DE1226229B - Emitteranordnung fuer elektronische Festkoerperbauelemente und elektronisches Festkoerperbauelement - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIs

Deutsche Kl.: 21g-41/00

Nummer: 1226 229

Aktenzeichen: P 32095 VIII c/21 _ä

Anmeldetag: 28. Juni 1963

Auslegetag: 6. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft eine Emitteranordnung für elektronische Festkörperbauelemente zur Injektion von Elementarladungsträgem mit einer Schicht aus normalerweise isolierendem Material mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen zehn Ängström und mit Metallkontakten zum Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen beiden Seiten der Isolierschicht, sowie ein Festkörperbauelement mit einer solchen Emitteranordnung.

Emitteranordnungen der obengenannten Art sind bereits bekannt. Diese bekannten Anordnungen bestehen aus zwei Aluminiümschichten, zwischen denen eine dünne Oxydschicht, z. B. aus Aluminiumoxyd, angeordnet ist. Bei Anlegen eines ausreichend hohen elektrischen Potentials an die beiden Aluminiumschichten tritt ein Tunnelstrom auf, der, wenn man die zweite Aluminiumschicht außerordentlich dünn macht, in der Lage ist, diese Aluminiumschicht zu durchdringen. Eine solche Anordnung bildet einen Emitter, der in Elektronenröhren ,als Kathode Verwendung finden oder auch durch eine weitere Isolierstoffschicht und eine dritte Metallschicht zu einer Triode ergänzt werden kann.

Es ist auch die Anwendung einer solchen Emitteranordnung im Zusammenhang mit einem Halbleiterkörper bekannt. Hierbei sind auf einen Germaniumträgerkörper eine Aluminiumbasisschicht und hierüber sich überlappende Schichten aus Aluminiumoxyd und Aluminium angeordnet. Man hat bereits eine Verstärkervorrichtung von dieser Art vorgeschlagen, bei welcher ein Tunnelelektronenemitter zur Injektion von Elementarladungsträgem in eine Metallbasis Anwendung findet. Dabei besteht nach einer Ausführungsform dieser Emitter aus einem dünnen isolierenden Film, der im typischen Fall eine Dicke von etwa 20 A besitzt, aus einer Metallbasis der genannten Art sowie .aus einem leitenden Emitterkontakt mit dem isolierenden Film an einer der Metallbasis gegenüberliegenden Stelle. Indem man die Metallbasis positiv gegenüber dem leitenden Emitterkontakt macht, erreicht man, daß energiereiche Elektronen aus dem Emitterkontakt im Wege des quantenmechanischen Tunneleffektes durch den dünnen Isolierfilm hindurch zu der Metallbasis fließen. Wenn als Basis eine dünne Metallschicht verwendet wird, welche mit einem darunter befindlichen Träger aus einem Halbleitermaterial eine Potentialschwelle bildet, dringen die emittierten energiereichen Elektronen durch das dünne Basismetall hindurch und fließen über die Potentialschwelle in den Halbleiter. Mit Hilfe eines positiven Potentials, welches an einem anderen Metallkontakt an dem Halbleiterkörper angelegt wird, werden diese Emitteranordnung für elektronische
Festkörperbauelemente und elektronisches
Festkörperbauelement

Anmelder:

Philco Corporation (Delaware),

Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Walter Witt, Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. Juni 1962 (206 499) - -

Elektronen gesammelt. Schließt man an den Kollektorkontakt einen entsprechenden Verbraucherkreis an, so treten elektrische Signale, die zwischen dem Emitterkontakt und der Metallbasisschicht angelegt werden, in verstärkter Form an dem Kollektorkontakt auf. Der Einfachheit halber wird eine Vorrichtung dieses Typs mit dünnem Film in der folgenden Beschreibung als »Grenzflächenanordnung« bezeichnet, da bei ihr im Betrieb Strom durch die" Grenzflächenbereiche des Emitterkontakts, des dünnen Isolierfilms, der Metallbasis und des Halbleiters hindurchfließt.

