DE1209213B - Unipolartransistor mit einem scheibenfoermigen Halbleiterkoerper und Verfahren zum Herstellen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

W29896VIIIc/21j
28. April 1961
20. Januar 1966

Die Erfindung betrifft einen Unipolartransistor. Derartige Transistoren unterscheiden sich von Bipolartransistoren dadurch, daß im Unipolartransistor der Arbeitsstrom nicht von den Minderheitsladungsträgern, sondern von den Mehrheitsladimgsträgern getragen wird. Die Träger gelangen von einer ohmschen Elektrode in einen stromführenden Kanal, dessen Querschnitt durch in Sperrichtung gepolte nichtohmsche Steuerelektrode!» moduliert werden kann. Über eine weitere ohmsche Elektrode verlassen die Träger den Halbleiterkörper wieder. An den Steuerelektroden bildet sich eine Sperrschicht aus, deren Lage durch die an den Steuerelektroden liegende Spannung verändert werden kann., wodurch sich der Querschnitt des Kanals steuern läßt.

Es sind Unipolartransistoren verschiedener Art bekanntgeworden. Dazu gehören auch Unipolartransistoren mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps, zwei ohmschen Elektroden auf der einen Hauptoberilächenseite und einer dazwischenliegenden nichtohmschen Steuerelektrode, die sich in einer in der gleichen Oberflächenseite angebrachten Rille befindet. Die Rille hat einen etwa V-förmigen Querschnitt. Infolgedessen ist der stromführende Kanal verhältnismäßig lang und nur an einer Stelle stark eingeschnürt. Dadurch sind die Stromverstärkung und das Hochfrcquenzverhalten recht unbefriedigend.

Ähnliches gilt für einen anderen bekannten Unipolartransistor, bei dem die ohmschen Elektroden an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des scheibenförmigen FTalbleiterkörpers angebracht sind, während die Steuerelektrode sich in einer dazwischenliegenden, in einer I-Iaiiptoberflächcnseite angebrachten Rille befindet, deren Seitenflächen senkrecht und deren Bodenfläche parallel zu den beiden Hauptoberflächenseiten des scheibenförmigen Halbleiterkörpers verlaufen. Die Steuerelektrode füllt hierbei nur einen Teil der Bodenfläche der Rille aus. und der Abstand zwischen den beiden ohmschen EIektroden ist erheblich größer als die Rillenbreite, weil diese Elektroden, wie gesagt, an den beiden Stirnseiten des scheibenförmigen Halbleiterkörpers angeordnet sind. Infolgedessen ist hier die Kanallänge ebenfalls recht groß und die Grenzfrequenz des Transistors entsprechend niedrig.

Dies gilt erst recht für die bekannten Unipolartransistoren, bei denen die Steuerelektrode ebenso wie die beiden ohmschen Elektroden unmittelbar auf der einen Hauptoberflächenseite des scheibenförmigen Halbleiterkörpers angeordnet ist. Bei dieser Anordnung läßt sich nur ein schlecht definier-Unipolartransistor mit einem scheibenförmigen
Halbleiterkörper und Verfahren zum Herstellen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh.. Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

John Stelmak,

Janice Lawford, Greensburg, Pa.;

Frank C. Chien, Youngwood, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1960 (26 006)

ter, verhältnismäßig breiter Kanalquerschnitt erzielen.

Die Erfindung betrifft somit einen Unipolartransistor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps, zwei ohmschen Elektroden auf der einen Hauptoberflächenseite und einer dazwischenliegenden nichtohmschen Steuerelektrode, die sich in einer in der gleichen Oberflächenseite angebrachten Rille befindet. Ein solcher Unipolartransistor ist erSndungsgemäß derart ausgebildet, daß die Seitenflächen der Rille senkrecht und ihre Bodenflache parallel zu den beiden Hauptoberflächenseiten des scheibenförmigen Halbleiterkörpers verlaufen, daß der Abstand zwischen den beiden ohmschen Elektroden überall gleich der Rillenbreite ist und daß die Steuerelektrode die sanze Bodenfläche der Rille bedeckt.

