DE1194061B - Verfahren zum Herstellen eines Flaechen-Vierzonentransistors und Anwendung eines nach diesem Verfahren hergestellten Transistors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

J19829 VIII c/21g
27. April 1961
3.Juni 1965

Die Hauptpatentanmeldung betrifft einen Flächen-Vierzonentransistor mit einer Stromverstärkung größer als Eins, insbesondere für Schaltzwecke, bei dem der Halbleiterkörper eine Zonenfolge von drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält, die einen ersten Transistor bildet, bei dem auf der einen äußeren Zone des Halbleiterkörpers eine weitere, vierte Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die äußere Zone angebracht ist, die mit den zwei benachbarten Zonen des ersten Transistors einen zweiten Transistor bildet, bei dem der erste Transistor durch geringe Injektionsleistung des Emitters eine Stromverstärkung kleiner als Eins und der zweite Transistor eine höhere Stromverstärkung als der erste Transistor durch eine große Injektionsleistung des Emitters aufweist und bei dem die Eingangsspannung zwischen der äußeren Zone und der benachbarten Zone des zweiten Transistors angelegt ist und als Ausgangsspannung die Spannung an den beiden äußeren Zonen des Vierzonentransistors verwendet ist.

Ein solcher Vierzonentransistor ist mit der Zonenfolge PNPN von F. B arson und C. Kar an in der Zeitschrift IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 2, Nr. 4 (Dezember 1959), auf S. 81 bis 83 (Germanium PNPN Transistor) bekanntgeworden. Der erste Transistor ist hier ein PNP-Abschnitt, der zweite ein NPN-Abschnitt. Einen besonderen Vorteil stellt dabei die hohe Spannungsfestigkeit dar, welche dem PNP-Abschnitt dieses Vierzonentransistors eigen ist und welche mit der relativ Ideinen Stromverstärkung dieses PNP-Abschnittes ursächlich verknüpft ist. Trotzdem kann der Verstärkungsfaktor des gesamten Halbleiterbauelements durch entsprechende Wahl des Verstärkungsfaktors des NPN-Abschnittes größer als Eins gemacht werden.

Die erwähnte Stromverstärkung des PNP-Teils des Vierzonentransistors ist in erster Linie von der Emitterleistung abhängig, die ihrerseits durch die Zusammensetzung der Dotierungspille beeinflußt werden kann.

Diese Zusammensetzung ist kritischer als wünschenswert und beeinflußt die Größe des Spannungsabfalls über dem PNP-Teil des Vierzonentransistors im leitenden Zustand. Bei einigen Anwendungen muß dieser Spannungsabfall weitgehend reduziert werden, wobei gleichzeitig eine niedrige Stromverstärkung erstrebt wird. Bisher war dies schwer zu erreichen, da durch Erhöhung der Dotierungskonzentration des Galliums der Spannungsabfall reduziert und gleichzeitig die Emitterleistung übermäßig erhöht wird. Außerdem kann, wenn die Zu-Verf ahren zum Herstellen eines Flächen-Vierzonentransistors und Anwendung eines nach diesem Verfahren hergestellten Transistors

Zusatz zur Anmeldung: J 18304 VIII c/21 g —
Auslegeschrift 1171534

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:

Dr.-Ing. R. Schiering, Patentanwalt,
. Böblingen (Württ.), Westerwaldweg 4

Als Erfinder benannt:

Fred Barson, Wappingers Falls, N. Y.;

John Gow, Marlboro, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 28. April 1960 (25 385) - -

sammensetzung der Dotierungspille randbegrenzt ist, ein unerwünschter Eigen- oder N-Bereich bei der Bildung der rekristallisierten Zone während der Abkühlung entstehen.

Diese Schwierigkeit zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.

Die Erfindung bezieht sich daher auf ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Flächen-Vierzonentransistors, insbesondere mit einer Stromverstärkung größer als Eins, nach der Hauptpatentanmeldung, bei welchem der Störstellengehalt der Kollektorzone nicht kritisch ist und welches deshalb für eine Massenfertigung wegen der geringeren Fabrikationsstreuungen besonders günstig ist.

