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Halbleiteranordnung
Der Einsatz von Halbleiterbauelementen in weiten Bereichen der Technik setzt das Bestehen technologischer Verfahren voraus, mit denen sich je nach Bedarf die verschiedensten elektrischen Werte erzielen lassen. Von entscheidendem Einfluss auf die Eigenschaften von Halbleiteranordnungen sind oft ihre geometrischen Abmessungen. Weitere Möglichkeiten, die elektrischen Daten von Halbleiteranordnungen zu beeinflussen, bestehen darin, den Halbleiterkristall je nach den Erfordernissen verschieden zu dotieren, verschieden leitende Schichten in den Kristall einzubauen oder einen Leitfähigkeitsgradienten zu erzeugen.
Es hat sich herausgestellt, dass man die Eigenschaften von Halbleiteranordnungen in bestimmter Hinsicht auch durch Einbau von Rekombinationsschichten verbessern und allgemein ein Prinzip erfolgreich anwenden kann, welches als Rekombinationsvariation zu bezeichnen ist.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, die Basiszone derart auszubilden, dass die Rekombination der Ladungsträger innerhalb der Basiszone senkrecht zum pn-Übergang verschieden gross ist.
Im speziellen Fall des Einbringens einer Rekombinationsschicht in die Basiszone anschliessend an die Emitter-Sperrschicht wird der ss-Wert des Transistors berührt, im umgekehrten Fall der Anordnung einer Rekombinationsschicht vor der Kollektor-Sperrschicht wird bei Transistoren ein Zustand vermieden, der als übersteuert bezeichnet wird, und der vor allem bei Schalttranistoren unerwünscht ist.
Der Wert der Stromverstärkung in Emitterschaltung, in der Literatur mit ss bezeichnet, wird bei bekannten Transistoranordnungen im wesentlichen durch zwei Grössen bestimmt, nämlich durch die Lebensdauer der Ladungsträger im Halbleitermaterial der Basiszone, durch die Rekombinationsgeschwindigkeit an der Kristalloberfläche, und durch die Dicke der Basiszone. Der ss-Wert steigt mit der Dünne der Basiszone, und wird umso grösser, je kleiner die Lebensdauer der Ladungsträger in der Basiszone ist. Dementsprechend haben Hochfrequenztransistoren wegen ihrer dünnen Basiszone relativ grosse -Werte. Bei Drifttransistoren, die bekanntlich besonders gute Hochfrequenzeigenschaften haben, kommt noch hinzu, dass infolge der starken Dotierung an der Oberfläche des Halbleiters im Bereich des Emitters der Einfluss der Oberflächenrekombination unterdrückt ist.
Bei Hochfrequenztransistoren mit gedrifteter Basiszone übersteigt daher der ss-Wert nicht selten die Zahl 200.
Nun sind aber derartig hohe Verstärkungsziffern für die Stromverstärkung in der Emitterschaltung nicht immer erwünscht ; dies gilt vor allem, wenn ein Transistor als Verstärkerelement bei der Breitband-
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fssverstärkung in Emitterschaltung. Die -Grenzfrequenz ist also umso niedriger, je grösser der ss-Wert ist.
Aus diesem Grunde ist man bestrebt, zur Erzielung einer guten Breitbandverstärkung den ss-Wert in Grenzen zu halten (20 : == ss = 50).
Der bereits bekannte Weg, kleine ss-Werte zu erhalten, besteht darin, die Breite der Basiszone zu erhöhen, oder die Lebensdauer der Ladungsträger durch entsprechende Zusätze zu reduzieren. Mit der Verbreiterung der Basiszone geht aber gleichzeitig die -Grenzfrequenz herunter und die Einbringung von Zusätzen zur Reduzierung der Lebensdauer in das Kristallmaterial hat den Nachteil, dass mit der Abnahme der Lebensdauer der Ladungsträger der Jco-Strom des Transistors proportional ansteigt.
Da sowohl das Ansteigen des Jco-Stromes in dem einen Fall als auch die Herabsetzung der ox-Grenz- frequenz im ändern Fall unerwünscht ist, ist eine andere Lösungsform der gestellten Aufgabe erforderlich.
