DE1279196B

DE1279196B - Flaechentransistor

Info

Publication number: DE1279196B
Application number: DEF35946A
Authority: DE
Inventors: Chih-Tang Sah
Original assignee: Fairchild Camera and Instrument Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1961-04-12
Filing date: 1962-02-06
Publication date: 1968-10-03
Also published as: GB954947A; US3204160A; US3418493A; NL274830A; CH406434A

Description

Fig. 4 ein Schaltbild, in dem der Transistor nach der Erfindung verwendet ist.

Fig. 5 ein weiteres Schaltbild, bei dem ein Transistor nach der Erfindung verwendet ist,

Fig.·6 ein drittes Schaltbild mit dem Transistor nach der Erfindung,

Fig. 7 ehi Diagramm, welches das Verhältnis von Kollektorstrom zum Basisstrom, aufgetragen als Funktion des Basisstroms, bei zwei verschiedenen Steuerelektrodenspannungen für den in dem Schaltbild nach F i g. 6 verwendeten Transistor zeigt,

F i g. 8 ein Diagramm, welches den KoUektorstrom, aufgetragen als Funktion der Koliektorspannung bei vier verschiedenen SteuerelektrodenspannuDgen für den Transistor in dem inFig. 6gezeigten Schaltbild, dargestellt,

F i g. 9 ein anderes Schaltbild, bei weichem ein Transistor nach der Erfindung benutzt ist,

Fig, 10 ein Diagramm des Kollektorstroms, aufgetragen ais Funktion der Kollektorspannung bei drei verschiedenen Steuerelektrodenspannungen, für den Transistor, der in dem Schaltbild in F i g. 9 gezeigt ist,

Fig. 11 ein weiteres Schaltbild, bei welchem ein Transistor nach der Erfindung benutzt ist,

Fig. 12 einen Querschnitt eines PNPN-Transistors nach der Erfindung.

Die F i g. i und 2 stellen einen NPN-Flächentransistor dar, der die üblichen Emitter-, Basis- und KoUektorelektroden und eine zusätzliche Steuerelektrode aufweist, die das Oberflächenpotential an der Kante des Emitter-Basis-Übergangs steuert. Ein PNP-Transistor würde der gleiche sein, jedoch mit umgekehrtem Leitfähigkeitstyp jeder Zone. Wie dargestellt, weist ein einkristalliner Halbleiterkörper, z. 3· aus Silizium oder aus irgendeinem anderen Halbleitermaterial, em", Kollektorzonc 1 vom N-Leitfähigkeitsryp, eine Basiszone 2 vom P-Leitfähigkeitstyp und eirie Emitterzone 3 vom N-Leitfähigkeitstyp auf. In der dargestellten planaren Gestalt erstreckt sich der Basis-Koliektor-Übcrgang zwischen den Zonen 1 und 2 bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers und ist an dieser Oberfläche durch eine kreisförmige Kante 4 begrenzt, die vollständig rund um den Umfang von Bereich 2 verläuft. Der Emitter-Basis-Übergang zwischen den Bereichen 2 und 3 erstreckt sich ebenfalls zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers und ist an dieser Oberfläche durch eine kreisförmige Kante S gebildet, die vollständig mod um den Umfang von Bereich 3 verläuft. Die Elektroden 6,7 und 8 stehen in ohmschem Kontakt mit den Kollektor-, Basis- und Emitterzonen des Transistors. Zweckentsprechend kann die Elektrode 6 eine an der Rückseite oder Unterseite des Haibleiterkörpers abgelagerte Metallschicht sein; die Elektrode 7 kann ein ringförmiger, an der Oberfläche des Halbleiterkörpers über und in Berührung mit der Basiszone abgelagerter Metallfilm sein; und die Elektrode 8 kann eine Metallfilmscheibe oder -punkt sein, der über und in Berührung mit der Emitterzone angeordnet ist.

