DE2124635A1

DE2124635A1 - Verfahren zur Steuerung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstarke in Halblei tem

Info

Publication number: DE2124635A1
Application number: DE19712124635
Authority: DE
Inventors: Shoei; Tateno Hiroshi; Tanashi Tokio; Kawashima Mitsuo Tokorosawa Saitama; Komamiya Yasuo yokohama; Monsue Michitada Urawa; Hashizume Nobuo Higashi Kurume Tokio; Kataoka (Japan). M
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1970-05-18
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1972-01-20
Also published as: GB1360681A; US3766372A; NL7106709A

Description

DR. MDLLER-BORg DIPL-PHYS. DR. MANITZ DlPL-CHEM. DK. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRAMKOW 2124635 PATENTANWÄLTE

München, den 18. MAI We/mü - A 2150

Agency of Industrial Science & Technology

3-1, Kasumigaseki 1 chome
Ghiyoda-ku, Tokio/Japan

Verfahren zur Steuerung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in Halbleitern

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Steuerung ines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke im Inneren eines Halbleiterelementes mit großer flächenmäßiger und räumlicher Ausdehnung und ein Informationsverarbeitungsverfahren dadurch.

2s ist bekannt, daß ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke, v/elcher durch eine elektrische Sperrschicht gebildet wird, welche durch Raumladungen getragen ist, in einem Halbleiterelement mit großer flächenhafter und räumlicher Ausdehnung wie 'JaAs, InP oder ähnlichem erzeugt wird, welche eine negative differentielle Leitfähigkeit bei hohem elektrischen Feld bietet

BAD ORiGHNAL

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wenn eine Spannung, die höher ist als ein Schwellwert, an das Element gelegt wird und daß der so gewöhnlich in der Umgebung der negativen Seite des Elementes erzeugte Bereich zu dessen positiver Seite wandert. Dieses Phenömen wird als Gunn-Effekt bezeichnet und das Element, welches einen solchen Effekt aufweist, wird als ilikrowellenoszillator verwendet. Der Hechanismus einer solchen negativen differentiellen Leitfähigkeit unter einem hohen elektrischen Feld ist vermutlich der Art, daß das Leitungsband des Halbleiters wenigstens zwei Täler in der Energiestruktur aufweist und daß Elektronen von dem niedrigeren Tal, welche eine, höhere Beweglichkeit aufweisen, in das höhere Tal wandern, wo eine geringere Beweglichkeit vorliegt, wenn das angelegte elektrische Feld über den Schwellwert hinaus erhöht wird* Die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Bereich hoher elektrische Feldstärke aufbaut, entspricht der dielektrischen Relaxationszeit des Halbleiters und ist sehr hoch, d.h., erreicht eine Größenordnung zwischen

—11 1 P

10 ' ' und 10 ^xc- Sekunden. Obwohl die Größe des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke sich mit den externen Spannungsbedingungen ändert, reicht er von 1 bis 100 Mikron, und die Wandergeschwindigkeit des Bereiches hoher elektrischer FeBstärke in GaAs liegt in der Größenordnung von 10' cm/sek.

Es sind verschiedene klassische Verfahren bekannt, einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke in einem solchen Halbleiterelement zu erzeugen. Ein Verfahren ist in der Fig. 1 dargestellt und besteht darin, die Kathodenelektrode 2 und die Anodenelektrode 3 bxl den gegenüberliegenden Enden eines Halbleiterelementes 1 anzuordnen, welches eine negative differenzielle Leitfähigkeit besitzt und eine Spannung an diese Elektroden anzulegen, und zwar der Art, daß die angelegte Spannung über den Schwellwert des Halbleiterelementes

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hinaus erhöht werden kann, um dadurch einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke in der Umgebung der Kathode 2 zu erzeugen. Ein weiteres in der Fig. 2 dargestelltes Verfahren besteht darin, zusätzlich »u dem Paar von Elektroden 2 und 3» welche im ersten Verfahren vorgesehen sind, eine dritte Elektrode 4- auf dem Element 1 zwischen den zwei Elektroden anzuordnen, eine Vorspannung in der Weise an die zwei Elektroden zu legen, daß die Vorspannung die zwei Elektroden in der Weiße vorspannt, daß der Potential-Unterschied zwischen den zwei Elektroden etwas geringer ist als die Schwellwertspannung des Halbleiters und eine zweite positive Spannung von einer Quelle 6 anzulegen, indem ein Schalter 5 zu der dritten Elektrode 4- geschlossen wird, so daß das elektrische Feld zwischen der Kathode 2 und der dritten Elektrode 4- höher wird als die Schwellwertfeldstärke, welche durch die Schwellwertspannung erzeugt werden soll, um dadurch einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke zu erzeugen, welcher in der Umgebung der Kathode 2 erzeugt \tferden soll. Gemäß der Darstellung in der Fig. 3 ist ein weiteres Verfahren bekannt, in welchem eine dritte Elektrode vorgesehen ist, und zwar auf einem Halbleiterelement 1, welches auf den gegenüberliegenden Enden desselben eine Anodenelektrode 3 und eine Kathodenelektrode 2 aufweist. Die dritte Elektrode ist mittels einer P-N-Übergangszone, einer ßchottky-Übergangszone oder eines Metallkontaktee durch ein Isoliermaterial usw. gebildet. Wenn von einer Quelle 7 an die dritte Elektrode eine negative Spannung angelegt wird, wird in dem Halbleiterelement 1 eine an Elektronen verarmte Schicht 9 erzeugt, so daß der Pfad des Stromflusses verengt wird, um die elektrische Feldstärke in diesem Bereich höher zu machen als den Schwellwert, wie es durch den Pfeil in der Fig. 3 dargestellt ist, um dadurch einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke in der npchbarschaft der dritten Elektrode 8 zu erzeugen, welcher

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von der Katliodenelektrode 2 entfernt ist.

Bisher sind technische Untersuchungen, .welche den Flächenhalbleiter betreffen, hauptsächlich auf Verfahren gerichtet worden, einen Bereich hoher elektrischerFeldstärke zu erzeugen und es ist wenig Aufmerksamkeit darauf verwendet worden, auf welche Weise dieser Bereich gelöscht werden kann.

Ein primäres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Auslöschen eines Bereiches hoher elektrischer Feüclstärke zu schaffen, und durch Kombination dieses Verfahrens mit einem Verfahren zur Erzeugung eines solchen Bereiches kann ein neues Verfahren zur Informationsverarbeitung mit sehE hoher Geschwindigkeit gebildet werden. Daher ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Informationsverarbeitung mit sehr hoher Geschwindigkeit ein weiteres Ziel der Erfindung.

Weil herkömmliche Halbleiterelemente, die zur Informationsverarbeitung verwendet werden, eine P-N-Übergangsstruktur aufweisen, begrenzt die Kapazität des P-N-Übergangs des Elementes die Arbeitsgeschwindigkeit. Dp weiterhin die logischen Operationen durch Schaltkeise ausgeführt werden, welche eine Vielzahl von solchen Halbleiterelementen aufweisen, von denen jedes als ein Schalter wirkt, wird die Arbeitsgeschwindigkeit durch die Summe dieser Arbeitszeiten bestimmt, und somit ist eine beträchtliche Zeit erfordedich, um beispielsweise mehrstellige Zahlen zu addieren.

Durch Erzeugung und Auslöschung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke an einer beliebigen gewünschten Stelle in einem Halbleiter kann jedoch gemäß der Erfindung

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durch Verwendung externer elektrische? Signale und durch Erzeugung einer Vielzahl von Bereichen, welche in dem Halbleiter koexistieren, die Durchführung komplizierter logischer Operationen mit sehr hoher Geschwindigkeit erfolgen, und zwar mit einer Einrichtung von dagsehr einfacher Konstruktion.

Es ist die Eigenschaft eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächenhalbleiter, daß der Bereich hoher elektrischer Feldstärke nur dann erzeugt wird, wenn das angelegte elektrische Feld sich auf oder über dem Wert befindet, welcher das elektrische Schwellwertfeld erzeugt (3,2 kV/cm für GaAs). Sobald jedoch ein solcher Bereich erzeugt ist, wird er auch dann aufrecht erhalten, wenn das angelegte Feld niedriger wird als der erzeugende Schwellenpegel und er wird nur dann ausgelöscht, wenn die angelegte Feldstärke unter die unterhaltende elektrische Schwellwertfeldstärke abgesenkt wird (etwa 1,6 kV/cm für GaAs).

