transistor zeigt,

ohmschen Elektroden und mit einer isolierten Steuer- F i g. 3 Strom-Spannungs-Kurven, die aus der in elektrode sowohl bei negativer als auch bei positiver io der F i g. 2 dargestellten Strom-Spannungs-Kennlinie Änderung der Steuerspannung zunimmt, durch die gewonnen sind und die Abhängigkeit der in den Erfindung gelöst; und zwar besteht die Erfindung einzelnen Kanälen fließenden Ströme von der Steuerdarin, daß ein erster Kanal aus Halbleitermaterial spannung des in der Fig. 1 dargestellten Feldeffektniedrigen spezifischen Widerstands vom einen Lei- Transistors zeigen und

tungstyp und ein zweiter Kanal aus Halbleitermate- 15 F i g. 4 eine perspektivische, teilweise geschnittene

rial niedrigen spezifischen Widerstands vom ent- Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines

gegengesetzten Leitungstyp in ihrer Längsrichtung Feldeffekt-Transistors nach der Erfindung, und

übereinanderliegen, daß in Längsrichtung an einem in

der beiden Kanäle eine Steuerelektrode über einer F i g. 1 und 4 sind gleiche Teile mit Bezugszeichen

Isolierschicht angebracht ist und daß sowohl die 20 versehen, die sich lediglich durch den Buchstaben a

stromabführende ohmsche Elektrode als auch die unterscheiden.

stromzuführende ohmsche Elektrode jeweils an einer Der in der Fig. 1 dargestellte Feldeffekt-Transi-

Endfläche der beiden Kanäle so angeordnet ist, daß stör 21 enthält eine Unterlage 23. Diese kann ent-

jede der beiden ohmschen Elektroden die Grenze weder ein Halbleiter-Einkristall, ein polykristallines

zwischen den beiden Kanälen überdeckt. Vorzugs- 25 Halbleitermaterial oder ein Isolator sein. Es eignen

weise ist der Kanal ohne isolierte Steuerelektrode sich beispielsweise eigenleitendes Silizium, Glas,

auf einer stützenden Isolierunterlage angeordnet. Aluminiumoxyd-Keramik und Kunststoffe, wie PoIy-

Beim Betrieb dieses Transistors wird der Strom- äthylenterephthalat-Polymerisate. Die Unterlage 23

fluß in beiden Kanälen durch ein elektrisches Feld trägt die anderen Teile des Feldeffekt-Transistors,

gesteuert, das durch die gemeinsame Steuerelektrode 30 im übrigen ist sie passiv, d. h., sie hat keine elek-

erzeugt wird. Die Anordnung arbeitet im Anreiche- trische Funktion und kann daher beliebige Abmes-

rungs- oder Stromerhöhungsbetrieb, wobei der Strom sungen haben. Wenn die anderen Teile des Tran-

im einen Kanal hauptsächlich ein Elektronenstrom sistors selbsttragend ausgeführt werden, kann die

und im anderen Kanal hauptsächlich ein Löcher- Unterlage 23 entfallen.

strom ist. Der gesamte Kanalstrom setzt sich aus 35 Auf einer Oberfläche der Unterlage 23 ruht ein

den in beiden Kanälen fließenden Einzelströmen erster Kanal 25, der aus einem Halbleitermaterial

zusammen. niedrigen spezifischen Widerstands und eines ersten

Ein Feldeffekt-Transistor nach der Erfindung Leitfähigkeitstyps (P) besteht. Ein zweiter Kanal 27 kann vorteilhaft nach einem der folgenden drei aus einem Halbleitermaterial niedrigen spezifischen Verfahren hergestellt werden. Bei dem ersten Ver- 40 Widerstands, das dem anderen Leitfähigkeitstyp (N) fahren wird auf eine Isolierunterlage aus Halbleiter- angehört, ruht auf dem ersten Kanal 25. Die beiden material hohen spezifischen Widerstands das Halb- Kanäle 25, 27 haben also entgegengesetzten Leitleitermaterial des ersten Kanals epitaktisch auf- fähigkeitstyp, so daß sich zwischen ihnen ein wachsen gelassen, auf den ersten Kanal das Halb- PN-Übergang befindet. Der P-leitende Kanal kann leitermaterial des zweiten Kanals epitaktisch auf- 45 entweder an die Unterlage 23 angrenzen oder von wachsen gelassen und dann die Isolierschicht sowie dieser durch einen N-leitenden Kanal getrennt sein, die drei Elektroden nach einem beliebigen Verfahren Bei der in der F i g. 1 beispielsweise dargestellten angebracht. Einrichtung soll der N-leitende Kanal 27 durch den