Die Oberfläche des Haibleiterkörpers ist, außer den durch die Kontakte ? und 9 bedeckten reiten, durch einen Isolierfilm 9 bedeckt und geschützt. Der Film 9 ist ein Oxyd des Halbleitermaterials, welches durch Oxydieren der Oberfläche dieses Halbleiterkörperbereiches gebildet ist und fest an der Oberfläche haftet. Der Film 9 schützt die pn-Übcrgänge während und nach der Herstellung und bringt eine beträchtliche Verbesserung in der Transistorqualität und Reproduzierbarkeit mit sich. Das wesentliche Erfordernis, das der Film 9 erfüllt, besteht darin, daß er die Kante 5 des Emitter-Basis-Übergangs bedeckt, um die Steuerelektrode 10 von dem Halbleiterkörper zu trennen und zu isolieren. Jedoch können nicht nur Transistoren der dargestellten planaren Gestalt, sondern beispielsweise auch Mesa-Transistoren nach der Erfindung ausgebüdei sein.
In der dargestellten Ausführung ist die Steuer-

so elektrode 10 ein ringförmiger Mctallfibn, der auf dem Isolierfilm 9 unmittelbar über der Kante S des Emitter-Basis-Übergangs aufgebracht ist, so daß die Steuerelektrode 10 kapazitiv in unmittelbarer Nähe der Kante 5 über der ganzen Länge dieser Kante mit

dem Emilter-Basis-Übergang gekoppelt ist Auf diese Weise beeinflußt eine an die Steuerelektrode 10 angelegte Spannung das Oberflächenpoteatial an dem pn-übergang der Kante 5 und die zwischen den anderen Elektroden des Transistors fließenden

ao Ströme. Die Steuerelektrode 10 haftet fest an der isolierenden Oxydschicht und bildet ein dauerhaftes Gefüge.

In der Fig. 3 stellt die Kurve 11 einen typischen Verlauf der Stromverstärkung als Funktion des

»5 Kollektorstroras eines Siliziumtransistors dar, bei dem die Kante des Emitter-Basis-Übergangs ungeschützt ist, d. h., es ist keiü Isolierfilm 9 vorhanden, der die Kante des Emuter-Basis-Übergangs an der Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckt. Aus dem

Diagramm ist ersichtlich, daß das Verhältnis/_c//_e (Kollektorstrom/Basisstrom) scharf abfällt, wenn der Kollektorstrom /_c auf kleine Werte vermindert wird. Bei niedrigen Stromwerten ist das Verhältnis annähernd gleich der Quadratwurzel des Kollektor-

Stroms. Dieser Abfall in der Stromverstärkung des Transistors kann als eine Verlusterscheinung erklärt werden, die an der Oberfläche des Emitter-Basis-Übergangs eintritt. Obwohl der pn-übergang schmal ist, umfaßt er einen Bereich von endlicher Breite, die besonders an der Oberfläche, wo die Kristallstruktur des Halbleiterkörper unsymmetrisch ist Rekombinationszentren enthält, an denen Ladungsträger gefangen sind und mit Ladungsträgern von entgegengesetzter Polarität rekombinieren. So rekombinieren

♦5 an der Oberflächenkante des Emitter-Basis-Übergangs positive und negative Ladungsträger in dem durch die RekombinationsgescbwindigkeitenS,,,, und S_no ausgedrückten Maß, das den Größen r., und τ,,₀

^. in der Shockley-Read-Hall-Theorie der Elektronen-

50' Löcher-Rekombination über tiefe Verunreinigungsniveaus ähnlich ist. Die so rekombinierenden Ladungsträger bilden einen Strom quer über den Emilter-Basis-Übergang, der keinen effektiven Beitrag zu dem Kollektorstrom ausmacht und der daher die Stromverstärkung des Transistors vermindert.

Zwei Maßnahmen können durchgeführt werden, um die beschriebenen Oberflächenrekombinationsverluste zu verringern.

