DE1132662B

DE1132662B - Flaechentransistor mit zwei ohmschen Steuerelektroden fuer den Emitter-Kollektor-Strom an der Basiszone

Info

Publication number: DE1132662B
Application number: DES61123A
Authority: DE
Inventors: Jakob Luscher
Original assignee: SSIH Management Services SA
Current assignee: SSIH Management Services SA
Priority date: 1957-12-28
Filing date: 1958-12-23
Publication date: 1962-07-05
Also published as: US3038087A; FR1256523A; CH335368A; GB905945A; BE573933A; NL107737C

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:

S 61123 Vfflc/21g

23. DEZEMBER 1958

5. JULI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flächentransistor mit einem Halbleiterkörper mit einer Basiszone, einer Emitterzone und einer Kollektorzone und zwei ohmschen Steuerelektroden für den Emitter-Kollektor-Strom an der Basiszone sowie je einer ohmschen, einander gegenüberliegenden Elektrode an den beiden anderen Zonen. Es sind bereits Transistoren mit zwei getrennten Basiszonen bekannt, die mit zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen nach Art der Steuergitter von Elektronenrohren verbunden sind. Diese bekannte Halbleiteranordnung arbeitet also wie zwei in Reihe geschaltete Transistoren. Bei keiner der beiden Basiszonen kann der Widerstand durch die Kollektorspannung gesteuert werden.

Ferner sind Transistoren bekannt, die insgesamt als Fadentransistoren bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um einen Widerstand, an dessen zwei ohmschen Elektroden eine Spannungsdifferenz angelegt wird, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Dieses ist zum Verschieben von Raumladungen bestimmt, die an einer Stelle des Fadentransistors injiziert werden und die Spannung zwischen einer zweiten Stelle und den ohmschen Elektroden des Widerstandes verändern sollen. Eine solche Halbleiteranordnung dient besonders dazu, die Übergangszeit zwischen einem Eingangs- und einem Ausgangsimpuls zu steuern.

Andere bekannte Transistorschaltungen mit zwei Elektroden an der Basiszone dienen ebensowenig wie die vorgenannten dazu, den Basiswiderstand mit Hilfe der Kollektorspannung zu verändern.

Durch die Erfindung wird ein Transistor angegeben, der sich grundsätzlich von den bekannten, insbesondere den klassischen Transistorbauarten unterscheidet. Er gestattet den Anschluß von zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen, die den Emitterstrom steuern können, so daß dieser Transistor als bistabiler Multivibrator arbeiten kann. Die Abhängigkeit des Kollektorstromes von der Kollektorspannung unterscheidet sich bei diesem Transistor insofern von der entsprechenden Charakteristik des klassischen Transistors, als sie von einem gewissen Wert der Kollektorspannung ab einen abfallenden Teil aufweist, für den eine Erhöhung der Kollektorspannung eine Verminderung des Stromes zur Folge hat, der zwischen Emitter und Kollektor fließt.

Die vorerwähnten Vorteile werden bei einem Flächentransistor mit einem Halbleiterkörper mit Basiszone, einer Emitterzone und einer Kollektorzone und zwei ohmschen Steuerelektroden für den Emitter-Kollektor-Strom an der Basiszone sowie je einer ohmsehen, einander gegenüberliegenden Elektrode an den beiden anderen Zonen erfindungsgemäß dadurch er

Flächentransistor mit zwei ohmschen Steuerelektroden für den Emitter-Kollektor-Strom an der Basiszone

Anmelder:

Societe Suisse pour l'Industrie Horlogere S.A., Genf (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. MüHler-Börner, Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68,

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 28. Dezember 1957 (Nr. 54 226)