Um einen solchen Bereich auszulöschen muß demgemäß das elektrische Feld im Halbleiter unter den unterhaltenden Schwellwert abgesenkt werden. Da ein solcher Bereich als elektrische Dipolschicht gebildet ist, kann der Bereich ausgelöscht werden, indem die elektrischen Ladungen in der Dipolschicht neutralisiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 - 3 herkömmliche Verfahren zur Erzeugung eines Bereiches hoher Feldstärke in einem Flächenhalbleiterelement,

Fig. 4 eine Erläuterung, welche ein Verfahren zum Auslöschen eines Bereiches hoher elektrischer FeId-

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stärke in einem Flächenhalbleiter darstellt,

Fig. 5 eine Erläuterung, welche ein Verfahren zur Auslöschung des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächenhalbleiter gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 6 und 7 weitere Ausführungsformen zum Auslöschen eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächenhalbleiter,

Fig. 8 das Prinzip des AuslÖschens eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächenhalbleiter,

Fig.9 experimentelle Daten, welche zum Auslöschen eines Bereiches hoher elektrischer Feldsiäcke in einem Flächenhalbleiter gehören,

Fig. 10 - 13 weitere Ausführungsformen des Verfahrens zur Steuerung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächenhalbleiter,

Fig.14 eine weitere Ausführungsform, welche Lichtstrahlen zum Auslöschen eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächentransistor gemäß der Erfindung verwendet,

Fig.15 eine weitere Ausführungsform, welche ein Hagnetfeld zum Auslöschen eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächenhalbleiter gemäß der Erfindung verwendet,

Fig.16 ein Beispiel eines Generators variabler Frequenz, welcher das Verfahren zur Auslöschung eines Bereiches

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hoher elektrischer Feldstärke verwendet,

Fig. 17 - 19 Ausführungsformen von Einrichtungen für digitale ' Operationen mit hoher Geschwindigkeit, welche das Verfahren zur Steuerung eines Bereiches hoher elektrischer Feldsträke verwenden,

Fig. 20 eine Aus führung sf ο rm einer UlTD-Op er at ion, welche das Verfahren zur Steuerung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke verwendet,

Fig. 21 eine anschauliche Darstellung zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des Verfahrens der Hochgefwindigkeitsübertragungsoperation gemäß der Erfindung,

Fig. 22 eine Veranschaulicliung eines Halbleiterelementes, welches eine negative differentielle Leitfähigkeit aufweist,

Fig. 23 eine Darstellung zur Erläuterung eines Elementes, bei welchem an dem Halbleiter der Fig. 22 eine dielektrische Schicht angebracht ist,

Fig. 24- ein Diagramm, welches die Herstellung einer Vielzahl von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke in einem Halbleiterelement gemäß der Erfindung darstellt,

Fig. 25 eine Ausführungsiormäes Einheitsoperationselementes, welches einen Satz von Elektroden aufweist, die eine Löschelektrode, eine Erzeugungselektrode und eine Abtastelektrode gemäß der Erfindung umfassen,

Fig. 26 eine weitere Ausführungsform des Einheitselementes, welches eine Vielzahl von Elektrodensätzen des in

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der Fig. 25dargestellten Typs aufweist, und zwar gemäß der Erfindung,

Fig. 27 - 29 weitere Ausführungsformen des Elementes, welches das erfindungsgemäße Verfahren anwendet,

Fig.30 eine Darstellung zur Erläuterung, welche eine Ausführungsform eines binären Paralleladdierers darstellt, welcher nur aus Flächenhalbleitern aufgebaut ist und

Fig. 31 eine Ausführungsform zum Durchführen einer Dekodieroperation, welche das afindungsgemäße Verfahren verwendet .

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslöschen eines vorhandenen Bereiches hoher elektrischer Feldstärke wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 erläutert.

In der Fig. 4 ist eine Steuerelektrode 11 durch eine dielektrische Schicht 10 auf einer Oberfläche eines Halbleiterelementes 1 vorgesehen, welches eine negative differentielle Leitfähigkeit bei einem hohen elektrischen Feld aufweist und mit einer Kathodenelektrode 2 und einer Anodenelekträde 3 auf dessen entgegengesetzten Enden ausgestattet ist.

Zunächst ist dann, wenn kein (Null-) Spannuhgssignal an die Steuerelektrode 11 gelegt ist, wenn die Dielektrizitätskonstante, der dielektrischen Schicht 10 ausreichend größer ist als diejenige des Halbleiterelementes 1 oder die Stärke der Schicht 10 sehr gering ist, mit anderen Worten, wenn die statische Kapazität der kapazitiven Elektrode ausreichend groß ist, das elektrische Feld, welches sich innerhalb des Halbleiters entlang der Zwischenfläche C-D zwischen der dielektrischen

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Schicht und dem Halbleiter in der Fig. 5 erstreckt, im wesentlichen Null und die Äquipotentialflächen verlaufen parallel zu den Zwischenflächen C-D. Demgemäß wird ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke, welcher in der Nachbarschaft der Kathode 2 durch eine hohe Gleichspannung an den Elektroden 2 und 3 erzeugt wird, durch die dielektrische Elektrode nicht beeinträchtigt und wird als eine elektrische Dipolstruktur aufrecht erhalten, bis er die vordere Endfläche C-A der dielektrischen Elektrode 10 gemäß der Darstellung in Fig. 5 (-A-) erreicht. Wenn der Bereich hoher elektrischer Feldslärke weiterwandert und ein Teil des Bereiches den unmittelbar unter der dielektrischen Elektrode befindlichen Abschnitt erreicht, wie es in Fig. 5 (B) dargestellt ist, neigen sich die Raumladungen, welche den Bereich hoher elektrischer Feldstärke (in Fig. 5 (B) sind sie als eine an Elektronen veramte Schicht dargestellt) bilden, gegen die Zwischenfläche C-D und zwar aufgrund des Feldsammeleffektes der dielektrischen Schicht 10, und die Breite des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in der Wanderrichtung wird vergrößert. Diese Tendenz wird verstärkt, wenn der Bereich unter die Steuerelektrode 11 wandert, und deshalb wird die Anzahl der elektrischen Kraftlinien allmählich verringert, wie es in der Fig. 5 (C) dargestellt ist und die Raumladungen im Halbleiter bei einer Entfernung von der Zwischenfläche C-D werden im wesentlichen ausgelöscht, wie es in der Fig. 5 (D) dargestellt ist. Auf diese Weise wird der Bereich hoher elektrischer Feldstärke im Laufe seiner Wanderung völlig ausgelöscht.

Wenn eine negative Spannung an die Klemme 12 gelegt wird, wird der Effekt des Auslöschens des Bereiches hoher elektrischer FeIstärke aufgrund des Vorhandenseins einer dielektrischen Schicht verringert, und der Bereich hoher elektrischer Feldstärke kann unter der Steuerelektrode 11

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nicht ausgelöscht werden und erreicht die Anodenelektrocie ^Ύ , weil eine an Elektronen verarmte Schicht in dem Halbleiterabschnitt unter der dielektrischen Schicht erzeugt wird, so daß dieser Abschnitt gemäß der Darstellung in der Fig. 6 von der dielektrischen Schicht isoliert wird. Demgemäß wird bei dieser Konstruktion der Bereich hoher elektrischer Feldstärke ausgelöscht, wenn kein Spannungssignal an die Steuerelektrode 11 gelegt ist, und der Bereich kann aufrecht erhalten werden, indem ein: negatives Spannungssignal an die Elektrode 11 gelegt wird.

In diesem Zusammenhang wird der oben genannte Effekt des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke, welcher die Steuerelektrode verwendet, durch die Stärke des Halbleiterkörpers, die Dielektrizitätskonstante der Elektrode und die Größe der dielektrischen Schicht beeinflußt. Beispielsweise ist dort, wo die Stärke des Halbleiters groß ist, die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht verhältnismäßig gering, und die Größe der Elektrode ist gering, der Einfluß der Elektrode auf den Bereich hoher elektrischer Feldstärke ist schwach, so daß dieser Bereich bei Abwesenheit einer an die Steuerelektrode gelegten Spannung nicht ausgelöscht werden kann. In diesem Falle, wenn eine positive Spannung an die Steuerelektrode 11 gelegt wird, um eine Elektronenansammlungsschicht im Bereich unterhalb der Zwischenfläche G-D im Halbleiter zu erzeugen, wird die an Elektronen verarmte Schicht des wandernden Bereiches hoher elektrischer Feldstärke durch die Elektronenansammlungsschicht unter der Zwischen!lache C-D neutralisiert und der Bereich kann gemäß der Darstellung in der Fig. 7 ausgelöscht werden.

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Der oben erwähnte Effekt kann sogar dann erreicht werden, wenn die kapazitive Elektrode einer gewöhnlichen Isolierschicht durch eine solche Elektrode ersetzt wird, welche ein spezielles hoch-dielektrisches Material aufweist. In diesem Falle !bestimmt jedoch die Dielektrizitätskonstante des Elektrodenmaterials, welches der zwei obigen Verfahren verwendet wird. Dies bedeutet, wo die Stärke der dielektrischen Schicht gering ist und die auf die dielektrische Schicht gelegte Metallplatte eine große Fläche hat, so daß die statische Kapazität der Elektrode groß ist, besitzt der Bereich hoher elektrischer Feldstärke die Tendenz ausgelöscht zu werden, und der Bereich wird sogar dann ausgelöscht, wenn keine Spannung an die Elektrode 11 gelegt wird und kann nur dann aufrecht erhalten werden, wenn eine negative Spannung an die Elektrode gelegt wird. Wenn jedoch die statische Kapazität gering ist, wird der Bereich nicht ausgelöscht, wenn keine Spannung an die Elektrode gelegt ist, wird jedoch ausgelöscht, wenn eine postive. Spannung derart an die Elektrode gelegt ist, daß eine Elektronenansammlungsschicht im Halbleiterkörper erzeugt wird.