1. Die Größe der Obernäclienrekombinationsgeschwindigkeii S_n,, und S₁₁₀ kann durch Verminderung der Oberflächenzustandsdichlen denen sie proportional sind, reduziert werden und

2, das elektrische Potential an der Oberfläche dei Halbleiterkristalls kann gesteuert werden, urr die Energieniveaus der Rekombinationszentrer aus günstigen in ungünstige. Stellungen relativ

zu dem Fenniniveau nahe der Oberfläche der nehmen des Verhältnisses von Kollektorstrom zu Halbleiterkristalle zu verschieben und so die Basisstrom bei niederen Kolkktorstrormverten. Spe-Oberfiächenrekombinationszentren verhältnis- zieli mit verschiedenen an die Steuerelektrode 10 anmäßig unwirksam zu machen, um die Ladungs- gelegten Vorspannungen kann die Kollektorsiromträger zu rekombinieren. 5 Basisstrom-Charakterisiik des in F i g. 1 und 2 dar

gestellten Transistors so beeinflußt werden, daß sie

Bei Planartransistoren, die vollständig lurch einen sich derjenigen von Kurve 11 der F i g. 3 oder der-Oxydfiim geschützte pn-Übergänge haben, reduziert jenigen von Kurve 12 der F i g. 3 wahlweise annähert, das Oxyd die Rekombinationsgeschwindigkeiten. Bei und bei einem optimalen Wert der Vorspannung kann einem solchen oxydgeschützten Transistor ist der io sich eine lineare Charakteristik, d. h. die Kurve 13 Abfall in der Stri/mverstärkung bei niedrigen Strom- in gestrichelter Linie in der F i g. 3, ergeben,
werten kleiner, als es bei Transistoren der Fall ist, Mit dem Transistor nach der Erfindung kann eine

die ungeschützte pn-Übergänge haben. Die Kurve 12 günstige lineare Stromverstärkung über einen außerin der F i g. 3 stellt die Stromverstärkung als eine KoI- ordentlich weiten Bereich von Kollektorstromwerten lektoistromfunktion für einen Planartransistor dar, 15 erreicht werden, die gegenüber bisher erzielbaren bei dem die Kanten der pn-Übergänge während und Stromvsrstärkungscharakteristiken eine weit bessere nach der Herstellung vollständig durch einen Oxydfiim Linearität aufweist.

geschütz? sind. Mit anderen Worten, bezieht sich die In dem in F i g. 4 dargestellten Schaltbild ist der

Kurve 12 auf einen Planartransistor, wie er in den Transistor 14 in Emitter-Basis-Schaltung geschaltet. Fig. 1 und 2 gezeigt iss, aber ohne die neu hinzu- so Die Eniitter-Kollektor-Betriebsspannung wird durch gefugte Steuerelektrode 10, wohingegen die Kurve 11 eine Batterie oder eine andere Spannungsquelle 15 sich auf einen ähnlichen Transistor bezieht, bei dem geliefert, die in Reihe mit einer Last 16 geschaltet der Isolierfilm 9 aus dem Oxyd des Halbleitermate- ist, welche das verstärkte Ausgangssignal vom KoI-rials entfernt ist. lektor 7 empfängt. Die Eingangssignalquelle 17 ist

Nach der Erfindung werden die Oberflächenrekom- 25 zwischen die Basis 6 und den Emitters geschaltet, binationsgeschwindigkeiten S_po und S_n0 mittels der Die Steuerelektrode 10 ist mit einer Vorspannungsan die Steuerelektrode 10 angelegten Spannung ge- quelle 18, z. B. einer Batterie verbunden, die zwisteuert und veränderlich gemacht, wobei die Steuer- sehen die Steuerelektrode 10 und Emitterelektrode 8 elektrode 10 kapazitiv mit dem Halbleiterkörper in geschaltet ist. Die Größe und Polarität der durch die der unmittelbaren Nähe von Kante 5 des Emitter- 30 Vorspannungsquelle 18 gelieferten Vorspannungen Basis-Übergangs gekoppelt ist. Die an die Steuer- kann so gewählt sein, daß sich geringste Änderungen elektrode 10 angelegte Spannung verändert das elek- des Verhältnisses von Kollektorstrom zu Basisstrorn trische Oberflächenpotential in der Nähe der Kante. 5 über einen großen Bereich von Kollektorstromwerten und verschiebt so das Fenniniveau nahe der Ober- ergeben.