Jakob Luscher, Carouge, Genf (Schweiz), ist als Erfinder genannt worden

reicht, daß die beiden Steuerelektroden in unterschiedlichen Entfernungen von der Emitterzone angebracht sind, daß der zwischen diesen Steuerelektroden liegende Teil der Basiszone durch Formgebung, z. B. eine Nut oder eine Verdickung, durch Dotierung, z. B. stärkere Dotierung, oder durch zusätzliche Zonen, z. B. Hilfskollektorzonen, so ausgebildet ist, daß die beim Betrieb vor dem pn-übergang an der Kollektorzone in die Basiszone sich ausbildende Raumladungszone nicht bis zum pn-übergang vor der gegenüberliegenden Emitterzone vordringt und so den Strom zwischen der Emitterelektrode und der entfernteren Steuerelektrode, aber nicht den Strom zwischen der Emitterelektrode und der näheren Steuerelektrode beeinflußt.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden eingehenden Beschreibung und den Zeichnungen an Hand der als Beispiele angegebenen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine emitterseitige Ansicht eines Transistors nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 bis 5 je einen Schnitt durch drei andere Ausführungsformen und

Fig. 6 eine Schaltung für die Anwendung des Transistors.

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In der Darstellung nach Fig. 2 enthält der Transistor in üblicher Weise eine die Basiszone B bildende Mittelschicht aus einem beispielsweise n-leitenden Halbleitermaterial. Mittels eines der bekannten Verfahren, beispielsweise des Legierungsverfahrens, ist beiderseits der Basiszone B eine der Emitter bzw. den Kollektor bildende Schicht aus einem p-leitenden Halbleitermaterial angeordnet. Jede dieser drei Schichten B, E und C ist mit einer ohmschen Elek-

verbunden, die an der Masse liegt. Die Elektrode b ist gegenüber der Emitterelektrode e mittels einer Gleichspannungsquelle S₁ negativ polarisiert. Die Elektrode b₁ ist gegenüber der Emitterelektrode e mittels einer Spannungsquelle S₂, und zwar über einen Widerstand R₂, positiv polarisiert. Die Elektrode O₁ ist andererseits über einen Kondensator K mit einem Generator / für Wechselspannungsimpulse verbunden. Wenn aus dem Generator / der Elektrode b₁ kein

trode b, e bzw. c versehen, die es ermöglicht, sie mit io Impuls zugeführt wird, so befindet sich der Transistor einem Stromkreis zu verbinden. Die Elektrode b hat also im Leitzustand, da die Basiszone B über die die Form eines den Emitter umgebenden Ringes. Elektrode b einer negativen Spannung unterliegt. Da

In der Basiszone B ist auf der Seite der Emitter- der Spannungsabfall im Widerstand R₁ nur sehr wenig zone E zwischen dieser und der Elektrode b eine die kleiner ist als die Spannung von S, ist die Spannung Emitterzone E umgebende Ringnut O angebracht. An 15 des Kollektors c also sehr klein. Wenn jetzt aus dem ihrem zwischen der Ringnut O und der Emitterzone E Generator / dem Abschnitt B₁ der Basiszone über die liegenden Abschnitt B₁ ist die Basiszone mit einer Elektrode b_x ein positiver Spannungsimpuls zugeführt zweiten, ebenfalls ringförmigen Elektrode b_x versehen. wird, wird der Transistor plötzlich gesperrt. Dies ver-Da die Elektroden b und b_x mit verschiedenen ursacht ein Ansteigen der Spannung des Kollektors c Stromkreisen verbunden werden können, kann also 20 bis auf den Wert der Spannung von S. Da der Wert der Strom des Emitters zum Kollektor durch zwei der Spannung von S so gewählt worden ist, daß die verschiedene Steuerspannungen gesteuert werden. aus der Potentialdifferenz zwischen Kollektor und Außerdem kann der elektrische Widerstand des die Basis herrührende Raumladungszone sich bis zur Elektrode b mit der Emitterelektrode verbindenden Nut O, wie in der Zeichnung gestrichelt dargestellt Basiszonenabschnittes durch die Spannung des KoI- 25 ist, erstrecken kann, wird der Wert des elektrischen lektors C verändert werden, und zwar in solchen Widerstandes des die Elektrode b mit der Emitter-Grenzen, daß dieser Widerstand praktisch unter- elektrode verbindenden Basisabschnittes praktisch unbrochen werden kann. endlich, so daß der Stromkreis b-e praktisch unter-

