DE1044980B - Multi-electrode semiconductor device and method of making it - Google Patents
Multi-electrode semiconductor device and method of making itInfo
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Description
Halbleiteranordnung mit mehreren Elektroden und Verfahren zu ihrer Herstellung Es sind bereits Halbleiteranordnungen mit halbleitenden Verbindungen vom Typ AIIIBv, das sind Verbindungen eines Elementes A der III. Gruppe des Periodischen Systems mit einem Element B der V. Gruppe des Periodischen Systems, bekanntgeworden (deutsche Patentanmeldung S 22281 VIII c/'21 g [bekanntgemacht am 18. 12. 1952]). Die in Frage kommenden Verbindungen sind in verschiedener Hinsicht als Nachbildungen der halbleitenden Elemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn), die zur IV. Gruppe des Periodischen Systems gehören, aufzufassen. Die physikalischen Eigenschaften. dieser halbleitenden Elemente, insbesondere die spezifischen Halbleitereigenschaften, ändern sich beim Durchlauf der Elemente Kohlenstoff bis Zinn von Element zu Element, auf eine bestimmte Eigenschaft bezogen, gleichsinnig. Die AIIIBv-Verbindungen bestatten es, die Eigenschaftsbereiche zwischen Kohlenstoff und Zinn in einem höheren Maße stetig zu überbrücken.. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Änderungen gewisser Eigenschaften, z. B. der, Breite der verbotenen Zone und der Trägerbeweglichkeit, von Element zu Element in entgegengesetztem Sinne verlaufen. So nimmt z. B. die Breite der verbotenen@ Zone vom Kohlenstoff zum Zinn und damit auch der Schmelzpunkt ab und die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Eigenschaften zu; gleichzeitig nimmt die Trägerbeweglichkeit zu. Dies bedeutet, daß bei verhältnismäßig großer Elektronenbeweglichkeit einer Verbindung vom Typ AIIIBv eine verhältnismäßig große Temperaturabhängigkeit der elektrischen Eigenschaften besteht. So erreicht man z. B. bei In.Sb eine optimale Elektronenbeweglichkeit nach neueren Messungen von etwa 65000 cm2/Voltsekunden bei verhältnismäßig großer Temperaturabhängigkeit. FürAnwendungen,beidenen es auf eine möglichst geringe Temperaturabhängig@zeit ankommt, empfiehlt es sich, Verbindungen zu verwenden, mit großer Breite der verbotenen Zone, also Verbindungen, die dem Ge oder gar dem Si entsprechen. So erreicht man, bei InAs, dessen Breite der verbotenen Zone 0,45 eV beträgt, gegenüber 0,27 eV bei In Sb, eine wesentlich geringere Temperaturabhängigkeit als bei In Sb; dafür muß jedoch eine geringere Trägerbeweglichkeit, die etwa bei 30000 cm2/Voltsekunden liegt, in Kauf genommen werden. Geht man, zu, Verbindungen über, die .eine noch größere Breite der verbotenen Zone aufweisen, so erreicht man zwar eine noch kleinere Temperaturabhängigkeit, dafür aber auch eine kleinere Trägerbeweglichkeit. So besitzt z. B. InP eine Breite der verbotenen Zone von ungefähr 1,25 eV bei einer Elektronenbeweglichkeit von etwa 3000 en-12/Voltsekunden.Semiconductor arrangement with several electrodes and method for their Manufacture There are already semiconductor arrangements with semiconducting connections of type AIIIBv, these are compounds of an element A of III. Periodic group System with an element B of the V group of the Periodic Table, became known (German patent application S 22281 VIII c / '21 g [published on December 18, 1952]). The compounds in question are replicas in several respects the semiconducting elements carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), which belong to group IV of the periodic table. The physical Properties. of these semiconducting elements, in particular the specific semiconductor properties, change from element to element as the elements carbon to tin pass through, related to a certain property, in the same direction. Bury the AIIIBv connections it, the property ranges between carbon and tin to a greater extent to be bridged steadily .. However, it must be taken into account that the changes certain properties, e.g. B. the width of the forbidden zone and the mobility of the wearer, run from element to element in the opposite sense. So takes z. B. the Width of the forbidden @ zone from carbon to tin and thus also the melting point from and the temperature dependence of the electrical properties increases; simultaneously the mobility of the wearer increases. This means that with relatively large The electron mobility of a compound of the AIIIBv type is relatively large There is a temperature dependence of the electrical properties. So you can z. B. at In.Sb an optimal electron mobility according to recent measurements of about 65000 cm2 / volt-seconds with a relatively large temperature dependence. For applications, both it depends on the lowest possible temperature-dependent @ time, it is advisable to To use connections with a large width of the forbidden zone, i.e. connections, which correspond to the Ge or even the Si. This is how you achieve its breadth with InAs of the forbidden zone is 0.45 eV, compared to 0.27 eV for In Sb, a substantial one lower temperature dependence than with In Sb; however, a smaller one must be used for this Carrier mobility, which is around 30,000 cm2 / volt second, accepted will. If one goes, to, connections, the .an even greater breadth of the forbidden Have an even smaller temperature dependence, but also a smaller mobility of the wearer. So has z. B. InP a width the forbidden zone of about 1.25 eV with an electron mobility of about 3000 en-12 / volt seconds.