Es ist ferner noch ein anderer Typ einer Festkörper-Verstärkeranordnung unter Verwendung eines dünnen Isolierfilms zwischen zwei leitenden Körpern vorgeschlagen worden. Bei dieser Anordnung sind die beiden leitenden Körper vorzugsweise aus Metall und liegen beide auf einem gemeinsamen Träger auf, vorzugsweise einem Halbleiterkörper, in welchem sich eine Sperrschicht für den Stromfluß unter jedem der beiden Metallkörper bildet. Die beiden Metallkörper werden in Richtung entlang der Oberfläche des Trägers durch einen Isolierfilm in Abstand voneinander gehalten, dessen Dicke klein im Vergleich zur Dicke der genannten Sperrschicht ist und vorzugsweise in der Größenordnung von einigen zehn Ängström liegt; dieser Isolierfilm soll eine direkte Leitung zwischen den beiden Metallkörpern verhindern. Zum Betrieb der Anordnung werden an die beiden Metallkörper solche Potentiale angelegt, daß die Sperrschicht in

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dem Träger an der Kante eines der Metallkörper an nichtmetallischen Material, eine Metallbasisschicht

dem Isolierfilm zusammenbricht, wodurch eine Elek- auf dem Kollektormaterial, eine Schicht aus einem

tronenemission aus dem Metallkörper in den Träger auf dem Basismetall in situ gewachsenen Oxyd,

hinein ermöglicht wird. Diese emittierten Elektronen welche eine Dicke in der Größenordnung von einigen

werden von einem weiteren, elektrisch vorgespannten 5 ■ zehn Angström besitzt und das Basismetall überdeckt,

Kontakt an dem Träger aufgesammelt. Diese Art von eine auf die genannte Metallbasisschicht begrenzte

Anordnung wird ha folgenden als »Kaminanordnung« Kadmiumsulfidschicht sowie einen leitenden Kontakt

bezeichnet, da der Stromfluß und die Steuerwirkung an der Kadmiumsulfidschicht gegenüber der Basis-

an den Kanten bzw. Rändern der Metallkörper und metallschicht -aufweist,

des Isolierfilms hervorgerufen werden. io Bei Anwendung in einer Anordnung vom »Kanten-

Da sowohl die »Grenzflächenanordnung« als auch typ« kann die Anordnung gemäß der Erfindung fol-

die »Kantenanordnung« auf der Herstellung eines zu- gende Teile haben: eine Metallschicht auf einem

verlässig isolierenden Films mit einer Dicke in der nichtmetallischen Träger, ein auf dem Metall in situ

■Größenordnung von nur einigen zehn Angström zwi- gewachsenes Oxyd dieses Metalls mit einer Dicke in

sehen zwei leitenden Körpern beruhen und da die 15 der Größenordnung von einigen zehn Angström auf

Betriebseigenschaften, und die Lebensdauer beider dieser Metallschicht, eine sich über den Umfangs-

Arten von Anordnungen ganz erheblich mit Ände- bereich der Metallschicht und bis auf den angrenzen-

rungen der genauen Abmessungen und der Art des den Teil des nichtmetallischen Trägers erstreckende

Films schwanken, bereitet die Herstellung von An- Kadmiumsulfidschicht sowie einen leitenden Kontakt

Ordnungen dieser beiden Typen mit reproduzierbaren 20 mit der Außenseite der Kadmiumsuifidschicht, und

und über längere Zeiträume im wesentlichen gleich- zwar mit dem Teil der Kadmiumsulfidschicht, welcher

bleibenden elektrischen Eigenschaften Schwierig- den erwähnten Unifangsbereich der Metallschicht

keiten. überdeckt. Vorzugsweise dient der leitende Kontakt

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Auf- als Bmitteranschluß und wird negativ bezüglich der gäbe zugrunde, Emitteranordnungen der eingangs ge- 25 Metallschicht gemacht, die ihrerseits als Basisanschlüß nannten Art zu verbessern. Vor allem sollen die Re- der Anordnung dient. Jedoch läßt sich auch bei Verproduzierbarkeit und die Konstanz der elektrischen Wendung des leitenden Kontakts als Basisanschluß Eigenschaften und die Lebensdauer solcher Vorrich- und der Metallschicht als Emitter eine Verstärkertungen verbessert werden. wirkung in einer derartigen Anordnung erzielen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenig- 30 VerwendetmaninderärtigeneinendünnenFilmauf-

stens ein Teil der einen Seite der Isolierschicht mit weisenden Anordnungen entsprechend der Erfindung

einer Kadmiumsulfidschicht bedeckt ist und der auf eine Kadmiumsulfidschicht, so hat sich ergeben, daß

dieser Seite der Isolierschicht befindliche Metallkon- die Anordnungen dadurch insgesamt und allgemein

takt an einem im Abstand von der Isolierschicht be- elektrisch stabiler als ohne eine derartige Kadmium-

findlichen Teil der Kadmiumsulfidschicht angeord- 35 sulfidschicht sind; eine Anordnung dieser Art behält

net ist, ihre elektrischen Eigenschaften über lange Zeiten.

