DE814486C

DE814486C - Halbleiterverstaerker

Info

Publication number: DE814486C
Application number: DEP40682A
Authority: DE
Inventors: Robert Lee Wallace Jr; Winston Edward Kock
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1948-08-14
Filing date: 1949-04-24
Publication date: 1951-09-24
Also published as: GB700232A; BE490647A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 24. SEPTEMBER 1951

p 40682 VIIIc I 2igD

sind als Erfinder genannt worden

Halbleiterverstärker

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Maßnahmen zur Steuerung elektrischer Signale, die Halbleiter benutzen, sowie auf Übertragungssysteme, die solche Elemente enthalten.
Ein I lauptziel der Erfindung besteht in der Schaffung neuer und verbesserter Mittel und Verfahren, um elektrische Signale zu steuern, z. B. zu verstarken, zu erzeugen und zu modulieren.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der ίο Verbesserung der mechanischen und betrieblichen Stabilität von solchen elektrischen Übertragungsvorrichtungen, die einen Körper aus Halbleitermaterial enthalten.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bezieht sich auf einen Körper aus Halbleitermaterial, Mittel zur Herstellung elektrischer Kontakte an zwei Teilen dieses Körpers, und zwar auf entgegengesetzten Seiten desselben, Mittel zur Anbringung eines dritten elektrischen Anschlusses an einen anderen Teil des Körpers zwischen den genannten Teilen, und Schaltungsmitteln, einschließlich Energiequellen, wodurch der Einfluß des dritten Anschlusses so gestaltet werden kann, daß er den Stromfluß zwischen den anderen Anschlüssen steuert.

Die Erfindung betrifft also einen Halbleiterkörper, der für Spannungs- und Kraftverstärkung angewandt werden kann, wenn Mittel vorgesehen sind, die gestatten, mit Hilfe einer Eingangselektrode oder Anregungselektrode (Anregekontakt), Strom bei verhältnismäßig niedriger Spannung in den Körper einzuführen und mit Hilfe einer Aus-

gangselektrode oder Abnehmerelektrode (Abnahmekontakt) von dem Körper bei verhältnismäßig hoher Spannung Strom abzunehmen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht im Aufbau für die Anbringung eines Halbleiterkorpers zwischen Spitzenkontakten, derart, daß auf entgegengesetzten Flächen des Körpers im wesentlichen kolineare Kontakte entstehen, so daß die eine Hälfte des Aufbaus ein Spiegelbild der anderen ίο Hälfte darstellt.

Ein anderes Merkmal der Erfindung umfaßt eine schwingungsfähige Schaltungsanordnung, die aus einem leitenden Körper besteht sowie aus Mitteln, um an voneinander getrennten Teilen des Körpers Anschlüsse herzustellen, wobei der Aufbau des Körpers so gewählt und die Anschlüsse so angeordnet sein können, daß eine Selbsterregung erreicht λγ-ird, ohne daß für diesen Zweck eine weitere Vorsorge für eine vom Ausgang zum Eingang führende ao Verbindung zu treffen ist.

Ein anderes Merkmal der Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, die eine radial und axial symmetrische Scheibe aus Halbleitermaterial enthält, die in einem leitenden Gehäuse angebracht ist und as mit letzterem leitend verbunden ist und außerdem gleiche leitende Elemente aufweist, die auf entgegengesetzten Seiten, und zwar im wesentlichen in der Scheibenachse, mit der Scheibe Kontakt machen. Ein solcher Aufbau bewirkt eine Abschirmung zwischen den Kontakten auf den entgegengesetzten Scheibenseiten; es eignet sich infolge seiner Symmetrie für die Anwendung bei sehr hohen Frequenzen, wo solche Gestaltungen von Bedeutung sind.

Entsprechend einem noch weiteren Merkmal der Erfindung, und zwar in Verbindung mit einer Anordnung, die einen Körper aus Halbleitermaterial, Kontaktstellen an entgegengesetzten Flächen dieses Körpers und eine dritte Anschlußstelle an der Peripherie des Körpers aufweist, ist der Körper auf einer der oder beiden entgegengesetzten Seiten mit Aushöhlungen oder Vertiefungen versehen. Auf diese Weise wird ein Bereich (eine zentrale Zone) geschaffen, der bzw. die die für den Betrieb der Anordnung erforderliche Dicke besitzt. Zugleich wird ein stabiler Aufbau erreicht, der es ermöglicht, die gewünschte Kolinearität der entgegengesetzt liegenden Kontakte zu verwirklichen.

