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DE1764911A1 - Unipolaranordnung - Google Patents

Unipolaranordnung

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Publication number
DE1764911A1
DE1764911A1 DE19681764911 DE1764911A DE1764911A1 DE 1764911 A1 DE1764911 A1 DE 1764911A1 DE 19681764911 DE19681764911 DE 19681764911 DE 1764911 A DE1764911 A DE 1764911A DE 1764911 A1 DE1764911 A1 DE 1764911A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
channel
zones
channels
zone
arrangement according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19681764911
Other languages
English (en)
Inventor
Hans-Juergen Dipl-Ing Maute
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefunken Patentverwertungs GmbH
Original Assignee
Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Telefunken Patentverwertungs GmbH filed Critical Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority to DE19681764911 priority Critical patent/DE1764911A1/de
Priority to US853765A priority patent/US3657573A/en
Priority to GB42846/69A priority patent/GB1277744A/en
Publication of DE1764911A1 publication Critical patent/DE1764911A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00Metal treatment
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

Tel efunken PatentVerwertungsgesellschaft
m.b.H.
Ulm /Donau, Elisabethenstr. 3
Heilbronn, den 23.8.1968 FE/PT-Ma/Na HN 49/68
"Unipolaranordnung"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Unipolaranordnung, die beispielsweise als Unipolar- oder Feldeffekttransistor Verwendung findet.
Es ist bereits ein Unipolartransistor aus einem plattenförmigen Halbleiterkörper mit einer Zone vom ersten Leitungstyp bekannt geworden, die von parallel zueinander verlaufenden, kanalartigen Zonen vom zweiten Leitungstyp durchsetzt ist. "Iierbei sind die kanalartigen Zonen auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers mit flächenhaften elektrischen Kontakten versehen, während die Zone vom ersten Leitungstyp mit einer gleichfalls flächenhaften Steuerelektrode verbunden ist. Die kanalartigen Zonen verlaufen hierbei senkrecht zu den Oberflächenseiten des Ilalbleiterkörpers. Bei der Entwicklung der Unipolartransistoren ging man von einem einzigen stromführenden Kanal zu einer Vielzahl derartiger Kanäle gleichen Querschnitts über, um den Wirkungsgrad und die Empfindlichkeit der Unipolaranordnung zu erhöhen. Die Aussteuergrenze der Unipolartra-sisto-
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ren mit einer Vielzahl paralleler Kanäle gleichen Querschnitts ist durch die Steuerspannung bestimmt,bei der dia stromführenden Kanäle durch die von den in Sperrichtung betriebenen pn-Übergängen ausgehenden ladungsträgerfreien Raumladungszonen vollständig abgeschnürt werden und ein Stromfluß durch die Kanäle hierdurch unterbunden wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Verbesserung der bisherigen Unipolaranordnungen und zur Erweiterung des Anwendungsgebietes dieser Anordnungen vorgesehen, daß die kanalartigen Zonen unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
Durch diese Maßnahme kann die Empfindlichkeit der Unipolaranordnung bei sehr kleinen Steuerspannungen erhöht werden, ohne daß die maximale Aussteuerungsgrenze herabgesetzt wird. Die Querschnitte der stromführenden Kanäle werden so gewählt, daß einige Kanäle bereits bei sehr kleinen Werten der angelegten Steuerspannung vollständig für den Stromtransport gesperrt werden, während die Kanäle mit dem größten Quer- , schnitt erst bei der maximal vorkommenden bzw. der maximal zulässigen Steuerspannung abgeschnürt werden. Hierdurch erhält man eine Unipolaranordnung, die besonders im Bereich kleiner Steuerspannung sehr empfindlich ist, eine Eigenschaft, die bei vielen Anwendungsfällen besonders erwünscht ist. Da nur ein Teil der Kanäle den Querschnitt aufweist, der
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zur Aussteuerbarkeit bis zur maximalen Steuerspannung erforderlich ist, können außerdem auf gleicher Grundfläche des Halbleiterkörpers sehr viel mehr Kanäle untergebracht verden; eine Maßnahme, durch die gleichfalls die Empfindlichkeit der Anordnung besonders bei kleinen Steuerspannungswert en wesentlich erhöht wird.
Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung als Unipolartransistor münden vorzugsweise alle kanalartigen Zonen vom zweiten Leitungstyp auf den beiden einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers in jeweils einer allen Kanälen gemeinsamen Anschlußzone. Hierdurch können alle parallelgeschalteten, stromführenden Kanäle mit zwei großflächigen Kontaktelektroden auf den beiden einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers erfaßt werden.
Die erfindungsgemäße Unipolaranordnung läßt sich jedoch auch zur Spannungsmessung oder zur Steuerung und Regelung von Geräten aller Art verwenden. In diesem Fall wird die Unipolaranordnung so ausgebildet sein, daß auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers alle kanalartigen Zonen in einer dien Kanälen gemeinsamen Anschlußzone vom Leitungstyp der kanalartigen Zone münden, während auf der anderen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers die Kanäle vom zweiten Lei-
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tungstyp durch Bereich? der Zone vom ersten Leitungstyp
voneinander getrennt sind. Auf dieser Oberflächenseite
werden dann alle Kanäle mit je einem gesonderten elektrischen Anschlußkontakt versehen. Um die zuletzt beschriebene Unipolaranordnung zur Spannungsmessung oder zur
Steuerung und Regelung verwenden zu können, wird die Meßoder Steuerspannung derart an die ohmsche Elektrode angelegt, die die Zone vom ersten Leitungstyp kontaktiert,
daß die pn-Übergänge zwischen der Zone vom ersten Leitungstyp und den kanalartigen Zonen vom zweiten Leitungstyp in Sperrichtung beansprucht werden. Die gesonderten elektrischen Anschlußkontakte der einzelnen Kanäle sind mit Anzeige- und/oder Steuerelementen verbunden. Alle Stromzweir3 aus den lanalartigen Zonen und den angeschlossenen Steuer- und/oder Anzeigeelementen werden parallel geschaltet und mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. Als Steuerelemente
können beispielsweise die Wicklungen von Relais verwendet werden, durch deren Schaltkontakte weitere elektrische Stromkreise geschlossen oder unterbrochen werden. Als Anzeigeelemente eignen sich besonders Glühlampen.
Die Erfindung soll im weiteren noch anhand der Figuren 1 bis näher erläutert werden.
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In Figur 1 ist ein Halbleiterkörper 1 dargestellt, der beispielsweise den p- oder ρ -Leitungstyp aufweist. Dieser Halbleiterkörper wird an seiner Oberflachensexte 2 mit einer zusammenhängenden Oxydmaske 3 abgedeckt, die die für die kanalartigen Zonen vorgesehenen Halbleiterbereiche k gegen die für die Eindiffusion vorgesehenen Störstellen abschirmt. In die an der genannten Oberflächenseite freiliegenden Bereiche des Halbleiterkörpers wird anschließend ein Störstellenmaterial eindiffundiert, das im Halbleiterkörper eine von den Kanälen siebartig durchlöcherte, η-dotierte Zone 5 erzeugt. Die Oxydmaske 3 ist so dimensioniert, daß die verbleibenden p- oder ρ -leitenden Kanäle 4, die von Bereichen der nleitenden Zone umgeben sind, unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Die beispielsweise zylinderförmigen Kanäle 4 haben vorzugsweise Durchmesser die zwischen 1 und Io ,um liegen. Auf der der Oberflächenseite 2 gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleiterkörpers münden die zylinderförmigen Kanäle 4 in die allen Kanälen gemeinsame p-leitende Zone 6, die mit einem flächenhaften elektrischen Anschlußkontakt 7> der beispielsweise aufgedampft wird, versehen ist. Auf der Oberflächenseite 2 des Halbleiterkörpers wird die Oxydschicht 3 entfernt und durch eine neue Oxydmaske 8 ersetzt, die nur den Oberflächenrandbereich des Halbleiterkörpers abdeckt. Danach wird durch die Öffnung in der Oxydschicht 8 neues Störstellenmaterial in den Halbleiterkörper eindiffundiert, das den p-Leitungstyp erzeugt, so
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daß alle Kanäle an der Oberfläche 2 des Halbleiterkörpers durch eine weitere, allen Kanälen gemeinsame p-ieitende Zone 9 miteinander verbunden werden. Die verbleibende Länge der zylinderfÖrmigen Kanäle 4 beträgt beispielsweise einige ,um. Die p-leitende Zone 9 wird gemäß Figur 3 mit einer weiteren flächenhaften Elektrode Io versehen. Die Elektroden 7 und Io, die mit den kanalartigen Zonen k auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers ohmisch verbunden sind, dienen als Quell- und Zugelektrode, während die mit der η-leitenden Zone 5 verbundene Elektrode 11 am Rand der Halbleiteroberfläche 2 als Steuerelektrode anzusehen ist.