Es gibt zwei weitere Prozesse, welche sich von den oben erwöhnten Mechanismen unterscheiden, in welchen der Bereich hoher elektrischer Feldstärke ausgelöscht werden kann, indem eine negative Spannung an die Steuerelektrode 11 gelegt wird.

In einem Verfahren wird eine an Elektronen verarmte Schicht, bzw. eine Sperrschicht, in dem Bereich unterhalb der dielektrischen Schicht erzeugt, um das Äquivalent einer Abnahme in der Querschnittsfläche des Bereiches zu bewirken, wie es in der Fig. 8 dargestellt ist, und dadurch die

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Stärke des elektrischen leides in dem Bereich -anzuheben, so daß der Potentialabfall in diesem Bereich groß wird und die elektrische Feldstärke in anderen Bereichen als dem unter der Steuerelektrode 11 gelegenen Bereich vermindert wird und der Bereich hoher elektrischer Feldstärke ausgelöscht wird. Im anderen Falle wird die an Elektronen verarmte Schicht in der Nachbarschaft der Steuerelektrode 11 erzeugt, so daß die effektxive Stärke "d" des Halbleiters vermindert wird und die elektrische Feldstärke des Bereiches geringer wird, als der Schwellenwert (n d = 10 /cm , wobei η die Donatordichte und

-¹¹/om²,

d die Stärke ist), oberhalb von welchen der Bereich hoher elektrischer Feldstärke existieren kann, worauf der Bereich hoher elektrischer Feldstärke zerfällt und in diesem Bereich ausgelöscht wird. Welcher von den oben erwähnten Mechanismen dominiert, hängt von der Donatordichte im Halbleiter ab, sowie von dessen Konfiguration, von der Struktur der Steuerelektrode und von der Größe der Vorspannung, welche an die Kathode und die Anode desselben gelegt ist, usw. Da eine Tendenz besteht, daß diese Mechanismen zusammenwirken, kann in bestimmten Mllen eine Kombination dieser zwei Mechanismen auftreten.

Wie oben erläutert wurde, kann die Auslöschung des Bereiches hoher elektrischer Feldstxärke so angesehen werden, als ob sie von der Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Schicht abhängt, welche an dem Halbleiterelement anzubringen ist, außerdem von der Stärke und der Länge der Schicht und von dem an die Klemme angelegten Potential. Je höher die Dielektrizitätskonstante und $e geringer die Stärke der dielektrischen Schicht sind, um so besser ist der Effekt.

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Die Fig. 9 zeigt experimentelle Daten, welche erhalten wurden, als ein in einem GaAs-HaIbIeiter erzeugter Bereich hoher elektrischer leidstärke gemäß der Erfindung ausgelöscht wurde. In diesem Experiment wurden ohmische Elektroden 2 und 3 an den gegenüberliegenden Enden des Halbleiters 1 vorgesehen, welcher eine Länge von 1,2mm b-esaß, wie es in der Fig. 9 (A) dargestellt ist, und es wurde eine Spannung von 3^0 Volt als eine GIeichvorspannung daran angelegt. Bei dieser Vorspannung wurde kein Bereich hoher elektrischer Feldstärke in dem Halbleiter erzeugt. Durch Anordnung einer kapazitiven Triggerelektrode 14, welche auf eine Isolierschicht 13 niedergeschlagen wurde, die so ausgebildet war, daß sie direkt auf den Halbleiter 1 aufgebracht wurde, und zvfar in einer von der Kathodenelektrode 2 um 100 Mikron entfernten Stellung und durch Anlegen einer Spannung von 50 Volt an die Triggerelektrode 14 wurde ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke erzeugt, wie es in Fig. 9 (B) dargestellt ist, worin das entlang dem Element verteilte Potential mit der Zeit als Parameter dargestellt ist und die Stufe einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke darstellt. Wenn keine Spannung an eine kapazitive Steuerelektrode 11 gelegt ist, welche eine dielektrische Schicht 10 aufweist, die direkt an dem Halbleiter 1 angebracht ist, und welche in einer von der Anode 3 um 300 Mikron entfernten Stellung angeordnet ist, wird der Bereich hoher elektrischer Feldstärke in der Nachbarschaft der Triggerelekbrode 14 erzeugt und erreicht die Anode 3> ohne daß eine Interferenz auftritt, wie es in der Fig. 9 (B) dargestellt ist. Gemäß der Darstellung in der Fig. 9 (B) ist im Zeitpunkt 0, wo kein Bereich hoher Feldstärke erzeugt wird, die Spannungsverteilung im wesentlichen eine gerade Linie. Wenn ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke erzeugt

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wird, tritt in der Spannungsverteilung eine Stufe auf, und die Stufe wandert mit der Zeit zur Anode, wie es für Zeiten größer als 2 Nanosekunden ersichtlich ist.

Wenn eine negative Spannung von 155 Volt an die Steuerelektrode 11 gelegt wird, wird der Bereich hoher elektrischer Feldstärke "bei etwa der Steuerelektrode 11 ausgelöscht, wie es unterhalb von 8 Nanosekunden in der Fig. 9 (0) dargestellt ist.

Während in der "beschriebenen Hethode der Steuerung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke die Steuerelektrode durch eine dielektrische Schicht oder eine Isolierschicht auf dem Halbleiter angebracht ist, kann derselbe Effekt erreicht werden, indem eine Widerstandsschicht verwendet wird, anstatt der dielektrische]!. Schicht oder der Isolierschicht.

Dies bedeutet, wie es in der Fig. 10 (A) dargestellt ist, wenn eine Steuerlektrode 16, die durch eine Widerstandsschicht 15 auf einem Halbleiter 1 angebracht ist, mit einer positiven Spannung oder mit keiner Spannung versorgt wird, wird das elektrische Feld in einem Abschnitt unter der Steuerelektrode 16 abgeschwächt und die Raumladungen, welche den Bereich hoher elektrischer Feldstärke aufrecht erhalten, werden durch die Widerstandsschicht entladen, so daß dadurch bewirkt wird, daß der Bereich gelöscht wird. Andererseits wird dann, wenn eine negative Spannung an die Elektrode 16 gelegt wird, eine Verarmungsschicht, bzw. eine Sperrschicht gebildet, und zwar im Grenzbereich zwischen dem Halbleiter und der Widerstandsschicht, wie es in Fig. 10 (B) dargestellt ist, welche verhindert, daß die Wiferstandsschicht den Bereich hoher elektrischer Feldstärke beeinträchtigt

und somit wird der Bereich holier elektrischer Feldstärke nicht ausgelöscht, sondern wandert zur Anode 3. Die zwischen dem Halbleiter und der Metallelektrode angeordnete Widerstandsschicht 15 kann gewöhnliches Widerstandsmaterial sein, oder kann ein Halbleiter vom P-3?yp sein. Eine Ausführungsform, welche einen Halbleiter vom P-Typ verwendet, wird unten im Detail beschrieben.

Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11 eine Ausführungsfxorm beschrieben, welche ein Metall verwendet, das direkt mit dem Halbleiter als Steuerelektrode verbunden ist, d.h., eine Ausführungsform, welche eine ßchottky-Elektrode aufweist.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 11 ist eine ßchottky-Elektrode 17 aus einem Metall mit einem Besieh auf einer Überfläche eines Halbleiters 1 gebildet. Da diese ßchottkyiilektrode 17 als eine reine Metallelektrode auf einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke wirkt, welcher zu einer Anode 3 wandert, wie es in Fig. 11 (A) dargestellt ist, wenn keine Spannung an die Elektrode angelegt ist und das elektrische Feld im Halbleiter gerade unterhalb der Elektrode 17 sehr schwach ist, werden die Raumladungen, welche in dem Bereich hoher elektrischer Feldstärke enthalten sind, der in dieses Gebiet eintritt, durch die Elektrode 17 kurzgeschlossen, mit dem Ergebnis, daß eine gleichzeitige Verminderung der elektrischen Feldstärke innerhalb des Bereiches auftritt, welche bewirkt, daß dieser ausgelöscht wird. Wenn jedoch eine negative Spannung an die Elektrode 17 gelegt wird, wie es in der Fig. 11 (B) dargestellt ist, wird hingegen der Kurzschlußeffekt aufgrund des Metalls eliminiert, und es besteht ein elektrisches Feld

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im Halbleiter, da eine an Elektronen verarmte Schicht in dem Halbleiterteil unterhalb der Metallelektrode 17 erzeugt wird, und zwar aufgrund des Schottky-Effektes, so daß der wandernde Bereich hoher elektrischer Feldstärke nicht ausgelöscht wird, sondern sich weiter zur Anode bewegt. Dies bedeutet, wenn keine Spannung an die Schottky-Elektrode angelegt wird, wird der Bereich hoher elektrischer Feldstärke ausgelöscht, wenn jedoch ein negatives Spannungssignal angelegt wird, wird der Bereich nicht ausgelöscht.