Ähnliche Probleme und Aufgabenstellungen wie im oben dargestellten. Beispiel der Trägerbeweglichkeit und der Breite der verbotenen Zone ergeben sich auch hinsichtlich der übrigenphysikali sch-chemischen Eigenschaften aus der mannigfaltigen Ausführung und Anwendung von Halbleiteranordnungen in neuerer Zeit. Es besteht demgemäß ein technisches Bedürfnis nach Halbleiteranordnungen, die eine noch lückenlosere Überbrückung der Bereiche der Halbleitereigenschaften allgemein ermöglichen. Die Halbleiteranordnung mit mehreren Elektroden nach der Erfindung erfüllt diese Forderungen. Die Lösung besteht darin, daß als Halbleiterkörper eine Nachbildung der halbleitenden Verbindungen vom Typ AIIIBv verwendet ist, bei der je 2 Atome mindestens eines der beiden AIII- bzw. Bv-Elemente durch je 1 Atom eines Elementes aus der links und 1 Atom eines Elementes aus der rechts benachbarten Gruppe des Periodischen Systems der Elemente ersetzt sind. So können z. B. je 2 Atome des AIII-Elementes durch j e 1 Atom der II. und IV. Gruppe des Periodischen Systems und/oder je 2 BV-Atome durch je 1 Atom der IV. und VI. Gruppe des Periodischen Systems ersetzt sein. Besonders vorteilhaft sind solche Halbleiterverbindungen zu verwenden, die in bezug auf die nachgebildete AIIIBv-Verbindung isoelektronisch sind.Problems and tasks similar to those presented above. Example of the mobility of the wearer and the width of the forbidden zone result also with regard to the other physical-chemical properties from the manifold Construction and use of semiconductor devices in recent times. It exists accordingly a technical need for semiconductor arrangements that are even more complete Generally enable bridging of the areas of semiconductor properties. the Semiconductor arrangement with a plurality of electrodes according to the invention fulfills these requirements. The solution is that a replica of the semiconducting body is used as the semiconductor body Compounds of the type AIIIBv is used, in which every 2 atoms at least one of the both AIII and Bv elements by 1 atom of each element from the left and 1 atom of an element from the group of the periodic table next to it on the right of the elements are replaced. So z. B. each 2 atoms of the AIII element by j e 1 atom of groups II and IV of the Periodic Table and / or 2 BV atoms each by 1 atom each of the IV. and VI. Group of the periodic table. Particularly It is advantageous to use those semiconductor compounds which, with respect to the simulated AIIIBv compound are isoelectronic.
Unter AIIIBv_Verbindungen werden. im weiten. Sinne Verbindungen verstanden aus einem Element der III. Gruppe des Periodischen Systems mit einem Element der V. Gruppe des Periodischen Systems. Im engeren Sinne werden unter AIIIBv-Verbindungen Verbindungen aus einem der Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon verstanden, wie sie in den obigen bekanntgemachten Unterlagen der deutschen. Patentanmeldung S 22281 VIII c/21 g hervorgehoben sind.Under AIIIBv_Verbindungen. in the wide. Meaning connections understood from an element of III. Group of the periodic table with one element of the V. Group of the Periodic Table. In the narrower sense, AIIIBv compounds Compounds of one of the elements boron, aluminum, gallium, indium with one of the Elements nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony understood as they are in the above published documents of German. Patent application S 22281 VIII c / 21 g are highlighted.