Zwischen die Elektroden 11 und 7 wird nun die Steuerspannung so angelegt, daß die pn-Übergänge 12 zwischen der nleitenden Zone 5 und den Kanälen k in Sperrichtung beansprucht sind. Wie aus der Draufsicht der Figur k hervorgeht, befinden sich im Halbleiterkörper beispielsweise verschiedene Gruppen 13 bis l6 von kanal art ig en Zonen, %*obei innerhalb jeder Gruppe alle Kanäle einen gleichen Querschnitt aufweisen, der Querschnitt der Kanäle in jeder Gruppe sich jedoch von den Querschnitten der anderen Kanäle unterscheidet. Die Kanäle 13 werden als erste von der sich ausdehnenden ladungsträgerfreien Raumladungszone bei anwachsender Steuerspannung abgeschnürt, so daß eine merkliche Widerstands erhöhung zwischen der Zug-
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und der Quellelektrode der Unipolaranordnung die Folge ist. Bei weiter zunehmender Steuerspannung werden nacheinander die Kanalgruppen Ik bis 16 abgeschnitten, wobei mit zunehmender Steuerspannung die Empfindlichkeit der Anordnung abnimmt, die durch den Querschnitt der Kanalgruppe 16 bestimmte maximale Aussteuerbarkeit jedoch gewahrt bleibt.
In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Unipolaranordnung dargestellt, bei der die Kanäle nur an einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers durch eine allen Kanälen gemeinsame p-leitende Zone 6 miteinander verbunden sind. An der gegenüberliegenden Oberflächenseite ist jeder Kanal mit einer gesonderten Elektrode 17 bis 2o versehen und von den benachbarten Kanälen durchn-1eitende Bereiche der Zone 5 isoliert. An jede Elektrode wird beispielsweise in Serie eine Glühlampe 21 und eine Relaiswicklung 22 angeschlossen. Alle Stromzweige aus dem jeweiligen p-leitenden Kanal, der Glühlampe 21 und der Relaiswicklung 22 werden parallel geschaltet und mit einer Versorgungsspannungsquelle 23 verbunden. Auch die Zugelektrode 7 wird an die noch freie Elektrode der Versorgungsspannungsquelle 23 angeschlossen. Die Relaiswicklungen und die Glühlampen sind beispielsweise so ausgelegt, daß bei der Steuerspannung Null alle Relais angezogen sind und alle Glühlampen aufleuchten. Wenn zwischen die Steuerelektrode 11 und die Zugelektrode 7 nun eine Steuerspannung angelegt wird, die die
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pn-Übergängen zwischen den kanal art igen Zonen 4 und der nleitenden Zone 5 in Sperrichtung beansprucht, schnürt die sich ausdehnende ladungsträgerfreie Raumladungszone zunächst den der Steuerelektrode 17 zugehörigen Kanal ab, die Glühlampe wird erlöschen und das Relais abfallen. Bei weiter ansteigender Steuerspannung fällt auch die der Elektrode l8 zugehörige Glühlampe aus und auch das in diesem Stromkreis befindliche Relais wird abfallen. Gleiches gilt für die den Elektroden 19 und 2o zugeordneten Stromkreise bei noch weiter zunehmender S teuer spannung. Auf diese V/eise läßt sich leicht der Wert der Steuerspannung an der Anzahl der ausgefallenen Glühlampen ablesen. Entspricht beispielsweise die Steuerspannung dem Wasserpegel in einem Wasser versorungsbehälter, lassen sich durch den Abfall der Relais derart Pumpen steuern, daß bei höchstem Wasserstand alle zur Verfügung stehenden Pumpen arbeiten und bei absinkendem Wasserstand eine Pumpe nach der anderen abgeschaltet wird. Die Zahl der noch brennenden Glühlampen gibt gleichzeitig ein Maß für den jeweiligen Wasserpegel. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach Figur 5 können ferner Klassifizierungen und Gruppeneinteilungen vorgenommen werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Steuerspannung dem Stromverstärkungsfaktor von zu messenden und zu klassifizierenden Transistoren entspricht. Durch die jeweils letzte ausgeschaltete Glühlampe läßt sich sofort die Stromverstarkungsgruppe des
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gemessenen Transistors ablesen. Eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Anordnung nach Figur 5 sind leicht vorstellbar.