Bei dem zweiten Verfahren wird auf die Isolier- P-Ieitenden Kanal 25 von der Unterlage 23 getrennt

unterlage das Halbleitermaterial des ersten Kanals 50 sein. Die Kanäle 25, 27 können beide einkristallin

aufgedampft, auf den ersten Kanal das Halbleiter- oder polykristallin sein, oder der eine Kanal kann

material des zweiten Kanals aufgedampft und dann einkristallin und der andere polykristallin sein, sie

die Isolierschicht sowie die drei Elektroden nach können aus einem beliebigen Halbleitermaterial be-

einem beliebigen Verfahren angebracht, wobei die stehen, wie es zur Herstellung von Transistoren

Isolierschicht und die Steuerelektrode vorzugsweise 55 gebräuchlich ist. Es eignen sich z. B. Germanium,

ebenfalls aufgedampft werden. Silizium, Galliumarsenid, Indiumantimonid und Kad-

Bei dem dritten Verfahren wird in die Isolier- miumsulfid. Die beiden Kanäle können aus dem unterlage zwecks Bildung des ersten Kanals ein gleichen Halbleitermaterial oder aus verschiedenen entsprechender Dotierungsstoff eindiffundiert, auf Halbleitermaterialien bestehen, den ersten Kanal der zweite Kanal thermisch auf- 60 Auf dem zweiten Kanal 27 befindet sich eine wachsen gelassen und dann die Isolierschicht sowie Schicht 29 aus einem isolierenden Werkstoff. Die die drei Elektroden nach einem beliebigen Verfahren Schicht 29 kann aus irgendeinem isolierenden Mateaufgebracht, wobei man die Isolierschicht Vorzugs- rial oder einem Material hohen spezifischen Widerweise thermisch auf dem zweiten Kanal aufwachsen stands bestehen, wie sie beispielsweise in der Halbläßt. 65 leitertechnik verwendet werden. Beispiele geeigneter Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Materialien sind Siliziumdioxyd oder organische Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeich- Polymerisatschichten. Auf der isolierenden Schicht nung erläutert. Es zeigt 29 ruht eine Steuerelektrode 31. Die Steuerelektrode

31 besteht vorzugsweise aus Metall, z. B. Aluminium, Gold oder Silber.