Es handelt sich somit um ein Verfahren zum Herstellen eines Flächen-Vierzonentransistors, insbesondere mit einer Stromverstärkung größer als Eins, und insbesondere für Schaltzwecke, bei dem der Halbleiterkörper eine Zonenfolge von drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält, die einen ersten Transistor bildet, bei dem auf der einen äußeren Zone des Halbleiterkörpers eine weitere, vierte Zone vom entgegen-

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gesetzten Leitfähigkeitstyp wie die äußere Zone angebracht ist, die mit den zwei benachbarten Zonen des ersten Transistors einen zweiten Transistor bildet, bei dem der erste Transistor durch geringe Injektionsleistung des Emitters eine Stromverstärkung kleiner als Eins und der zweite Transistor eine höhere Stromverstärkung als der erste Transistor durch eine große Injektionsleistung des Emitters aufweist und bei dem die Eingangsspannung zwischen der äußeren Zone und der benachbarten Zone des zweiten Transistors angelegt ist und als Ausgangsspannung die Spannung an den beiden äußeren Zonen des Vierzonentransistors verwendet ist. Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die mittlere Zone des ersten Transistors und die äußere Zone des zweiten Transistors in je zwei hintereinanderliegende Teilzonen unterteilt werden und je eine Teilzone durch Rekristallisation nach einem Legierungsprozeß und je eine Teilzone durch Diffusion gebildet werden.

Dabei wird vorteilhaft mit einem Halbleiterkörper eines gegebenen Leitfähigkeitstyps eine Pille aus einem Störstellen erzeugenden Material des entgegengesetzten Typs in Kontakt gebracht, der Körper und die Pille werden, auf eine erste Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Pille, aber unterhalb des Körperschmelzpunktes bis zum Schmelzen der Pille erhitzt. Hierbei wird der angrenzende Bereich des Körpers aufgelöst und die Pille über diesen Bereich hinaus in den Körper hineindiffundiert. Dann werden der Körper und die Pille abgekühlt, wobei ein diffundierter Bereich des entgegengesetzten Typs auf dem Körper zurückbleibt, und auf dem diffundierten Bereich wird ein rekristallisierter Bereich des entgegengesetzten Typs zum Erstarren gebracht. Gemäß diesem Verfahren wird außerdem mit der Pille eine zweite Pille aus einem Störstellen ergebenden Material des genannten gegebenen Leitfähigkeitstyps in Kontakt gebracht; der Körper und die Pillen werden auf eine zweite Temperatur, die über dem Schmelzpunkt der Pillen, aber unter dem des Körpers sowie der genannten ersten Temperatur liegt, genügend lange erhitzt, so daß ein Teil des obenerwähnten rekristallisierten Bereichs aufgelöst und dessen Leitfähigkeitstyp in den genannten gegebenen Typ umgewandelt wird. Verfahrensgemäß werden weiterhin der Körper und die Pillen abgekühlt, damit der erwähnte Teil mit verändertem Leitfähigkeitstyp erstarrt, wodurch ein Halbleiterbauelement gebildet wird, in dem der rekristallisierte Bereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eine geringe Lebensdauer der Minoritätsträger aufweist.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung sowie den nachstehend aufgeführten Zeichnungen:

F i g. 1 ist ein Querschnitt durch einen Vierzonentransistor gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 zeigt in ähnlicher Darstellung einen Schritt in der Herstellung des Halbleiterbauelements;

F i g. 3 veranschaulicht einen späteren Schritt bei der Herstellung des Halbleiterbauelements;

Fig. 4 ist ein Schaltschema einer Schaltanordnung, die den erfindungsgemäßen Halbleiter-Informationswandler verwendet.