Es sei erwähnt, daß die Verwendung von Kadmium- Ferner traten bei bekannten Anordnungen dieser Art sulfid als Halbleitermaterial auch in Form von Schich- in manchen Fällen anomale Kennlinien auf, so daß ten an sich bekannt ist. Hierdurch wird jedoch die außerordentlich hohe Spannungen zum Betrieb anvorliegende Erfindung nicht berührt. 40 gelegt werden mußten; durch Verwendung des Auf-

Vorzugsweise dient als isolierender Film ein auf baues mit einer Kadmiumsulfidschicht wird das Auf-

einem Unterlagemetall erzeugter Oxydüberzug. treten derartiger anomaler Exemplare der Anordnun-

Beim Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen gen weitgehend verringert. Außerdem gestattet der den beiden leitenden Kontakten kann eine Teilchen- Aufbau gemäß der Erfindung die gleichzeitige Heremission aus einem der leitenden Kontakte durch 45 stellung einer großen Zahl derartiger Anordnungen, den isolierenden Film hindurch in ein anderes, par- welche im "wesentlichen identische elektrische Eigenallel zu dem isolierenden Film angeordnetes Material schäften zeigen, im Gegensatz zu den wesentlichen hinein hervorgerufen werden. Unterschieden und Schwankungen in den elektrischen

Bei Ausführung in Form eines mit einem dünnen Eigenschaften von Anordnung zu Anordnung, wie

Film arbeitenden Festkörperbauelementes vom »Kan- 50 sie selbst bei gleichzeitig hergestellten Anordnungen

tentyp« oder vom »Grenzflächentyp« ist gemäß der nach dem Stande der Technik häufig beobachtet

Erfindung vorgesehen, daß bei den bisher vorgeschla- wurden.

genen Bauarten dieser Anordnung zusätzlich eine Die Anordnung nachher Erfindung wird an einigen Schicht aus Kadmiumsulfid unterhalb demjenigen Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung erleitenden Kontakt vorgesehen wird, der normalerweise 55 läutert; in dieser zeigen

unmittelbar an der Außenseite des dünnen isolieren- F i g. 1, 2 A, 3, 4 und 5 A in Schnittansicht und

den Films liegt und der sich im Fall der »Kanten- Fig. 2B und 5B in Draufsicht eine Anordnung

anordnung« auch auf den Träger angrenzend an den gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in ver-

Fikn erstreckt. Das Kadmiumsulfid trennt daher den schiedenen Stadien während der Herstellung,

genannten leitenden Kontakt von dem übrigen Teil 60 F i g. 6 eine graphische Darstellung bestimmter

des Aufbaues. Die Bauelemente besitzen dann auf- elektrischer Kennlinien einer Anordnung gemäß der

einanderfolgende Schichten aus Metall, dem isolie- Erfindung,

renden Film, Kadmiumsulfid und einen leitenden F i g. 7 ein Schaltschema einer Schaltung mit einer

Kontakt. Anordnung gemäß der Erfindung,

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist bei 65 Fig. 8 eine graphische Darstellung bestimmter

Anwendung in einer Anordnung vom »Grenzflächen- Eigenschaften einer Anordnung gemäß der Erfindung,

typ« gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der voll- Fig. 9A und 9B in Schnitt- bzw. in Draufsicht

ständige Aufbau einen Kollektorbereich aus einem eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 eine graphische Darstellung elektrischer Kennlinien für die Anordnung gemäß den F i g. 9 A und 9 B,

Fig. 11 und 12 weitere Ausführungsformen einer Anordnung gemäß der Erfindung.

Im folgenden wird nun an Hand der F i g. 1 bis 5 B, die im einzelnen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind und in welchen entsprechende Teile jeweils mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet sind, die Herstellung einer Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung beschrieben; man geht dabei von einem Plättchen 10 aus N-Germanium aus, an dessen Unterseite ein metallischer Anschluß 12 ohmisch angelötet ist, der als Kollektorkontakt der Anordnung dient. Im typischen Fall besitzt das Plättchenmaterial einen spezifischen Widerstand von 1 Ohmzentimeter, eine Dicke von etwa 127 Mikron und ist allgemein von der in Transistoranordnungen übiichen Art. Zur Vorbereitung für die weitere Behandlung wird das Plättchen vorzugsweise geätzt, mit entionisiertem Wasser gespült und getrocknet.