Die vorgenannten und noch weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich vollständiger und klarer aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele; es zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch eine Übertragungsausführungsform der Erfindung mit HaIbleiterkörper,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 4 ein Schaltungsbild, welches eine Verwendungsart von Vorrichtungen nach Fig. 1, 2 und 3 veranschaulicht,

Fig. 5 ein Schnittbild von einer anderen Vorrichtung mit scheibenförmigem Halbleiterkörper, Fig. 6 Ansicht und teilweisen Schnitt einer der Fig. 5 ähnlichen Vorrichtung, wobei eine abweichende Form für den Halbleiterkörper gewählt ist,

Fig. 7 die schematische Darstellung der Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Schnittbild einer Vorrichtung ähnlich Fig. 5 und 6.

Anordnungen, mit denen sich die Erfindung beschäftigt, enthalten einen Körper aus Halbleitermaterial, an welchen drei oder mehr voneinander getrennte Anschlüsse angebracht sind. Bei den in Fig. ι bis 4 gezeigten Vorrichtungen besteht der Körper aus einer Platte oder einem Keil, an welchem an im wesentlichen gegenüberliegenden Punkten auf entgegengesetzten Flächen zwei Anschlüsse angebracht sind, während der dritte Anschluß an einer Kante oder an der Grundfläche vorgesehen, ist. Wenn an einer der gegenüberliegenden Anschlußstellen, nämlich am Anregekontakt, Strom durch eine niedrige Impedanz eingeleitet wird, und zwar durch Anlegen einer verhältnismäßig niedrigen Spannung zwischen dem Anregekontakt und dem dritten oder Grundanschluß, und Strom an der anderen der gegenüberliegenden Anschlußstellen, nämlich am Abnahmekontakt, durch eine hohe Impedanz entnommen wird, indem man eine verhältnismäßig hohe Spannung zwischen Abnahmekontakt und Grundanschluß anlegt, so wird eine Leistungsverstärkung erzielt.

Bei Vorrichtungen dieser Art besteht anscheinend sowohl am Anregekontakt als auch am Abnahmekontakt eine Halbleiterbedingung oder eine solche von hoher Impedanz, welche es dem Strom ermöglicht, in einer Richtung relativ leicht und in der anderen Richtung relativ schwer zu fließen. Nach einer Hypothese besteht zwischen dem Hauptkörper aus Halbleitermaterial und einer Materialzone von entgegengesetzter Art Leitfähigkeit, die den Anregekontakt oder Abnahmekontakt umgibt, eine Hemmung. Dieses Material würde beispielsweise vom P-Typ sein, wenn der Hauptkörper vom iV-Typ wäre. Dieser Wechsel in der Art der Leitfähigkeit könnte auf einem Wechsel bezeichnender Unreinigkeiten durch Materialaustausch zwischen dem Kontaktpunkt und dem Körper während des Stromdurchgangs beruhen. Was aber immer der Grund für das Vorhandensein dieser Hemmung an den Anrege- und Abnahmekontakten sein mag, ihr Bestehen ist mit den betriebsmäßigen Tatsachen verbunden, die Vorrichtungen dieser Art eigen sind.

Der am Anregekontakt eingeleitete Strom fließt in der Richtung der leichten Strömungsmöglichkeit durch die Hemmungszone am Anregekontakt, und zwar infolge des Spannungsabfalls, der in der geeigneten Weise quer durch diese Hemmungszone besteht. Für einen Körper vom iV-Typ ist die Vorspannung des Anregekontakts gewöhnlich eine positive, um dieses Ergebnis zu schaffen; in einigen Fällen aber kann die Vorspannung leicht negativ sein, wenn ein innerer Spannungsabfall, nämlich vom Anregekontakt—Abnahmekontaktbereich zum Grundbereich in der Weise besteht, daß der Span-

n'ungsabfall durch die Hemmungszone des Anregekontakts noch in der Richtung des leichten Stromflusses verläuft. Die Abnahmekontaktspannung wird in der Richtung des schwierigen Stromflusses angelegt; sie wird daher verhältnismäßig hoch sein, um einen Strom durchzulassen, der mit dem am Anregekontakt eingeführten Strom vergleichbar ist.

Als Halbleitermaterialien für Vorrichtungen nach der Erfindung haben sich z. B. Germanium und

ίο Silicium mit geringem Gehalt an bezeichnenden Unreinigkeiten als brauchbar erwiesen, die einen Weg zur Bestimmung der Art der Leitfähigkeit des Halbleitermaterials beherrschen (entweder den iV-Typ oder den P-Typ). Der Typ der Leitfähigkeit kann auch in an sich bekannter Weise durch Energiebeziehung innerhalb des Halbleiters bestimmt werden.

Die Bezeichnungen A^r-Typ und P-Typ werden Halbleitermaterialien zugelegt, welche das Bestreben haben, Strom leicht durchzulassen, wenn das Material negativ bzw. positiv ist mit Bezug auf einen leitenden, daran angelegten Kontakt dagegen den Strom schwieriger durchzulassen, wenn das Umgekehrte der Fall ist, und welche auch mit HaIleffekten und thermoelektrischen Effekten verbunden sind.