Tatsächlich kann, da der Bereich der aus der Poten- brachen wird. Infolge der positiven Polarisierung der tialdifferenz zwischen Kollektorzone und Basiszone 30 Elektrode b_± durch die Quelle S₂ bleibt die Transistor herrührenden Raumladungszone für eine gegebene auch dann gesperrt, wenn die Ursache der Sperrung, Basiszone proportional der Wurzel aus der Kollektor- d. h. der positive Spannungsimpuls, aufgehört hat. Der spannung ist, die Kollektorspannung so abgestimmt Transistor bleibt gesperrt, bis ein negativer, aus dem werden, daß die Raumladungszone bis an die Nut O Generator / zugeführter Spannungsimpuls über die heranreicht, wie es in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, 35 Elektrode b₁ an den Basiszonenabschnitt B₁ angelegt und praktisch den Kreis b-E unterbricht. Da der Ab- wird, damit die aus der Potentialdifferenz zwischen

Kollektor und Basis herrührende Raumladungszone zurückgedrängt wird, indem so der Widerstand des b mit E verbindenden Basisabschnittes verringert und der unterbrochene Stromkreis wiederhergestellt wird. Der Transistor befindet sich also wieder im Leitzustand, und er bleibt es bis zu einem neuen positiven Spannungsimpuls usw. Der Transistor arbeitet also wie ein bistabiler Multivibrator.

Es sei bemerkt, daß es zum Erzielen der vorstehend erklärten Arbeitsweise des Transistors nicht notwendig ist, die Raumladungszone bis zur Nut O auszuweiten, d. h. den Widerstand des die Elektrode b mit der Emitterelektrode verbindenden Basisabschnittes bis

schnitt B₁ der Basiszone von dieser Raumladungszone nicht erreicht wird, bleibt sein Widerstand praktisch unverändert, so daß der Steuerkreis, zu dem er gehört, stets verwendbar ist.

Die Möglichkeiten eines solchen Transistors sind viel größer als die eines der bisher bekannten Transistoren.

So müssen beispielsweise zur Herstellung eines bistabilen Multivibrators mittels bisher üblicher Tran- 45
sistoren zwei solcher Halbleiterbauelemente verwendet
werden. Diese beiden nach bekannten Schaltungen
angeordneten Transistoren müssen abwechselnd einen
Strom leiten und sperren, entsprechend der Polarität
der Steuerspannungsimpulse. Da im allgemeinen der 50 auf einen praktisch unendlichen Wert zu steigern. Tat-Leitzustand nur eines einzigen Elementes ausgenutzt sächlich genügt es, diesen Widerstand auf einen Wert wird, stellt der aus dem Leitzustand des anderen EIe- zu erhöhen, für den die Wirkung der negativen PoIamentes herrührende Strom einen Verlust dar. Nun risierung durch die Quelle S₁ auf die Steuerung des ist dies ein großer Mangel, wenn es sich um Schaltun- Emitterstromes gegenüber der Wirkung der positiven gen handelt, die eine sehr große Anzahl von Multi- 55 Polarisierung durch die Quelle S₂ vernachlässigbar vibratoren verwenden, wie beispielsweise bei Schaltun- klein ist.

Fig. 3 bis 5 zeigen drei weitere Ausführungsformen des Transistors nach der Erfindung.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform enthält die Basiszone B eine Verdickung B₁, auf der die Emitterzone E und die Elektrode b₁ angeordnet sind. Offensichtlich kann der elektrische Widerstand des die Elektrode b mit der Emitterzone E elektrisch verbindenden Basisabschnittes mit Hilfe der aus der

In der Darstellung nach Fig. 6 ist die Kollektor- 65 Potentialdifferenz zwischen Kollektor und Basis herelektrode c über einen Widerstand R₁ mit dem Minus- rührenden Raumladungszone verändert werden, ohne pol einer Gleichspannungsquelle S verbunden. Der den Widerstand des die Elektrode b₁ mit der Emitter-Pluspol der Quelle S ist mit der Emitterelektrode e zone verbindenden Basisabschnittes B₁ zu verändern.

gen von Rechenmaschinen oder Elektronenrechnern. Ein weiterer Nachteil ist selbstverständlich die Tatsache, daß man je Multivibrator zwei Transistoren benötigt.