Wie bekannt ist, beruhen die Vorteile der AIIIBv-Halbleiterverbindungen großenteils auf einem maximal günstigen Mischungsverhältnis zwischen homöopolaren und heteropolaren Bindungsanteilen, deren Überlagerung zu einer quantenmechanisch erklärbaren Resonanzverfestigung führt. Auch bei den Nachbildungen derAIIIBv-Verbindungen, wie sie in dem Halbleitergerät nach der Erfindung zu verwenden sind, liegt dieses günstige Mischungsverhältnis der homöopolaren und heteropolaren Bindungsanteile vor, so daß auch diesen Verbindungen die sich hieraus ergebenden Vorteile zugute kommen. Es ist daher verständlich, daß die physikalisch-chemischen Eigenschaften dieser Nachbildungen eine große Ähnlichkeit mit denjenigen ,der entsprechenden. AIHBv-Verbindungen aufweisen; sie ist besonders groß bei Verbindungen, diezudennachgebildeten AIII BV-Verbindungen isoelektronisch sind. Die Ähnlichkeit geht über die rein elektrischen Eigenschaften hinaus. So weisen z. B. die gemäß der Erfindung zu verwendenden Verbindungen beim Erstarren aus der Schmelze den bei den ArIIBv_Verbindungen bekannten anomalen Volumensprung auf; d. h., die Dichte ihrer Schmelze ist größer als die des festen Kristalls.As is known, the advantages of AIIIBv semiconductor interconnects reside largely on a maximally favorable mixing ratio between homeopolar ones and heteropolar bond components, the superposition of which results in a quantum mechanical explainable solidification of resonance leads. Even with the simulations of the AIIIBv connections, how they are to be used in the semiconductor device according to the invention, this lies favorable mixing ratio of the homopolar and heteropolar bond components before, so that these compounds also benefit from the resulting advantages come. It is therefore understandable that the physicochemical properties these replicas bear great resemblance to those of the corresponding ones. Have AIHBv connections; it is especially great for connections to the mimicked AIII BV connections are isoelectronic. The similarity goes beyond the purely electric Properties addition. So show z. B. the compounds to be used according to the invention the anomalous known from the ArIIBv_Verbindungen when solidifying from the melt Volume jump on; d. that is, the density of their melt is greater than that of the solid Crystal.
Mit besonderen Vorteilen sind in dem Halbleitergerät nach der Erfindung als Halbleiterkörper jene Nachbildungen von. AIIIBv_Verbindungen zu verwenden, die Chalkopyritstruktur oder Wolfbergitstruktur aufweisen. Beide Strukturen besitzen tetraederähnlichen Aufbau mit gelegentlich leichter tetragonaler Deformation. Die Chal ,opyritstruktur kann man sich aus der Zinkblendestruktur und die Wol.fbergitstruktur aus der Wurtzitstruktur dadurch entstanden denken, daß das eine Teilgitter abwechselnd mit einer der beiden Ersatzkomponenten besetzt ist. Also auch in struktureller Hinsicht besteht eine große Ähnlichkeit mit den AIIIBV-Verbindungen, unter denen, wie bekannt ist, diejenigen mit Tetraeder- oder tetraederähnlicher Struktur von besonderer technischer Bedeutung sind.With particular advantages are in the semiconductor device according to the invention as a semiconductor body, those replicas of. AIIIBv_connections to use the Have chalcopyrite structure or wolfbergite structure. Own both structures Tetrahedron-like structure with occasional slight tetragonal deformation. the Chal, pyrite structure can be derived from the zinc blende structure and the wol.fbergite structure think that arisen from the wurtzite structure that the one partial lattice alternates is occupied with one of the two replacement components. So also from a structural point of view is very similar to the AIIIBV compounds, among which, as is known is, those with tetrahedral or tetrahedral-like structure of particular technical Meaning are.