Wie aus den Fi g. 2 A und 2 B ersichtlich, wird auf der Oberseite des Plättchens 10 eine Metallschicht 14 beliebiger Form, im gezeigten Fall kreisförmig, aufgebracht, derart, daß sie mit dem Germanium eine gleichrichtende Oberflächengrenzschicht 15 bildet. Vorzugsweise wird für diese Schicht Aluminium verwendet, obzwar selbstverständlich auch andere Metalle, wie beispielsweise Gold, Anwendung finden können. Diese Aluminramschicht hat vorzugsweise eine Dicke in der Größenordnung von 100 bis 400 Ä, derart, daß sie für energiereiche Elektronen durchlässig ist; sie kann beispielsweise durch Aufdampfen in der Vakuumkammer mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 A Dicke je Sekunde mittels einer geeigneten schnellen Verschluß- und Maskiervorrichtung hergestellt werden. Das Vakuum für diesen Aufdampfprozeß kann beispielsweise in der Größenordnung von 10~⁵ bis 10~⁶ mm Hg gewählt werden; ein typischer Wert für den Durchmesser der Aluminiumschicht 14 ist beispielsweise 1540 Mikron.

Nach diesem Verfahrensschritt der Aufdampfung läßt man das Plättchen und die Aluminiumschicht sich abkühlen; sodann läßt man Luft von Zimmertemperatur (etwa 25⁰C) in die Vakuumkammer während einer Zeitdauer von 2 bis 12 Stunden eintreten, um auf der gesamten frei liegenden Oberfläche der Aluminiumschicht 14 eine Aluminiumoxydschicht 16 von etwa 20 A Dicke zu erzeugen, wie dies in F i g. 3 angedeutet ist.

Wie in F i g. 4 gezeigt, wird sodann auf der Oxydschicht 16 eine dünne Schicht 18 aus Kadmiumsulfid erzeugt. Vorzugsweise ist die Kadmiumsulfidschicht kreisförmig konzentrisch mit der Aluminiumschicht 14; beispielsweise kann sie einen Durchmesser von etwa 1270 Mikron haben, derart, daß sie ausschließlich auf die Oxydschicht beschränkt ist und vom Umfang der Oxydschicht einen hinreichenden Abstand hält, um jegliche elektrische Oberflächenkriechstromprobleme am Rand zu vermeiden. Im typischen Fall hat die Kadmiumsulfidschichtie eine Dicke von etwa 1 Mikron, wenngleich Dicken im Bereich von einigen zehntel Mikron bis mehreren Mikron sich als in gleicher Weise geeignet erwiesen haben; die Kadmiumsulfidschicht 18 kann beispielsweise in der Weise hergestellt werden, daß man hochreines Kadmiumsulfid bei etwa 760° C etwa 1 Stunde lang in einem Vakuum von 10~⁶ bis 10~⁶ mm Hg aufdampft. Vorzugsweise findet hierfür nur Kadmiumsulfid ■sehr hoher Reinheit Verwendung, wie es üblicherweise als »Lummeszenz-Kadmiumsulfid« bekannt ist. Für das Aufdampfen wird das Gebilde gemäß Fig. 3 mit der aluminiumüberzogenen Seite nach unten über einem Molybdänschiffchen mit dem Kadmiumsulfid angeordnet, so daß das dampfförmige Kadmiumsulfid sich auf dem Aluminium niederschlägt. Eine Abscheidung von Kadmiumsulfid im Umfangsbereich der Aluminiumschicht oder jenseits dieses Umfangs wird durch eine geeignete Maske vermieden.

Das so erhaltene Gebilde läßt man sodann sich wiederum auf Zimmertemperatur abkühlen; danach wird, wie in den Fig. 5A und 5B gezeigt, ein leitender Kontakt 20, beispielsweise aus Indium, auf der Oberseite der Kadmiumschicht angebracht. Der Indiumkontakt 20 kann kreisförmig und konzentrisch mit der Kadmiumsulfidschicht sein; in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann er einen Durch-

2ΰ messer von etwa 1020 Mikron haben. Die Aufbringung des Indiums erfolgt zweckmäßig durch Aufdampfung aus einem Molybdänschiffchen. Das Aufdampfen kann im Verlauf von etwa einer Minute erfolgen, um -eine Indiumschicht von etwa 1 Mikron Dicke zu erhalten.

Sodann wird ein Zuleitungsdraht 22 elektrisch mit der Indiumschicht 20 in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise durch Verbund mit einem Kügelchen aus Silberpaste 24, elektrisch verbunden. In gleicher Weise kann ein weiterer Zuleitungsdraht 26 mittels eines Kügelchens aus Silberpaste 28 mit der Basismetallschicht 14 verbunden werden. In diesem letzten Fall soll die Silberpaste durch die Oxydschicht 16 hindurch bis zur darunterliegenden Aluminiumschicht 14 reichen, was bei der Aufbringung nach den meisten bekannten Verfahren von selbst gewährleistet ist. Um jedoch sicherzustellen, daß bei dem jeweils angewendeten Verfahren das Aluminium tatsächlich erreicht wird, kann man zwei derartige Kontakte in einem geringen Abstand voneinander auf der Oxydschicht 16 anbringen und den elektrischen Widerstand zwischen ihnen messen, um sicherzugehen, daß er für Stromfluß in beiden Richtungen niedrig ist. Einer der beiden Kontakte kann dann als Basiskontakt der Gesamtanordnung dienen. Falls erwünscht, kann das Gesamtgebilde gemäß den Fig. 5A und 5B in herkömmlicher Weise in einem {nicht dargestellten) hermetisch dicht verschlossenen Transistorgehäuse bzw. -behälter untergebracht werden.