Der Ausdruck bezeichnende Unreinigkeiten ist hier für die Benennung soldier Unreinigkeiten gebraucht, welche die elektrischen Charakteristiken¹ des Materials beeinflussen, wie z.B. den spezifischen Widerstand, Lichtempfindlichkeit, Gleichrichtung¹ u. dgl., und sich von anderen Unreinigkeiten abheben, die keinen erkennbaren Einfluß auf diese Charakteristiken haben.

Die Bezeichnung Unreinigkeiten soll sowohl absichtlich zugegebene Bestandteile als auch irgendwelche im Grundmaterial, wie es in der Natur gefunden wird oder im Handel greifbar ist, enthaltene Bestandteile umfassen. Germanium und Silicium sind solche Grundmaterialien, welche zusammen mit einigen typischen Unreinigkeiten bei der Beschreibung von erläuternden Beispielen der Erfindung erwähnt werden. Kristallgitterfehler, Zf B. leere Gitterlagen und zwischenräumliche Atome, sofern sie bewirken, daß bewegliche Ladungsträger gebildet werden, sollen in dem Begriff bezeichnende Unreinigkeiten mit umfaßt sein. Kleine Mengen von Unreinigkeiten, wie Phosphor in Silicium, und Antimon und Arsen in Germanium, werden Spender-Unreinigkeiten genannt, weil sie zur Leitfähigkeit des Grundstoffs beitragen, indem sie an ein nicht volles Leitfähigkeitleistungsband in dem Grundmaterial Elektronen spenden. Die gespendeten negativen Elektronen bilden in einem solchen Fall die Stromträger, und man sagt, daß das Material und seine Leitfähigkeit von N-Typ sind. Kleine Mengen anderer Unreinigkeiten, z.B. Bor in Silicium und Aluminium in Germanium, werden Nehmer-Unreinigkeiten genannt, weil sie zur Leitfähigkeit beitragen, indem sie von den Atomen des Grundmaterials in dem vollen Band Elektronen aufnehmen. Eine solche Aufnahme hinterläßt Lücken oder Löcher in dem vollen Band.

Durch Auswechslung der in dem vollen Band verbleibenden Elektronen bewegen sich diese positiven Lücken wirksam rundherum und bilden die Stromträger; man sagt, das Material und seine Leitfähigkeit sind vom P-Typ. Der Ausdruck Fehlerprozeß kann auch für die Art Leitfähigkeit angewandt werden. Eine weitere Erläuterung von Halbleitern der angegebenen Art findet sich in der Literatur, z. B. in „Crystal Rectifiers" von H. C. Torr ey und C. A. Wh i t m e r , Band 15 der M. J. T. Radiation Laboratory Series, die von Mc G r a w - H i 11 1948 veröffentlicht worden sind.

Verfahren zur Herstellung von Silicium jedes Leitfähigkeitstyps oder eines Siliciumkörpers, der beide Typen aufweist, sind bekannt. Solche Materialien sind geeignet zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung. Germaniummaterial kann auch in jedem Leitfähigkeitstyp hergestellt werden oder in Körpern, die beide Typen enthalten, und es kann so behandelt werden, daß es befähigt ist, hohen Spannungen in der Umkehrrichtung vom Gesichtspunkt der Gleichrichtung standzuhalten.

Der Ausdruck Hemmung oder elektrische Hemmung, wie er in der Beschreibung und Erläuterung der Vorrichtungen gemäß der Erfindung gebraucht ist, bezieht sich auf das hohen Widerstand bildende, zwischenflächige Verhalten zwischen in Berührung stehenden Halbleitern von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp oder zwischen einem Halbleiter und einem metallischen Leiter, wobei Strom relativ leicht in einer Richtung und relativ schwer in der anderen Richtung fließt.

Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 einen Block aus Isoliermaterial, z. B. einem der plastischen oder keramischen Materialien; in dem Block sind ein Halbleiterkörper 11 und Kontaktglieder 12 und 13 befestigt. Der Körper 11 kann auf einem Stutzen oder Bolzen 14 angebracht sein und die Kontakte 12 und 13 auf Stutzen oder Bolzen 15 bzw. 16. Der Bolzen 14 sitzt passend in einer seitlichen Bohrung des Körpers 10. Die Bolzen 15 und 16 sitzen ebenfalls passend in einer durchgehenden Längsbohrung des Blocks. Jeder Bolzen kann nach geeigneter Einstellung in seiner Lage mittels einer Feststellschraube 17 gesichert werden.