Halbleiterstoffe mit Chalikopyritstruktur sind an sich bekannt. Es handelt sich dabei um Verbindungen vom Typ AI BIII C2vI, die als Nachbildungen von Verbindungen vom Typ AIIB'VI aufgefaß.t werden können. Wie bei den AIIBVI-Verbindungen ist auch bei diesen Verbindungen der heteropolare Bindungsanteil schon so groß, daß .die durch die Resonanzverfestigung eintretenden Vorteile wieder aufgehoben werden; sie liegen also nicht mehr im günstigen Überlagerungsbereich von homöopolarer und heteropolarer Bindung, wie sie bei den AIIIBv-Verbindungen und ihren gemäß der Erfindung zu verwendenden Nachbildungen vorliegen. Die Existenz der letzteren waren. bisher nicht bekannt.Semiconductor materials with a chalcopyrite structure are known per se. It are compounds of the type AI BIII C2vI, which as replicas of Connections of the type AIIB'VI can be grasped. As with the AIIBVI connections in these compounds, too, the heteropolar bond component is already so large that that .the advantages resulting from the solidification of resonance canceled again will; so they are no longer in the favorable overlap area of homeopolar and heteropolar bond, as in the AIIIBv compounds and their according to the Invention to be used replicas. The existence of the latter were. not known so far.
Als Ersatzkomponenten aus der II. Gruppe des Periodischen Systems eignen sich besonders die Elemente Beryllium, Magnesium, Kalzium, Zink, Cadmium oder Quecksilber, als Ersatzkomponenten aus der IV. Gruppe des Periodischen Systems die Elemente Kohlenstoff, Silizium, Germanium oder Zinn und als Ersatzkomponenten aus der VI. Gruppe die Elemente Schwefel, Selen oder Tellur. Unter der großen Zähl der sich aus der Lehre der Erfindung ergebenden Verbindungen sind besonders hervorzuheben: ZnGeAs2 Cd GeAs2 Zn Ge Sb2 Cd Ge Sb2 Zn Ge P2 Cd Ge P2 Wie die AIHBv-Verbindungen können auch die gemäß der Erfindung zu verwendenden Nachbildungen mit Störstellen dotiert werden und sind daher als Störstellenhalbleiter mit n- oder p-Leitung darstellbar. Sie gestatten also. die Anwendung der pn-Technik.As replacement components from Group II of the Periodic Table the elements beryllium, magnesium, calcium, zinc and cadmium are particularly suitable or mercury, as replacement components from Group IV of the Periodic Table the elements carbon, silicon, germanium or tin and as replacement components from the VI. Group the elements sulfur, selenium or tellurium. Under the big count of the compounds resulting from the teaching of the invention are to be emphasized in particular: ZnGeAs2 Cd GeAs2 Zn Ge Sb2 Cd Ge Sb2 Zn Ge P2 Cd Ge P2 Like the AIHBv compounds can also use the simulations with imperfections to be used according to the invention are doped and can therefore be represented as impurity semiconductors with n- or p-conduction. So you allow. the application of pn technology.
Durch die neuen Halbleiterwerkstoffe wird die Variationsmöglichkeit und Anpassungsfähigkeit des Gerätes nach der Erfindung an vorliegende Aufgaben und Betriebsbedingungen besonders groß. Sie stellen eine technisch. bedeutsame Ergänzung der AIII BV-Halbleitergeräte dar. Diese Ergänzung wird noch vervollkommnet durch die Möglichkeit der Mischkristallbildung zwischen den AIHBv-Nachbildungsverbindungen.The new semiconductor materials make the variation possible and adaptability of the device according to the invention to present objects and Operating conditions particularly great. They make a technically. significant addition of AIII BV semiconductor devices. This addition is perfected by the possibility of mixed crystal formation between the AIHBv replica compounds.
Hinzu kommt, d.aß die bei dem Gerät gemäß der Erfindung zu verwendenden ternären Halbleiterverbindungen wegen der vorhandenen drei Gitterplätze in. verschiedenen Zuständen entsprechend größere Möglichkeiten für die Dotierung bieten.In addition, d.aß to be used in the device according to the invention ternary semiconductor compounds because of the three lattice sites available in different Offer states correspondingly greater possibilities for doping.
Die Verbindungen werden durch Zusammenschmelzen der Komponenten hergestellt. Die für die Herstellung der AIHBv_Verbindungen. bekanntgewordenen und vorgeschlagenen -Verfahren. lassen sich- mit gerin: gen- Abänderungen auch zur Herstellung der Halbleiterkörper für Halbleiteranordnungen nach der Erfindung anwenden. Soweit diese Verbindungen leichtflüchtige Komponenten enthalten und am Schmelzpunkt zersetzlich sind, wie ZnGeAs2 oder Zn.GeP2, kann, die Herstellung mit Hilfe der vorgeschlagenen Zwei-Temperatur-Verfahren: erfolgen..The connections are made by fusing the components together. The for the production of the AIHBv_Verbindungen. known and proposed -Procedure. can - with minor modifications - also be used to manufacture the semiconductor bodies apply for semiconductor arrangements according to the invention. So much for these connections contain volatile components and are decomposable at the melting point, such as ZnGeAs2 or Zn.GeP2, can be manufactured using the proposed two-temperature process: take place..