Wie durch die Buchstaben e, b und c in den Fi g. 5 A und 5 B angedeutet, kommt den Zuleitungsdrähten 22 und 26 und der Metallasche 12 eine Funktion analog der Emitter-, Basis- bzw. Kollektorzuleitung eines Transistors zu.

Die Fig. 6 zeigt typische Kollektorkennlinien in Basisschaltung für eine in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Anordnung. Darin geben die Ordinatenwerte die zwischen den Kollektor- und Basisanschlüssen der Anordnung angelegte Spannung, die Abszissenwerte den Kollektorstrom wieder. Die dargestellten sieben verschiedenen Kennlinien wurden jeweils für einen am unteren Ende jeder einzelnen Kennlinie angegebenen, verschiedenen festen Wert des Emitterstroms aufgenommen. Im folgenden werden weitere wichtige Kenngrößen der Anordnung für Betrieb in Basisschaltung aufgeführt. Bei 0,5 Volt Kollektor-Basis-Spannung und einem Emitterstrom von 3 mA ist die Eingangsimpedanz Zi₁₁ ungefähr

40 Ohm, der Rückkopplungsparameter Zr₁₂ im wesentlichen Null, der Wert α bei geerdeter Basis Zi₂₁ etwa 0,5 und die Ausgangsadmittanz Zi₂₁ etwa 4 · 10~⁵, während die Leistungsverstärkung, die mit der Anordnung erzielt werden kann, größer als 40 oder etwa 16 db ist.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung sind diese elektrischen Eigenschaften und Kenngrößen außerordentlich stabil. Beispielsweise kann die Anordnung zyklischen Temperaturbelastungen bis —195° C und zurück auf Zimmertemperatur unterworfen werden und zeigt dann nachfolgend im Betrieb im wesentlichen die gleichen Eigenschaften und Kenngrößen wie vor dem Temperaturzyklus. Selbst während der zyklischen Temperaturbelastung und beispielsweise bei —195° C ist die Stromverstärkung der Anordnung bei geerdeter Basis nicht wesentlich von ihrem Wert bei Zimmertemperatur verschieden. Außerdem kann eine große Anzahl derartiger Anordnungen gleichzeitig in der gleichen Vakuumkammer hergestellt werden; bei dieser Art der Herstellung zeigen die Anordnungen untereinander ein hohes Maß an Einheitlichkeit in den elektrischen Eigenschaften und Kenngrößen. Während ferner in den bekannten oder vorgeschlagenen Anordnungen vom »Grenzflächentyp« ohne Verwendung von Kadmiumsulfid die Eingangs-Strom-Spannungs-Kennlinien eines erheblichen Teils der Exemplare starke Abweichungen von dem gewünschten typischen Wert zeigten, wird bei der Ausführung gemäß der Erfindung die Anzahl von Anordnungen mit derartigen anomalen Eingangskennlinien stark verringert und die Ausbeute an Anordnungen mit den gewünschten vorgegebenen Eigenschaften dementsprechend stark erhöht.