Ein Ende der Kanäle 25, 27 ist durch eine stromzuführende Elektrode 33 kontaktiert. Die stromzuführende Elektrode 33 bildet mit beiden Kanälen 25, 27 einen niederohmigen Kontakt. Das andere Ende beider Kanäle 25, 27 wird durch eine stromabführende Elektrode 35 kontaktiert, die ebenfalls einen Kontakt niedrigen Widerstands mit den Kanälen 25, 27 bildet. Die stromzuführende Elektrode 33 ist mit einem Elektrodenanschluß 37 und die stromabführende Elektrode 35 mit einem Elektrodenanschluß 39 versehen. Die stromzuführende Elektrode 33 und die stromabführende Elektrode 35 können aus Metall bestehen. Sie können auch jeweils eine Halbleiterzone niedrigen spezifischen Widerstands enthalten, die von den aus Metall bestehenden Elektrodenanschlüssen 37 bzw. 39 niederohmig kontaktiert sind. Es ist ferner möglich, die stromzuführende Elektrode 33 und den Elektrodenanschluß 37 so als einen einzigen Teil auszubilden. Ebenso können die stromabführende Elektrode 35 und der Elektrodenanschluß 39 ausgebildet sein.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß die beiden Kanäle 25,27 praktisch die gleiche Länge haben, die gleich dem Abstand zwischen der stromzuführenden Elektrode 33 und der stromabführenden Elektrode 35 ist. Dies ist jedoch nicht unbedingt nötig, die Kanäle können auch verschieden lang sein. Die Kanallänge ist nicht besonders wesentlich. Die Hochfrequenzeigenschaften des Feldeffekt - Transistors werden jedoch mit abnehmender Kanallänge besser. Die Länge der Kanäle kann zwischen etwa 2,5 und 250 μΐη liegen. Die Steuerelektrode 31 hat vorzugsweise etwa dieselbe wirksame Länge wie die Kanäle 25, 27. Die Isolierschicht 29 ist mindestens so lang wie die Steuerelektrode 31. Wenn die Steuerelektrode 31 kürzer ist als die Kanäle 25, 27, kann in Reihe mit einem oder beiden Kanälen ein unerwünschter Widerstand auftreten. Ist die Steuerelektrode 31 länger als die Kanäle 25, 27, so werden die Eigenkapazitäten zwischen der Steuerelektrode 31 und der stromzuführenden Elektrode 33 und/oder der stromabführenden Elektrode 35 unnötig vergrößert.

Im Prinzip können die Kanäle verschiedene Breite, gerechnet in der F i g. 1 senkrecht zur Papierebene, besitzen, vorzugsweise sind sie jedoch gleich breit. Die Isolierschicht 29 ist vorzugsweise breiter als die Kanäle 25,27. Die Steuerelektrode 31 kann an sich eine praktisch beliebige Breite haben, vorzugsweise wird sie etwas breiter bemessen als die Kanäle 25,27, so daß sie deren Enden überlappt. Die Kanäle 25,27 sind vorzugsweise beide möglichst dünn, um den Ruhestrom/,,,, der weiter unten noch genauer definiert wird, möglichst klein zu halten. Die Dicken der Kanäle 25, 27 und der Isolierschicht 29 können so gewählt werden, daß der Feldeffekt-Transistor in einem bestimmten Steuerspannungsbereich, bei einer bestimmten Kanalspannung und bei einem bestimmten Kanalstrom optimal arbeiten. Die Eigenschaften des Feldeffekt-Transistors lassen sich außerdem gewünschtenfalls durch eine nicht dargestellte isolierende Schicht zwischen den Kanälen 25 und 27 beeinflussen.

Derartige Feldeffekt-Transistoren können einzeln hergestellt werden, man kann jedoch auch auf einer einzigen Unterlage eine Anzahl von solchen Feldeffekt-Transistoren herstellen und die Unterlage dann teilen, so daß man einzelne Feldeffekt-Transistoren erhält, man kann auch mehrere auf einer einzigen Unterlage befindliche Feldeffekt-Transistoren verdrahten und in Schaltungen verwenden. Geeignete, bereits verdrahtete Anordnungen solcher Feldeffekt-Transistoren können mit oder ohne passive Schaltungselemente direkt auf einer einzigen Unterlage hergestellt werden.

In der F i g. 1 ist auch eine Schaltungsanordnung zum Betrieb des Feldeffekt-Transistors 21 dargestellt. Der Elektrodenanschluß 37 ist über eine Leitung 53 mit Masse 51 verbunden. Die Steuerelektrode 31 ist über eine Leitung 57 an eine Klemme einer Spannungsquelle 55 angeschlossen, die eine Steuerspannung V_g liefert. Die andere Klemme der Spannungsquelle 55 liegt an Masse. Der Elektrodenanschluß 39 ist über einen als Widerstand 63 dargestellten Verbraucher und eine Leitung 61 mit der einen Klemme einer regelbaren Spannungsquelle 59 verbunden, die eine einstellbare Kanalspannung V_d liefert. Die andere Klemme der Spannungsquelle 59 liegt an Masse. An den Widerstand 63 sind zwei Ausgangsklemmen 65 angeschlossen.

