sich unmittelbar nach der Erfindung des Spitzentransistors getan hat
ist atemberaubend. Spitzentransistoren waren ja fast Handarbeit, der
Spitzenabstand der beiden Elektroden am Kristall musste ja per Hand
justiert werden. Deshalb hat Shockley, ein genialer, aber schwieriger
Charakter, den gezogenen Transistor entwickelt, wo die aktive Zone im
Inneren des Germaniumkristalls liegt. Die Herstellung war auch
schwierig, die Qualität der Transistoren jedoch dem
Spitzentransistor weit überlegen. Die Basiszone musste
gesucht werden! Dieser Weg wurde aber auch bald verlassen. Siehe: The First Junction Transistor
Bei
der nächsten Technologiestufe, ca. 1951, war ich im Jahr
1956 erstmals mit dem OC71 dabei, den ich um 65 öS kaufte, fast 5
Euro, wertangepasst heute 50 Euro. Alle NF-Transistoren basierten in
den 60er Jahren auf dieser Technologie. Ich habe einen AC126
geöffnet und zeige im Vergleich dazu eine Miniaturpentode um
den Riesenaufwand der Röhrenherstellung zu zeigen. Der Heizfaden
wurde mit einer Spiralfeder gespannt, gut zu sehen!
Im
linken Bild sieht man gut das, auf ein Basisblech aufgelötete,
runde Transistorsystem. Im Vergleich zum robusten Transistoraufbau ist
die Röhre viel filigraner. Nach 50 Jahren sind die Transistoren
noch immer innerhalb der Spezifikation. Der Transistor ist ja, wie zu
sehen, durch und durch aus massivem Metall.
Noch ein Schnittbild durch das Transistorsystem, das die angeätzten Schichten E-B-C zeigt.
Die
Basisschichtdicke beträgt etwa 50 µ. Darum ist auch die
Grenzfrequenz niedrig, nur für NF Anwendungen geeignet. Die
Halbkugeln aus Indium ergaben eine p-Dotierung des n-dotierten
Germaniums. Der Legierungsvorgang wurde für jede Seite separat
ausgeführt. Oberhalb noch einige Transistoren aus meiner Sammlung,
alle älter als 50 Jahre.
Die ersten HF-Transistoren waren
der OC44 und OC45. Die Technologie war ident mit den NF Typen, nur die
Basisdicke war geringer. Die ersten damit ausgestatteten MW-Portables
zeigte man sehr stolz in der Öffentlichkeit. Es war jetzt
1956. Die ersten HF Transistoren die auch für UKW geeignet waren,
scharrten in den Startlöchern. Dazu war aber eine Änderung
der Herstellungstechnologie erforderlich. Waren die bisherigen
Transistoren „Legierungstransistoren“, so war nun die
Diffusionstechnologie „state of the art“.
Das
p-Ausgangsgermanium mit ca. 2 Ohmcm war nun der Kollektor und nicht
mehr die Basis. Beide Anschlüsse für Emitter und Basis liegen
auf derselben Seite. Was natürlich eine Erleichterung in der
Herstellung war. Es wurde Gebrauch von den unterschiedlichen
Diffusionsgeschwindigkeiten von Bismut, Aluminium und Arsen in
Germanium gemacht. Es konnte auch Blei, Gallium und Arsen sein.
Noch
ein Satz über die Dotierung. Um die p- oder n-Leitfähigkeiten
der 3 Schichten eines Transistors zu erreichen dotiert man. Elemente
der Gruppe 3 im Periodensystem, Al, Ga und Indium ergeben
p-Leitfähigkeit, Elemente der Gruppe 5 im Periodensystem,
Phosphor, Arsen und Antimon n- Leitfähigkeit. Germanium und
Silizium liegen dazwischen in der 4. Gruppe.
Der
Herstellungsprozess ist recht einfach. Sie werden schmunzeln! Geheim
ist ja fast nichts. Zuerst ein Bild, selbst fotografiert mit einer
Lumix:
Ein Träger aus Stahlblech, darauf aufgelötet das
Ge-Plättchen mit ca. 0,5 x 0,8 mm und letztlich das Emitter und
Basiskügelchen aus Bismuth mit einigen Prozent Legierungsanteilen,
siehe oberhalb, mit 0,15 mm Durchmesser.
Es wurden viele
Plättchen in einer Schablone plaziert. Es konnte auch ein Wafer
sein, der nach dem Ofenprozess geritzt, gebrochen und vereinzelt wurde.
Darauf eine weitere Schablone mit Löchern für die
Kügelchen, verschiedener Legierung. Also musste eine
weitere, um den Kugelabstand verschiebliche Maske her um immer nur ein
Loch freizugeben.
Je nach Loch wurden die entsprechenden
Kügelchen darübergeleert und mit einer kleinen Bürste so
lange verteilt, bis man annehmen konnte, dass alle Löcher
gefüllt waren, was nie der Fall war. Das ganze wurde
für das andere Loch wiederholt. Nach Entfernung der Einlochmaske
kam die Anordnung in einen Ofen mit einem geeigneten
Temperatur-Zeitablauf. Der war natürlich ein Geheimnis und auch
ein folgender Ätzprozess. Fertig war das Transistorsystem! Die
Montage war noch Handarbeit. Es spielte sich im Ofen, mit bestimmter
Atmosphäre folgendes ab:
Das linke Kügelchen und der Temperatur-Zeitprozess formten den
Emitter und die Basis gleichzeitig, auf Grund der unterschiedlichen
Diffusionsraten. In der Emitterschicht überwiegt der Al-Einfluss
gegenüber dem Arsen, es ergibt sich eine p-Zone. Das ist doch
genial! Das rechte Kügelchen ergibt nur den Anschluss für die
Basis, die ja schon vom linken Kügelchen geformt wird. Die
Basisschichtdicke liegt so um die 2 µ im Vergleich zu den 50
µ von NF-Typen. Damit konnte man dann schon in den UKW – und später bis in den UHF-Bereich vorstoßen.