Die Fig. 7 zeigt eine typische Verwendungsweise der Anordnung gemäß der Erfindung in einer Schaltung, und zwar in einem Sinusgenerator. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. 7 schematisch bei 34 in der für Transistoranordnungen üblichen Weise dargestellt, wobei die mit e, b und c bezeichneten Zuleitungen den entsprechend bezeichneten Zuleitungen in den Fig. 5A und 5B entsprechen. In dem gezeigten Beispiel liegt die Basis an Masse, und der Emitter ist negativ durch die Spannungsquelle 36 vorgespannt, deren Betrag zur Einstellung des Emitterstroms einstellbar ist. In Reihe mit dem Emitter hegen ein Strombegrenzungswiderstand 38 und eine herkömmliche Breitband-Hochfrequenzdrossel 40, die für Frequenzen in der Größenordnung von 1 MHz wirksam ist. Das Kollektorelement ist durch eine Spannungsquelle 42 positiv bezüglich der Basis vorgespannt. Der Kollektorlastkreis weist eine mit Anzapfungen versehene Induktivität 44 in Reihe zwischen dem Kollektor und der Spannungsquelle 42 sowie einen veränderbaren Kondensator 46 zwischen Kollektor und Masse auf. Die Werte des Kondensators 46 und der Induktivität 44 sind so gewählt, daß sie im MHz-Bereich Parallelresonanz ergeben. Zur Erzielung einer positiven Rückkopplung ist zwischen dem Emitter der Anordnung 34 und der Induktivität 44 ein veränderlicher Kondensator 48 vorgesehen, dessen Verbindung mit der Induktivität 44 einstellbar zwischen dem oberen Ende der Induktivität und einer seiner verschiedenen Anzapfungen veränderlich ist. Im typischen Fall liefert die Spannungsquelle 42 eine Spannung von 3,5 V, der veränderliche Kondensator 46 überstreicht einen Bereich von etwa 5 bis 150 Picofarad, desgleichen der Rückkopplungskondensator 48; die Spannungsquelle 36 und der Strombegrenzerwiderstand 38 sind so gewählt, daß der Emitterstrom im Bereich von etwa 0,5 bis 5 mA einstellbar ist. Bei dieser Schaltungsanordnung werden die Verstärkungseigenschaften der Anordnung 34 zur Erzeugung von Sinusschwingungen ausgenutzt, die einem beliebigen, über der Induktivität 44 liegenden Verbraucher zugeführt werden können. Die maximale Schwingungsfrequenz nimmt mit

ίο der Emitterstromdichte zu; da eine Erhöhung der Emitterstromdichte zu einer Erwärmung der Vorrichtung 34 führt, finden zur Erzielung bester Hochfrequenz-Betriebseigenschaften vorzugsweise herkömmliche Vorrichtungen Anwendung, mittels weleher möglichst viel Verlustleistungswärme von dei Anordnung 34 abgeführt werden kann.

Die Fig. 8 veranschaulicht die verschiedenen Schwingungsfrequenzen, welche mit der Schaltung gemäß Fig. 7 für verschiedene Werte des Emitter-Stroms erzeugt werden können. Dabei sind in F i g. 8 auf der Ordinate die Schwingungsfrequenzen in Megahertz, auf der Abszisse der Emitterstrom in Milliampere aufgetragen. Für jeden bestimmten Wert des Emitterstroms wurden dabei der Rückkopplungskondensator 48, die Anzapfung an der Induktivität 44 und der Kondensator 46 auf Erzielung einer maximalen Schwingungsfrequenz eingestellt. Wie ersichtlich, lassen sich Schwingungsfrequenzen von mehr als 1 MHz ohne weiteres erzielen. Bei geeigneter Wärmeabfuhr, Beseitigung der bekannten in der Schaltung entstehenden parasitären Schwingungen und durch Verwendung kleinerer aktiver Elemente in der Anordnung 34 läßt sich die maximale Schwingungsfrequenz noch beträchtlich weiter erhöhen.

In den Fig. 9Aund 9B ist die Anwendung der Erfindung auf eine sogenannte »Kantenanordnung« erläutert. Hierbei wird ein N-Germaniumplättchen 50 ähnlicher Art, wie zuvor an Hand von F i g. 1 beschrieben, auf einem geeigneten metallischen Kopfstück 52 befestigt, beispielsweise durch Lötung mit einem Gold-Antimon-Lot; auf die Oberseite des Plättchens 50 wird eine Aluminiumschicht 54 aufgedampft. Indem die .aufgedampfte Aluminiumschicht einige Stunden lang der Luft ausgesetzt wird, wird die isolierende Aluminiumoxydschicht 56 auf der Aluminiumschicht 54 einschließlich deren in Kontakt mit dem Germanium 50 stehenden Kanten und Rändern erzeugt. Sodann wird die Kadmiumsulfidschicht 60 in solcher Lage aufgedampft, daß sie den den Umfang der Aluminiumschicht 54 bedeckenden Teil der Oxydschicht 56 überdeckt. Die Kadmiumsulfidschicht 60 überlappt somit die Aluminiumschicht 54 und erstreckt sich .auch auf die unmittelbar angrenzende Oberfläche des Germaniumplättchens

50. Auf die Außenseite des Kadmiumsulfids gegenüber dem Rand des darunter befindlichen Aluminiums wird ein Indiumstreifen 62 aufgedampft; mit dem Indiumkontakt 62 bzw. der Aluminiumschicht 54 werden geeignete Zuleitungen 64 bzw. 66 elektrisch verbunden, beispielsweise mittels Silberpaste.