fläche des Halbleiterkristalls, in Beziehung zu den 35 Die Funktionen und die Wirkung des Transistors Oberflächenrekombinationszentren in einer solchen 14 in dem Schaltbild nach der F i g. 4 sind im wesent-Weise, daß die Rekombinationszentren wahlweise in liehen identisch denjenigen eines üblichen Transistors, mehr oder weniger günstige Stellungen bewegt wer- der als ein Emittei-Basis-Verstärker geschaltet ist, den, was von der Größe und Polarität der angewen- außer der erhöhten Linearität der Stromverstärkung, deten Spannung abhängt. Andererseits beeinflußt die 40 die sich durch Anlegen der optimalen Vorspannung an die Steuerelektrode 10 angelegte Spannung auch an die Steuerelektrode 10 erhalten läßt. Diese erhöhte die Stromflußwege quer über den pn-übergang durch Linearität der Stromverstärkung macht den Tran-Induzierung eines Oberflächenkanals in dem Basis- sistor über einen weiteren Bereich von Kollektorbereich in der Nähe des pn-Übergangs, um eine grö- slromwerten als bisher anwendbar,
ßere oder geringere Rekombinationsmöglichkeit für 45 Die F i g. 5 zeigt ein Schaltbild, das dem nach der Ladungsträger an dir Oberfläche durch Änderung F i g. 4 ähnlich ist, Der mit 19 bezeichnete Transistor der Verteilung von elektrischen Ladungsträgem in ist jedoch vom PNP-Typ und in Basisschaltung gedem Halbleiterkörper zu schaffen. Wenn man 2. B. schaltet. Die Basis-Kollektor-Spannung wird durch eine N-ieitende Emitterzone 3 annimmt, die stärker die Spannungsquelle 20 geliefert, die mit der Last 21 verunreinigt ist als die P-leitende Basiszone 2, wird 50 in Serie geschaltet ist, und die Eingangssignalquelle der größte Teil des Stroms quer über den Emitter- 22 ist zwischen die Basis- und Emitterelektroden des Basis-Übergang aus Elektronen bestehen, die von Transistors geschaltet. Die Steuerelektrode 23 ist der Emitterzone zu der Basiszone gehen. Elektronen, kapazitiv mit dem Emittcr-Basis-Obergang gekoppelt die quer zum pn-übergang dicht an der Halbleiter- und für die größte Linearität der Stromverstärkung oberfläche verlaufen, rekombinieren mit Löchern 55 mittels einer Vorspannungsquelle 24 mit optimalci und verringern so das Verhältnis von Kollektorstrom Vorspannung versehen, wobei die Vorspannungszu Basisstrom. Eine negative an die Steuerelektrode quelle 24 in diesem Beispiel zwischen die Stcuer-10 angelegte Spannung wird Elektronen von der elektrode 23 und die Basiselektrode des Transistor« Halbleiteroberfläche wegschieben, und so wird die geschaltet ist.

Zahl der Elektronen in der Emitterzone und die 60 Eine andere Eigenschaft des. Transistor»· nach dci Größe des Oberflächenkanals in der Basiszone in der Erfindung ist seine hohe Eingangsiinpedan/. die mi unmittelbaren Nähe des pn-Übergangs abnehmen, der Eingangsimpedanz an dem Gitter einer Vakuum was andererseits die Gelegenheit für die Oberflächen- röhre vergleichbar ist. Dies wird üurch die Verbin rekombination verringert. Eine positive an die Steuer- dung der Steuerelektrode mit der Eingangssignal elektrode 10 angelegte Spannung hat die entgegen- 5s quelle erzielt. Weii die Steuerelektrode voilsUindi; gesetzte Wirkung. Relativ kleine Spannungen von 1 von dem Halbleitermaterial, d. h. von tier Kante de oder 2 Volt an der Steuerelektrode 10 ergeben eine Emitter-Basis-übergüng, getrennt und isoliert ist, is ausgezeichnete Wirkung auf das beobachtete Ab- die Eingangskonduktanz an der Steuerelektrode ver

nachlässigbar, und die Eiiigangsimpedanz besteht im wesentlichen aus der Reaktanz einer kleinen Kapazität von etwa 5 Mikromikrofarad (5 μμΡ) zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleiter.

