143847. lajstromszámú szabadalom • Tűs tranzisztor és eljárás annak előállítására

Megjelent: 1958. január hó 15-én. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 143.847. SZÁM 21. g. 1-16. OSZTÁLY — EE—304. ALAPSZÁM Tűs tranzisztor és eljárás annak előállítására Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt., Budapest A bejelentő által megnevezett feltalálók: Bán Tamás és Bodó Zalán mérnökök és dr. Szép Iván vegyész, mindhárman a Híradástechnikai Ipari Kutató Intézet Bródy Imre laboratóriumának munkatársai, budapesti lakosok A bejelentés napja: 1955. november 19. Találmányunk tárgya újfajta tűs tranzisztor. Találmányunk tárgykörébe tartozik ezen tranzisztor előállítása is. Mint ismeretes, a ma használatos tűs germánium tranzisztorok lényegében egy germánium kristályból és egy azt tartó fémbevezetésből (ún. báziskontaktus), valamint a Ge-kristállyal érintkező legalább két kontaktustűből, továbbá az ezt a rendszert meghatározott helyzetben rögzítő szerkezetből és tokból állanak. Az egyik tű az ún. emitter tű, míg a másik tű az ún. kollektor tű. A tűs tranzisztorok hatásmechanizmusára vonatkozó legújabb elképzelések szerint a tranzisztorhatás, ami általában teljesítmény erősítésben nyilvánul meg, azáltal jön létre, hogy az emitter tűn keresztül olyan töltéshordozók jutnak a Ge-kristályba, amelyek abban, a kristály típusából (p vagy n) adódóan eredetileg az áramvezetést létrehozó töltéshordozókhoz képest csak kisebbségben lehettek jelen, és ezek a kisebbségi töltéshordozók a másik, ún. kollektortűhöz vándorolva, annak a kristállyal való érintkezési helye környezetében a kristályban az elektromos viszonyokat úgy módosítják, hogy a kollektor körben folyó áram megnő, ill. az emitterkör árama által vezérelt módon változik. így pl. n alaptípusú germánium-kristályban a töltéshordozók elektronok, a kisebbségi töltéshordozók pedig az ún. lyukak. A kisebbségi töltéshordozók bevitele (emittálása) azáltal válik lehetővé, hogy pl. az n típusú Ge felületén, a felületi energiaviszonyok miatt egy többségi töltéshordozókban elszegényedett réteg van jelen, amely megkönnyíti az emitter tűre adott pozitív feszültség hatására a kisebbségi töltéshordozóknak a kontaktusfelületről (pl. tűről) a Ge-kristályba való bejutását. A pozitív előfeszültségű emitter-tű és a Ge többségi töltéshordozókban elszegényedett felületi rétege tehát equivalens egy az n típusú Ge felületére elképzelt p típusú, tehát többségi töltéshordozókként lyukakat tartalmazó réteggel. A kollektortűvel kapcsolatban az volt a tapasztalat, hogy jó tranzisztorhatás csak olyan kollektortűvel érhető el, melynek anyaga olyan elemeket tartalmaz legalább nyomokban, amelyek a használt Ge típusának megfelelő típusú vezetést tudnak biztosítani (pl. n típusú Ge-nál V. csoportbeli elem). Mint ismeretes, a tűs Ge tranzisztorok gyártási technológiájában szerepel az ún. formálás, melynek során a záróirányban előfeszített kollektortűre megfelelő nagyságú áramimpulzust adnak. A tapasztalat azt mutatta, hogy a tranzisztorhatás csak e formálás után mutatkozik az alkalmazás szempontjából szükséges mértékben. A formálás hatására vonatkozólag az a feltevés, hogy a kollektortű közvetlen környezetében égy p típusú réteg alakul ki az n típusú Ge-ban, amelyet sikerült közvetlenül kimutatni, de ugyanakkor a többnyire foszforbronz tű anyagában jelenlevő, a Ge-ban n típusiy||getést létesítő szennyezések (pl. P) is bejuthatnaka*tíe-ba, bár ezek kimutatható n réteget nem létesítenek. E részben kimutatható, részben ki nem mutatható rétegek segítségével magyarázza az irodalom a tűs Getranzisztornak az elmélettől eltérő viselkedését, pl. az elméletinél többszörösen nagyobb áramerősítését (p—n—p—n átmenetek elmélete). Tűs tranzisztorokhoz a kollektortűk, mint már említettük, általában különböző ötvözetekből készültek, mégpedig a megfelelő mechanikai szilárdság miatt többnyire különböző bronzfajtákból. Ezeknél azonban a bronz V. csoportbeli ötvözője, pl. foszfortartalma ugyan előnyös volt, réz (Cu)tartalma azonban káros, mert a réz gyorsabban diffundált, mint a foszfor és így a kristályban ún. csapdákat képezett, amelyek a megfelelő p, ill. n rétegek kialakulását megakadályozták. Ezenfelül bizonyos V. csoportbeli ötvözőanyagmennyiségen felül a bronzok törékennyé is válnak és így belőlük tű nem is készíthető. A bronztűk azonban elektromos szempontból sem előnyösek, mert használatuk esetén a formálás hatására csökken a záróirányú ellenállás is. Találmányunk egyik célja a fenti hátrányok kiküszöbölése.