DE1167986B - Flaechentransistor mit einem scheibenfoermigen Halbleiterkoerper und mit streifenfoermigen Basis- und Emitterelektroden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H Ol 1

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1167 986

Aktenzeichen: S 46168 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 29. Oktober 1955

Auslegetag: 16. April 1964

Die Erfindung betrifft einen Flächentransistor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, dessen eine Flachseite von einer Kollektorelektrode wenigstens nahezu bedeckt ist und auf dessen anderer Flachseite drei oder mehr streifenförmige Basis- und Emitterelektroden abwechselnd und möglichst eng nebeneinander angebracht sind. Ein solcher Flächentransistor wird erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die Fläche der streifenförmigen Emitterelektroden so klein bemessen ist, daß ihre Streifenbreite nicht mehr als etwa der doppelten Diffusionslänge bei der höchstzulässigen Stromdichte entspricht, wenn nur auf der einen Seite der streifenförmigen Emitterelektroden eine Basiselektrode angebracht ist. Auf diese Weise wird für einen guten Durchgriff des Basispotentials zum Emitter gesorgt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Zustand hoher Injektionen, der unter anderem bei der höchstzulässigen Stromdichte gegeben ist, lediglich die Randzone des Emitters bis zu einer Breite, so die etwa der doppelten Diffusionslänge entspricht, wirksam ist. Daraus folgt ferner, daß bei Anbringung einer weiteren Basiselektrode auf der anderen Seite der streifenförmigen Emitterelektrode die Streifenbreite zu verdoppeln ist, so daß sie etwa bis zum »5 Vierfachen der besagten Diffusionslänge betragen kann.

Es ist bereits bekanntgeworden, zwei einander umschließende Elektroden an einem Halbleiterkörper zu benutzen oder kammartig ineinandergreifende Elektrodenstreifen zu verwenden. Schließlich ist auch bereits vorgeschlagen worden, mehrere streifenförmige Elektroden parallel zueinander anzuordnen, die elektrisch in gewünschter Weise zusammengeschaltet werden.

Der neue Flächentransistor kann vorteilhaft in der Weise weiter ausgebildet sein, daß die streifenförmigen Basis- und Emitterelektroden in sich geschlossene und einander umschließende Kurvenzüge bilden. Dabei haben je zwei benachbarte Streifen an allen Stellen gleichen gegenseitigen Abstand bei verschiedenem Elektrodencharakter hinsichtlich ihrer Dotierung mit n- bzw. p-Leitung verursachenden Störstellen, so daß abwechselnd Emitter- und Basiselektroden einzeln aufeinanderfolgen.

Die verschiedenen einander umschließenden Elektrodenformen werden dann an dem fertigen Element z. B. entsprechend untereinander elektrisch parallel geschaltet für die Bildung eines gemeinsamen Emitteranschlusses oder eines gemeinsamen Basisanschlusses. Eine solche Flächentransistoranordnung kann jedoch auch in der Weise in einer Schaltung benutzt werden, Flächentransistor mit einem scheibenförmigen
Halbleiterkörper und mit streifenförmigen Basis- und Emitterelektroden

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Adolf Herlet, Pretzfeld (OFr.),

Dr. rer. nat. Horst Irmler, Nürnberg

daß die verschiedenen Emitter-Basis-Systeme der Anordnung an verschiedenen Steuerspannungen liegen. Das Aufbringen der einzelnen Elektrodenkörper auf den Halbleiterkörper und die Legierungsbildung werden vorzugsweise durchgeführt unter Benutzung entsprechender Hilf sf ormen. Solche Hilf sf ormen können z. B. aus Graphit bestehen. Diese Formen sind mit entsprechenden einander umschließenden Vertiefungen ausgestattet, in welche das jeweilige Elektrodenmaterial eingebracht wird für die Legierungsbildung bzw. Dotierung an Halbleiterkörpern. Mittels dieser Hilfsformen werden die Elektrodenmaterialkörper gegen die Oberfläche des Halbleiterkörpers geführt sowie gegen diese gehalten, und auf diese Weise ist bei dem thermischen Legierungsprozeß eine gute Benetzung zwischen der Halbleiteroberfläche und den Elektrodenmaterialien aufrechterhalten. Wird ein Aufbau für die Elektrodenanordnung an dem Halbleiterkörper gewählt, bei welcher die einzelne Elektrode Kreisringform hat, so lassen sich die Hilfsformen durch einfache mechanische Bearbeitungsprozesse, bei denen das Werkstück relativ zum Bearbeitungswerkzeug umläuft, mit großer Genauigkeit herstellen. Die einzelnen einander umschließenden Formenteile für die Aufnahme des jeweiligen Elektrodenmaterialkörpers können daher auch mit kiemer Flächenausdehnung und sehr geringem gegenseitigem Abstand bemessen werden. Es ergibt sich daher wegen des erreichbaren geringen und sehr gleichmäßigen Abstands der Elektroden auch an dem fertigen Flächengleichrichter bzw. -transistor eine gute wirksame Injektion der Ladungsträger aus großen Flächenteilen der Emitterzone über den pn- bzw. np-Übergang in den weiteren Teil des Halbleiterkörpers.