Diese Eigenschaft des Transistor·; nach der Erfindung ist in dem Schaltbild gemäß der F i g. 6 ausgenutzt. Die F i g. 6 zeigt den Transistor 25 vom NPN-Typ in Emitter-Basis-Schaltung. Die Ernitter-Kollektor-Betriebsspannung wird von einer Batterie oder einer anderen Spannungsquelle 26 geliefert, die in Serie mit der Last 27 zwischen die Emitter- und die Koälektorelektrode geschaltet ist. Eine koristanie Vorspannung wird an die Basiselektrode angelegt, z. B. mittels der Batterie 28 und über den Widerstand 29, die in Serie zwischen die Emitter- und die Basiselektrode geschaltet sind. Die Steuerelektrode 30 ist kapazitiv mit dem Emitier-Basis-Obergang des Transistors gekoppelt. Die Eingangssignalquelle 31 ist in diesem Beispiel zwischen die Steuerelektrode 30 und die Emitterelektrode geschaltet. Die Wirkungsweise das in der F i g. 6 gezeigten Schaltbildes kann an Hand des Diagramms gemäß der F i g. 7 erläutert werden, die das Verhältnis von KoHektorstrom /_c zum Basissirom /_ß zeigt, welches als eine Basisstromfunktion für verschiedene an die Steuerelektrode 30 angelegte Sparinungswerte V_n aufgetragen ist. Die Kurse 32 stellt die Stromverstärkung des Transistors bei an die Steuerelektrode angelegter Nullspanmmg dar. Die Oberflächen rekombinationsgeschwindigkeiten sind klein, und das Verhältnis von KoHektorstrom zu Basisstrom ist wegen der günstigen Wirkungen des Isolierfilms aus dem Oxyd des Halbleitermaterials über einen weilen Bereich von Stromwerten hoch. Dk Kurve 33 stellt die Stromverstärkung des Transistors dar. wenn die an die Steuerelektrode 30 angelegte Spannung V_G einen Maximalwert M von solcher Polarität hat, und zwar positiv in dem Falle eines NFN-Transistnrs, daß die Stromverstärkung des Transistors bei niederen Basisstrcmwerten beträchtlich reduziert ist. Die senkrechte, gestrichelte Linie 34 stellt einen gewählten Wert des konstanten an die Basiselektrode des Transistors 25 durch Batterie 28 und Widerstand 29 gelieferten der Vorspannung entsprechenden Stroms dar.

Es ist ersichtlich, daß der KoUektorstrom I₁- um 50:1 durch Änderunsjfer Steuerelcktrodenspannung V_ü von Null auf Af. Ee'wbhnlich mehrere Volt geändert werden kann. Die Eisgangsimpedanz an der Steuerelektrode 30 ist sehr hoch, hauptsächlich die Reaktanz einer Kapazität von etwa 5 Mikromikroiarad(5(j|dF). Mit einer hochohmigen Last kann dieser Verstärker eise gute Spannungsverstärkung ergeben. Eine geeignete Vorspannung kann in Serie mit der Eingangssigaalqeeue 31 geschaltet sein, wen» die Eingangssignale von wechselnder Polarität sind oder wenn eine solche Vorspannung aus anderen Gründen nötig ist, um die Eingangsspaimiingsanderungen zwischen der Steuerelektrode 3® und der Emitterelektrode in dem Bereich F_G=0 bis V_G—M zu halten.

Der Frequenzbereich des in der Fig.6 gezeigten Verstärkers schemt primär durch den öberSäGhenrelaxatJoDsprozeß begrenzt zu sein and kann deich Erhöhung der OberrEcftenrekomferoatMnsgeschwindigkeiten an dem Eniitter-Basis-übeigang des Transistors erhöht werden.

Die Fi g. 8 ist ein Diagramm, welches den Koliektorstrotn l_c als Funktion iler KoBektorspaiiniing V_c für einen Transistor nach der Erfindung zeigt, wobei ähnlich der F i g. 6 eine Emitter-Basis Schaltung \iii einem konstanten Basisstrom von 1 Milliampere und verschiedenen Spannungswerten V₍, zwischen dot Steuer- und der Emitterelektrode vorliegt. Die Kurve 35 stellt die bei einer Steuerelektrodenspannung V_u — 0 erhaltene Charakteristik dar; die Kurve 36 stellt die Charakteristik bei einer Steuerelektrodenspannung Vy₁ ---■ A. von etwa 10 Volt dar: die Kurve 37 ic stellt die bei V_u IA erhaltene Charakteristik dar und die Kurve 38 die bei V_U---$A erhaltene Charakteristik.

Die in der F i g. 8 gezeigten Kurven sind mit der Anodenstrom-Spannungs-Charakterislik einer Pen is !ode vergleichbar, die bei verschiedenen Gitterspannungen betrieben wird. Daher ist der neue Transistor in hohem Maße als ein Ersatz für Pentodenvakuumröhren in zahlreichen Schaitur.gsanordnungcn geeignet, in denen diese Vakuumröhren in der Verao gangenheit gehraucht worden sind, und zwar mit minimaler Änderung der Schaltung. Ein solcher Ersatz ergibt gegenüber Vakuumröhren eine längere Lebensdauer, größere Zuverlässigkeit, Raum- und Gewichtsersparnis und den Wegfall von Hd?- aj leistungen.

Die Steuerelcktrodenspannung. die das Verhältnis von KoHektorstrom zu Basissuom reduziert, kann von '' -selben Polarität sein, wie die Emitter-KoI-jckior-jpcssespanRürig. So ist. wenn die Steuerelektrode mit dem Kollektor gekoppelt ist eine positive Rückkopplung vorhanden, die eine außergewöhnlich hohe, mit ceeigneter Einstellung unendlich hohe Kollektorimpedanz möglich macht, selbst bei hohen Strom- und Spannungswerten, bei welchen der Eariy-Effekt der Raumladungserweiterung wichtig wird. Femer ergibt die Erhöhung der Vorspannung zwischen der Steuer- und der Kollektorelektrode eine negative Widerstandsclwakteristik zwischen der Kolektor- und der Emitterelektrode des Transistors. Diese Wirkungen sind in den F i g. 9 und 10 erläutert. Der NPN-Transistor 39 nach der F i g. 9 ist mit einer einstellbaren Emitter-Koilektor-Spannunji ϊ·',-durch die einstellbare Spannungsquelle 40 gespeist. Ein konstanter Strom wird der Basiselektrode des Transistors mittels der Spannungsquefle 41 und des Widerstand; 42 zugeführt, die ic Serie zwischen die Emitter- und die Basiselektrode geschaltet sind. Die einstellbare Spannungsqueüe 43 schafft eine einstellbare Vorspannung V_G zwischen der Kellektorelekso trode und der Steuerelektrode 44 des Transistors.

Die F i g. 10 erläutert die Beziehung von KoHektorstroin /_c zu Kollektorspartnucg V_c für das in der F i g. 9 gezeigte Schaltbild, wobei verschiedene Werte dar Steuerelektrodenspannung V_G relativ zur Kollektorspaimnng aufgezeichnet sind. Die Kurve 45 stellt die Kolkkfor-Spanniing-Stromcharakterisiik bei F_G = 0 dar. Die Kurve 45 steigt nach aufwärts gegen die rechte Sehe, was zeigt, daß der Eaätter-KoGektor-Widerstand positiv ist. Die Kurve 46 zeigt die Chafe rafceristik bei V_G = 10 VoJt. Ein beträchtlicher Teil der Kurve 46 verläuft horizontal, wobei in dieser Regioa der Enättesr-Konefcor-Wlderstand im wesent-Ikhea unbegrenzt ist. Die Kurve 47 stellt die Charakteristik bei einer größeren Vorspannung, d.h. S₅ V_G = 20 Voft, dar. Ein Teä der Kurve 47 ist nach rechts abwärts geneigt, und in diesem Bereich ist der EaEtter-KoUektor-Widerstand negativ. Die senkrechte gestrichelte linie 48 steSt den Wert der KoBektor-

V_c dar, bei welchem der Kollektorstrom i₍-unkontrollierbar ansteigt.