In der Figur 6 ist die Anordnung nach Figur 5 noch in der Draufsicht dargestellt» Die Zahl der Kanäle kann selbstverständlich beliebig variiert werden. Das gleiche gilt auch für die Querschnittsdifferenz von Kanal zu Kanal. Es ist selbstverständlich, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Dotierungen der einzelnen Zonen in weitem Maße variiert und den Anforderungen angepasst werden können. Die Leitungstypen der in den Figuren beschriebenen Zonen sind gegen den jeweils entgegengesetzten Leitungstyp austauschbar.
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Claims (1)

  1. ίο -
    Pat entansprüche
    i) Unipolaranordnung aus einem plattenförmigen Halbleiterkörper mit einer Zone vom ersten Leitungstyp, die von parallel zueinander verlaufenden, kanalartigen Zonen vom zweiten Leitungstyp durchsetzt ist, wobei die kanalartigen Zonen auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterkörpers mit flächenhaften elektrischen Kontakten versehen sind, während an die Zone vom ersten Leitungstyp eine weitere flächenhafte Elektrode angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalartigen Zonen unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
    2) Unipolaranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle kanalartigen Zonen vom zweiten Leitungstyp auf beiden einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten des Halbleiterfc körpers in jeweils eine allen Kanälen gemeinsame Anschlußzone vom Leitungstyp der kanalartigen Zone münden.
    3) Unipolaranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers alle kanalartigen Zonen in eine; allen Kanälen gemeinsamen Anschlußzone vom Leitungstyp der kanalartijren Zonen münden, während auf der anderen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers die Kanäle durch Bereiche der Zone vom ersten Leitungstyp voneinander ge-
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    trennt sind und alle Kanäle mit je einem gesonderten elektrischen Anschlußkontakt versehen sind.
    k) Unipolaranordnung nach einem er vorherg ehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper verschiedene Gruppen von kanalartigen Zonen vorgesehen sind, wobei innerhalb jeder Gruppe alle Kanäle einen gleichen Querschnitt aufweisen, der Querschnitt der Kanäle in jeder Gr ppe sich jedoch von den Querschnitten der Kanäle der ander on Gruppen unterscheidet.
    5) Unipolaranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dc- Durchmesser der kanalartigen Zonen zwischen 1 und Io ,um liegt.
    6) Unipolaranordnung nach Anspruch 3i gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Spannungsmessung oder zur Steuerung und Regelung von Geräten aller Art.
    7) Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Unipolaranordnung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßoder Steuerspannung derart an die Elektrode der Zone vom ersten Leitungstyp angelegt wird, daß die pn-Übergänge zwischen dieser Zone und den kanalartigen Zonen vom zweiten Leitungstyp in Sperrichtung beansprucht sind, daß an die gesonderten elektri-
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    sehen Anschlußkontakte der einzelnen Kanäle Anzeige- und/oder Steuerelemente angeschlossen sind, und daß alle Stromzweige aus den kanalartigen Zonen und den angeschlossenen Steuer- und/oder Anzeigeelementen parallel geschaltet und mit einer Versorgungsspannungsquelle verbunden sind.
    8) Schaltungsanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerelemente die Wicklungen von Relais vorgesehen sind, durch deren Schaltkontakte weitere elektrische Stromkreise geschlossen oder unterbrochen werden.
    9) Schaltungsanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigeelemente Glühlampen verwendet werden.
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