Der Halbleiterkörper 11 kann die Form eines Keils haben, wie in Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, oder gemaß Fig. 5 bis 7 scheibenförmig sein; es wäre auch möglich, ihn als dünne Platte oder Tafel ohne Verjüngung auszubilden. Dieser Körper kann am Ende des Bolzens 14 in irgendeiner geeigneten Weise gesichert werden. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, die Grundfläche des Körpers 11 mit einem metallischen Film, z.B. einem galvanischen Kupferüberzug, zu versehen und ihn dann in einen Schlitz des Bolzens 14 einzulöten. Die Kontaktelemente 12 und 13 können S-förmige Kontaktfedern sein, wie sie bei Kristallgleichrichtern verwendet werden. Ein geeignetes Material für diese Kontakte ist Phosphorbronze. Diese Kontaktfedern können in Locher an den Enden der Bolzen 15 bzw. 16 eingelötet werden. Die Bolzen 14, 15 und 16 können aus Nickel oder einem anderen geeigneten Metall gefertigt sein.

Die Zusammensetzung der Vorrichtung nach Fig. ι und 2 geschieht durch Einpressung der Bolzen 15 und 16 in den Block, bis sich die Kontaktspitzen fast treffen. Die Kontaktspitzen können durch dieöffnung 18 in die richtigeLage eingestellt werden. Dann wird der Bolzen 14 in seine Öffnung eingesetzt, bis der Körper 11 sich in der geeigneten Stellung zwischen den Kontakten 12 und 13 befindet; hierauf wird der Bolzen 14 durch die zugehörige Feststellschraube gesichert. Die Bolzen 15 und 16 können anschließend jeder für sich genügend vorgeschoben werden, um an gegenüberliegenden Seiten des Körpers 11 geeigneten Kontakt zu machen. Um festzustellen, daß ein geeigneter Kontakt durch jede Kontaktspitze mit dem Halbleiter hergestellt ist, wird ein Oszilloskop oder ein anderes geeignetes Anzeigegerät an die Vorrichtung angeschlossen und zwischen jedem Kontakt und dem Körper eine Wechselspannung angelegt. Ein Bolzen

_ao wird vorgeschoben, bis eine Gleichrichtercharakteristik angezeigt wird, die erkennen läßt, daß der Kontakt hergestellt ist. Der Bolzen wird dann leicht weiter vorwärtsgedreht, um einen ausreichenden, den Kontakt auf rechterhaltenden Federdruck siehe rzustellen. Bei Vorrichtungen, die im folgenden näher beschrieben sind, beträgt die zusätzliche Vorwärtsbewegung etwa 0,076 mm. Die andere Spitze wird dann in ähnlicher Weise eingestellt. Nachdem die richtige Einstellung durchgeführt ist, werden die Bolzen 15 und 16 mittels ihrer Feststellschrauben eingespannt.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung besitzt einen metallischen Zylinder 20, der aus nickelplattiertem Messing oder einem anderen geeigneten leitenden Material bestehen kann. Der Halbleiterkörper 21, der ähnlich dem Körper 11 nach Fig. 1 sein kann, ist z. B. mittels eines metallischen Überzugs und eines Lotes an einem Metallring 22 befestigt. Der Ring 22, der aus Messing bestehen kann, ist zentral in den Zylinder 20 eingepaßt. Die als Kontaktträger dienenden Bolzen 23 und 24 sind in zylindrischen Isolierblöcken 25 bzw. 26 befestigt. Die Bolzen 23 und 24 können aus Nickel bestehen und die zylindrischen Blöcke 25 und 26 aus keramischem Material. Die Kontakte 27 und 28, die man ähnlich den Kontaktfedern 12 und 13 nach Fig. 1 ausführen kann, können an den Bolzen 23 und 24, z. B. durch Einlötung in axiale Löcher, an den Enden dieser Bolzen befestigt werden.

Diese Vorrichtung kann dadurch zusammengebaut werden, daß man den Ring 22 und den Halbleiter 21 in den Zylinder 20 bis in eine im wesentlichen zentrale Stellung hineindrückt. Dann werden die Blöcke 25 und 26 in die entsprechenden Enden des Zylinders eingepaßt und vorgeschoben, bis mittels der Kontaktfedern 27 und 28 der Kontakt an den entgegengesetzten Seiten des Körper 21 hergestellt ist. Durch eine Öffnung, ähnlich der Öffnung 18 in Fig. i, kann man diesen Vorgang beobachten und etwaige Justierungen vornehmen. Ein Prüfkreis mit geeigneten Anzeigemitteln kann auch Anwendung finden, um kenntlich zu machen, wenn die richtige Einstellung durchgeführt ist.