Eine Ausführungsform, welche eine P-N-übergangszone als Steuerelektrode verwendet, wird unter Bezugnahme auf die !ig. 12 und 13 beschrieben.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 12 (A) wird dann, wenn die Leitfähigkeit des Halbleiters 18 vom P-Typ, welcher als die Elektrode 19 verwendet wird, im Vergleich mit derjenigen des Halbleiters 1 vom Η-Typ groß ist, die elektrische Feldstärke in dem Halbleiterabschnitt unmitbelbar unterhalb der Elektrode 19 sehr schwach, und somit wird der Bereich hoher elektrischer Feldstärke ausgelöscht, In diesem Falle ist jedoch, da die negative Spannung an

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die Elektrode/gelegt ist, wie es in Fig. 12 (B) dargestellt ist, der P-N-tJbergang in Sperrichtung vorgespannt, so daß der KurzSchlußeffekt nicht auftritt und deshalb der Bereich hoher elektrischer Feldstärke ohne Auslöschung weiterwandern kann. Wie es in der Fig. 13 (A) daigestellt ist, wird andererseits, wo die Leitfähigkeit des Halbleiters 18 vom P-Typ, welcher als die Elektrode 19 verwendet wird, geringer ist alπ diejenige des Halbleiters vom N-Typ, die elektrische Feldstärke in dem Teil des

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Halbleiters vom N-Typ unterhalb der Elektrode höher gehalten als der Schwellwert, welcher ausreichend ist, um den Bereich hoher elektrischer Feldstärke sogar dann aufrecht zu erhalten, wenn keine Spannung an die Elektrode angelegt ist, und somit wird der Bemch nicht ausgelöscht. In diesem Falle wird jedoch,wenn eine positive Spannung an die Elektrode 19 gelegt wird, der P-N-Übergang in Durchlaßrichtung vorgespannt, und es entsteht eine große Anzahl von Löchern, so daß der Widerstand des P-N-überganges geringer wird und der Bereich hoher elektrischer Feldstärke ausgelöscht wird.

Nun werden Ausführungsformen beschrieben, welche Lichtstrahlen verwenden, um einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke auszulöschen.

Wie es in der Fig. 14 (A) dargestellt ist, wird dort, wo ein lokaler Bereich eines Flächenhalbleiters 1 durch Licht bestrahlt wird, eine große Anzahl von Elektronen und von Löcherpaaren erzeugt, so daß die Leitfähigkeit dieses Bereiches erhöht wird und die elektrische Feldstärke in diesem Bereich vermindert wird, und zwar auf einen Wert, welcher unter demjenigen liegt, der erforderlich ist, um den Bereich hoher elektrischer Feldstärke aufrecht zu erhalten, so daß dadurch der Bereich ausgelöscht wird. Die Fig. 14 (B) veranschaulicht ein Verfahren zur Auslöschung dnes Bereiches hoher elektrischer Feldstärke in einem Halbleiter 1 durch Verwendung einer lichtemittierenden Diode 20, um den Halbleiter 1 zu bestrahlen.

Die Fig. 15 veranschaulicht ein Verfahren der Auslöschung eines Bereiches hoher eloktrischer Feldstärke durch An-

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wendung eines magnetischen Feldes auf einen lokalen. Bereich eines Halbleiters. Wie es in der ffig- i5 OQ dargestellt ist, wird der Widerstand eines solchen Bereiches, wenn ein magnetisches Feld "B" lokal angewandt wird, aufgrund der Wirkung des magnetischen Wider Standes erhöht, und die elektrische Feldstärke wird in diesem Bereich erhöht, so daß die elektrische Feldstärke im anderem. Teil auf einen Wert vermindert wird, welcher unterhalb vom demjenigen liegt, der erforderlich ist, im den Bereich hoher elektrischer Feldstärke aufrecht zu erhalten, so daß dadurch dieser Bereich ausgelöscht wird.

Die Fig. 15(B.) veranschaulicht ein Verfahren der Amiwendung eines magnetischen Feldes ⁿB" sm£ einen lokalen Teil eines Halbleiters 1. Derselbe Effekt kann erreicht werden, indem ein elektrischer Strom durch eine Spnile 21 geschickt wird oder indem, ein magnetisciier Bemcln in einem Orthoferriten 22 verwendet wird, wie es in der 15 (C) dargestellt ist.

Da auf diese Weise ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke an irgendeiner beliebigen Stelle in einem F/läöhienhalbleiter ausgelöscht werden kann, indem die verscfisiedenen externen Signale verwendet werden, kann das Element; im verschiedenen Einrichtungen verwendet werden.

Die Fig. 16 zeigt als Beispiel eine Einrichtung;, weiche die Erfindung anwendet, und zwar einen Generator variabler Frequenz, dessen Ausgangsfrequenz durch ein exfceraes Signal gesteuert ist. In dieser Einrichtung sind, eine Yielzahl von Elektroden 23 auf einer Seite eines KalbMters i vorgesehen und die Ausgangsfrequenz wird in Übereinetimmtaaig; der Änderung des Wander ab Standes eines Bereiches hoiteir

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elektrischer Feldstärke verändert, welcher in der Kathode 2 erzeugt ist. Veränderungen im Wanderabstand, bzw. in der Wp.nderstrecke, werden verursacht, indem die Elektroden 23 mit einer negativen Spannung oder mit einer Spannung 0 versorgt werden, wie. es in der Fig. 16 (B) dargestellt ist.

D^ in dieser Ausführungsform die Elektroden 23 Schottky-Elektroden sind, wird der an der Kathode 2 erzeugte Bereich hoher elektrischer Feldstärke an einer Elektrode 23a ausgelöscht, wenn ein Spannung Va gleich Null ist, so daß ein Impuls, dessen Dauer dem Abstand zwischen der Kathode 2 und der Elektrode entspricht, welche die Spannung Va aufweist, erzeugt wird. Wenn die Spannung Va negativ ist, wird hingegen eine an Elektronen verarmte Schicht unterhalb der Elektrode 23a erzeugt und das Metall dient nicht langer als Kurzschluß. Somit besteht der Bereich hoher elektrischer Feldstärke weiter fort, und er wandert zur Elektrode 23b, an welche entweder keine Spannung oder sogar eine posiüsre Spannung angelegt ist. Das Impulsintervall wird somit auf einen Wert verlängert, welcher der Entfernung zwischen der Kathode 2 und der Elektrode 23b entspricht. Auf diese Weise kann das Impulsintervall verändert werden.

Nun wird eine Ausführungsform beschrieben, in welcher das Verfahren zur Erzeugung und/oder zum Auslöschen eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke gemäß der Erfindung auf eine digitale Operationseinrichtung mit ultrahoher ' Geschwindigkeit angewandt sind. Zunächst wird die Anwendung der Erfindung auf eine mit Ultrahochgeschwindigkeit ablaufende logische UND-Operation beschrieben.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 17 (A) rand zwei Schottky-Gf tter-iülektroden 2Λ- und ?5 vorgesehen unrl zwar auf und

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entlang einer Seite eines Halbleiters 1, und eine Gleichspannung von geeignetem Wert wird an die ohmischen Elektroden 2 und 3 gelegt. Die-Struktur der Elektrode 23 und die Struktur des Halbleiters an sich ist in geeigneter Weise ausgewählt, so daß dann, wenn eine negative Signalspannung an die Trigger-Elektrode 25 gelegt ist, eine lokale an Elektronen verarmte Schicht 26 erzeugt wird, welche bewirkt, daß ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke 28 erzeugt wird. Wenn eine Schottky-Gatter-Elektrode 24 mit der beschriebenen Funktion vorgesehen ist, und zwar auf der Anodenseite des Halbleiters 1, der so konstruiert ist, kann der Bereich 28 nur dann zur Anode wandern, wenn die an Elektronen verarmte Schicht 27 durch eine negative Signalspannung erzeugt ist, welche an die Gatterelektrode 24 gelegt ist und kann durch die Abtastelektrode 29 abgetastet werden, welche beispielsweise durch einen Isolate¹ 30 mit dem Halbleiter 1 verbunden ist. Nun sei angenommen, daß die an die jeweiligen Elektroden 25 und 24 gelegten Eingangssignale durch "x" und "y" dargestellt sind, die Spannung Null durch "0" dargestellt ist, die negative Spannung durch "1", die Ausgangsspannung der Detektorelektrode 29 durch "z" und die Anwesenheit sowie die Abwesenheit eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke, d.h., die Anwensenheit und die Abwesenheit eines Ausganges durch "1" und "0" jeweils dargestellt .and. Die Wahrheitstabell e kann in diesem Falle gemäß der Fig. 17 (B) ausgebildet sein und die logische UND-Operation kann ausgeführt werden. In der oben beschriebenen Anwendung kann derselbe Effekt erreicht werden, in dem eine kapazitive Struktur verwendet wird, d.h., eine Struktur,- welche eine Metallelektrode aufweist, die auf einer Widerstandsschicht direkt mit dem Halbleiter oder einexPN-übergangszonenstruktur verbunden ist, wie die Steuerelektrode.

Es sollte verständlich sein, daß als Verfahren zur Erzeugung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke ein beliebiges bekanntes Verfahren verwendet werden kann und daß als Verfahren zum Auslöschen dieses Bereiches eines der oben beschriebenen Verfahren angewendet werden kann.