Der Halbleiterkörper .kann z. B. in an sich bekannter Weise als Einkristall aus der Schmelze gezogen werden; auch das bekannte Zonenschmelzverfahren kann zur Reinigung und/oder -Homogenisierung des Halbleiterkristalles -angewendet werden.. Auch hier sind die obenerwähnten Zwei-Temperatur-Verfahren mit großem Vorteil anzuwenden. Zugute kommt hierbei, daß der Schmelzpunkt der Nachbildungsverbindungen im allgemeinen tiefer liegt als der der entsprechenden isoelektronischen AIIIBv_Verbindungen. So schmilzt z. B. die Verbindung ZnGeAs2 bei etwa 850° C, während das hierzu isoelektron.ische GaAs erst bei 1240° C schmilzt.The semiconductor body .kann z. B. in a known manner as a single crystal drawn from the melt; the well-known zone melting process can also be used for Cleaning and / or homogenization of the semiconductor crystal can be applied. Here, too, the above-mentioned two-temperature processes can be used with great advantage. The advantage here is that the melting point of the replica compounds in general is lower than that of the corresponding isoelectronic AIIIBv_Verbindungen. So melts z. B. the compound ZnGeAs2 at about 850 ° C, while this isoelectronic GaAs only melts at 1240 ° C.
Der Begriff »Hailibleiteranor.dnung« im Sinne der Erfindung erfaßt alle Anordnungen mit Halbleitern, bei denen Halbleiterkörper mit an diesem angeordneten Elektroden, verwendet sind und bei. denen. von den spezifischen elektrischen Halbleitereigenschaften dieser Körper Gebrauch gemacht ist. Insbesondere betrifft die Erfindung tdie vorgeschlagenen Anwendungen von halbleitenden Verbindungen mit großen Trägerbeweglichkeiten z. B. bei Halbleiteranordnungen, deren Wirkungsweise auf galvanomagnetischen Effekten beruht, wie die magnetische Widerstandsänderung, .der Halleffekt (»Hallgeneratoren«) und der magnetische Sperrschichteffekt, ferner bei Gleichrichtern, Transistoren, thermo- und' photoelektrischen Anordnungen und Heißleitern.The term "Hailibleiteranor.dnung" is included in the context of the invention all arrangements with semiconductors in which semiconductor bodies are arranged on this Electrodes, are used and at. those. the specific electrical semiconductor properties this body is made use of. In particular, the invention relates to those proposed Applications of semiconducting compounds with large carrier mobilities e.g. B. in semiconductor arrangements whose mode of operation is based on galvanomagnetic effects is based, like the change in magnetic resistance, the Hall effect (»Hall generators«) and the magnetic barrier effect, also in rectifiers, transistors, thermo- and 'photoelectric assemblies and thermistors.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES46356A DE1044980B (en) | 1955-11-14 | 1955-11-14 | Multi-electrode semiconductor device and method of making it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DES46356A DE1044980B (en) | 1955-11-14 | 1955-11-14 | Multi-electrode semiconductor device and method of making it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1044980B true DE1044980B (en) | 1958-11-27 |
Family
ID=7485957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DES46356A Pending DE1044980B (en) | 1955-11-14 | 1955-11-14 | Multi-electrode semiconductor device and method of making it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1044980B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1121225B (en) * | 1958-11-28 | 1962-01-04 | Siemens Ag | Semiconductor device and method for its manufacture |
| DE1240817B (en) * | 1960-12-09 | 1967-05-24 | Siemens Ag | Process for the production of crystalline material from a peritectic melting compound by zone melting |
-
1955
- 1955-11-14 DE DES46356A patent/DE1044980B/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| None * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1121225B (en) * | 1958-11-28 | 1962-01-04 | Siemens Ag | Semiconductor device and method for its manufacture |
| DE1240817B (en) * | 1960-12-09 | 1967-05-24 | Siemens Ag | Process for the production of crystalline material from a peritectic melting compound by zone melting |
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