Die verjüngten Körper aus Halbleitermaterial, wie die Körper 11 und 21 nach Fig. 1 bzw. 3, oder eine nicht verjüngte Platte aus solchem Material können für ihre Verwendung in folgender Weise vorbereitet werden: Ein Stück Halbleitermaterial, ζ. B. Germanium, das von einem nach bekannten und früher beschriebenen Verfahren hergestellten Block geschnitten ist, kann feucht auf Maß geschliffen werden, und zwar auf einer Polierscheibe, ζ. Β. einer Glaspolierscheibe unter Verwendung eines geeigneten Polierpulvers von etwa der durch ein 280-Maschen-Sieb durchgehenden Korngröße; die Fertigbehandlung erfolgt mit Polierpulver aus einem 600-Maschen-Sieb. Nach der Formung der Platte oder des Keils wird der Körper in einer Lösung geätzt, die aus 10 ecm konzentrierter Salpetersäure, 5 ecm konzentrierter Flußsäure und 10 ecm einer Lösung mit 200 mg Kupfernitrat besteht. Die Ätzungsdauer kann zwischen 30 Sekunden bis zu 10 Minuten betragen. Der geätzte Körper kann mit Wasser berieselt und danach mit Alkohol bespült werden; anschließend trocknet er an der Luft.

Nachdem die Einheit physikalisch zusammengesetzt ist, aber vor ihrer Inbetriebsetzung, kann eine elektrische Formierungsbehandlung durchgeführt werden. Diese Behandlung kann das An- _go legen einer Wechselst'romspannung an den Abnahmekontaktanschluß umfassen, und zwar über einen Belastungswiderstand, der ungefähr dem Abnahmekontaktwiderstand der Einheit gleicht, nachdem die letztere behandelt ist, bis die durch ein geeignetes Anzeigemittel (ein Kathodenstrahloszilloskop) angegebene Charakteristik des Abnahmekontakts plötzlich von ihrer anfänglichen Anzeige zu einer Anzeige wechselt, die einer wesentlich verbesserten Leistungsverstärkung entspricht. Die Wechselstromformierungsspannung kann von einer veränderlichen Wechselstromquelle zugeführt werden, die z. B. die Abnahmekontaktbatterie nach Fig. 4 ersetzt.

Für eine spezielle Vorrichtung kann der Germanium-Keil 11 oder 21 eine Höhe von 1 mm, eine Breite von 1 mm und eine Dicke von 0,25 mm an der Grundfläche aufweisen; zwischen den Kontaktspitzen 12 und 13 kann die Dicke des Körpers 0,076 mm betragen. Das Material mag Germanium n₀ mit hoher Rückspannung sein, das eine Spur von Spender-Verunreinigung, wie z. B. Arsen, enthält. Eine Betriebsart für solche Vorrichtungen soll in Verbindung mit Fig. 4 betrachtet werden, wobei der Körper aus ./V-Typ-Halbleitermaterial besteht. Die Anschlüsse 31 bzw. 32 des Anrege- und Abnahmekontakts liegen an gegenüberliegenden Seiten des Körpers 30, und ein dritter Anschluß befindet sich an der Grundfläche 33. Diese Anschlüsse sind mit E, C und B bezeichnet, um dadurch das Verständnis der Darstellung zu erleichtern.

Eine Vorspannungsquelle, wie z. B. eine Batterie 34, sorgt für eine kleine, normalerweise positive Vorspannung am Anregekontakt von der Größenordnung zwischen 0,1 und 1,0Volt; an den Anregekontakt ist außerdem ein Signal von der Signal-

quelle 35 angelegt. Die Batterie 34 kann eine mittlere, zur Basiselektrode 33 führende Anzapfung aufweisen und mit einem Potentiometer 37 versehen sein, welches die Versorgung des Anregekontakts mit einer kleinen, mit Bezug auf die Basiselektrode 33 entweder positiven oder negativen Spannung gestattet. Eine verhältnismäßig hohe negative Vorspannung in der Größenordnung von 10 bis 100 Volt von der Batterie 36 ist an den Abnahmekontakt angelegt, und zwar über eine durch den Widerstand R₂ dargestellte Belastung. Die positive Seite der Batterie 36 ist ebenfalls an die Grundflächenelektrode 33 angeschlossen. Da der Strom bei verhältnismäßig niedriger Spannung zugeführt und bei einer verhältnismäßig hohen Spannung abgeleitet wird, wird eine Leistungsverstärkung erzielt.

Mit einem Germaniumelement von einer Dicke von etwa 0,076 mm zwischen den Spitzenelektroden, die aus Phosphorbronzedraht von etwa 0,127 mm Durchmesser bestanden, sind Leistungsverstärkungen bis zum hundertfachen Betrag erzielt worden, und zwar bei Frequenzen bis hinauf zu etwa 10 Megahertz.
Die Ausführung der Einrichtung nach Fig. 5 enthält eine symmetrische, aus einem Halbleiter bestehende Scheibe 40, die in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht ist, und zwar zusammen mit Leitern 41 und 42, die mit gegenüberliegenden Flächen eines dünnen Teils der Scheibe Kontakt machen. Die Scheibe40, welche aus Germanium mit hoher Rückspannung oder einem anderen geeigneten Halbleitermaterial bestehen mag, kann durch Ausschneiden eines runden Stücks mit einem Durchmesser von etwa 3,175 mm aus einer dünnen HaIbleiterplatte, etwa 0,635 ^mm dick, mittels einer Lochsäge gewonnen werden; auf jeder Fläche dieses runden Stücks wird eine sphärische Vertiefung eingearbeitet. Auf diese Weise wird. ein kräftiges symmetrisches Element gewonnen, welches an seiner dünnsten Stelle eine Stärke von einigen tausendstel Zoll (0,05 bis 0,11 mm) aufweist.