Die i'ig. 18 (A) ist eine Ausführungsform zur Qnchführung einer komplexeren Operation. In dieser Einrichtung sind eine kapazitive Elektrode 31, eine weitere kapazitive Elektrode 32 und eine kapazitive Elektrode 33 auf einer Oberfläche eines Flächenhalbleiters 1 aus GaAs als Elektrode zur Erzeugung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke angeordnet, bzw. als Auslösch- und als Detektor-Elektrode. Eine Vorspannung, welche niedriger ist als die Schwellenspannung V., , die einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke erzeugt, jedoch höher als die Spannung V , welche diesen Bereich aufrecht erhält, wird an die ohmischen Elektroden 2 und 3 gelegt, welche auf den gegenüberliegenden Enden des Halbleiterelementes 1 angeordnet sind.

Wenn eine negative Signalspannung an die Elektrode 51 angelegt ist, wird in dieser Anordnung ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke erzeugt. Wenn ein negatives Spannungssignal an die Elektrode 32 gelegt wird, wird gleichzeitig der durch das an die Elektrode 32 gelegte Signal erzeugte Bereich in der Nachbarschaft der Elektrode 32 ausgelöscht und deshalb wird die Detektorelektrode 33 keinen Bereich ermitteln. Wenn angenommen wird, daß das Vorhandensein und das Nichtvorhandensein der Signale den Binärziffern "1^U und "0" ,jeweils entspricht, daß die Spannungseingänge an die Elektroden 31 und. 32 als "x" und "y" dargestellt sind, und

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daß die Ausgangsspannung durch "z" dargestellt ist, so können die Wahrheitstabelle gemäß Fig. 18 (B) und die logische Operation von ζ ■* χ .«*j>y ausgeführt werden. Dies kann als eine Sheffer-Strich-Modifikation angesehen werden, und mit Kombinationen dieser Operation können alle logischen Operationen ausgeführt werden.

Beispielsweise veranschaulicht die Fig. 19 eine Ausführung}-form, in welcher ein Signal direkt an die Kathode gelegt wird, um einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke zu erzeugen. Wie in den Fig. 19 (A) und 19 (B) dargestellt ist, liefert dann, wenn ein Signal x, bzw. ein Signal y, dazu verwendet wird, einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke zu erzeugen und auszulöschen und die Anwesenheit eines solchen Bereiches hoher elektrischer Feldstärke durch ein Ausgangssignal ζ abgetastet wird, das Ausgangssignal das Ergebnis der logischen Operation ζ = χ .fwy. In diesem Falle kann ein beliebiges der oben beschriebenen Verfahren als Verfahren zur Auslöschung des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke angewandt werden. Dies bedeutet, der Bereich hoher elektrischer Feldstärke kann entweder durch einen posiüven oder durch einen negativen Spannungsimpuls ausgelöscht werden.

Wenn eine beliebige Kombination dieser Konstruktionen verwendet wird und wenn einer der Eingänge konstant gemacht wird, wird der negative des anderen Eingangs gemäß der Darstellung in der Fig. 20 (A) ausgeführt, und wenn zwei Elemente gemäß der Darstellung in der Fig. 20 (B) kombiniert werden, kann eine UND-Operation von ζ = χ . y erreicht werden.

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Weiterhin wird als Beispiel die Ausführung einer Addieroperation mit extrem hoher Geschwindigkeit "beschrieben, welche Bereiche hoher elektrischer Feldstärke in dem Flächenhalbleiter verwendet.

Der Anstieg im Informationsvolumen in der letzten Zeit hat die unabwendbare Notwendigkeit einer radikalen Reduktion in der Verarbeitungszeit des elektronischen Datenverarbeitungssystems geschaffen. Bisher wurde die Addieroperation durch ein Verfahren durchgeführt, wodurch die Addition der Zahlen sequentiell durchgeführt wird, und zwar von der kleinsten Binärziffer an mit Hilfe von Schaltelementen wie Transistoren. Bei solchen Operationen hat die höchste Schaltgeschwindigkeit, welche pro Schaltelement erreichbar war, bisher in der Größenordnung von einigen Nanosekunden gelegen. Folglich hat sich diese herkömmliche Methode als nachteilig erwiesen, da sie die Verwendung einer höchst komplizierten Schaltung erfordert und bei der Verarbeitung von Daten afrg viel Zeit verbraucht.

Die Erfindung gestatteti daß eine parallele Addition und andere logische Operationen mit einer extrem hdoen Geschwindigkeit ausgeführt werden, indem ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächenhalbleiter verwendet wird. Sie überwindet die oben erwähnten Nachteile und führt zu dem Erfolg, die Größe des Datenverarbeitungssystems zu reduzieren und die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung zu erhöhen.

Die Erfindung wird weiterhin unter Bezug auf die Fig. bis 29 beschrieben.

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Die Fig. 21 ist ein Diagramm, welches das Arbeitsprinzip eines Hochgeschwindigkeits-Übertragungsvorganges darstellt, welcher der Erfindung zugrunde liegt. Beispielsweise wird die Addition im Binärsystem mit einem Ball-Roll-Spiel verglichen, Venn ein Ball gemäß der Darstellung eine geneigte Fläche herunterrollen soll, wird er über andere Bälle hinwegrollen, welche bereits in einem Loch festgehalten sind, bis er in das erste nicht besetzte Loch hineinf^ällt. In diesem Falle entBjaicht der Ball einem "Übertrag" bei der Binäraddition. Derjenige Fall in der Binäraddition, wo die Bits (x. + y. beispeilsweise) an einer vorgegebenen Binärstelle von zwei Zahlen X und Y beide 1 oder 0 sind, wird dadurch dargestellt, daß das entsprechende Loch keinen Ball enthält. Mit anderen Worten, derjenige Fall, in welchem die logische Summe von x. und y. 0 oder x. + y. =0 resultiert, ist dadurch dargestellt, daß das Loch keinen Ball enthält. Das Loch ist nicht länger leer, wo eines der beiden Bits gleich 1 und das andere gleich ist. Genauer gesagt, wenn x. = 1 und y. = 0 oder wenn χ. =a 0 und y. = 1 wird die Gleichung x^. + y. = 1, und dies wird dargestellt, indem das in Frage stehende Loch mit einem Ball gefüllt ist. In dieser Analogie entspricht das Vorhandensein eines Balles, welcher ein Brett heruntrerrollt, dem Zustand, daß die Bits, welche auf eine vorgegebene Binärstelle fallen, beide gleich 1 sind, so daß die Glöi.chung x. y. = 1 erfüllt ist. Die "Übertrag"-Signale sind ausgedrückt durch x_Q y_Q, x^ j., .. -x_ny_nj und ein Ball, welcher durch das entsprechende "Übertrag"-Signal zum Weiterrollen veranlaßt wird, fällt in das erste nicht besetzte Loch. Derjenige Ball, welcher aus einer vorgegebenen Binärstelle erzeugt wird, kollidiert niemals mit dem Ball, der aus einer der folgenden Binärstellen resultiert,

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Anstelle des in der obigen Beschreibung des Arbeitsprinzips verwendeten Balles verwendet die Erfindung einen Bereich, hoher elektrischer Feldstärke, welcher im Halbleiter von solchen Substanzen wie GaAs erzeugt wird, der bei einer hohen elektrischen Feldstärke eine negative differentielle Leitfähigkeit aufweist. Durch die Verwendung des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke bewirkt die Erfindung, daß die "Übertrag"-Operation parallel in allen zutreffenden Binärstellen ausgeführt wird.

Bisher konnte nur ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke in einem herkömmlichen Halbleiterelement gemäß der Darstellung in der Fig. 22 erzeugt werden. Dieses Element gestattet niemehr, daß eine Vielzahl von solchen Bereichen hoher elektrischer Feldstärke gleichzeitig erzeugt werden.

Im Falle eines Halbleiters wie GaAs, welcher ein dielektrisches Material von höherer Dielektrizitätskonstante als dasjenige des Halbleiters aufweist, welcher an dessen Oberfläche angebracht ist, absorbiert jedoch das Dielektrikum die Raumladungen innerhalb des Halbleiters, und der Bereich hoher elektrischer Feldstärke innerhalb des Halbleiters ist von geringer Größe. Folglich gestattet dieses Element, daß eine Vielzahl von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke gleichzeitig gemäß der Darstellung in der Fig. 23 koexistieren.

Obwohl sich die obige Beschreibung auf ein Verfahren bezieht, welches bewirkt, daß eine Vielzahl von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke durch Anbringung eines dielektrischen Materials am Halbleiter koexistieren, ist es jedoch auch möglich, eine Vielzahl von solchen Bereichen

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dadurch existieren zu lassen, daß das dielektrische Material durch an Isoliermaterial ersetzt wird, auf welches ein Metall auf derjenigen Fläche des Isoliermaterials angebracht wird, die nicht in Kontakt mit dem Halbleiter steht.

Die Fig. 24 zeigt als Ergebnisse eines durchgeführten Experimentes, daß eine Vielzahl von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke aufeinanderfolgend durch Anbringung von BaTi O₇. als dielektrisches Material auf Ga As Halbleiterelementen erzeugt werden können. Die Spannungsverteilung im Element wurde mit der Zeit als Parameter gemessen, und die Stufe stellt die Bereiche hoher elektrischer Feldstärke dar.

Die Erfindung bewirkt somit, daß eine Vielzahl von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke an gewünschten Stellen koexisbLeren, und zwar innerhalb eines Halbleiters oder bewirkt, daß existierende Bereiche! hoher elektrischer Feldstärke an gewünschten Stellen ausgelöscht werden, indem die Wirkung des Dielektrikums oder die Wirkung der Verteilung der Kapazität auf den Bereich hoher elektrischer Feldstärke ausgenutzt wird. Diese Tatsache ermöglicht es, einen Übertrag bei einer Binäroperation mit einer extrem hohen Geschwindigkeit auszuführen, indem Bereiche hoher elektrischer Feldstärke verwendet werden, und zwar im wesentlifen in der gleichen Weise wie bei dem in der Fig. 21 dargestellten Ball-Roll-Spiel.

Zur Erzeugung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke an einer erforderlichen Stelle kann eines der in den Fig. 1-3 beschriebenen herkömmlichen Verfahren verwendet werden.

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Das angewandte Verfallen zur Auslöschung, bzw. Löschung des Bereiches kann eines der oben beschriebenen Verfahren sein. Beispielsweise ist in der Fig. 6a eine Steuerelektrode 11 vorgesehen, und zwar durch eine dielektrische Schicht 10 auf einem Flächenhalbleiter 1, und der Bereich wird durch Anlegen einer positiven Spannung an die Elektrode 11 gelöscht.

Die Fig. 25 stellt ein Beispiel eines Einheitsoperationselementes dar, welches dadurch gebildet wird, daß eine Elektrode "a" zur Auslöschung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke, welche mit einem Metall 36 ausgestattet ist, eine Elektrode "b" zur Erzagung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke, welche mit einem Metall 35 ausgestattet ist und eine Elektrode "c" zur Abtastung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke, welche mit einem Metall 37 ausgestattet ist, jeweils durch Isolierschichten :: 39» 38 und 4-0 mit dem Halbleiter 1 in der oben beschriebenen Weise verbunden sind.

Die Fig. 26 (A) ist ein Beispiel eines Einheitselementes, welches eine Vielzahl von solchen Elektrodensätζofl.aufweist, die auf dem Halbleiter 1 angeordnet sind, indem sie ein elektrisches?Material 3^ umfassen. In demjenigen Falle, in welchem die Länge des Halbleiters groß ist und der erforderliche Gleichspannungs-Vorspannungswert zu hoch ist, und zwar wegen einer solchen Kombination von vielen Elektrodensätzen, kann eine alternative Konfiguration verwendet werden, in welcher mehrere Komponentenelemente, von denen jedes vom Standpunkt der Gleichspannung aus kurz ist, gemäß der Darstellung in der Fig. 26 (B) parallel geschaltet sind und die Kathoden 2 und die Anoden 3 desselben mittels einer kapazitiven Kopplung verbunden sind, beispielsweise,

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um den Bereichen hoher elektrischer Feldstärke zu gestatten, daß sie durch die in Reihe geschalteten Komponenteneleinente wandern. Die Fig. 26 (G) zeigt ein weiteres Beispiel einer Einheit, welche sich von der in der Fig. 26 (B) dargestellten Einheit leicht unterscheidet.

Um einen Hochgeschwindigkeitsübertrag gemäß dem in der Fig. 21 dargestellten Prinzip auszuführen, ist es nur erforderlich, ein elektrisches Signal χ + y an die erste EleHrode a zur Auslöschung des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke zu führen und ein elektrisches Signal χ y an die Elektrode b zur Erzeugung des Bereiches zu führen und das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke mittels der ersten Elektrode c zur Abtastung des Bereiches zu ermitteln und danach dasselbe Verfahren auf den anderen Elektrodensätzen parallel durchzuführen. Wenn diese Operation ausgeführt wird, bewirken die Ausgangssignale der einzelnen Abtastelektroden des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke c ,c...., c direkt einen "Übertrag" an jeder entsprechenden Binärstelle in der Binäraddition.

Zur AuTindung einer Antwort auf die Addition in der Binäroperation ist es lediglich erforderlich zu bestimmen, ob die Summe ζ von x,y und c eine gerade oder eine ungerade Zahl ist. Auch für diesen Zweck kann der Bereich hoher elektrischer Feldstärke verwendet werden. Genauer ges$£, die ,Erzeugung eines Bereiches hoher elektrischer Feldstärke kann durch symmetrische Anordnung von zwei Elektroden 41 und 42 erreicht werden, welche ohmisch, nicht ohmisch, kapazitiv oder andersartig sein können, auf der Oberfläche eines Elementes, welches ohmische Elektroden 2 und 3 aufweist, die an dem Halbleiter 1 befestigt sind, der gemäß der Darstellung

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2Ί2Λ635

in der Fig. 27 (A) eine negative differentielle Leitfähigkeit afweist, wobei das elektrische Gleichfeld innerhalb des Halbleiters auf einer Greife gehalten wird, die kleiner ist/die kritische Feldstärke E^, welche den Bereich erzeugt, jedoch größer als diejenige Feldstärke E welche den Bereich unterhält und in dem eine Impulsspannung an jede der Elektroden 4-1 und 4-2 angelegt wird. In diesem Falle wird lokal eine hohe elektrische Feldstärke erzeugt und entwickelt sich nur dann in einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke, wenn die Signalspannung nur an eine der zwei Elektroden 4-1 und 4-2 gelegt ist. Venn jedoch die Signalspannung an beide der zwei Elektroden gelegt ist, ist das innerhalb des Halbleiters erzeugte elektrische Feld zu schwach, um sich in einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke zu entwickeln. Ein solches Halbleiterelement besitzt somit die Funktion eines exklusiven ODER. Eine ähnliche Funktion kann erreicht werden, indem auf die ohmischen Elektroden 2 und 2' gemäß der Darstellung in der Fig. 27 (B) direkt eine Gleichspannung eingeprägt wird. Zum Zwecke der Abtastung des infolge dieser Maßnahme erzeugten Bereiches elektrischer Feldstärke ist es ausreichend eine kapazitive Elektrode 4-3 an der Oberfläche des Halbleiters 1 gemäß der Darstellung in der Fig. 27 (G) zu befestigen. In alternativer Weise kann die Abtastung auf der Basis eines Wechsels in der (sfcröße des elektrischen Stromes erfolgen, welcher zwischen den Elektroden 2 und des Elementes 1 fließt.

Wo dieses Verfahren in zwei Stufen angewandt wird, kann die Frage, ob die Summe ζ der drei Zahlen x,y und c eine ungerade oder eine gerade Zahl ist, dadurch gelöst werden, daß ein Endbereich hoher elektrischer Feldstärke mittels

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der Elektrode 4-6 gemäß der Darstellung in der Fig. 28 abgetastet wird. Der Endbereich hoher elektrischer Feldstärke kommt nicht zustande, wenn die Summe ζ von x,y und c eine gerade Zahl ist. Der Bereich hoher elektrischer Feldstärke wird ermittelt, wenn die Summe dieser Zahlen eine ungerade Zahl ist. Außerdem ist es möglich, die Tatsache zu verwenden, daß die Größe des elektrischen Stromes sich beim Vorhandensein des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke ändert. Die Fig. 29 veranschaulicht Beispiele der Anwendung dieses Phenomens. Die Halbleiter 1 und 1', welche jeweils zwei Bereiche 2-3 und 2-3' aufweisen (oder 2-3 "und 2'-3^f in Fig. 29 (B)), besitzen Signalelektroden 4-7 und 4-7·, welche jeweils an den Bereichen angebracht and, wobei das Signal den Klemmen "d" und "e" eingeprägt wird. Die Halbleiter 1 und 1' sind jeweils mit einem Widerstand "R" in Reihe geschaltet, um die Anwendung einer Qeichspannung darauf zu gestatten. Die Struktur und Funktion der Elektrode 4-7 und 4-7' können die jenigen der Elektrode zur Erzeugung des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke oder diejenigen der Elektrode zur Auslöschung des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke sein, solange beide Elektroden dieselbe Funkijon haben. Wenn das Signal entweder an beide oder an keine der Klemmen "d" und "e" gelegt wird, welche mit den Signalelektroden 4-7 und 4-7' jeweils verbunden sind, ist der Bereich hoher elektrischer Feldstärke entweder in beiden oder in keineD^Ler zwei Bereiche vorhanden. Somit hat der elektrische Strom, welcher durch diesen Bereich fließt, dieselbe Größe wie derjenige, welcher durch den anderen Bereich fließt. Demgemäß wird kein elektrisches Ausgangssignal an die Klemmen. ^Mf" und "g" geliefert, welche sich, von den Elektroden 3 und 3¹ erstreden. Mit anderen Worten, es wird kein Ausgangs- signal erzeugt, wenn die Summe der Eingangssignale dne gerade

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- Π-

Zahl ist. Wenn das Signal nur an eine der Klemmen ^Md" und "β" geführt ist, wird ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke gebildet, und zwar im Abschnitt der entsprechenden Seite und im anderen Abschnitt wird kein Bereich gebildet. Demgemäß tritt eine große Differenz zwischen den elektrischen Strömen auf, welche durch diese beiden Abschnitte fließen, welche den Anlaß gibt, daß ein elektrisches Ausgangs signal zwischen den Ausgangsklemmen ⁿf" und ^Mg^tt gebildet wird. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal erzeugt wird, wenn die Summe der Eingangssignale eine ungerade Zahl ist.

Um zu bestimmen, ob die Summe von zwei oder mehr Eingangssignalen eine gerade oder eine ungerade Zahl ist, ist es lediglich erforderlich, daß die notwendige Anzahl solcher Elemente derart aufeinandergestapelt werden, daß eine Addition gebildet wird.

Auf der Basis des oben beschriebenen Priaips kann die binäre Paralleladdition durchgeführt werden, und zwar ausschließlich unter Verwendung von Flächenhalbleitern. Die Fig. 30 veranschaulicht ein Beispiel. Wenn zwei binäre Zahlen X und Y addiert werden, indem dieses Verfahren angewandt wird, wird die Addition parallel in allen Binärstellen gleichzeitig mit der Wirkung des "Übertrages¹¹ ausgeführt. Folglich wird die Summe Z mit äußerster Schnelligkeit erreicht, welche die Zahlen ζ , Zy., ... ζ in den sequentiellen binären Stellen aufweist. Die Geschwindigkeit dieser Addition wird im ungünstigsten Falle durch die Zeit bestimmt, in welcher der Bereich hoher elektrischer Feldstärke von der Kathode 2 zur Anorde innerhalb des Flächenhalbleiters 1 wandert. Bei Verwendung von GaAs wandert der Bereich hoher elektrischer Feldstärke

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mit einer Geschwindigkeit von. 10'cm/sek. Unter der Annahme einer Addition mit bis zu 30 Binärstellen trägt die erforderliche Gesamtlänge des Elementes etwa 1 mm, wobei der Breite von Elektroden und ihren Abständen jeweils mit 20 Mikron angenommen ist. Die Zeit, die benötigt wird, damit der Bereich hoher elektrischer Feldstärke von einem Ende zum anderen des Elementes wandert, beträgt 10 Nanosekunden. Die Addition ist innerhalb dieser Zeit abgeschlossen. Dies ist eine außerordentlich hohe Geschwindigkeit im Vergleich zu der Additionsgeschwindigkeit, die von herkömmlichen elektronischen Rechnern benötigt wird.

Weiterhin kann der Bereich erreichbarer logischer Operationen stark erweitert werden, indem das oben genannte Phenomen ausgenutzt wird, wobei der Bereich hoher elektrischer Feldstärke mittels eines Signals ausgewischt wird.

Ein Beispiel der Ausführung einer Dekodieroperation mit einer extrem hohen Geschwindigkeit, wobei der Effekt der Auslöschung des Bereiches hoher elektrischer Feistärke ausgenutzt wird, wird nachfolgend unterBezugnahme auf die Fig. 31 beschrieben. In der Fig. 31 ist ein Halbleiter 1 mit einer negativen differentiellen Leitfähigkeit bei einem hohen elektrischen Feld in einer aufgezeigten Konfiguration dargestellt, und es sind Vorspannungen zwischen Kathoden 2 und Anoden 3» 3% 3'¹ und 3^tM derart angelegt, so daß das elektrische Feld im Halbleiter 1 oberhalb des Feldes E zur Unterhaltung des Bereiches hohen Feldes liegt, jedoch unterhalb der Schwellenfeldstärke E.. zur Erzeugung des Bereiches hohen Feldes überall im Halbleiter. Die Triggerelektrode 48

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welche in der Umgehung der Kathode 2 vorgesehen ist, entspricht einem heliehigen ohen heschriehenen Typ, welche bewirkt, daß ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke in der Umgehung der Kathode 2 erzeugt wird. Folglich wird die Aushreitung des Bereiches hoher Feldstärke, welcher in der Nähe der Kathode erzeugt ist, durch die Elektroden 4-9, 49', 50, 50', 50" und 50 '^f · zur Auslöschung des Bereiches hoher elektrischer Feldstärke gesteuert, weite mit einer positiven Spannung durch die Eingangsleitungen 2°, ungefähr 2°, 2 und<v2 gespeist werden· Die Elektroden 4-9, 49', 50, 50', 50" und 50"' zur Auslöschung des Bereiches hohen elektrischen Feldes sind auf eine negative Spannung vorgespannt, so daß dann, wenn keine positive Spannung von den Leitungen 2°,«^ 2°, 2 und λ/2 kommt, unterhalb jeder Elektrode zur Auslöschung des Bereiches eine an Elektronen verarmte Schicht erzeugt wird, was zu einer entsprechenden Abnahme in der Querschnittsfläche des Abschnittes führt, um dadurch die elektrische Feldstärke in einem solchen Abschnitt zu erhöhen, so daß der Potentialabfall in diesem Gebiet größer wird und die elektrische Feldstärke in an^deren Gebieten als dem Gebiet unterhalb der Elektrode zur Auslöschung des Bereiches auf einen vernachlässigbaren Wert herabgesetzt wird. Wenn beispielsweise

Ί ο
die Eingangsleitungen 2 und 2 mit einer positiven Spannung versorgt werden und die anderen zwei Eingangsleitungen mit keiner positiven Spannung versorgt werden, haben die Elektroden 49», 50' und 50^f " zur Auslöschung des Bereiches ihre negativen Vorspannungen durch die einlaufenden positiven Spannungen abgesetzt, so daß dadurch bewirkt wird, daß die an Elektronen verarmte Schicht im Gebiet unterhalb der Elektrode zur Auslöschung des Bereiches verschwindet, so daß keine weitere Abnahme der entsprechenden Querschnitts-

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fläche dieses Gebietes auftritt. Jedoch, ist die elektrische Feldstärke in anderen Gebieten als demjenigen, welches unter den Elektroden zur Auslöschung des Bereiches gelegen ist, fast vernachläßigbar, und zwar selbst dann, wenn sogar eine Elektrode zur Auslöschung des Bereiches, deren negative Vorspannung nicht durch eine positive Signalspannunge abgesetzt ist, verursacht, daß die entsprechende Querschnittsflache des Halbleiters 1 sehr gering ist. Wenn beispielsweise eine negative Spannung an die Elektroden zur Auslöschung des Bereiches angelegt ist, unc|zwar in allen Zweigen, außer bei den Elektroden 4-9' und 5O¹¹', an welche eine positive Signal spannung angelegt ist, so daß das elektrische leid nur in dem Zweig, welcher die Elektroden 4-9' und 50¹¹¹ enthält, überall oberhalb von E gehalten wird, so wird dadurch ein Bereich hoher elektrischer Feldstärke, welcher in der Nähe der Kathode 2 durch die Erzeugerelektroden 49 erzeugt wird, in die Lage versetzt, sich nur entlang diesem Zweig auszubreiten und wird schließlich durch die Bereichsdetektorelektrode 51'' ermittelt, welche in der Umgebung der Anode 3¹¹¹ angeordnet ist.

Das hier angeführte Beispiel dient jedoch nur zur Erläuterung. Es ist weiterhin möglich, das Verfahren der Erzeugung und der Auslöschung von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke gemäß der Erfindung mit einer verzweigten Halbleiterkonfiguration zu kombinieren, um andere Ausiührungsformen zu liefern, wie beispielsweise einen Encoder.

Der GaAs-Halbleiter erfordert beispielsweise nur, daß metallische Elektroden angebracht werden, und zwar entweder ohmische oder kapazitive. Obwohl diese Schaltungsanordnung kompliziert erscheinen'mag, kann sie äußerst leicht hergestellt werden, indem die Technologie integrierter Schaltkreise angewandt wird, welche das photolithografische

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• -₃f-

Verfahren auf die Epitaxialschicht des Halbleiters anwendet. Dieses integrale Funktionselement ist trotz seiner geringen Größe : von etwa 1 mm wirkungsvoll genug, um Additionen von 9-30 Binärstellen auszuführen, und es wird angenommen, daß dieses Element zur Reduzierung der Abmessungen von elektronischen Rechnern einen wesentlichen Beitrag liefert.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Erfindung auf Verfahren zur Auslöschung von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke gerichtet ist und auf Verfahren zur Verwendung der Erzeugung und Auslöschung von Bereichen hoher elektrischer Feldstärke in einem Flächerihalbleiter wie beispielsweise in einem GaAs-Halbleiter, welcher eine negative differentielle Leitfähigkeit aufweist, um eine Addition und andere logische Operationen im Binärsystem mit einer äußerst kleinen Einrichtung mit extrem hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Somit liefert die Erfindung einen nennenswerten Beitrag zum technischen Fortschritt bei der Informationsverarbeitung.

P at ent ansp rü ehe 109884/1625

Claims

Patentansprüche

1. J Steuerverfahren zur Aufrechterhaltung oder Auslöschung

eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter, welcher eine negative differentielle Leitfähigkeit bei einem hohen elektrischen Feld besitzt und mit wenigstens zwei ohmischen Vorspannungselektroden ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet , daß das interne elektrische Feld des Halbleiters lokal verändert wird, um dadurch den Bereich hohen elektrischen Feldes auszulöschen oder um dadurch diesen Bereich im Halbleiter aufrecht zu erhalten.

2. Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine kapazitive Elektrode auf dem Halbleiter vorgesehen ist, welcher eine statische Kapazität aufweist, die ausreichend ist, um den Bereich hohen elektrischen Feldes auf dem Halbleiter auszulöschen.

3- Steuerverfahren zur Aufrechtwrhaltung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine negative Spannung an die kapazitive Elektrode angelegt wird.

