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Die Wirkungsweise von Kristallgleichrichtern

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Elektronische Halbleiter

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Zusammenfassung

Unsere Vorstellungen vom Aufbau und von der Wirkungsweise der technischen Kristallgleichrichter haben sich in den letzten Jahren geändert. Dabei mitgewirkt zum mindesten hat die Tatsache, daß seit ungefähr drei Jahren ein scheinbar ganz neuer Gleichrichtertyp auf dem Plan erschienen ist: Der sogenannte p-n-Gleichrichter. Er wurde von W. Shockley 1 mit einem großen Mitarbeiterstab in den BellLaboratorien in USA entwickelt. Eine Ausführungsform2 dieses neuen Gleichrichtertyps besteht aus einem plattenförmigen Germaniumeinkristall (s. Abb. IV 1.1). Auf die eine Seite ist eine Stromzuführung mit Antimon (Sb) aufgelötet, auf der anderen Seite wurde Indium (In) zu dem gleichen Zweck verwendet. Danach ist der Kristall noch einige Zeit getempert worden, so daß von der einen Seite her Antimon in das Germanium hineindiffundiert 3 ist, von der anderen Seite her dagegen Indium. Die so entstandene Übergangsschicht zwischen antimon- und indiumhaltigem Germanium, zwischen überschuß- und defektleitendem Germanium also4, hat ausgeprägte Gleichrichtereigenschaften.

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Literatur

  1. Siehe hierzu aber die Experimente von K. G. McKay und K. B. McAfee, Phys. Rev. Bd. 91 (1954) S. 1079 und vielleicht auch E. Spenke in Hamburger Vorträge 1954, herausgegeben von E. Bagge und H. Brüche, Physikverlag Mosbach; im Erscheinen.

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  6. Neuerdings hat sich gezeigt, daß weniger Diffusionsvorgänge, als vor allem Legierungsbildungen und anschließende Rekristallisationen bei der Herstellung des geschilderten p-n-Gleichrichters auf In-Ge-Sb-Basis entscheidend sind. Siehe hierzu Law, R. R., C. W. Mueller, J. I. Pankove u. L. D. Armstrong: Proc. Inst. Radio Engrs., N. Y. Bd. 40 (1952) S. 1352. Ähnliches scheint bei der Herstellung von p-n-Gleichrichtern auf Si-Basis zu gelten.

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  25. Das sind elektrische Überlastungen mit Fluß- oder Sperrstrom oder auch mit Wechselstrom. Trotz gewisser Ansätze handelt es sich hierbei wie auch bei den Oberflächenbehandlungen im wesentlichen immer noch um kunstvolle Empirie; denn die Physik der Spitzenkontakte ist noch keineswegs geklärt.

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  33. Über die Bedingung für Störstellenerschöpfung s. S. 47–49.

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  34. Einen Beweis findet der Leser auf S. 343 Gl. (X 7.01). N>c wird in Kap. VIII, § 1 u. 4 eingeführt. Siehe Gl. (VIII 1.04) u. (VIII 4.04).

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  35. Bezüglich dieses Begriffs s. S. 322.

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  36. Bezüglich dieses Begriffs s. S. 326–329. und nur als solches, nicht als physikalische Begründung!

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  38. Bezüglich dieses Begriffs s. S. 13–14 und Abb. I 2.9 und S. 244.

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  39. Der Potentialwert V (l) ist dort nämlich gleich Null gesetzt worden (s. Abb. Iv 4.1).

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  40. Aber nicht immer ! Der Fall der Randschicht, in der Störstellenreserve herrscht, läßt sich hiermit nicht korrekt behandeln.

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  41. Schottky, W.: Z. Phys. Bd. 118 (1942) S. 539.

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  44. Bei diesen Konzentrationen sind die betrachteten Substitutionsstörstellen im Germanium außer bei ganz tiefen Temperaturen alle dissoziiert.

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  45. Siehe S. 26 u. S. 293.

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  46. Genauer 2,5 •1013 cm‒3. Siehe Conweli, E. M.: Proc. Inst. Radio Engrs., N. Y. Bd. 40 (1952) S. 1329, Tab. II.

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  47. Die Potentialstufe ist vorhanden, obwohl der Germaniumkristall an beiden Stromzuführungen geerdet ist ! Siehe hierzu S. 75 u. 76 und S. 344–346.

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  48. Die Begründung muß eigentlich noch verschärft werden, ähnlich wie S. 78.

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  49. Siehe hierzu auch die Unterschrift von Abb. IV 8.1.

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  50. Für n R < n i tritt in der Randzone Inversion ein (s. S. 26). Die in der Diodentheorie vorgenommene Vernachlässigung der Träger anderer Polarität ist dann in der Randzone nicht mehr zulässig.

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  51. Siehe hierzu Shockley, W., u. W. T. Read jr.: Phys. Rev. Bd. 87 (1952) S. 835.

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  52. Siehe z. B. S. 211 ff.

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  53. McAfee, K. B., E. J. Ryder, W. Shockley u. M. Sparks: Phys. Rev. Bd. 83 (1951) S. 650. In Gl. (1) dieser Arbeit ist allerdings der Exponent um einen Faktor 2 zu groß. Es handelt sich dabei anscheinend aber nur um einen Druckfehler, denn in der Zahlenwertgleichung (3) loc. cit. hat der Exponent wieder die richtige Größe.

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  54. Siehe aber auch G. K. McKay und K. B. McAfee: Phys. Rev. Bd. 91 (1953) S. 1079.

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  55. Hall, R. N. u. W. C. Dunlap: Phys. Rev. Bd. 80 (1950) S. 467. Wir möchten übrigens vorschlagen, die Bezeichnung p-n: Übergang auch beim Vorliegen steiler Störstellenverteilungen, also bei schroffen Übergängen vom p.- zum n-Germanium anzuwenden. Als Kriterium des Übergangs gegenüber dem Kontakt oder der Grenze möchten wir das einheitliche Gitter betrachten und glauben, daß auch W. Shockley den Ausdruck „Junction“ so verwendet wissen will, denn in seiner ursprünglichen Arbeit [Bell Syst. techn. J. Bd. 28 (1949) S. 444] hat er unter anderem auch abrupte Störstellenverteilungen diskutiert.

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  1. Pretzfeld/Oberfranken, Deutschland

    Dr. Eberhard Spenke

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  1. Dr. Eberhard Spenke
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Spenke, E. (1955). Die Wirkungsweise von Kristallgleichrichtern. In: Elektronische Halbleiter. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-01338-0_4

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