Der Betrieb in dem Bereich hoher Kollektorimpedanz ist aus bekannten Gründen bei hochohrniger Lastimpedanz besonders vorteilhaft. In dem negativcn Widerstandsbereich kann der Transistor zur Verstärkung, zur Erzeugung von Schwingungen usw. verwendet werden.

In der Fig. 11 ist der Transistor49 vom NPN-Tyρ und in Emitter-Basis-Schaltung dargestellt. Die Spannungsquelie 50 ist in herkömmlicher Weise in Serie mit der Last 51 zwischen die Emitter- und Kollektorelektroder. des Transistors geschaltet. Eine erste F.ingangssignalc|iielle52 ist in herkömmlicher Weise zwischen die Emitter- und die Basiselektrode des Transistors 49 geschaltet. Eine zweite Eingangssignalquelle S3 ist zwischen die Emitterelektrode und die Steuerelektrode 54 geschaltet.

Solange die Spannung an der Steuerelektrode 54 konstant bleibt, verstärkt der Transistor 49 nur das Signal, welches durch die Eingangssignaiqiielle 52 an die Basiselektrode des Transistors geliefert wird, und üben ragt das verstärkte Signal an die Last 51. Jedoch hangt die Stromverstärkung des Transistors von der an die Steuerelektrode 54 angelegten Spannung ab, »5 und so ändert sich die Amplitude des an der Last 51 auftretenden Signals entsprechend den Änderungen der an die Steuerelekfode 54 angelegten Spannung.

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß eine Anzahl von nützlichen Wirkungen durch die Verwindung von verschiedenen Eingangssignalquellen 53 erzielt werden können, um die gewünschten Spannungsänderungen an der Steuerelektrode zu bewirken. Wenn beispielsweise die Eingangssignalquelle 53 eine einstellbare Gleichstromspannungsquelle ist, kann die Verstärkung von Hand eingestellt werden. Wenn die Eingangssignalquelle 53 eine herkömmliche Regelspannungsquelle ist, z. B. ein der Last 51 zugeordneter Detektor mit geeigneten Filteranordnungen, dann wird die Verstärkung automatisch eingestellt, um ein im wesentlichen konstantes Signalniveau an dem Ausgang aufrechtzuerhalten, und zwar in der gleichen Weise, wie in bekannten Regelschaltungen mit Vakuumröhren. Wenn andererseits die Eingangssignalquelle 53 eine Wechselspannungsquelle, z. B. ein Oszillator, ist. dann wird das durch die Eingangssignalquelle 52 gelieferte Signal durch das durch die Eingangssignalquelle 53 gelieferte Signal amplitudenmoduliert oder mit ihm überlagert. Auf diese Weise kann der in der F i g. 7 gezeigte Kreis als ein Modulator oder eine Mischstufe benutzt werden.

Nach der Erfindung Tcaiin beispielsweise auch ein solches Halbleiterbauelement ausgebildet sein, das Zonen von verschiedenen Leitfähigkeitstypen mit entsprechenden pn-Übergängen enthält, z.B. ein PNPN-Halbleiterbaaelement.