Die Scheibe 40 kann in einen gegengebohrten Teil eines mit Innengewinde versehenen Metallzylinders 43 eingesetzt werden, der aus Messing, Nickel oder einem ähnlichen geeigneten Material l>esteht. Eine Federscheibe 44, an welcher der mit Gewinde versehene Isolierteil 45 anliegt, kann dazu benutzt werden, um die Scheibe 40 in ihrer Lage zu halten. Ein ähnlicher Isolierteil 46 kann in das ent-

J₀ gegengesetzte Ende des Zylinders 43 eingeschraubt sein. Die Isolierteile bestehen aus geeignetem keramischem oder plastischem Material.

Endglieder 47 und 48, die mittels Gewinde an den äußeren Enden der Isolierteile 45 und 46 befestigt sind, dienen zugleich als Träger für Bolzen 49 bzw. 50. Die Bolzen sind gleitbar in den Endgliedern eingepaßt und können mittels Feststellschrauben 51 gesichert und mittels Stellschrauben 52 von rückwärts gestützt werden. Die Endglieder, Bolzen und Stellschrauben können aus Nickel, Messing oder einem ähnlichen geeigneten Material bestehen. Die Leiter 41 und 42, die als S-förmige Federn aus Phosphorbronze oder einem ähnlichen geeigneten Material ausgebildet sein können, sind in axialen Bohrungen an den Enden der Bolzen befestigt, z. B. eingelötet.

Nachdem die Teile zusammengefügt sind, ohne daß aber die Leiter 41 und 42 mit der Scheibe 40 in Berührung kommen, werden die Bolzen so weit vorgeschoben, bis an im wesentlichen gegenüberliegenden Punkten auf entgegengesetzten Flächen des dünnen Teils der Scheibe4o Kontakt hergestellt ist; danach werden die Bolzen in ihrer Stellung mittels der Feststellschraube 51 gesichert. Die Feststellung der geeigneten vorläufigen Kontaktbildung kann durch Augenscheinnahme erfolgen, die durch geeignete (nicht dargestellte) öffnungen ermöglicht ist. Der genaue endgültige Kontakt läßt sich feststellen, indem die Vorrichtung in einem geeigneten Kreis eingeschaltet wird, der einen Anzeiger, z. B. ein Oszilloskop, enthält und in dem man so lange justiert, bis die richtigen elektrischen Charakteristiken erreicht sind. Dies läßt sich beispielsweise in der Weise durchführen, daß eine Wechselstromspannung zwischen den Halbleitern und einem Kontakt angelegt wird und daß man danach den ' Kontakt so lange vorschiebt, bis an dem Oszilloskop Gleichrichtung angezeigt wird. Der Kontaktträger kann dann noch ein wenig weiter vorgeschoben werden, etwa 0,076 mm, damit ein zuverlässiger Kontakt gewährleistet ist.

Bei einer Vorrichtung von der in Fig. 5 gezeigten und beschriebenen Ausführung kann der Kontakt 42 als der Ab.nahmekontakt, der Kontakt 41 als der Anregekontakt und der Zylinder 43 als Grundelektrode betrieben werden. In einem typischen Fall kann man den Abnahmekontakt mit einer negativen Vorspannung in der Größenordnung von 10 bis 100 Volt gegenüber der Grundelektrode versehen und den Anregekontakt mit einer positiven Vorspannung in der Größenordnung von 0,1 bis 1,0 Volt mit Bezug auf die Grundelektrode versehen. Mit einer solchen Ausführung sind Leistungsverstärkungen von etwa 20 Dezibel bei Audio- und Radiofrequenzen erzielt worden.

Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung entspricht mit Ausnahme der Ausbildung der Halbleiterscheibe 53 der Vorrichtung gemäß Fig. 5. Die Scheibe 53 ist nur auf einer Seite tellerförmig gestaltet und kann mit einer solchen Dicke ausgestattet sein, daß an der dünnsten Stelle die gewünschte Stärke besteht.