Den ss-Wert kann man dadurch herabsetzen, dass man vor der Emitterzone eine Rekombinationsschicht in der Basiszone erzeugt. Diese Schicht soll aber so dünn sein, dass sie nicht in die Nähe der Kollektorzone gelangt, damit die Erhöhung des Jco-Stromes möglichst gering wird. Diese unerwünschte Erhöhung ist besonders klein, wenn die Basiszone in der Rekombinationsschicht in der Nähe des Emitters niederohmiger ist, wie das z. B. bei Drifttransistoren der Fall ist. Der ausgesteuerte Emitterstrom muss dabei diese dünne Schicht durchlaufen, und die Wirkung der Rekombinationsschicht muss so bemessen sein, dass durch entsprechende Rekombination des Emitterstromes der gewünschte ss-Wert entsteht.
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Die Rekombinationszone lässt sich z. B. dadurch herstellen, dass aus der Emitterzone solche Atome in den Halbleiterkristall diffundiert werden, die eine Reduzierung der Lebensdauer der Ladungsträger bewirken, z. B. Kupfer- oder Nickel-Atome.
Die erfindungsgemässe Anordnung eignet sich besonders gut für den Drifttransistor. Die Anwesenheit der Rekombinationsatome in der Nähe der Emitterzone verursacht zwar die gewünschte Reduzierung
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stattfinden, da sich die Rekombinationszentren in einem Bereich der Basiszone befinden, der sehr stark dotiert ist, d. h., der nur wenige Minoritätsträger enthält. Wenige Minorititätsträger bedeuten aber trotz der starken Rekombinationszentren eine geringe Geburtentätigkeit, d. h. der Jco-Strom bleibt praktisch unbeeinflusst von diesen Rekombinationszentren.
Bei ungleichmässiger Dotierung der Basiszone eines Transistors ist eine Rekombinationszone am stärksten wirksam, wenn sie sich in der Basiszone in einem Bereich'grösster Ladungsträgerdichte befindet.
Bei einem normalen Diffusionsvorgang, z. B. bei dem der Strom vom Emitter zum Kollektor führt, bildet sich in der Basiszone ein sogenanntes Diffusionsdreieck aus, d. h. die Dichte der Ladungsträger ist auf der Emitterseite gross und kollektorseitig praktisch Null. Eine Rekombinationszone ist in einem solchen Transistor also dann am wirksamsten, wenn sie sich in der Nähe der Emitterzone befindet. Würde man diese Zone an den Kollektorrand legen, so würde praktisch keine Rekombinationswirkung auftreten.
Es gibt aber Fälle, bei denen man beim Transistor auch auf der Kollektorseite in die Durchlassrichtung der Kollektor-Basis-Diode gelangt, nämlich dann, wenn der Transistor als Schalter arbeitet und die Kollektorspannung so niedrig wie möglich gemacht wird (Restspannung). Aus dem Diffusionsdreieck entsteht jetzt durch Anhebung der Ladungsträgerdichte an der Kollektorseite ein Viereck mit einer flachen
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Zustand des Transistors ist bei Schalttransistoren nicht erwünscht, weil beim Abschalten des Transistors die erhöhte Ladungsmenge im Basisraum erst abfliessen muss, bevor der Kollektorstrom tatsächlich auf Null geht (storrage time der Transistoren). Der übersteuerte Zustand des Transistors lässt sich vermeiden, wenn gemäss einer ändern Ausführungsform der Erfindung vor der Kollektorzone eine starke rekombinierte Zone vorhanden ist.
Unter dieser Voraussetzung kann nämlich die Dichte der Ladungsträger kollektorseitig nicht über ein bestimmtes Mass hinausgehen, d. h. der Übersteuerungseffekt wird zumindest abgeschwächt und die "storrage time" auf ein Mindestmass herabgesetzt.
Die Erfindung soll nun noch an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Fig. l zeigt eine Anordnung, bei der emitterseitig eine Rekombinationszone 1 in der Basiszone 2 vorhanden ist. Diese Anordnung betrifft also die Reduzierung des -Wertes, wobei darauf zu achten ist, dass der Abstand zwischen der Rekombinationszone 1 und der Kollektorzone 3 genügend gross ist. Die Rekombinationszone 1 wird dadurch hergestellt, dass Kupfer- oder Nickel-Atome aus der Emitterzone 4 in die Basiszone 2 hineindiffundiert werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist die Rekombinationszone 1 nicht auf der Emitter-, sondern auf der Kollektorseite 3, d. h. eine solche Anordnung eignet sich, wie bereits erwähnt, für Schaltungstransistoren mit kurzen Schaltzeiten.
PATENTANSPRÜCHE :
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ausgebildet ist, dass die Rekombination der Ladungsträger innerhalb der Basiszone senkrecht zum pn- Übergang verschieden gross ist.