In der Fig. 12. die einen PNPN-Transistor zeigt, ist eine Zone des N-Leitfäbigkeitstyps 55, eine Zone des P-Leitfäblgkeitsiyps 56, eine zweite Zone des N-Leitfähigkeitstyps 57 und eine zweite Zone des P-Leirfähigkeitstyps 58 mit dazwischenliegenden pn-Cbergängen dargestellt, die kreisförmige Kanten 59, 60 und 61 aufweisen, welche zu der Oberfläche des einkristallinen Halbleiteritörpers aus z. B. Silizium verlaufen. Die Elektrode 62 an der Unterseite des Halbleiterkörpers steht in ohmschem Kontakt mit der Zone 55, und eine oder mehrere der Elektroden 63, 64 und 65 an der Oberfläche des Halbleiterkörpers stehen in ohmschem Kontakt mit je einer der Zonen 56, 57 und 58. Die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers, außer der durch die Elektroden eingenommenen Fläche, ist durch eine Isolierschicht 66 bedeckt, die die Kanten 59, 60 und 61 der pn-Übergänge abdeckt. Die Isolierschicht 66 ist ein Film des Oxyds des Halbleitermaterials, ζ. Β. Siliziumoxyd, weiches an der Oberfläche des Halbleiterkörpers während der Herstellung des PNPN-Transistors gebildet wird.

Eine oder mehrere der Steuerelektroden 67, 68 und 69 sind an der an je eine der Kanten 59, 60 und 61 der pn-Übergänge grenzenden Isolierschicht 66 mit dem jeweils darunterliegenden pn-übergang unmittelbar in der Nähe der Kanten der pn-Übergänge kapazitiv gekoppelt. So kann der dargestellte Transistor sieben Elektroden aufweisen, von denen vier den ohmschen Kontakt mit den vier Zonen vom wechselnden Leitfähigkeitstyp herstellen und von denen drei kapazitiv mit den drei pn-Übergängen gekoppelt sind.

Eine übliche bekannte Verwendungsmöglichkeit für PNPN-Transistoren ist die eines elektronischen Schalters, der entweder einen hohen Widerstand zwischen den Elektroden 62 und 65 oder einen niedrigen Widerstand zwischen den Elektroden 62 und 65 haben kann. Beide Zonen 55 und 58 können als Emitteizonen wirken, während die beiden Zwischenzonen 56 und 57 als Basiszonen wirken.

Der PNPN-Transistor kann durch Schaltsignale geschaltet werden, die an eine oder beide der Elektroden 63 und 64 oder an die Hauplelektroden 62 und 65 angelegt werden.

Die Steuerelektroden 67, 68, 69, die kapazitiv mit den entsprechenden pn-Übergängen gekoppelt sind, ergeben Anschlüsse, die eine hohe Eingangsimpedanz haben. Die an die Steuerelektroden 67, 68 und 69, insbesondere der Steuerelektroden 67, 69, angelegten Spannungen verändern die Oberflächenrekombinationsveriuste des Transistors und können den Transistor von einem Leitfähigkeitszustand in den anderen schalten. Weil diese Steuerelekrroden von dem Halbleiterkörper isoliert sind und mit ihm nur durch eine kleine Kapazität gekoppelt sind, stellen sie Eingänge mit hoher Impedanz dar. Der Transistor kann durch Schaltsignale mit geringen Strömen von einem Zustand in den anderen geschaltet werden. Dies hat den Vorteil, in vielen Fällen eine beträchtliche Verringerung der Kosten und der Eingangsleistungen zu ermöglichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Flächentransistor, dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens einem der an die Oberfläche tretenden pn-Übergänge (4, 5) je eine Steuerelektrode (10) auf einer Zwischenschicht aus einem Isolierfilm (9) des Oxyds des Halbleitermaterials angebracht ist

2. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm (9) aus Siliziumoxyd besteht

3. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (10) aus einem auf dem Isolierfilm (?) aufgebrachten Metallüberzug besteht.

4. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode (10) sich

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über die gesamte Länge des jeweiligen pn-Übergangs (4, 5) erstreckt.

5. Flächentransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pn-Übergänge (4, S), die Isolierfilme (9) und die Steuerelektroden (10) kreisförmig ausgebildet sind.

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In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patenlschriften Nr. 2 791758, 2 791 760, 918 628.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1 181 328.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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