Es sei bemerkt, daß ein Transistor bekannt ist. bei dem zwei Elektroden auf der einen Hauptoberflädienseite und eine dazwischenliegende Steuerelektrode in einer in der gleichen Oberflächenseite angebrachten Rille vorhanden sind, wobei die Seitenflächen der Rille senkrecht und ihre Bodenfläche parallel zu den beiden Hauptoberflächenseiten des scheibenförmigen Halbleiterkörpers verlaufen, der Abstand zwischen den beiden auf der Oberfläche.

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angebrachten Elektroden überall gleich der Rillen- der Legierungstiefe bei einer bestimmten Tempe-

breite ist und die Elektrode in der Rille die ganze ratur,

Bodenfläche der Rille bedeckt. Hierbei handelt es F i g. 7 eine stark vergrößerte Seitenansicht eines

sich aber nicht um einen Unipolartransistor, sondern Teils des Körpers nach F i g. 2 im Schnitt,

um einen Flächentransistor, bei dem die drei erwähn- 5 F i g. 8 ein Querschnitt des Körpers nach F i g. 2

ten Elektroden sämtlich nichtohmsche Elektroden nach Anbringung von Legierungsschichten,

darstellen. Der Leitungsmechanismus beruht hierbei F i g. 9 ein Schrägbild eines Ausführungsbeispiels

nicht auf den Mehrheitsladungsträgern, sondern auf des erfindungsgemäßen Unipolartransistors,

den Minderheitsladungsträgern. Dieser Transistor F i g. 10 ein stark vergrößerter Schnitt der Anord-

hat also hinsichtlich der Funktion keine Berührungs- io nung nach F i g. 9 in der Umgebung der Steuerelek-

punkte mit dem erfindungsgemäßen Unipolartran- troden,

sistor. Fig. 11 ein Anschlußschema eines Unipolartran-

Bei dem erfindungsgemäßen Unipolartransistor ist sistors,

der kurze stromführende Kanal zwischen den beiden F i g. 12 ein Schrägbild des Unipolartransistors

ohmschen Elektroden durch den parallel zur Steuer- 15 nach F i g. 9 nach Einbau in einen Sockel und

elektrode verlaufenden pn-übergang und die Schei- F i g. 13 ein Querschnitt einer Abänderung des er-

benrückseite begrenzt, und sein Querschnitt ist auf findungsgemäßen Unipolartransistors,

einer durch die Breite des pn-Übergangs, also der Der erfindungsgemäße Unipolartransistor kann

Rille gegebenen Länge durch die Vorspannung der zur Verstärkung eines Stromes oder zur Schwin-

Steuerelektrode veränderbar. Es ergibt sich auf diese 20 gungserzeugung herangezogen werden. Nachstehend

Weise ein sehr kurzer stromführender Kanal genau wird angenommen, daß er im wesentlichen aus einer

bestimmter Länge, dessen Querschnitt mit geringen Halbleiterscheibe aus n-Silicium besteht. Es könnte

Steuerspannungen beeinflußt werden kann. Je kürzer aber genausogut p-Silicium oder ein HalbleiterkÖr-

aber die Kanallänge, desto höher die Grenzfrequenz per vom n- oder p-Typ aus anderem Werkstoff, z. B.

des Transistors. 25 aus Germanium, Siliciumkarbid oder aus einer Ver-

Auf der Scheibenrückseite ist vorzugsweise in be- bindung von Elementen aus der dritten und fünften kannter Weise eine zweite nichtohmsche Steuerelek- Spalte des Periodischen Systems, herangezogen wertrode angebracht. Wenn beide Steuerelektroden be- den. Zu den halbleitenden Verbindungen gehören triebsmäßig auf dem gleichen Potential liegen, kön- z. B. Galliumarsenid, Galliumantimonid, Indiumnen sie an einer Stirnseite des Halbleiterkörpers zu- 30 antimonid, Galliumphosphid usw.
sammenhängend ausgebildet sein. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Uni-