Nun kann ein einziger dieser als Beispiele beschriebenen Transistoren nach der Erfindung als bistabiler Multivibrator, beispielsweise nach dem in Fig. 6 dargestellten Schaltbild, verwendet werden.

Der Transistor nach Fig. 4 enthält zwei je auf einer Seite der Basiszone angeordnete Hilfskollektoren C₁ und C₂ in Form von zwischen den Elektroden b und Z)₁ angeordneten Ringen. Diese beiden Hilfskollektoren C₁ und C, sind elektrisch mit dem Hauptkollektor C verbunden. Hier kann der elektrische Widerstand des die Elektrode b mit der Emitterzone verbindenden Basisabschnittes durch die aus den Potentialdifferenzen zwischen jedem der Hilfskollektoren und der Basiszone herrührenden Raumladungszonen so verändert werden, daß sich diese Zonen aufeinander zu erstrecken und sich sogar vereinigen können, ohne den Widerstand des die Elektrode Z)₁ mit der Emitterzone verbindenden Abschnittes B₁ zu verändern.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Transistor ist ein Abschnitt der die Basiszone B bildenden Schicht, und zwar der Abschnitt B₁, auf dem die Emitterzone E und die Elektrode Z)₁ angeordnet sind, stärker dotiert als die übrige Basiszone B. In diesem Falle kann der elektrische Widerstand des schwächer dotierten, die Elektrode b mit der Emitterzone verbindenden Basisabschnittes mit Hilfe der aus der Potentialdifferenz zwischen Kollektor und Basis herrührenden Raumladungszone verändert werden, ohne daß der Widerstand des stärker dotierten, die Elektrode Z)₁ mit der Emitterzone verbindenden Basisabschnittes B₁ fühlbar verändert wird.

Bei den beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen sind die beiden Elektroden b und Z)₁ der Basiszone ringförmig. Sie könnten selbstverständlieh jede andere beliebige Form haben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Flächentransistor mit einem Halbleiterkörper mit einer Basiszone, einer Emitterzone und einer Kollektorzone und zwei ohmschen Steuerelektroden für den Emitter-Kollektor-Strom an der Basiszone sowie je einer ohmschen, einander gegenüberliegenden Elektrode an den beiden anderen Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerelektroden (b, Z)₁) in unterschiedlichen Entfernungen von der Emitterzone

(E) angebracht sind, daß der zwischen diesen Steuerelektroden (b, O₁) liegende Teil der Basiszone durch Formgebung, z. B. eine Nut (Fig. 2: O) oder eine Verdickung (Fig. 3: B₁), durch Dotierung, z. B. stärkere Dotierung (Fig. 5: B₁), oder durch zusätzliche Zonen, z. B. Hilfskolektorzonen (Fig. 4: C₁, C₂) so ausgebildet ist, daß die beim Betrieb vor dem pnübergang an der Kollektorzone (C) in die Basiszone sich ausbildende Raumladungszone nicht bis zum pn-übergang vor der gegenüberliegenden Emitterzone (E) vordringt und so den Strom zwischen der Emitterelektrode (e) und der entfernteren Steuerelektrode (b), aber nicht den Strom zwischen der Emitterelektrode und der näheren Steuerelektrode (Z)₁) beeinflußt.

2. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefe Nut (O) so angeordnet ist, daß sie die Emitterzone (E) umgibt.

3. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (E) und die ihr näher liegende Steuerelektrode (Z)₁) auf der Verdickung (Fig. 3: B₁) angeordnet sind.

4. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Hilfskollektoren (C₁, C₂) elektrisch mit der Kollektorelektrode (c) so verbunden sind, daß ihre Raumladungszonen sich vereinigen können.

5. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (E) und die ihr näher liegende Steuerelektrode (Z)₁) auf dem stärker dotierten Teil der Basiszone angeordnet sind.

6. Flächentransistor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (b und Z)₁) die Emitterelektrode (e) ringförmig umgeben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 814487, 890 847, 849, 968 666.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen