DE2106821A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Description

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street,

London, S.W.1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 7161/70 vom 13. Febr. 1970 beansprucht.

Halbleitervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen sowie auf elektrische Schaltungsanordnungen mit solchen Vorrichtungen.

Erfindungsgemäß wird eine Halbleiter-Sperrschicht- bzw. -Flächenvorrichtung geschaffen, die eine Emitterelektrode, eine Basiselektrode und mindestens zwei Kollektorelektroden aufweist, die mit unterschiedlichen Abständen von der Emitterelektrode angeordnet und in der Lage sind, gleichzeitig unterschiedliche Stromausbeuten in Ansprecherwiderung auf eine gegebene Basis-Emitter-Spannung zu liefern.

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Halbleitervorrichtungen nach der Erfindung werden nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

Pig. 1 eine Draufsicht auf eine der Vorrichtungen,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, während die

Fign. 3 und 4 .Schaltungsanordnungen wiedergeben, welche " die Vorrichtung der Fign. 1 und 2 enthalten.

Die Vorrichtung 4 weist eine Trägerschicht 5 (vom n-Typ

bei diesem Ausführungsbeispiel) mit Bereichen 6, 8, 10 und

auf

von eindiffundiertem Material vom p-Typ/. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, haben die Bereiche 6 und 10 die Form von Ringen, welche die Bereiche 8 und 12 umgeben, die Punkt- oder Fleckform aufweisen. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung haben die mittleren Punkte 8 und 12 Durchmesser von 20 um, und die Ringe 6 und 10 weisen Innendurchmesser von 40 /um und Außendurchmesser von 80/um auf.

Elektroden 16, 18, 20 und 22 sind jeweils an der Trägerschicht 5 und den p-Bereichen 12, 6 und 10 befestigt. Bei Gebrauch arbeitet die Vorrichtung nach Art eines Transistors, wobei die Elektrode 16 als Basiselektrode, die Elektrode 18 als Emitterelektrode und die Elektroden 20 und 22 als jeweilige Kollektorelektroden fungieren: Es sei darauf hingewiesen, daß der Kollektor 20 weiter vom Emitter 18 entfernt ist als der Kollektor 22.

Wenn I₀ der Strom im Emitter 18 ist, I der Kollektor-

c CJ/

strom im Kollektor 20 und I_n„ der Kollektorstrom im Kollektor 22 tat, dann ist

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OC₁ und

Daher ist I = °H (1)

ϊ ^α2

cn

Der geometrische Abstand zwischen dem Emitter 18 und dem Kollektor 22 ist klein uni nähert sich demjenigen in einem herkömmlichen Transistor. oi„ hat daher einen Wert dicht bei eins. Der zweite Kollektor 20 ist jedoch geometrisch in einem relativ großen Abstand vom Emitter 18 angeordnet, und es hat sich gezeigt, daß (X^ sehr viel kleiner ist und beispielsweise zwischen 0,001 und 0,0001 liegen kann. Somit kann der Gleichung (1) entnommen werden, daß der Strom im Kollektor 22 so groß wie das 10 -fache des Stroms im Kollektor 20 für einen gegebenen Wert der Basis-Emitter-Spannung sein könnte. Die Vorrichtung eignet sich somit als Stromverstärker oder umgekehrt als ein Dämpfungsglied bzw. Spannungsteiler. Die Linearität der Beziehung zwischen den beiden Strömen I

und I ist abhängig von der Art und V/eise, in welcher sich

OxX

Ct und OC₂ ^mi"fc ändernder Basis-Emitter-Spannung ändern, doch kann eine lineare Beziehung zwischen I und I über verschiedene Dekaden des Stromes erzielt werden. Es sei außerdem darauf hingewiesen,. daß, obwohl I und I sich beide mit

C X CXl

der Temperatur ändern, ihr Verhältnis im wesentlichen durch die Temperatur unbeeinträchtigt bleibt.

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Die Kollektor- und Emitterelektroden können auch anders als nach Art der Fig. 1 angeordnet werden. So könnte z.B. einer der p-Ringbereiche 6, 10 zum Emitter gemacht werden, mit dem zentralen Punktbereich innerhalb dieses Ringes als einer der Kollektoren und entweder dem anderen Ringbereich oder dessen zentraler Punktbereich als zweiter Kollektor. Es mag vorzuziehen sein, die zentralen Punktbereiche 8 und 12 als Kollektoren zu verwenden, um den Kollektor-Leckstrom auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Der Wert von Oi₁/oCp ist abhängig von den besonderen Bereichen, die für die Kollektor- und Emitterelektroden ausgewählt werden.

Wenn auch die dargestellte Vorrichtung nur zwei Kollektoren aufweist, so.können doch auchein-- oder mehrere zusätzliche Kollektoren hinzugefügt werden, wobei die Stromausbeute jedes zusätzlichen Kollektors umgekehrt abhängig ist von dessen Abstand vom Emitter in der oben erläuterten Weise.

Wenn auch bei der in den Pign. dargestellten Vorrichtung die eindiffundierten Bereiche als Ringe dargestellt worden sind, und zwar je mit einem zentralen Fleck oder Punkt, so ist doch diese Art der Konfiguration nicht wesentlich. Beispielsweise könnte ein einziger zentraler Punktbereich von mehr als einem Ringbereich umgeben sein. In einem solchen Falle könnte der zentrale Fleck die Emitterelektrode bilden, und die äußeren Ringe könnten jeweils die Kollektorelektroden bilden. Überdies könnten überhaupt die Ringformen eingespart werden.

Die Vorrichtungen nach den Fign. 1 und 2 kann beispielsweise so konstruiert werden, daß ein Seitentransistor modifiziert wird, um eine oder mehrere Kollektorelektroden hinzuzufügen«

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Fig. 3 zeigt, wie die "Vorrichtung nach den Fign. 1 und "bei der Messung sehr niedriger Ströme verwendet werden kann, und Einzelheiten in Fig. 3» die jenen in den Fign. 1 und 2 entsprechen, haben die gleichen Bezugszeichen.

Nach Fig. 3 wird ein niedriger Strom I₁, der zu messen ist, an den Kollektor 20 (d.h. den Kollektor, der relativ weit vom Emitter entfernt ist) der Vorrichtung 4 angelegt, und ein Verstärker 24- ist zwischen den Kollektor 20 und den Emitter der Vorrichtung geschaltet, um die Basis-Emitter-Spannung zu liefern. Der Kollektor 22 (d.h. der Kollektor, der relativ nahe am Emitter liegt) ist mit einem zweiten Betriebsverstärker 26 mit einem Rüekkopplungswidaistand 28 verbunden.

Der Verstärker 24 ist ein Funktionsverstärker vom Elektro metertyp j der sicherstellt, daß der ganze zu messende Strom I₁ in der Kollektorelektrode 20 fließt. Die negative Ausbeute des Verstärkers ist genügend hoch, um sicherzustellen, daß I₁ = I_cr ist.

Aus der obigen Gleichung (1) und unter der Annahme, daß die Ausgangsspannung an Anschlüssen 29 V· und der Widerstand wert des Widerstandes 28 R₁ ist, ergibt sich dann

I ti · _° (o\

R ^K

Wenn somit das Verhältnis von OC^ zu OC« beispielsweise 0,0001 beträgt, dann kann der Widerstandswert R₁ des Wider-Standes 28 um einen Faktor von 10^" kleiner sein, als er sein würde, wenn die Vorrichtung 4 und der Verstärker 24 weggelassen wären. Die Schaltungsanordnung ergibt somit die Möglichkeit, sehr niedrigen Strom mit Widerständen von relativ geringem Wert und mit relativ geringen Kosten au messen* Wenn beispielsweise

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der niedrigste Strom, äer zu messen ist, 10" Ampere betrüge, dann liegt R₁ in der Größenordnung von 10 Ohm (für V= 1 Volt und QCj/oip = 0,0001) anstatt von 10 ^ 0hm ohne die Vorrichtung

Fig. 4 zeigt, wie die .Vorrichtung 4 dazu verwendet werden kann, einen sehr niedrigen bekannten Strom I, bei hoher Impedanz zu erzeugen, und Einzelheiten in Fig. 4, die den Einzelheiten in den anderen Fign. entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen. Hier wird ein bekannter Strom I, in den Kollektor 22 * (den relativ nahegelegenen Kollektor) eingespeist, und der Elektrometertyp-Verstärker 24 ist zwischen diesen Kollektor und den Emitter 18 der Vorrichtung geschaltet. Der Strom I. (= I_nT>) vom Kollektor 20 (dem weiter
entfernten Kollektor) ist somit gegeben durch

Der Ausgangsstrom I kann somit um einen Faktor von 10

Cx

kleiner sein als der Eingangsstrom I~.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 urarissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. 210682

   71 020 Kü/Schm 11. Febr. 1971

   Patentansprüche

   (L 1. Halbleiter-Flächen- bzw. -Sperrschichtvorrichtung mit einer Emitterelektrode, einer Basiselektrode und mindestens zwei Kollektorelektroden, die in unterschiedlichen Abständen von der Emitterelektrode angeordnet und in der lage sind, gleichzeitig unterschiedliche Stromausbeuten in Ansprecherwiderung auf eine gegebene Basis-Emitter-Spannung zu liefern.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerschicht aus Halbleitermaterial vom einen Leitfähigkeitstyp vorgesehen ist, der ein Material vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, welches in eine Vielzahl von einzelnen Stellen eindiffundiert ist, wobei die eine dieser Stellen die Form eines Ringes und eine andere derselben die Form eines Punktes oder Fleckes hat, der innerhalb des Ringes zentriert ist, wobei die Trägerschicht die Basiselektrode, die eine der Punkt- und Ring-Stellen die EmitteaöLektrode und die anderen der Punkt- und Ring-Stellen die eine der Kollektorelektroden bilden.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere zwei der Vielzahl von diskreten Stellen jeweils die Form eines weiteren Ringes und eines weiteren Punktes bilden, der innerhalb des weiteren Ringes zentriert ist, wobei die eine der weiteren beiden Stellen eine weitere der Kollektortroden bildet.

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   4. Schwachstrom-Schaltungsanordnung mit einer Vorrichtung

   • nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in Kombination mit Verstärkermitteln, die eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung derart· mit den Verstärkermitteln verbunden ist, daß der Weg zwischen deren Emitterelektrode und einer ersten ihrer Kollektorelektroden eine negative Rückkopplungsschleife der Verstärkermittel bildet.

   5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet · durch zweite Verstärkermittel, welche eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen, sowie durch eine Impedanzeinrichtung, welche eine negative Rückkopplungsschleife bildet und mit einer zweiten der Kollektorelektroden der Vorrichtung verbunden ist, welche Elektrode näher an der Emitterelektrode liegt als die erste Elektrode, derart, daß das Verhältnis der Ausgangsspannung der zweiten Verstärkermittel zum Impedanzwert der Impedanzeinrichtung ein vorbestimmtes Vielfaches des Stromes in der ersten Kollektorelektrode ist.

   6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche einen vorbestimmten Strom durch die genannte erste Kollektorelektrode treibt, derart, daß der Strom durch einen zweiten Kollektor der Vorrichtung, der von der Emitterelektrode weiter entfernt liegt als die erste Kollektorelektrode, ein vorbestimmter Bruchteil des durch die erste Kollektorelektrode fließenden ist.

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