409 559/407

Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen.

In den einander entsprechenden Rissen nach den F i g. 1 und 2 der Zeichnung ist ein fertiger Flächengleichrichter bzw. -transistor gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die F i g. 1 stellt einen Schnitt nach der Linie I-I der F i g. 2 dar.

Die Ziffer 1 bezeichnet den Halbleiterkörper. An dessen unterer Fläche ist die Kollektorelektrode 2 ίο und auf der oberen Fläche sind die einander umschließenden Elektrodenkörper 3 bis 8 vorgesehen. Die Elektroden 3, 5 und 7 haben den Charakter von Emitterelektroden. Von diesen sind die beiden letztgenannten ringstreifenförmig mit einer Streifenbreite entsprechend etwa dem Vierfachen der Diffusionslänge bei hohen Injektionen ausgeführt. Die innerste Emitterelektrode 3 ist aus Herstellungsgründen als volle Kreisfläche ausgeführt, obwohl von ihr nur ein schmaler Randstreifen wirksam ist, dessen Breite bis zum Doppelten der besagten Diffusionslänge beträgt.

Die Elektroden 4, 6 und 8 haben den Charakter von Basiselektroden und bestehen zu diesem Zweck aus entsprechenden Werkstoffen. Handelt es sich z. B. bei dem Halbleiterkörper um η-leitendes Germanium, so bestehen die Elektroden 3, 5 und 7 als Emitterelektroden beispielsweise aus Elementen der III. Gruppe des periodischen Systems bzw. aus Legierungen dieser Elemente oder aus Legierungen, in denen diese Elemente enthalten sind. Sinngemäß werden bei η-leitendem Germanium als Halbleiter für die Elektroden 4, 6 und 8 mit ihrem Charakter als Basiselektroden beispielsweise Werkstoffe der V. Gruppe des periodischen Systems bzw. deren Legierungen verwendet. Zwischen diesen konzentrischen Ringen läßt sich, wie bereits hervorgehoben, ein sehr genauer gegenseitiger Abstand sowohl zwischen den Elektrodenkörpern als auch zwischen den Zonen einhalten, in denen an dem Halbleiterkörper die Legierungsbildung stattfindet. Die einzelnen Elektrodenkörper sind in der Ansicht nach Fig. 2 nur aus Gründen der Veranschaulichung schraffiert.

In den Fig. 3 bis 5 wird veranschaulicht, wie unter Benutzung einer Hilfsform ein Flächengleichrichter bzw. -transistor nach den F i g. 1 und 2 hergestellt werden kann. 9 bezeichnet den Oberteil der Form, 10 den Unterteil der Form. Der Oberteil 9 der Form, mit dem beim Zusammenstellen der Form zunächst als Unterteil begonnen wird, ist zur Einlagerung der Materialien für die späteren Elektroden 3 bis 8 mit entsprechenden einander umschließenden Rillen 3 a bis 8 a versehen. Der während der Legierungsbildung den Unterteil der Form bildende Formenteil 10 ist zur Aufnahme des Elektrodenmaterials für die Bildung der Kollektorelektrode 2 mit einer zylindrischen Aussparung 2 α und für die Aufnahme des Halbleiterkörpers mit einer Aussparung la versehen. Die Fertigung des Gleichrichters bzw. Transistors geht z. B. vorteilhaft in der folgenden Weise vor sich.

Es wird in die verschiedenen Rillen des Oberteils 9 der Form das jeweilige Elektrodenmaterial eingebracht für die Bildung der späteren Elektroden 3 bis 8. Ein sehr vorteilhaftes Anbringen wird z. B. in der Weise erreicht, daß das Elektrodenmaterial in Form bestimmter vorgeformter Ringe eingebracht wird, die z. B. durch einen Stanzprozeß aus einem Blech bzw. einer Folie gewonnen werden. Auf den Oberteil 9 der Form wird dann der Halbleiterkörper 1 aufgebracht. Nunmehr wird auf den Halbleiterkörper der Elektrodenmaterialkörper für die Bildung der späteren Kollektorelektrode 2 aufgebracht, und schließlich wird nunmehr der Unterteil 10 der Hilfsform auf den Halbleiterkörper 1 und den Kollektor-Elektroden-Materialkörper 2 aufgelegt. Die ganze Vorrichtung wird dann durch geeignete Mittel zusammengehalten. Eine solche Vorrichtung nach ihrem Zusammenbau veranschaulicht die F i g. 4. Die in dieser Weise zusammengestellte, die Halbleiteranordnung einschließende Form wird dann einem entsprechenden thermischen Behandlungsprozeß unterworfen, so daß die Elektroden schmelzflüssig werden und eine entsprechende Legierungsbildung der Elektrodenmaterialkörper an dem Halbleiterkörper mit diesem stattfindet für die Erzeugung der Zonen bestimmten Leitfähigkeitscharakters in dem Halbleiterkörper und der erwünschten pn- bzw. np-Übergänge in diesem.

Flächengleichrichter bzw. -transistor, welche nach der Erfindung hergestellt werden, können einen Halbleiterkörper aus Germanium, Silizium oder einer halbleitenden Zweistoffverbindung besitzen. In der Zweistoffverbindung kann die eine Komponente z. B. der III. Gruppe und die andere der V. Gruppe des periodischen Systems angehören. Solche halbleitenden Zweistoffverbindungen sind z. B. Aluminiumphosphid, Aluminiumantimonid, Galliumarsenid.

Es können beim Herstellen auch Vorrichtungen verwendet werden, bei denen der Halbleiterkörper nur unter Benutzung eines einzigen Formenteiles gefertigt wird, in den er zusammen mit den Elektrodenmaterialkörpern an der einen seiner Oberflächen eingebracht wird, während z. B. der Elektrodenmaterialkörper für die Bildung der Elektrode an der anderen Halbleiteroberfläche bereits vorher mit einem Trägerkörper vereinigt wurde und in dieser Form lediglich für die Legierungsbildung auf den Halbleiterkörper aufgelegt und auf diesem festgespannt wird. Der genannte Trägerkörper erfüllt hierbei unmittelbar die Funktion des einen Hilfsformenteiles.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flächentransistor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper, dessen eine Flachseite von einer Kollektorelektrode wenigstens nahezu bedeckt ist und auf dessen anderer Flacheeite drei oder mehr streifenförmige Basis- und Emitterelektroden abwechselnd und möglichst eng nebeneinander angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der streifenförmigen Emitterelektroden so klein bemessen ist, daß ihre Streifenbreite nicht mehr als etwa der doppelten Diffusionslänge bei der höchstzulässigen Stromdichte entspricht, wenn nur auf der einen Seite der streifenförmigen Emitterelektroden eine Basiselektrode angebracht ist.

2. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anbringung einer weiteren Basiselektrode auf der anderen Seite einer streifenförmigen Emitterelektrode die Streifenbreite der letzteren verdoppelt ist, d. h. nicht mehr als etwa der vierfachen Diffusionslänge entspricht.

3. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Basis- und Emitter-Elektroden in sich geschlossene und einander umschließende Kurvenzüge bilden.

4. Flächentransistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenfönnigen Basis- und Emitter-Elektroden als konzentrische Kreisringe ausgebildet sind.

5. Flächentransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Emitter-Basis-Systeme an verschiedene elektrische Steuerspannungen angeschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 916 084; USA.-Patentschriften Nr. 2 672 528, 2 677 793; belgische Patentschriften Nr. 494 845, 520 677.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 559/407 4.64 © Bundesdruckerei Berlin