Bei einer ersten Betriebsart wird die Kanalspannung V_d auf einen gewünschten Wert eingestellt. Die Steuerspannungsquelle 55 liefert eine Steuerspannung V_g, die das Eingangssignal des Feldeffekt-Transistors 21 darstellt. Diese Spannung kann eine Gleichspannung, eine Wechselspannung bis etwa 100 MHz oder eine Impulsspannung sein; gleichzeitig kann auch eine Vorspannung angelegt werden. Ein Kanalstrom Ζ,;, der das Ausgangssignal des Feldeffekt-Transistors darstellt, fließt von der Spannungsquelle 59 durch die Leitung 61, den Arbeitswiderstand 63 zum Elektrodenanschluß 39, durch die stromabführende Elektrode 35, einen oder beide Kanäle 25, 27, die stromzuführende Elektrode 33, den Elektrodenanschluß 37 und über Masse 51 zurück zum anderen Pol der Spannungsquelle 59. Der Kanalstrom /,, ist ein Abbild der Steuerspannung V_g. Die Ausgangsleistung kann ein Mehrfaches der Eingangsleistung betragen, und die Eingangsimpedanz kann ein Vielfaches der Ausgangsimpedanz sein. Der Feldeffekt-Transistor kann also dazu verwendet werden, einen Eingang höherer Impedanz in einen Ausgang niedriger Impedanz umzusetzen und/oder eine Eingangsleistung zu verstärken.

Die F i g. 2 zeigt eine statische Strom-Spannungs-Kennlinie eines Feldeffekt-Transistors nach der Fig. 1, dabei sind auf der Ordinate der Kanalstrom I_d und auf der Abszisse die Steuerspannung V_g aufgetragen. Bei der Messung war die Kanalspannung V_d konstant, und der Elektrodenanschluß 37 der stromzuführenden Elektrode 33 lag an Masse. Es wurde der Kanalstrom l_d in Milliampere als Funktion der Steuerspannung V_g in Volt gemessen, der Arbeitswiderstand 63 war Null. Wenn die Steuerspannung V_g von Null aus in positiver Richtung wächst, steigt der Kanalstrom I_d in erster Näherung proportional dem Quadrat der Steuerspannung V_g. Läßt man die Steuerspannung V_g in negativer Richtung wachsen, so sinkt der Kanalstrom l_d bis zu einem Mmimalwert/_m ab, der bei der Steuerspannung V₁, erreicht wird und steigt dann etwa proportional dem Quadrat der Steuerspannung V_g wieder an. Die Spannung V_n beim Stromminimum I_m ist die Abschnürspannung des N-leitenden Kanals 27. Die Eingangsimpedanz der Steuerelektrode 31 ist bei

7 8

niedrigen Frequenzen kapazitiv. Der Ableitwider- träger in den beiden Kanälen 25, 27 und der Dicke

stand über die Isolierschicht 29 dürfte im Bereich der Isolierschicht 29 sowie durch den Einsatz einer

von etwa 10¹⁴ bis 10¹⁶ Ohm liegen. isolierenden Schicht zwischen die beiden Kanäle 25,

Die in der F i g. 2 dargestellte Strom-Spannungs- 27 beeinflußt werden.

Kennlinie kann an Hand der in der Fig. 3 dargestell- 5 .

ten Kurven erklärt werden. Die Kurve 43 in der .Beispiel 1

F i g. 3 stellt den Elektronenstrom dar, der im Das folgende Ausführungsbeispiel eines Feldeffekt-

N-leitenden Kanal 27 fließt. Die gestrichelte Kurve 45 Transistors nach der Erfindung entspricht im Aufbau

ist der Defektelektronenstrom im P-leitenden Kanal dem Feldeffekt-Transistor nach der Fig. 1. Die

25. Bei der Steuerspannung V_g = 0 fließt ein ge- ίο Kanäle, die Isolierschicht 29 und die Steuerelektrode

wisser Strom von der stromzuführenden Elektrode 33 31 wurden dadurch hergestellt, daß auf einer Unter-

zur stromabführenden Elektrode 35, der im N-leiten- lage 23 nacheinander Schichten niedergeschlagen

den Kanal 27 von Elektronen und im P-leitenden wurden. Zur Bildung des N-leitenden Kanals ließ

Kanal 25 von Defektelektronen getragen wird. Bei man auf einer Unterlage 23 aus einem eigenleitenden

positiver Steuerspannung V_g entstehen im N-leiten- 15 Halbleiter eine N-leitende Schicht epitaktisch auf-

den Kanal 27 zusätzlich Elektronen, und der Elek- wachsen. Auf dieser N-leitenden Schicht wurde

tronenstrom im N-leitenden Kanal 27 nimmt daher anschließend durch epitaktisches Aufwachsen der

entsprechend dem Anreicherungsbetrieb eines Feld- P-leitende Kanal gebildet. Anschließend wurden die

effekt-Transistors zu, wie die ausgezogene Kurve 43 Isolierschicht 29 und die Steuerelektrode 31 nieder-

im Bereich positiver Steuerspannungen V_g zeigt, ao geschlagen.

Da sich diese zusätzlichen Elektronen in der Nähe Als Ausgangsmaterial diente eine einkristalline der Grenzfläche zwischen dem Kanal 27 und der Scheibe 23 aus Silizium hohen spezifischen WiderIsolierschicht 29 ansammeln, wird das durch die stands (typischer Wert 1000 Ohm · cm), deren Abpositive Steuerspannung V_g erzeugte Feld vom messungen etwa 2,5X2,5X0,25 mm betrugen. Die P-leitenden Kanal 25 abgeschirmt, so daß sich der 25 Scheibe 23 wurde in einer Siliziumtetrachlorid und Defektelektronenstrom nicht ändert. Dies ist durch etwas Phosphortrichlorid enthaltenden Wasserstoffden waagerecht verlaufenden Teil der gestrichelten atmosphäre etwa 10 Minuten auf 1025⁰C erhitzt. Kurve 45 im Bereich positiver Steuerspannungen V_g Auf der Oberfläche der Scheibe schlägt sich dabei dargestellt. eine etwa 0,2 μπι dicke Schicht aus N-Silizium nieder.

Eine negative Steuerspannung V_g bewirkt eine 30 Anschließend wurde die Scheibe 23 in einer Silizium-Verarmung an Elektronen im N-leitenden Kanal 27 tetrachlorid und etwas Bortrichlorid enthaltenden und setzt den Elektronenstrom in diesem Kanal Wasserstoffatmosphäre erhitzt, dabei schlug sich auf entsprechend einem Verarmungsbetrieb eines Feld- der vorher aufgebrachten N-leitenden Schicht eine effekt-Transistors herab, wie der ausgezogene Teil etwa 0,2 μπι dicke Schicht aus P-Silizium nieder. Als der Kurve 43 im Bereich negativer Steuerspannun- 35 nächstes wurden etwa 2 μπι dicke, mit Antimon gen V_g zeigt. V_p ist die Abschnürspannung für den dotierte Goldschichten auf denjenigen Teilen der N-leitenden Kanal 27, also die Spannung, die erfor- P-Schicht aufgedampft, an denen die stromzufühderlich ist, um den N-leitenden Kanal 27 vollständig rende Elektrode 33 und die stromabführende Elekan Elektronen verarmen zu lassen. Wenn der N-lei- trode 35 angebracht werden sollten. Die Scheibe 23 tende Kanal 27 an Elektronen verarmt ist, kann das 40 wurde dann etwa 5 Minuten auf 450° C erhitzt, um elektrische Feld der Steuerelektrode 31 zum P-leiten- das mit Antimon dotierte Gold durch die N-leitende den Kanal 25 durchgreifen und die Defektelektronen- und die P-leitende Schicht hindurch bis zu einer konzentration im P-leitenden Kanal 25 erhöhen. Tiefe von mehr als 0,4 μπι einzulegieren, so daß die Dies hat zur Folge, daß der Defektelektronenstrom stromzuführende Elektrode 33 und der Elektrodenim P-leitenden Kanal 25 mit in negativer Richtung 45 anschluß 37 sowie die stromabführende Elektrode 35 weiter wachsender Steuerspannung V_g ansteigt, wie und der Elektrodenanschluß 39 gebildet und die der linke Teil der Kurve 45 zeigt. Der Gesamtstrom, Kanallänge definiert wurde.

der den Feldeffekt-Transistor durchfließt, ist die Der Elektrodenanschluß 37 und der Elektroden-Summe des Defektelektronenstroms und des Elek- anschluß 39 werden durch das Gold gebildet, das tronenstroms, die der Kurve 42 in der F i g. 2 ent- 50 während der Erhitzung nicht so tief eindringt wie spricht. das Antimon. Als nächstes wurde eine etwa 1000 A

Wenn die Elektrodenanschlüsse der stromzufüh- dicke Isolierschicht 29 aus Siliziummonoxyd im

renden Elektrode 33 und der stromabführenden Kanalbereich auf die P-leitende Schicht aufgedampft.

Elektrode 35 vertauscht werden, so daß die strom- Schließlich wurde auf die Siliziummonoxydschicht 29

abführende Elektrode 35 an Masse 51 und die strom- 55 gegenüber dem P-leitenden Kanal eine Aluminium-

zuführende Elektrode 33 an der Spannungsquelle 59 schicht 31 aufgedampft,
liegen, ergibt sich praktisch die gleiche Kennlinie 41

(Fig. 2), obgleich sich die Stromrichtung in den Beispiel 2
Kanälen 25, 27 umgekehrt hat. Vertauscht man die

Lage des N-leitenden Kanals 27 und des P-leitenden 60 Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Feldeffekt-Kanals 25, so erhält man eine ähnliche Steuerspan- Transistors nach der Erfindung ist in der F i g. 4 nung-Kanalstrom-Charakteristik, die Polarität der dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde Steuerspannung muß jedoch umgekehrt werden. Da der P-leitende Kanal 25 α durch Eindiffundieren eines die Form der Kurve 41 von der Konzentration an Dotierungsstoffes in eine eigenleitende Halbleiterfreien Ladungsträgern in den beiden Kanälen 25,27 65 scheibe hergestellt; der N-leitende Kanal 27 a und abhängt, können das Stromminimum I_m, die Ab- die Isolierschicht 29 α ließ man unter Wärmeeinwirschnürspannung V_p und die Form der Kurve durch kung auf den durch Diffusion hergestellten Kanal Änderungen der Konzentration der freien Ladungs- 25 a aufwachsen und die stromzuführende Elektrode

33 a, die stromabführende Elektrode 35 α und die Steuerelektrode 31 α wurden aufgedampft.