Der erfindungsgemäße Unipolartransistor wird polartransistors wird eine Scheibe aus einer Stange vorzugsweise derart hergestellt, daß man die Rille geeignet dotierten n-Siliciums, z. B. mit einer Diain den Halbleiterkörper einätzt, eine oder mehrere mantsäge, abgeschnitten. Die Stange, von der die Schichten dotierenden Materials auf den Rillengrund 35 Scheibe abgeschnitten wird, kann in bekannter Weise und/oder die Scheibenrückseite aufdampft und an- hergestellt sein. Die Scheibe kann auch von einem schließend in den Halbleiterkörper einlegiert, um Dendriten aus Halbleitermaterial abgeschnitten werdie Steuerelektrode bzw. die Steuerelektroden her- den. Die Scheibe wird dann geläppt und auf eine bezustellen. Auf diese Weise läßt sich ein sehr dünner stimmte Dicke abgeätzt, beispielsweise auf 0,07 bis Kanal auf verhältnismäßig einfache Weise erzeugen, 40 0,075 mm Dicke. Als Schleifmittel kann Al₂O₃ diewodurch hohe Stromverstärkungen erreicht werden nen, und zum Ätzen kann ein Gemisch von 3 Teilen können. Auch können die ohmschen Elektroden Salpetersäure, 1 Teil Flußsäure und 1 Teil Essigsäure großflächig gemacht werden, wodurch eine Kontak- (jeweils konzentriert) verwendet werden. Nach dem tierung erleichtert wird. Beispielsweise beträgt bei Schleifen und Ätzen wird die Scheibe in einzelne einem erfindungsgemäß hergestellten Unipolartran- 45 Körper zerteilt, die beispielsweise je eine Abmessistor die Kanaldicke, die Dicke des leitenden Kanals sung von 1 · 3 mm haben. Aus diesen Körpern wird unter der Rille zwischen den beiden ohmschen Elek- der Unipolartransistor hergestellt. Ein solcher Körtroden, nicht mehr als 0,025mm ohne Anlegung per 10 ist in Fig. 1 gezeigt. Er hat eine Oberseite einer Vorspannung an die Steuerelektroden, und die 12, eine Unterseite 14 und Stirnseiten 16 und 18.
effektive Kanallänge, d. h. die Rillenbreite, beträgt 50 Gemäß Fig. 2 wird die Oberseite 12 des Körpers nicht mehr als 0,125 mm. 10 weiter abgeätzt, um auf eine Dicke von z.B.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich 0,065 mm zu kommen. Dann wird eine Rille 20 in

aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele den Körper eingeätzt. Diese Rille hat z. B. eine Tiefe

an Hand der Zeichnung. Hierin ist von 0,025 mm und eine Breite von 0,125 mm. Dem-

F i g. 1 ein Schrägbild eines Halbleiterkörpers aus 55 gemäß hat der Körper 10 unter der Rille 20 noch

η-Silizium, der zur Herstellung eines erfindungs- eine Dicke von etwa 0,04 mm. Ferner wird der Rand

gemäßen Unipolartransistors geeignet ist, 18 abgeätzt, so daß er bei 19 spitz zuläuft. Der

F i g. 2 ein Schrägbild des scheibenförmigen Kör- Zweck dieser Maßnahme wird später erläutert,

pers nach Fig. 1 nach Bearbeitung, Nun wird der Körper 10 in ein Schiffchen aus

Fig. 3 ein Querschnitt des Körpers nach Fig. 2 60 inertem Stoff, z.B. Graphit oder Molybdän, ge-

nach weiterer Bearbeitung, bracht, mit einer entsprechenden Abdeckung ver-

F i g. 4 ein Schrägbild des Unterteils einer zur sehen und in eine Hochvakuumaufdampfvorrichtung Herstellung eines Unipolartransistors gemäß der Er- eingesetzt. Dort wird gemäß F i g. 3 eine als Steuernndung geeigneten Lehre, elektrode dienende Schicht 22 aus p-Material, z. B.

F i g. 5 ein Schrägbild des Oberteils dieser Lehre, 65 Aluminium, allein innerhalb der Rille aufgedampft.