Bei einem bestimmten spezifischen Ausführungsbeispiel einer in dieser Weise hergestellten Kantenanordnung besitzt die Aluminiumschicht 54 beispielsweise eine Dicke von etwa 300 A und seitliche Abmessungen von etwa 254 · 380 Mikron. Die Oxydschicht besitzt beispielsweise eine Dicke von etwa 20 A; die Kadmiumsulfidschicht hat Rechteckform mit seitlichen Abmessungen von etwa 100-254Mi-.

-krön UHd einer Dicke von etwa 1 Mikron. Die Kadmiumsumdschicht überlappt 4äs Aluminium über einen Bereich, dessen seitliche Abmessungen etwa 178 · 1Θ0 -Mikron betragen. Der Indiumkontakt 62 hat ebenfalls die Form -eines Rechteckstreifens, dessen Flächenabmessuögen etwa 100 · 150 Mikron "betragen -können. In dem 'beschriebenen Fall kann die Zuleitung 64 zu -dem Indiumkomtakt als Bmitterzuleitung, •die Zuleitung 66 als 'Basiszuleitung, die im Betrieb !positiv !gegenüber dem Emitter ,gemacht wird, und •das -Metallkopfstück 52 als Kollektoranschluß, der im Betrieb positiv bezüglich der Basiszuleitong gehalten wird, verwendet werden.

'Der Kontakt 62 ist vorzugsweise negativ gegenüber der Metallschicht 54 vorgespannt derart, daß eine 'Blektr-onenemissiondn das Germanium hinein von dem dem Oxydfilm auf der-Germaniumoberfiäche'benachfoartefa Rand des Kadmiumsulfids statt von einem Metallrand aus stattfindet. Mit einer Anordnung ■nach-Art 4er Fig. 9-A und 9B unter Verwendung •einer KadmiumsulfidschiGht 60 zur Trennung des äußeren Kontakts 62 von dem "Halbleiterkörper 50 und von der Oxydschicht 56 und bei Einhältung der vorstehend erwähnten bevorzugten Vorspannungsart der Anordnung lassen sich > α-Werte (Stromverstärkungswerte) für die Basisschaltung von etwa 0,85 und Leistungsverstärkungen von etwa 7 erzielen. Die Kollektorkennlinien in Basisschaltung sind für diesen Vorspannungszustand in Fig. 10 dargestellt. Dabei gibt die Ordinate die Kollektor-Basis-Spannung und die Abszisse den Kollektorstrom wieder; die einzelnen verschiedenen Kennlinien wurden für verschiedene Werte des Emitterstroms aufgenommen. Die links außen liegende Kurve wurde bei Emitterstrom Null erhalten, die jeweils nach rechts aufeinanderfolgenden Kennlinien ergaben sich mit jeweils um 0,5 niA zunehmenden Emitterströmen. Diese Kennlinien ähneln im ganzen gesehen allgemein den Kollektorkennlinien von Transistoren.

Die Fig. 11 zeigt eine abgewandelte Ausführung der in den Fig. 9Aund9B dargestellten Anordnung, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Bei dieser Ausführung ist die Aluminiumschicht 54 an den Stellen 70, 72 durchlöchert, und die Oxydschicht 56 erstreckt sich über die Aluminiumschicht, über die den Löchern benachbarten Ränder der Aluminiumschicht und auf den Germaniumträger. Die Kadmiumsulfidschicht 60 wird sodann wie bei der Anordnung nach den Fig. 9 A und 9B aufgebracht und erstreckt sich auch durch die Löcher hindurch bis zur Berührung mit dem darunter befindlichen Germanium 50. Das in dieser Weise erhaltene Gebilde stellte eine »Kantenanordnung« dar, wobei die Ränder nicht vom Außenumfang des Aluminiumkontakts, sondern von den Rändern der öffnungen in dem Aluminium gebildet werden. Die Aluminiumschicht kann durch Aufdampfen bis zu einer mittleren Dicke von einigen hundert A-ngström erzeugt werden.

Eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt, deren Teile denen der Fig. 5A und 5B entsprechen und mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet sind. Der Hauptunterschied zwischen der Anordnung nach Fig. 12 und der Anordnung nach den Fig. 5A und 5 B besteht darin, daß das Germanium und die bei der Anordnung nach den F i g. 5 A und 5 B in ihm durch das Aluminium erzeugte Oberflächengrenzschicht durch eine auf einer Metallplatte 82 beispielsweise durch Aufdampfen abgeschiedene isolierende Öxydschicht 80 ersetzt sind. Bei der Anordnung nach >F<ig. 12 wird diese isolierende Schicht80 aus Siliziummonoxyd .als KdTlektorgrenzsdhicht verwendet an Stelle der "bei der Anordnung gemäß den Fi,g. 5 A und SB verwendeten Oberflächengrenzschicht in dem Germanium. Die Anordnung gemäß Fig. 12 arbeitet im allgemeinen ähnlich wie die in den Fig. 5A und '5B, wenngleich das .Siliziumoxyd eine höhere KdHektorpotentialschwelle bildet und zur Erzielung eines wirksamen Betriebs "höhere Energien für die emittierten Elektroden erforderlich sind. Jedoch sind bei Verwendung derKadmiumsülfidschichtlS in dem EmittergeMde der Anordnung derartige Elektronen "höherer "Energie in einfacherer Weise und -bessei reproduziefbarerzielbar als ohne die Kadmiumsulfidschicht.