Gemäß der F i g. 1 besteht der Vierzonentransistor 10 aus einem Körper aus geeignetem Halbleitermaterial, wie z. B. Germanium, mit einer ersten Zone 11, die ein rekristallisierter Bereich 12 des einen Leitfähigkeitstyps, z. B. N, angrenzend an einen diffundierten Bereich 13 desselben Typs ist. Die Bereiche 12 und 13 grenzen jeder an eine andere Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (P) an und bilden zusammen einen ersten Transistorteil 14. In der F i g. 4 ist dieses Bauelement mit dem Transistorteil 14 schematisch dargestellt. Der rekristallisierte Bereich 12 grenzt an eine P-Zone 15, die einen relativ niedrigen Dotierungspegel hat und an den Bereich 12 in der nachstehend beschriebenen Weise anlegiert ist. Der diffundierte N-Bereich 13 grenzt an eine P-Zone 16, die das Germanium-Ausgangsplättchen des Halbleiterbauelements bildet. Außerdem enthält der Transistor 10 eine zweite Zone 17 des N-Leitfähigkeitstyps, bestehend aus einem rekristallisierten N-Bereich 19, der an einen diffundierten N-Bereich 18 angrenzt, der wiederum an eine der P-Zonen, nämlich Zone 16, angrenzt. Die Zonen 11, 16 und 17

ao bilden einen zweiten Transistorteil 20. Auch hier wird wieder auf die F i g. 4 verwiesen.

Die andere Zone des entgegengesetzten oder P-Leitfähigkeitstyps, nämlich die P-Zone 15, bildet den Emitter des ersten oder PNP-Transistorteils 14.

Dieser Emitter gibt zusammen mit dem rekristallisierten Bereich 12 dem ersten Transistorteil 14 in der nachstehend erklärten Weise einen Stromverstärkungsgrad, der wesentlich unter Eins liegt, und dadurch wiederum erhält dieser Teil eine hohe Kollektor-Durchbruchsspannungs-Charakteristik zwischen den Zonen 11 und 16. Der zweite NPN-Transistorteil 20 hat eine Charakteristik, die zu einem höheren Stromverstärkungsgrad als im ersten Teil 14 führt, so daß in Kombination mit dem Teil 14 das Bauelement einen erwünschten Gesamt-Stromverstärkungsfaktor erhält, der etwa gleich Eins sein kann. Bei einigen Anwendungen kann er unter Eins und bei anderen über Eins liegen. Der Transistor von F i g. 1 umfaßt außerdem elektrische Anschlüsse 21, 22 und 23 an der Emitterzone 15, dem P-Plättchen 16 bzw. der N-Zone 19. Der Anschluß 21 wird zweckmäßig von einem wärmeableitenden Leiter beträchtlicher Masse gebildet, der mit der P-Zone 15 durch eine Pille 24 einer geeigneten Legierung verbunden ist. Der Anschluß 22 ist vorzugsweise ein ringförmiges Element aus einem Material, wie z. B. einer Indiumlegierung, das an das Plättchen 16 anlegiert ist und mit diesem einen ohmschen Kontakt bildet. Eine Drahtleitung oder -verbindung 40 ist an dem ringförmigen Anschluß 22 angebracht. Der Anschluß 23 ist eine Drahtleitung, die an dem rekristallisierten Bereich 19 der N-Zone 17 durch eine geeignete Legierung, z. B. ein Blei-Antimon-Kügelchen 25, angebracht ist. Durch nach Herstellung des Bauelements angewandte bekannte zum Teil auch elektrolytisch durchgeführte Ätzvorgänge werden ringförmige Gräben 26 und 41 gebildet, indem die Kügelchen 24 und 25 unterhöhlt und unerwünschtes Legierungs- und Halbleitermaterial um die peripheren Bereiche der verschiedenen PN-Übergänge herum entfernt werden.