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung Ein Vakuum von 10-* bis 10-⁸mm Hg wurde als

zwischen der Menge des auf der Oberfläche einer ausreichend gefunden. Nach dem Aufdampfen der

Siliciumscheibe niedergeschlagenen Aluminiums und Schicht 22 in der Rille 20 wird der Körper umge-

dreht und eine ebenfalls als Steuerelektrode dienende Schicht 24 aus dotierendem Material vom p-Typ auf der Unterseite 14 des Körpers 10 so parallel wie möglich zu der Schicht 22 niedergeschlagen.

Die p-Schichten 22 und 24 können aus den bekannten Stoffen, z. E. Bor. Indium oder Aluminium, bestehen. Da jedoch die Vakuumverdampfung von Bor eine höhere Temperatur als Aluminium erfordert und da Aluminium sich mit Silicium weit leichter als mit Indium legiert, wird Aluminium vorgezogen. Wenn Aluminium verwendet wird, so wird das Schiffchen, das den Siliciumkörper enthält, auf einer Temperatur von etwa 500^r C, aber nicht über 577° C, gehalten, da die letztere Temperatur die eutektische Temperatur von Aluminium und Silicium darstellt. Während des Aufdampfens findet also keine Legierung statt. Ähnlich wird bei der Verwendung anderer Dotierungsmittel vorgegangen.

Das Aufdampfen von Aluminium oder einem anderen Dotierungsmittel vom p-Typ erfordert zwei getrennte Schritte, da jeweils nur eine Schicht niedergeschlagen werden kann. Durch Verwendung dieses Verfahrens und einer nachstehend beschriebenen Vorrichtung ist es möglich. Schichten in Streifenform mit einer Breite von nur 0.01 mm niederzuschlagen. Da diese p-Schichten nachher die Steuerelektroden bilden und die Breite der Schichten die Länge der Steuerelektroden und damit die effektive Kanallänge bestimmt, ist die genaue Einhaltung der Breite der niedergeschlagenen Schichten von äußerster Wichtigkeit.

In F i g. 4 ist ein Schiffchen 30 aus Graphit dargestellt, das zum Aufdampfen gemäß der Erfindung geeignet ist. Das Schiffchen besteht aus einem Mittelteil 32 und Ansätzen 34 und 36, die zur Halterung dienen. Auf dem Mittelteil 32 befindet sich eine Nut 38, in die mehrere Körper 10 eingesetzt werden können, wobei ihre Rillen 20 parallel zur Nut 38 verlaufen.

In Fig. 5 ist eine Maske 40 dargestellt, die z. B. aus rostfreiem Stahl besteht und genau auf den Mittelteil 32 des Schiffchens paßt. Die Breite der auf dem Körper 10 niedergeschlagenen p-Schicht wird durch den Schlitz 42 bestimmt. Die Breite dieses Schlitzes ist stark übertrieben, da in Wirklichkeit die Schlitzbreite nur etwa 0,025 mm beträgt. Die Maske 40 wird so auf das Schiffchen 32 aufgesetzt, daß der Schlitz 42 sich unmittelbar über den Rillen 20 befindet.

Nach dem Aufdampfen der beiden Aluminiumschichten 22 und 24 werden diese in einem mit Wasserstoff gespülten Widerstandsofen in das Silicium einlegiert. Die Temperatur, bei welcher der Legierungsvorgang ausgeführt wird, hängt von der aufgedampften Aluminiummenge und der gewünschten Eindringtiefe ab. Diese Beziehung ist graphisch in F i g. 6 gezeigt. Da die Legierungstiefe den Querschnitt des Kanals bestimmt, muß dieser Schritt mit großer Sorgfalt ausgeführt werden. Bei einem Körper der angegebenen Art, bei dem der Abstand vom Grund der Rille 20 zur Unterseite 14 des Körpers 0,04 mm beträgt und beide Aluminiumschichten nach dem Aufdampfen eine Dicke von 12 Mikron haben, wurden sehr günstige Ergebnisse erzielt, wenn der Legierungsvorgang bei etwa 950° C während einer Zeitdauer von ¹Ai bis 2 Stunden oder noch mehr ausgeführt wurde. Die Temperatur kann in gewissem Ausmaß geändert werden. Diese Bedingungen ergeben eine Eindringtiefe in den Kristall von 0,01 mm von oben und unten. So ergibt sich eine Kanalbreite von 0,02 mm für den Teil des Halbleiters zwischen den mit Aluminium dotierten Stellen.

Durch Ausführung des Legierens in der reduzierenden Wasserstoffatmosphäre wird jede Oxydation des Aluminiums und des Siliciums verhindert, so daß die gesamte Aluminiummenge zum Legieren zur

ίο Verfügung steht, ohne daß ein hindernder SiO₀-FiIm gebildet wird. Reines Argon oder Helium können ebenfalls als Schutzgas verwendet werden, da sie ebenfalls eine Oxydation verhindern. Ferner verhindert der Wasserstoff eine seitliche Ausbreitung des Aluminiums während des Verschmelzen^. Hierdurch bleibt die Länge der Steuerelektrode konstant, und es wird ein plötzlicher pn-übergang gebildet.

Wie aus F i g. 7 hervorgeht, legieren sich die Aluminiumschichten 22 und 24 in den Halbleiter vom η-Typ ein, so daß sich pn-Übergänge 50 und 52 bilden. Während des Legierens dringen die beiden Aluminiumschichten 22 und 24 so weit in das verjüngte Ende 19 des Körpers ein. daß die pn-Übergänge 50 und 52 eine zusammenhängende Sperrschicht bilden, die sich auf drei Oberflächen des Körpers in bestimmter Tiefe unterhalb der Oberfläche erstreckt. Nach dem Legieren der Aluminiumschichten wird die Oberseite des Körpers 10 mit einem Ätzmittel gereinigt, das aus 3 Teilen Salpetersäure und 1 Teil Flußsäure besteht, in entionisiertem V/asser gespült und in Aceton getrocknet. Dieser Ätzvorgang dient zur Entfernung aller Oxyd- und Oberflächenschichten, die eine hohe Leitfähigkeit hervorrufen könnten. Gemäß F i g. 8 werden dann ohmsche Elektroden 60 und 62 längs der Oberkanten der Rille 20 an die Oberseite 12 des Körpers 10 angeschmolzen. Die Elektroden 60 und 62 können sich vom Ende 16 bis zum Ende 19 des Körpers erstrecken.

Die ohmschen Elektroden 60 und 62 können aus mindestens einem Material vom η-Typ bestehen, z. B. aus Antimon, Arsen oder Phosphor. Sie können aber auch aus einer Legierung eines neutralen Metalls, z. B. Gold und mindestens einem Material vom η-Typ bestehen. Als besonders günstig hat sich eine Legierung aus 99,5% Gold und 0,5 % Antimon erwiesen. Die ohmsche Elektrode vom η-Typ bildet mit dem Halbleiter vom η-Typ einen nn+-Übergang und verhindert das Einwandern von Löchern in den Siliciumkörper.

Es wurde gefunden, daß beim Betrieb einer Diode oder eines Transistors mit einem solchen nn⁺-Übergang die an die ganze Anordnung angelegte Spannung nur einen sehr kleinen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung an dem betreffenden Übergang erzeugt. So bleibt die Löcherkonzentration sehr gering, da sie nur wenig von der Gleichgewichtskonzentration im n+-Bereich abweicht. Der Strom am nn+-Übergang ist also fast ausschließlich ein Elektronenstrom, so daß eine Löchereinwanderung von der Grenzfläche zwischen Metall und Halbleiter nicht stattfinden kann. Die Elektroden 60 und 62 können wahlweise mit einer positiven bzw. negativen Klemme verbunden werden, je nach der gewünschten Spannungsrichtimg.

Der fertige Unipolartransistor kann wieder mit einer Ätzlösung geätzt werden, die aus 3 Volumteilen Salpetersäure, 1 Teil Flußsäure und 1 Teil Essigsäure besteht, um jede Oberflächenverunreinigung oder

sonstige Veränderung zu beseitigen, die den Betrieb zug 207, z. B. aus Kupfer, um die Anbringung von ungünstig beeinflussen könnte. Anschlüssen zu erleichtern. In der Oberseite 205 des In Fig. 9 ist ein Unipolartransistor 100 dar- Keramikstücks 206 befindet sich eine Nut, die den gestellt, der erfindungsgemäß hergestellt wurde. Er ganzen Metallüberzug 207 durchzieht, so daß die besteht aus einem Körper 110 aus n-Silicium, auf 5 ohmschen Elektroden elektrisch voneinander getrennt dessen Oberseite 112 sich eine Rille befindet, die sich sind. Die Anschlußdrähte 208, 210 und 212 gehen über die ganze Länge des Körpers erstreckt. In der von der Steuerelektrode, bestehend aus den beiden am Rille ist eine Steuerelektrode vom p-Typ 122 ange- Ende des Halbleiterkörpers verbundenen Teilen 122 bracht. Eine zweite Steuerelektrode 124 vom p-Typ und 124, und dem ohmschen Elektroden zu den befindet sich auf der Unterseite 114 des η-Körpers io Durchführungen 214, 216 und 218 und dann durch 110, wobei beide Steuerelektroden mit dem η-Halb- den Glasteil 220 zu den äußeren Anschlüssen 222, leiter 110 legiert sind. 224 und 226. Die Anschlüsse der ohmschen Elek-Es bestehen also zwei pn-Ubergänge 123 und 125 troden sind an den entsprechenden Teilen des Mezwischen den Steuerelektroden 122 und 124 vom tallüberzugs des Isolierstücks 206 angebracht. Die p-Typ und dem n-Körper 110. Die zweite Steuer- 15 Anordnung kann mit einem Kunstharz, z. B. PoIyelektrode 124 befindet sich direkt unterhalb der esterharz oder Epoxyharz, überzogen werden. Dann ersten Steuerelektrode 122. Der Abstand zwischen wird eine nicht dargestellte Kappe auf die Scheibe dem pn-übergang 123 und dem pn-übergang 125, 202 aufgesetzt und mit ihr durch Schweißen, Löten d. h. die Kanaldicke, beträgt weniger als 0,025 mm. od. dgl. dicht verbunden.

Die Breite der Elektroden 122 und 124, d. h. die Ka- 20 Nachstehend wird ein Beispiel für die Herstellung

nallänge, beträgt weniger als 0,125 mm. Bei der Her- eines erfindungsgemäßen Unipolartransistors ge-

stellung des erfindungsgemäßen Unipolartransistors geben.

ist es möglich, eine Kanaldicke von weniger als Eine 0,3 mm dicke Scheibe wurde aus einem Ein-

0,025 mm zu erzielen, da erfindungsgemäß die Rille kristallstab von n-Silicium mit einem spezifischen

eingeätzt ist, die einen Niederschlag von außer- 25 Widerstand von 12 Ohm cm ausgeschnitten. Die

ordentlich nahe beisammenliegenden Dotierungs- Scheibe wurde auf beiden Seiten mit Al₂O₃ auf eine

stoffen möglich macht und so eine genaue Kontrolle Dicke von 0,15 mm abgeschliffen. Dann wurde sie

der pn-Übergänge gestattet. Die Kanallänge kann auf mit einem Ätzmittel geätzt, das aus 3 Teilen SaI-

weniger als 0,125 mm beschränkt werden, weil die petersäure, 1 Teil Flußsäure und 1 Teil Essigsäure

Breite der Steuerelektroden durch das Aufdampfen 30 bestand, bis sie eine Dicke von 0,07 mm hatte. Nun

unter Verwendung einer Maske äußerst genau be- wurde sie in mehrere rechteckige scheibenförmige

stimmt werden kann. Die ohmschen Elektroden 160 Körper von den Abmessungen 1,2 ■ 3 mm zerteilt,

und 162 sind längs der Oberkanten der Rille an die Vier dieser Körper wurden ausgewählt und gleich-

Oberseite des Körpers 110 angeschmolzen. zeitig in folgender Weise weiterbehandelt.

In Fig. 10 ist schematisch ein stark vergrößerter 35 Die Körper wurden auf einer Seite abgeschliffen, Querschnitt eines erfindungsgemäßen Unipolartransi- bis sie eine Dicke von 0,06 mm hatten. Dann wurde stors gezeigt. Die Mehrheitsträger werden von der eine Rille von 0,02 mm Tiefe in jeden Körper einlinken Elektrode eingeführt und strömen durch den geätzt. Ferner wurde der eine Rand jedes Körpers Kanal zur rechten Elektrode. An die Steuerelektro- wie in F i g. 2 spitz zulaufend abgeätzt,
den wird eine Sperrspannung angelegt, so daß sich 40 Unter Verwendung eines Graphitschiffchens und eine Verarmungszone im oberen und unteren Teil des einer Stahlmaske gemäß F i g. 4 und 5 wurden Alu-Kanals ergibt. Die Eindringtiefe der Verarmungs- miniumschichten von 0,012 mm Breite und 0,012 mm zonen in den Kanal wird durch die Größe der Sperr- Dicke zuerst in die Längsrille jedes Körpers in der spannung bestimmt, die damit den Querschnitt des Mitte niedergeschlagen und dann auf der gegenüber-Kanals steuert, durch welchen die Mehrheitsträger 45 liegenden Oberfläche des Körpers direkt unterhalb durchgehen. des Niederschlags der Rille aufgebracht. Die Auf-Aus den in Fig. 11 angegebenen Polaritäten ist dampfung geschah in einem Vakuum von ersichtlich, daß die Sperrspannung an der Abflußseite 5 · 10~^e mm Hg. Die Aluminiumdampfquelle hatte des Kanals stets größer als an der Zuflußseite ist, eine Temperatur von 875° C, während das Graphitweshalb der Querschnitt des Kanals an der Abfluß- 50 schiffchen mit den Körpern eine Temperatur von seite kleiner als an der Zuflußseite ist. Da erfin- 500° C aufwies.

dungsgemäß die Kanaldicke bereits ohne Anlegung Die Aluminiumschichten wurden dann geschmol-

einer Steuerspannung fabrikationsmäßig weniger als zen und mit dem Silicium bei 995° C 2 Stunden lang

0,025 mm beträgt, ermöglicht die Anlegung einer in einem mit Wasserstoff gespülten Widerstandsofen

starken Sperrspannung, durch die der Kanalquer- 55 legiert. Jede Aluminiumschicht war dann 0,0096 mm

schnitt noch stärker verringert wird, außerordentlich tief in das Silicium eingedrungen. Die Körper wurden

hohe Stromverstärkungen. nun in einem Gemisch von Flußsäure und Salpeter-

In Fig. 12 ist gezeigt, wie der Unipolartransistor säure gereinigt, in entionisiertem Wasser gespült und

100 aus Fig. 9 auf einen Sockel 209 montiert ist. in Aceton getrocknet.

Der Sockel 209 besteht aus einer Metallscheibe 202, 60 Folien von 0,01 bis 0,025 mm Dicke, die aus

die z.B. aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder Legie- 99,5% Gold und 0,5°/o Antimon bestanden, wurden

rungen derselben besteht, und einem Fuß 204. Die dann auf die Oberseite jedes Körpers längs beider

Oberseite des Unipolartransistors 100 ist an die Ober- Kanten der Rille aufgelegt. Die Folien wurden bei

seite 205 eines Isolierteils angelötet, der z. B. aus etwa 700° C mit dem Körper verschmolzen. Dann

anodisch oxydiertem Aluminium oder einem Kera- 65 wurden die Halbleiter mit einem Gemisch von SaI-

mikblock 206 besteht. Dieser ist seinerseits an die petersäure, Flußsäure und Essigsäure geätzt, um alle

Scheibe 202 angelötet. Die Oberseite 205 des kera- Oberflächenverunreinigungen zu entfernen, in entmischen Zwischenstücks 206 hat einen Metallüber- ionisiertem Wasser gewaschen und mit Aceton ge-

trocknet. Schließlich wurden sie auf Sockeln gemäß Fig. 12 montiert.