Die "Gründe für die Wirkung der 'Kadmiumsulfidschichtim-Sinn-einer Verbesserung der Eigenschaf ten der artiger. Anordnungen mit dünnem Film sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Es hat jedotih den Anschein, daß eine Potentiälscliwelle ,zwischen dem Kadmiumsufrrd und dem Öxydfilm wie.auch zwischen dem Kadmiumsulfid und dem "Halbleiter in .denjenigen Anordnungen, bei welchen Germanium als Substrat bzw. Träger dient, gebildet wird und daß diese Potentialschwelle zu der erzielten Verbesserung der »Betriebsweise beiträgt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Emitteranordnung für elektronische Festkörperbauelemente zur Injektion von Elementarladungsträgern mit einer Schicht aus normalerweise isolierendem Material mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen zehn Angström und mit Metallkontakten zum Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen beiden Seiten der Isolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der einen Seite der Isolierschicht mit einer Kadmiumsulfidschicht bedeckt ist und der auf dieser Seite der Isolierschicht befindliche Metallkontakt an einem im Abstand von der Isolierschicht befindlichen Teil der Kadmiumsulfidschicht angeordnet ist.

2. Emitteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einem auf dem ersten Metallkontakt erzeugten Oxyd und daß der genannte erste Metallkontakt aus einer Aufdampfschicht mit einer mittleren Dicke in der Größenordnung einiger hundert Angström besteht.

3. Emitteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Metallkontakt aus Aluminium besteht.

4. Emitteranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kadmiumsulfidschicht auf der Isolierschicht aus einer aufgedampften Schicht mit einer Dicke im Bereich von einigen zehntel Mikron bis mehreren Mikron besteht.

5. Elektronisches Festkörperbauelement unter Verwendung einer Emitteranordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht und die sie bedeckende Kadmiumsulfidschicht mit den zugehörigen Kontaktvorrichtungen auf einem Träger aus nichtmetallischem Material an-

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geordnet sind, und zwar in der Weise, daß auf dem nichtmetallischen Träger eine Metallschicht angeordnet ist, daß wenigstens ein Teil der Metallschicht durch die Isolierschicht bedeckt ist, daß auf wenigstens einem Teil der der Metallschicht abgewandten Seite der Isolierschicht die Kadrniumsulfidschicht und auf dieser der zugehörige metallische Kontakt angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht nur einen Teil des Trägers überdeckt, daß die Isolierschicht sich bis zu dem an dem Träger angrenzenden Umfang der Metallschicht erstreckt und daß die Kadmiumsulfidschicht sich über den an den Träger angrenzenden Teil der Isolierschicht hinaus auf den an die Isolierschicht angrenzenden Träger erstreckt.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Träger an einem Bereich seiner Oberfläche einen widerstandsarmen Kontakt trägt und in einem anderen Bereich seiner Oberfläche die von diesem Kontakt durch eine elektrische Sperrschicht getrennte Metallschicht mit der genannten Isolierschicht und der genannten Kadmiumsulfidschicht sowie der zweiten Metallschicht angeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Träger ein Halbleiter ist, welcher eine Sperrschicht unmittelbar unterhalb der ersten Metallschicht aufweist, daß die erste Metallschicht eine Aufdampfschicht mit einer durchschnittlichen Dicke in der Größenordnung von einigen hundert Angström ist, daß die Isolierschicht ein auf der ersten Metallschicht erzeugtes Oxyd dieses Metalls ist und daß die Kadmiumsulfidschicht eine Dicke im Bereich von einigen zehntel Mikron bis mehreren Mikron aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einkristallinem Germanium und die erste Metallschicht aus Aluminium besteht, daß das Kadmiumsulfid hochrein ist und daß die zweite Metallschicht auf das Kadmiumsulfid begrenzt und auf dieses aufgedampft ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht .aus Indium besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronics« vom 9. März 1962, S. 7;
»Proc. IRE«, 1962, S. 1462 bis 1469.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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