4-. Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiter weiterhin wenigstens eine zusätzliche kapazitive Elektrode aufweist und daß an diese zusätzliche kapazitive Elektrode eine Spannung angelegt wird.

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5. Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die an die kapazitive Elektrode anzulegende Spannung positiv ist.

6. Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen !Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die an die kapazitive Elektrode anzulegende Spannung negativ ist.

7. Steuerverfahren zur AuslSschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Elektrode mit einer ausreichenden Leitfähigkeit zur Auslöschung des Bereiches auf dem Halbleiter vorgesehen ist.

8. Steuerverfahren zur Aufrechterhaltung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine negative Spannung an die Elektrode angelegt wird.

9. Steuerverfahren ; · zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die leitende Elektrode aus einer P-N-Übergangszone besteht;

10. Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet , daß die leitende Elektrode aus einem Widerstandsmaterial besteht.

11. Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die leitende

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Elektrode aus Metall "besteht.

12. Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter mit einer negativen differentiellen Leitfähigkeit bei hohem elektrischem Feld und mit wenigstens zwei ohmischen Vorspannungselektroden, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiter mit Licht bestrahlt wird.

13· Steuerverfahren zur Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in einem Halbleiter mit einer negativen differentiellen Leitfähigkeit bei hohem elektrischem Feld und mit wenigstens zwei ohmischen Vorspannungslekfcroden, dadurch gekennzeichnet , daß ein magnetisches Feld an den Halbleiter angelegt wird.

14. Logisches Verarbeitungssystem, mit wenigstens einem Flächenhalbleiter und mit wenigstens zwei ohmischen Elektroden, welcher eine negative differenzielle Leitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in dem Halbleiter vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Auslöschung des Bereiches hohen elektrischen Feldes vorhanden ist und daß eine Einrichtung zur Abtastung des Bereiches hohen elektrischen Feldes vorhanden ist, wodurch eine Modifikation des Sheffer-Striches (x.*»#■) der zwei Signale (x,y) ausgeführt wird.

15· Hochgeschwindigkeits-Übertragssystem, welches einen Flächenhalbleiter verwendet, der eine negative differentielle Leitfähigkeit besitzt, dadurch gekennz e i ohne t, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in wenigstens einem Teil des Halbleiters vorgesehen ist, in dem ein externes Signal angelegt wird

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daß weiterhin eine Einrichtung zur Auslöschung oder Aufrecht erhaltung des Bereiches hohen elektrischen Feldes durch ein anderes externes Signal vorhanden ist und daß eine Einrichtung zur Abtastung des Vorhandenseins des Bereiches hohen elektrischen Feldes an einem bestimmten Ort vorgesehen ist, wodurch ein Übertrag in einer binären Additionsoperation ausgeführt wird.

16. Logisches Operationssystem welches einen Flächenhalbleiter verwendet, der eine negative differentielle Leitfähigkeit besitzt und mit zwei ohmischen Vorspannungselektroden ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Elektroden auf der Seite des Halbleiters vorgesehen sind, daß weiterhin eine Einrichtung zur Zuführung von elektrischen Signalen zu diesen zwei Elektroden vorhanden ist und daß eine Einrichtung arur Abtastung des Vorhandenseins oder des NichtVorhandenseins des Bereiches hohen elektrischen Feldes in dem Halbleiter vorhanden ist, wodurch ein exclusives ODER- des elektrischen Signals ausgeführt wird.

17. Logisches Operationssystem, welches einen Flächenhalbleiter verwendet, der eine negative differentielle Leitfähigkeit besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Erzeugung oder Auslöschung jedes von wenigstens zwei Bereichen hohen elektrischen Feldes in wenigstens zwei Wanderbereichen des Bereiches durch ein jeweils unabhängiges Signal vorhanden ist, und daß eine Einrichtung zur Abtastung des elektrischen Stromes vorgesehen ist, welcher durch jeden der Bereiche fließt, wodurch ein exklusives ODER des Signals ausgeführt wird.

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18. Logisches Operationssystem, welches einen Flächenhalbleiter verwendet, der eine negative differentielle Leitfähigkeit aufweist und mit zwei ohmischen Elektroden ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in dem Halbleiter durch ein externes Signal vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung des Bereiches; hohen elektrischen Feldes in dem Halbleiter durch ein weiteres externes Signal vorhanden ist und daß eine Einrichtung zur Abtastung des Vorhandenseins des Bereiches hohen elektrischen Feldes in dem Halbleiter vorgesehen ist, wodurch ein logisches lijrodukt der Signale erreicht wird.

19· Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Bereichen hohen elektrischen Feldes in einem Flächenhalbleiter, welcher eine negative differentielle Leitfähigkeit besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein dielektrisches Material auf die Oberfläche des Halbleiters aufgebracht wird, um dadurch wenigstens zwei Bereiche hohen elektrischen Feldes zu erzeugen.

20. Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Bereichen hohen elektrischen Feldes in einem Flächenhalbleiter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß anstatt des dielektrischen Materials ein Metall über einem Isoliermaterial angeordnet ist, welches auf die Oberfläche des Halbleiters aufgebracht ist.

21. Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Bereichen hohen elektrischen Feldes in einem Flächenhalbleiter nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet , daß eine 4*e Di-Elektrizitätskonstante des dielektrischen Gliedes höher ist als diejenige des Halbleiters.

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22. Logisches Operationssystem, welches einen Flächenhalbleiter verwendet, der mit zwei ohmischen Elektroden ausgestattet ist und eine differenzielle negative Leitfähigkeit bei hohem elektrischen Feld aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Auslöschung des Bereiches hohen elektrischen Feldes mittels eines externen Signals vorgesehen ist, um dadurch die Verneinung des Signals zu erreichen.

23. Logisches Operationssystem, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flächenhalbleiter vorgesehen sind, von denen jeder mit zwei ohmischen Elektroden ausgestattet ist und ein differenzielles negatives Leitvermögen bei hohem elektrischen Feld aufweist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Auslöschung von Bereichen hohen elektrischen Feldes in dem Halbleiter mittels eines externen Signals vorgesehen ist, worin ein Ausgang des ersten Halbleiters aufgrund des Vorhandenseins eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in dem ersten Halbleiter an eine Steuereinrichtung des zweiten Halbleiters geführt wird, um dadurch ein logisches Produkt der Signale zu erreichen.

24. Hochgeschwindigkeits-Übertragssystem, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei Flächenhalbleiter vorgesehen sind, welche eine negative differentielle Leitfähigkeit aufweisen und mit zwei ohmischen Elektroden ausgestattet sind, daß weiterhin eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes vorhanden ist, daß weiterhin eine Steuereinrichtung für den Bereich hohen elektrischen Feldes vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Abtastung des Bereiches hohen elektrischen Feldes vorhanden ist, daß die Flächenhalbleiter miteinander parallel geschaltet sind, daß eine Gleichspannungsversorgungsquelle an die ohmischen Elektroden der Halbleiter geschaltet

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ist, wo rim ein Ausgang der Einrichtung zur Abtastung des Bereiches hohen elektrischen Feldes in dem ersten Halbleiter an die Einrichtung zur Erzeugung des Bereiches hohen elektrischen Feldes des zweiten Halbleiters geführt ist, um dadurch einen Übertrag bei einer binären Additionsoperation auszuführen.

25· Hochgeschwindigkeits-übertragssystem, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens zwei Flächenhalbleiter vorgesehen sind, von denen jeder eine negative different!eile Leitfähigkeit aufweist und mit zwei ohmischen Anoden- und Kathoden-Elektroden ausgestattet ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes in dem Halbleiter vorgesehen ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Steuerung dieses Bereiches hohen elektrischen Feldes vorhanden ist, daß weiterhin eine Einrichtung zur Abtastung des Bereiches hohen elektrischen Feldes vorhanden ist, daß Induktivitäten in Reihe mit den Halbleitern geschaltet sind, daß eine Gleichspanmingsversorgungsquelle parallel zu den Halbleitern durch die Induktivitäten geschaltet ist, und daß wenigstens ein Kondensator zwischen die Anode des ersten Halbleiters und die Kathode des zweiten Halbleiters geschaltet ist, wodurch der Bereich hohen elektrischen Feldes dazu veranlaßt werden kann, in Reihe durch die Halbleiter zu wandern.

26. Code-Konverter-System, dadurch gekennz eichnet, daß wenigstens ein verzweigter Flächenhalbleiter vorgesehen ist, der eine negative differentielle Leitfähigkeit bei hoher elektrischer Feldstärke aufweist, xireleher mit wenigstens drei ohmischen Elektroden ausgestattet ist, daß wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bereiches hohen elektrischei Feldes vorhanden ist, daß wenigstens zwei Einrichtungen zur

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Abtastung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes vorhanden sind und daß wenigstens zwei Einrichtungen zur Aufrechterhaltung oder Auslöschung eines Bereiches hohen elektrischen Feldes vorgesehen sind, wodurch der Zweig," durch welchen der Bereich hohen elektrischen Feldes sich ausbreitet und folglich durch die Abtastelektrode abgetastet wird, bestimmt ist, indem Signalspannungen an die Einrichtung zur Aufrechterhaltung oder Auslöschung angelegt werden.

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