Die so hergestellten Unipolartransistoren hatten eine ausgezeichnete Stromverstärkung von z. B. 2 und mehr und ein gutes Frequenzverhalten, da sie noch bei 30 MHz und mehr zum Schwingen gebracht werden könnten. Sie hatten eine Kanallänge von etwa 0,013 mm und eine Kanalbreite von etwa 0,02 mm.

Die Erfindung ist auch auf andere Arten von Unipolartransistoren anwendbar. So ist z.B. in Fig. 13 ein Unipolartransistor 300 von kreisförmiger Gestalt gezeigt, der erfindungsgemäß hergestellt ist. Hierbei ist eine ringförmige ohmsche Elektrode 360 um eine scheibenförmige ohmsche Elektrode 362 angeordnet. Die obere Steuerelektrode 322 ist ebenfalls ringförmig und befindet sich zwischen den Elektroden 360 und 362 in einer Rille, während die untere Steuerelektrode 324 sich an der Unterseite des Halbleiterkörpers befindet. Durch Anordnung der oberen Steuerelektrode in einer Rille ist der Abstand 2 a zwischen den beiden Steuerelektroden 322 und 324 und damit der Kanalquerschnitt verringert.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Unipolartransistor mit einem scheibenförmigen Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps, zwei ohmschen Elektroden auf der einen Hauptoberflächenseite und einer dazwischenliegenden nichtohmschen Steuerelektrode, die sich in einer in der gleichen Oberflächenseite angebrachten Rille befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der Rille (20) senkrecht und ihre Bodenfläche parallel zu den beiden Hauptoberflächenseiten des scheibenförmigen Halbleiterkörpers verlaufen, daß der Abstand zwischen den beiden ohmschen Elektroden (60, 62) überall gleich der Rillenbreite ist und daß die Steuerelektrode (22) die ganze Bodenfläche der Rille bedeckt.

2. Unipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite nichtohmsche Steuerelektrode (24) an der anderen Hauptoberflächenseite (14) angebracht ist.

3. Unipolartransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper rechteckige Gestalt hat und daß die Rille in Richtung der Rechtecklangseite verläuft.

4. Unipolartransistor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerelektrode einen langgestreckten Streifen bildet, dessen Fläche gleich derjenigen der ersten Steuerelektrode ist.

5. Unipolartransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper kreisförmige Gestalt hat und daß die Rille ringförmig verläuft.

6. Unipolartransistor nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerelektrode (324) sich über die ganze Fläche der anderen Hauptoberflächenseite erstreckt.

7. Unipolartransistor nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerelektroden betriebsmäßig auf dem gleichen Potential liegen.

8. Unipolartransistor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuerelektroden über eine Seitenfläche zusammenhängend (bei 19) ausgebildet sind.

9. Unipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des leitenden Kanals unter der Rille nicht mehr als 0,025 mm und daß die effektive Länge des leitenden Kanals, d. h. die Rollenbreite, nicht mehr als 0,125 mm beträgt.

10. Verfahren zum Herstellen eines Unipolartransistors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille in den Halbleiterkörper eingeätzt wird und daß eine oder mehrere Schichten dotierenden Materials auf den Rillengrund und/oder die andere Hauptoberflächenseite aufgedampft und anschließend in den Halbleiterkörper einlegiert werden, um die Steuerelektroden herzustellen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 966 849;
deutsche Patentanmeldung ρ 44275 D VIIIc/21g (bekanntgemacht am 8.11.1951);

französische Patentschriften Nr. 1195 298,
880,1202426;

französische Zusatzpatentschrift Nr. 69 676, (Zusatz zur französischen Patentschrift Nr. 1034 265); USA.-Patentschriften Nr. 1900 018, 2 805 347;
britische Patentschrift Nr. 820 252.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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