Als Ausgangsmaterial diente eine einkristalline Scheibe 23 α aus Silizium hohen spezifischen Widerstandes (etwa 1000 Ohm · cm), deren Abmessungen 5X5X0,25 mm betrugen. Durch Diffusion wurde ein dünner P-leitender Kanal 25 α in der Siliziumscheibe 23 α gebildet. Man kann hierzu auf einem Teil der Siliziumscheibe 23 α mit Bor dotiertes Siliziumdioxyd niederschlagen und das Bor dann durch einstündiges Erhitzen der Scheibe bei 1050° C in einer trockenen Stickstoffatmosphäre zur Eindiffusion bringen. Durch diesen Verfahrensschritt wird der erste Kanal 25 α gebildet. Das restliche dotierte Siliziumdioxyd wird entfernt, z. B. durch chemisches Ätzen, und die dotierte Siliziumoberfläche wird durch etwa vierstündiges Erhitzen der Siliziumscheibe 23 α in trockenem Sauerstoff bei etwa 925° C oxydiert. Bei dieser Oxydation entsteht eine Außenschicht von thermisch aufgewachsenem Siliziumoxyd 29 a, außer- ao dem wird der Leitungstyp eines Teiles der Siliziumscheibe 23 a unter der thermisch aufgewachsenen Oxydschicht 29 a umgekehrt und bildet einen N-leitenden Kanal 27 a (Inversionsschicht) an der Oberfläche der Siliziumscheibe 23 a. Die oxydierte Ober- as fläche wird mittels einer lichtempfindlichen Ätzschutzschicht so maskiert, daß die thermisch aufgewachsene Siliziumdioxydschicht und die Inversionsschicht über dem für die stromzuführende Elektrode und die stromabführende Elektrode vorgesehenen Bereich chemisch abgeätzt werden können. Dann werden durch eine Maske etwa 0,5 μηι dicke Schichten 41, 43 aus mit Antimon dotiertem Gold auf den N-Kanal27a aufgedampft. Man erhitzt die Scheibe dann 5 Minuten auf 450° C, um das aufgedampfte Gold in den N-Kanal27a einzulegieren. Nun dampft man durch eine Maske etwa 0,5 um dicke Aluminiumschichten 45, 47 auf, die den N-leitenden Kanal 27 a und den P-leitenden Kanal 25 α überlappen, wie die F i g. 4 zeigt. Zum Einlegieren des aufgedampften Aluminiums wird etwa 5 Minuten auf 600° C erhitzt. Eine im Kanalbereich auf die thermisch aufgewachsene Siliziumdioxydschicht 29 α aufgedampfte metallische Steuerelektrode31 a, z.B. aus Aluminium, vervollständigt den Feldeffekt-Transistor.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Feldeffekt-Transistor mit zwei ohmschen Elektroden und mit einer isolierten Steuerelek- so trode, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Kanal aus Halbleitermaterial niedrigen spezifischen Widerstands vom einen Leitungstyp (25) und ein zweiter Kanal aus Halbleitermaterial niedrigen spezifischen Widerstands vom entgegengesetzten Leitungstyp (27) in ihrer Längsrichtung übereinanderliegen, daß in Längsrichtung an einem der beiden Kanäle (25,27) eine Steuerelektrode (31) über einer Isolierschicht (29) angebracht ist und daß sowohl die stromabführende ohmsche Elektrode (35) als auch die stromzuführende ohmsche Elektrode (33) jeweils an einer Endfläche der beiden Kanäle (25,27) so angeordnet ist, daß jede der beiden ohmschen Elektroden (33, 35) die Grenze zwischen den beiden Kanälen (25, 27) überdeckt.

2. Feldeffekt-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) ohne isolierte Steuerelektrode auf einer stützenden Isolierunterlage (23) angeordnet ist.

3. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekt-Transistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Isolierunterlage (23) aus Halbleitermaterial hohen spezifischen Widerstands das Halbleitermaterial des ersten Kanals (25) epitaktisch aufwachsen gelassen wird, daß auf den ersten Kanal (25) das Halbleitermaterial des zweiten Kanals (27) epitaktisch aufwachsen gelassen wird und daß dann die Isolierschicht (29) sowie die drei Elektroden (31, 33, 35) angebracht werden.

4. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekt-Transistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Isolierunterlage (23) aus Halbleitermaterial hohen spezifischen Widerstands das Halbleitermaterial des ersten Kanals (25) aus der Dampfphase niedergeschlagen wird, daß auf den ersten Kanal (25) das Halbleitermaterial des zweiten Kanals (27) aus der Dampfphase niedergeschlagen wird und daß dann die Isolierschicht (29) sowie die drei Elektroden (31, 33, 35) angebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (29) und die Steuerelektrode (31) aufgedampft werden.

6. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekt-Transistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Isolierunterlage (23) aus Halbleitermaterial hohen spezifischen Widerstands zwecks Bildung des ersten Kanals (25) ein entsprechender Dotierungsstoff eindiffundiert wird, daß auf den ersten Kanal (25) der zweite Kanal (27) thermisch aufwachsen gelassen wird und daß dann die Isolierschicht (29) sowie die drei Elektroden (31, 33, 35) angebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (29) thermisch auf dem zweiten Kanal aufwachsen gelassen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 242 628,
699, 1306187;
USA.-Patentschriften Nr. 2791759, 2 993 998.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 638/1529 11.68 © Bundesdruckerei Berlin