Die Ausführungsform, die in Fig. 7 in Verbindung mit einer koaxialen Leitung und anderen Kreiselementen dargestellt ist, weicht von den Ausführungen nach Fig. 5 und 6 dadurch ab, daß sie ein vollständiges metallisches Gehäuse besitzt. Das Gehäuse kann aus einem Metallzylinder 54 aus Nickel, Messing o. dgl. bestehen, in welchem die übrigen Elemente eingebaut sind. Nach der dargestellten Verwendung bildet das Gehäuse eine Hülse, in welche die Elemente der koaxialen Leitung eingepaßt sind. Diese Ausbildungsform ist aber auch in anderen Fällen als in Verbindung mit einer koaxialen Leitung verwendbar. Eine symmetrische, der Scheibe 40 nach Fig. 5 gemäße Scheibe 55 aus Halbleitermaterial ist mit einem Haltering 56 ver-

sehen, in welchem sie durch Lötung durch eine getrocknete metallische Paste oder ein ähnliches Material, welches als Leiter wirkt, befestigt ist. Der Ring 56 ist in den Zylinder 54 eingepreßt und sitzt in der Mitte desselben. Die Kontaktglieder 57 und 58, die ähnlich den früher beschriebenen ausgebildet sein mögen, können an den Bolzen 59 und 60 in irgendeiner geeigneten Weise befestigt sein. Die Bolzen 59 und 60 sind in Isolierscheiben oder -zylindernoi bzw. 62 festgelegt. Die Isolierscheiben oder -zylinder, die aus einem geeigneten keramischen oder plastischen Material bestehen, sind so bemessen, daß sie ohne Spiel fest in dem Zylinder 54 sitzen. Nachdem die Halbleiterscheibe 55 sich in ihrer Lage befindet, können die Glieder 57 und 58 in geeignetem Kontakt mit im wesentlichen entgegengesetzten Punkten der gegenüberliegenden Flächen des dünnen Teils der Scheibe 55 in Berührung gebracht werden, wie das bereits oben beschrieben

ao worden ist.

Die erläuterte und in Fig. 7 veranschaulichte Übertragungsvorrichtung wirkt als ein Verstärker, um den Verlust in einer koaxialen Leitung zu kompensieren, die durch die gleichen Abschnitte 63 und 64, welche an entgegengesetzten Enden der Vorrichtung angeschlossen sind, dargestellt wird. Es ist angenommen, daß die Leitung 10,25 km lang ist und einen Verlust von 40 Dezibel aufweist. Der in der Mitte der Leitung dargestellte Verstärker kann befähigt sein, eine Verstärkung von 20 Dezibel zu bewirken, und gleicht somit die Hälfte des Verlusts aus, während der Rest von einem zweiten Verstärker 65 an dem Ende der Leitung übernommen wird.

Bei Ausbildung des Eingangs und Ausgangs gemäß Fig. 7 kann die Vorspannung des Anregekontakts an die Scheibe 55 über einen Abschnitt der Leitung von der Quelle 66 aus zugeführt werden, während die Spannung des Abnahmekontakts von der Quelle 67 über den zweiten Abschnitt der Leitung versorgt wird. Die Kontaktvorspannungen für den Verstärker 65 werden von Quelle 68 bzw. 69 geliefert. Die Kopplungstransformatoren T können, wo erforderlich, eingeschaltet werden.

Bei jeder der dargestellten Vorrichtungen ist unterstellt, daß die Hemmung zwischen der Oberfläche des keil- oder scheibenförmigen Teils aus Halbleitermaterial und dem Anrege- und Abnahmekontakt durch einen metallischen Leiter geschaffen wird, der mit der Oberfläche des Halbleiters so in Verbindung steht, daß Strom relativ leicht in einer Richtung und relativ schwer in der anderen Richtung fließt. Es ist ersichtlich, daß eine solche in der angegebenen Weise vorgesehene Hemmung in der Form eines hohen, zwischenflächigen Kontakts zwischen dem keil- oder scheibenförmigen Halbleiter und einem Halbleitermaterial ausgeführt sein kann, dessen Leitfähigkeitstyp der Leitfähigkeit der Scheibe bzw. des Keils entgegengesetzt ist und welches zwischen dem Anregekontakt bzw. dem Abnahmekontakt oder jedem der beiden und dem Körper der Scheibe oder des Keils angeordnet ist.

Mit dieser Zwischenanordnung von Material gegensätzlicher Leitfähigkeit oder seiner Unterbringung an den Kontakten unmittelbar in dem Körper der Scheiben- oder Keilflächen kann der Anregekontakt bzw. der Abnahmekontakt solcher Art werden, daß er mit dem zwischengeschalteten Material einen im wesentlichen Ohmschen Kontakt bildet.

Die vorstehende Beschreibung der Erfindung soll lediglich der Erläuterung dienen und ist nicht als erschöpfende Begrenzung der Erfindung aufzufassen.