Zum besseren Verständnis des Signalwandlers von Fig. 1 wird dessen Herstellungsverfahren in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel erklärt. Die P-Zone 16, die das Ausgangsplättchen der Vorrichtung bildet, besitzt einen Durchmesser von 1,5 ■ ΙΟ"¹ cm, eine Stärke von 1,3 · 10~² cm und einen spezifischen Widerstand von etwa 7 Ohm · cm. Eine

Legierungspille zur Bildung des Kügelchens 25 besteht aus einer zylindrischen Scheibe mit einem Durchmesser von 2,5 · 10~² cm, einer Dicke von 1,2· lodern und einem Gehalt an 90% Blei und 10% Antimon. Diese Pille wird zusammen mit einem Ring zur Bildung des Basisanschlusses 22, dessen Außendurchmesser 1,5 · 1O^-1 cm, dessen Innendurchmesser 1,0 ■ 10"¹ cm und dessen Dicke l,l'10~² cm betragen und der einen Gehalt von 98% Blei und 2% Indium aufweist, in Kontakt mit der Unterseite des Plättchens 16 in einer Legierungshalterung angebracht. Danach wird eine kugelförmige Pille zur Bildung des Legierungskügelchens 24, die einen Durchmesser von 0,063 cm hat und 98,25% Blei und 1,75% Antimon enthält, in der Legierungshalterung auf die obere Fläche des Plättchens 16 aufgesetzt.

Die beschickte Legierungshalterung wird dann in die neutrale oder reduzierende Atmosphäre eines Legierungsofens eingebracht, der bei einer Temperatur von etwa 750 bis 800° C arbeitet, wo sie etwa 1 Stunde lang verbleibt. Diese Temperatur liegt über dem Schmelzpunkt der Legierungspille und des Ringes und unter dem des Halbleiterplättchens. Die Heizdauer genügt, um die Pillen und den Ring zum Schmelzen zu bringen und die benachbarten Bereiche des Plättchens 16 in dieser Schmelze zu lösen. Das aktive Störstellenantimon in den Kügelchen diffundiert in den Körper des Plättchens 16 hinein. Nach Abkühlung auf Zimmertemperatur erstarren die geschmolzenen Bereiche. Gemäß der Fi g. 2 bilden sich auf der Unterseite des Plättchens 16 der ringförmige ohmsche Anschluß 22, ein diffundierter N-Bereich 18, der an das Plättchen angrenzt, ein rekristallisierter N-Bereich 19, der an den Bereich 18 angrenzt, und das Blei-Antimon-Kügelchen 25. Auf der Oberseite des Plättchens 16 entstehen ein diffundierter N-Bereich 13, der an das Plättchen angrenzt, ein rekristallisierter N-Bereich 12, der an den Bereich 13 angrenzt und das Blei-Antimon-Legierungskügelchen 24. Durch die beschriebene Operation entsteht eine gleichrichtende Sperrschicht 27 zwischen dem diffundierten N-Bereich 18 und dem P-Plättchen 16 und eine weitere gleichrichtende Sperrschicht 28 zwischen dem diffundierten N-Bereich 13 und dem Plättchen 16.

Im nächsten Verfahrensschritt wird eine kleine Bleilegierungspille29, wie sie in der Fig. 3 dargestellt ist, aus einem passende Störstellen erzeugenden Material des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps P auf die Legierungspille 24 aufgesetzt. In dem hier besprochenen Ausführungsbeispiel sind 0,19 μg Gallium in der Pille verwendet worden. Dann wird der beschickte Legierungsbehälter in einen Legierungsofen eingesetzt, der mit einer Temperatur von etwa 50° C unterhalb derjenigen des erstgenannten Ofens arbeitet. Auf dieser niedrigeren Temperatur wird der Aufbau so lange, gewöhnlich etwa 10 Minuten lang, gehalten, bis das Legierungskügelchen 24 und die P-Pille 29 geschmolzen sind und ein Teil des rekristallisierten N-Bereichs 12 aufgelöst ist. Das geschmolzene Gallium liegt in genügender Menge vor, um die N-Dotierung in dem geschmolzenen Teil des rekristallisierten Bereichs 12 überzukompensieren und dadurch in P-Germanium umzuwandeln. Nach Herausnahme des Behälters aus dem Legierungsofen und Abkühlung auf Zimmertemperatur erstarren die geschmolzenen Teile des Aufbaus, und es entsteht ein P-Bereichl5 (Fig. 1,4), der von dem rekristallisierten N-Bereich 12 durch eine gleichrichtende Sperrschicht 30 getrennt ist. Der Bereich 12, der jetzt übrigbleibt, ist etwas dünner, als er vor der letzten Erhitzung war. In einem darauffolgenden Verfahrensschritt können der wärmeableitende Anschluß 21 und die Leitungen 23 und 40 an ihre Legierungskügelchen 24 bzw. 25 und den Ring 22 in herkömmlicher Weise angeschlossen werden. Zum Schluß folgt

ίο eine elektrolytische Ätzung in einem alkalischen Bad nach bekannten Verfahren, wodurch die Legierungskügelchen zum Schrumpfen gebracht werden, die peripheren Bereiche der gleichrichtenden Sperrschichten 27, 28 und 30 freigelegt und die in Fig. 1 gezeigten Gräben 26 und 41 erzeugt werden.

Die so entstandene Vierzonenhalbleiteranordnung 10 bildet einen PNPN-Transistor mit einem ersten PNP-Teil 14, der einen P-Emitter 15, eine gleitende Basiszone 11, bestehend aus einem rekristallisierten N-Bereich 12 und einem diffundierten N_ö-Bereich 13, sowie eine P-Kollektorzone 16 umfaßt. Die gleitende Basiszone 11 wirkt gleichzeitig als Kollektor des zweiten NPN-Transistorteils 20, der eine P-Basiszone 16 und eine N-Emitterzone 17 umfaßt. Die Zone 17 besteht aus einem rekristallisierten N^-Bereich 19 und einem diffundierten N_D-Bereich 18. Die Formgebung, die relativen Flächengrößen und eine hohe Störstellenkonzentration des Emitters 17 sind für einen hohen Transportfaktor im NPN-Teil 20 günstig gewählt. Bekanntlich besteht die Pille zur Bildung des Legierungskügelchens 25 und des Bereichs 19 aus 90% des Trägermetalls Blei und 10% der aktiven Verunreinigung Antimon, wobei dieser Antimonanteil eine hohe Störstellenkonzentration sicherstellt.

Andererseits hat der Emitter 15 des PNP-Teils einen relativ niedrigen Dotierungspegel, da die Menge des Galliums, die in der Pille 29 von F i g. 3 benutzt wird, um einen Teil des rekristallisierten

φο N-Bereichs 12 in P-Germanium umzuwandeln, absichtlich klein gehalten wird. Daher ist die Leistung des Emitters 15 niedrig, woraus sich auch der niedrige Stromverstärkungsfaktor cc für den PNP-Teil ergibt. Diese Eigenschaft wäre zwar in einem herkömmlichen Dreizonentransistor unerwünscht, aber im PNP-Teil 14 der PNPN-Transistorvorrichtung 10 ergeben sich dadurch wichtige Vorteile, auf die noch hingewiesen sei.

Der Stromverstärkungsfaktor « eines Transistors hängt von mehreren Faktoren ab und läßt sich ausdrücken durch die Beziehung:

ex. = γβκ*,

wobei ν die Emitterleistung, β die Transportleistung, welche den Teil des injizierten Stroms, der den Kollektor erreicht, darstellt, und cc* die Kollektorleistung ist. Bei den bisherigen Herstellungsverfahren erfolgt die Festlegung des Stromverstärkungsfaktors des des PNP-Teils eines Vierzonengermaniumtransistors innerhalb eines gewissen Bereichs durch die Steuerung der Emitterleistung γ. Hierbei stellt sich durch einen niedrigen Dotierungspegel im Emitter ein niedriger Stromverstärkungsfaktor ein. Leider hat sich die Verwendung dieser Steuerungsart während der Herstellung eines solchen Transistors nicht als so zuverlässig erwiesen, wie es für manche Anwendungen nötig wäre. Die Zusammensetzung des Emitterkügelchens war oft ziemlich kritisch, und manchmal

haben sich unerwünschte, für den Betrieb ungünstige N- oder eigenleitende Bereiche, während der Abkühlung des Emitterbereichs infolge von Änderungen der Segregationskoeffizienten von Antimon und Gallium mit bei Abkühlung gebildet. Diese unerwünschten Bereiche beeinträchtigen die Leistung der Halbleiterbauelemente sowie deren Massenherstellung. Ein niedriger Dotierungspegel reduziert zwar in wünschenswerter Weise den Stromverstärkungsfaktor des PNP-Teils des Vierzonentransistors, neigt aber zur Bildung einer höheren Impedanz am PN-Übergang 30 im leitenden Zustand des Transistors, was für viele Schaltanwendungen unerwünscht ist.

Durch Einfügung des rekristallisierten N-Bereichs 12 und Variation seiner Stärke durch die Wahl der Temperatur bei den Heizvorgängen läßt sich die Rekombination der Minoritätsträger in der N-Zone 11 steuern. Dadurch wiederum wird die Transportleistung ß, d. h. der Teil der aus dem Emitter injizierten Träger, die die Kollektorzone 16 des PNP-Teils 14 erreichen, gesteuert. Bei einer größeren Temperaturdifferenz entstehen ein stärkerer rekristallisierter N-Bereich, höhere Rekombinationen von Minoritätsträgern mit Trägern entgegengesetzter Polarität und daher ein niedrigerer Transportfaktor.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt also zwei Möglichkeiten zur Steuerung des Stromverstärkungsfaktors α des PNP-Teils. Wenn die Impedanz des PN-Übergangs 30 zu groß ist, kann sie reduziert werden durch Erhöhung des Dotierungspegels in der P-Zone 15, und dieser höhere Dotierungspegel, der die Emitterinjektionsleistung des PNP-Teils erhöht, läßt sich kompensieren durch Herabsetzung der Transportleistung durch Verbreiterung des rekristallisierten Bereichs 12. Die Zusammensetzung der bei der Bildung des Emitters verwendeten Legierungspille ist also nicht mehr der einzige für den Verstärkungsfaktor des PNP-Teils wichtige Faktor. Die Erfahrung hat gezeigt, daß es relativ leicht ist, während der Herstellung des Transistors den Stromverstärkungsfaktor des PNP-Teils 14 auf einem gewünschten niedrigen Wert, wie z. B. 0,3, zu halten. Dieser Verstärkungsfaktor kann jeden beliebigen Wert in dem Bereich von 0,1 bis 0,6 haben. Der abgestufte Widerstand des diffundierten Bereichs 13 trägt zur Sicherstellung einer höheren Durchbruchsspannung des Bauelements bei.

Wie schon erwähnt, wird zur Erreichtung einer erhöhten Emitterleistung eine starke Dotierung des Emitters 17 des NPN-Teils 20 des PNPN-Transistors angewendet, außerdem führt der Teil 20 einen beträchtlich größeren Strom als der PNP-Teil 14. Der Bereich für die Stromverstärkung des Teils 20 läßt sich so einrichten, daß die Gesamtverstärkung, je nach den Erfordernissen des Anwendungsgebiets des Vierzonentransistors größer oder kleiner als Eins ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß hier zwar ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung und das Verfahren für seine Herstellung beschrieben wurden, daß aber das angegebene Beispiel nur eine der vielen Möglichkeiten gemäß den Prinzipien der Erfindung darstellt. So dürfte es z. B. klar sein, daß an Stelle von Germanium verschiedene Halbleiterstoffe verwendet werden können, wie z. B. Silizium, Silizium-Germanium-Legierungen sowie halbleitende Verbindungen, und in diesem Falle werden entsprechende Legierungsverunreinigungen, Brenntemperaturen und Heizzyklen verwendet, die sich von den hier beschriebenen unterscheiden. Dem Fachmann dürfte es außerdem klar sein, daß eine der oben beschriebenen ähnliche Technik für die Herstellung eines Bauelements mit vier Anschlüssen verwendet werden kann, in dem ein externer Anschluß an den N-Bereich 11 hergestellt wird. Das kann geschehen durch Anlegierung des Kügelchens 24 an eine N-Haut, die vorher in die Oberseite des Plättchens 16 hineindiffundiert worden ist.

Jetzt sei eine typische Anwendung der in F i g. 1 gezeigten PNPN-Halbleitervorrichtung 10 näher besprochen. In der F i g. 4 ist die Vorrichtung 10 schematisch als Schaltmittel zur wahlweisen Steuerung des Stromflusses durch die Relaiswicklung 33 dargestellt. Diese ist zwischen den Zonen 15 und 17 über einen Widerstand 35 angeschlossen, der ganz oder teilweise in den Wicklungswiderstand des Relais eingeschlossen sein kann, über die Batterie 32 und einen Schalter 36, der manuell oder mechanisch durch eine geeignete Vorrichtung, z. B. einen Nocken, steuerbar ist. Wie schon erwähnt, dient die Zone 15 als Emitter des PNP-Teils 14, während die Zone 17 den Emitter des NPN-Teils 20 sowie die beiden an der Vorrichtung 10 liegenden Stromkreisen gemeinsame Elektrode darstellt. Die Zone 16 des NPN-Teils verkörpert die steuerbare Basiselektrode des Halbleiterbauelements 10· Der PN-Übergang 27 ist in Sperrichtung durch eine kleine von der Batterie 31 gelieferte Spannung, z. B. —0,3 Volt vorgespannt; die eine Klemme der Batterie 31 ist über den Impulsgenerator 34 an die Zone 16 und die andere Klemme über einen Strombegrenzungswiderstand 37 an die Zone 17 angeschlossen.

Es sei angenommen, daß der eben erwähnte in Sperrichtung vorgespannte PN-Übergang 27 die Vorrichtung 10 nichtleitend hält und nur einen kleinen Strom in Sperrichtung durch die Sperrschicht 27 fließen läßt. Der zwischen den Zonen 15 und 17 fließende vagabundierende Strom ist ebenfalls klein, und die von der Batterie 32 an die Vorrichtung angelegte Spitzenumkehrspannung beträgt etwa 100 Volt. Da nun der Schalter 36 darstellungsgemäß geschlossen ist, wird durch die Anlegung eines kleinen positiven Impulses von etwa 0,3 Volt, der vom Impulsgenerator 34 geliefert wird, die Vorspannung am PN-Übergang 27 etwa auf Null reduziert und der Transistor 10 leitend gemacht. Der von der Batterie 32 gelieferte Strom fließt durch den Widerstand 35, die Relaiswicklung 33 und den Transistor von Zone 15 nach Zone 17 und zur negativen Klemme der Batterie. Der Widerstand 35 dient als Strombegrenzungswiderstand, und da weder im PNP- noch im NPN-Transistorteil 14 bzw. 20 eine Phasenumkehrung erfolgt, ist die Schaltung regenerativ und bildet plötzlich einen starken Fluß von Sättigungsstrom, z. B. etwa 500 mA, der ausreicht, um die Vorrichtung 10 zu sättigen und das Relais 33 zu betätigen. Es läßt sich eine Schaltzeit von weniger als 1 μβ erreichen. Wegen der erwähnten Regeneration dauert der volle Strom selbst dann fort, wenn der vom Impulsgenerator 34 gelieferte Steuerimpuls endet, weshalb die Schaltung wie eine Thyratronschaltung arbeitet. Die durch die leitende Vorrichtung 10 zwisehen Zone 15 und 17 dargestellte Impedanz ist sehr klein, so daß die im Transistor vernichtete Energie sehr gering ist, wodurch eine lange Lebensdauer des Transistors sichergestellt wird. Der Stromfluß kann

beendet werden durch öffnen des Schalters 36, wodurch der Ausgangskreis der Vorrichtung 10 aufgetrennt wird. Ein Halbleiterbauelement des hier besprochenen Typs kann also im nichtleitenden Zustand durch eine relativ kleine Vorspannung gehalten werden, wobei der vagabundierende Strom sehr klein, die Spitzenumkehrspannung hoch ist. Durch ein kleines Eingangssignal wird das Bauelement abrupt leitend, der dadurch entstehende starke Stromfluß kann zur Speisung von Lasten mit entsprechend hohen Stromstärken ausgenutzt werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Flächenvierzonentransistors, insbesondere mit einer Stromverstärkung größer als Eins und insbesondere für Schaltzwecke, bei dem der Halbleiterkörper eine Zonenfolge von drei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält, die einen ersten Transistor bildet, bei dem auf der einen äußeren Zone des Halbleiterkörpers eine weitere, vierte Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die äußere Zone angebracht ist, die mit den zwei benachbarten Zonen des ersten Transistors einen zweiten Transistor bildet, bei dem der erste Transistor durch geringe Injektionsleistung des Emitters eine Stromverstärkung kleiner als Eins und der zweite Transistor eine höhere Stromverstärkung als der erste Transistor durch eine große Injektionsleistung des Emitters aufweist, und bei dem die Eingangsspannung zwischen der äußeren Zone und der benachbarten Zone des zweiten Transistors angelegt ist und als Ausgangsspannung die Spannung an den beiden äußeren Zonen des Vierzonentransistors verwendet ist, nach Patentanmeldung J 18304VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Zone (12, 13) des ersten Transistors (14) und die äußere Zone (18,19) des zweiten Transistors (20) in je zwei hintereinanderliegende Teilzonen (N_Ä, N₀) unterteilt werden und je eine Teilzone (N#) durch Rekristallisation nach einem Legierungsprozeß und je eine Teilzone (N₀) durch Diffusion gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Rekristallisation nach einem Legierangsprozeß gebildete Teilzone (N^) des ersten Transistors (14) an eine äußere Zone (15) dieses ersten Transistors angebracht wird, welche eine relativ niedrige Dotierung aufweist und als Emitterzone des ersten Transistors (14) dient.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (17) des zweiten Transistors (20) mit einer gegenüber den anderen Zonen hohen Störstellenkonzentration versehen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (14) als PNP-Transistor und der zweite Transistor (20) als NPN-Transistor ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Zone (11) des ersten Transistors (14) mit einer Kontaktelektrode versehen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für den Halbleiterkörper (16) p-leitendes Germanium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 7 Ohm·cm verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem p-leitenden Ausgangsmaterial (16) auf seiner einen Oberflächenseite eine Legierungspille (25) mit einem Gehalt von 90% Blei und 10% Antimon und um diese Pille (25) herum ein Basisring (22) mit einem Gehalt von 98% Blei und 2% Indium aufgesetzt wird, daß auf der anderen Oberflächenseite des Ausgangsmaterials (16), und zwar gegenüber der Legierungspille (25), eine andere Legierungspille (24) mit einem Gehalt von 98,25% Blei und 1,75 % Antimon aufgetragen wird, daß dann das derart mit Legierungspillen (24, 25) und dem Basisring (22) bestückte Ausgangsmaterial (16) etwa 1 Stunde lang einer Temperatur von 750 bis 800° C in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt und danach auf Zimmertemperatur abgekühlt wird, daß sodann der anderen Legierungspille (24) eine Bleilegierungspille (29) mit einem Gehalt von 0,19 μg Gallium aufgesetzt und das so bestückte Ausgangsmaterial etwa 10 Minuten lang einer Temperatur von 700 bis 750° C ausgesetzt und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.

8. Flächenvierzonentransistor, hergestellt nach dem Verfahren einer der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er als Treiberstufe für Relais (33) mit hohem Erregerstrom verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1225 692,

093;
IBM Techn. Discl. Bulletin, Vol. 2, 1959, S. 81

bis

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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