Vorrichtungen nach den dargestellten und beschriebenen Konstruktionen können auch als Oszillatoren Verwendung finden. Es wurde festgestellt, daß, wenn der Widerstand entlang dem Halbleiterkörper zwischen dem Grundanschluß bei B und den anderen Anschlüssen die geeignete Größe hat, positive Rückkopplung zwischen Eingangs- und Ausgangskreisen auftritt und Schwingungen ohne Anordnung anderer Zwischenkopplungsmittel erzeugt werden können. Bei Vorrichtungen der beschriebenen Konstruktionen, deren Dimensionen in der angegebenen Größenordnung gehalten sind, haben sich Widerstände in der Größenordnung von 100 bis 1000 Ohm von der Grundfläche bis zu dem Bereich zwischen den Kontaktspitzen als befriedigend herausgestellt; um eine Schwingung hervorzubringen. Wenn dieser Widerstand verringert wird, z. B. durch Verkleinerung des Kontaktwiderstandes an der Grundfläche oder durch Vergrößerung der Keildicke, wird die Neigung zum Schwingen im allgemeinen abnehmen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrische Verstärkeranordnung aus Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gleichrichtung befähigte Kontakte (Anregekontakt und Abnahmekontakt) an im wesentlichen gegenüberliegenden Punkten auf entgegengesetzten Seiten einer dünnen Platte aus Halbleitermaterial angreifen und ein dritter elektrischer Anschluß an einem anderen Teil der Platte hergestellt ist, und daß dem Anregekontakt eine geringe positive oder negative und dem Abnahmekontakt eine größere negative Vorspannung gegenüber der dritten Anschluß- no elektrode erteilt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte einen dicken und einen dünnen Teil aufweist und die Kontakte an den entgegengesetzten Flächen des dünnen Teils angreifen.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte keilförmig ist und jeder Kontakt an einer der Schrägflächen der keilförmigen Platte an- iao greift.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte die Form einer Scheibe mit einem dünnen zentralen Teil hat und die Kontakte an den entgegengesetzten Flächen des dünnen zentralen Teils angreifen.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte an den entgegengesetzten Flächen der Platte im wesentlichen kolinear liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe radial symmetrisch ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte elektrische Anschluß am Rand der Scheibe angreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mit Bezug auf eine Achse durch den dünnen zentralen Teil symmetrisch ist und die Kontakte im wesentlichen auf dieser Achse liegen.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte zentral in einem leitenden Gehäuse unter-

ao gebracht ist und der dritte elektrische Anschluß

an dem rohrförmigen Gehäuse befestigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Halterung der Kontakte beiderseits der Platte in dem Gehäuse Isolatoren angebracht sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte zentral in einem aus Isoliermaterial bestehenden Gehäuse untergebracht ist und ein in dem Gehäuse liegendes leitendes Glied die Platte stützt und den dritten elektrischen Anschluß derselben bildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine durchgehende Längsöffnung und eine die letztere im wesentlichen zentral zwischen den Gehäuseenden schneidende seitliche Öffnung aufweist, daß die Platte in dem durch die Schnittstellen der beiden Öffnungen gebildeten Hohlraum von einem in der seitlichen Öffnung befestigten leitenden Bolzen, der den dritten elektrischen Anschluß bildet, gehalten wird und daß jeder zur Gleichrichtung befähigte Kontakt an einem Bolzen sitzt, der im zugehörigen Ende der Längs-Öffnung befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte im wesentlichen von einem Leitfähigkeitstyp ist und auf jeder der entgegengesetzten Flächen eine kleine Zone aus Halbleitermaterial von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei zwecks Bildung der zur Gleichrichtung befähigten Kontakte mit jeder der kleinen Zonen elektrische Verbindung besteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte im wesentlichen vom negativen Leitfähigkeitstyp und die kleinen Zonen vom positiven Leitfähigkeitstyp sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte elektrische Anschluß an der Platte relativ fern von jedem der zur Gleichrichtung befähigten Kontakte angebracht ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus Germanium besteht und im Angriffsbereich der zur Gleichrichtung befähigten Kontakte eine Dicke in der Größenordnung von 0,075 ^mrn aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenleiter von koaxialen Leitungsabschnitten an entgegengesetzten Enden des Gehäuses und die Innenleiter der koaxialen Leitungsabschnitte an die zugehörigen, zur Gleichrichtung befähigten Kontakte angeschlossen sind.

18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstände in dem Halbleiterkörper zwischen Anregekontakt und dem dritten elektrischen Anschluß und zwischen dem Abnahmekontakt und dem dritten elektrischen Anschluß 'so bemessen sind, daß eine Selbsterregung zwischen Ein- und Ausgangskreis auftritt und die Vorrichtung als Oszillator arbeitet.

19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Signalspannungen an den Kreis zwischen dem Anregekontakt und dem dritten elektrischen Anschluß angelegt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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