AFY25

Anfang der 60er Jahre wurde bei Telefunken eine Germanium Mesa-Tetrode entwickelt, die für die damalige Zeit die "unglaublich hohe" Transitfrequenz von 1,8 GHz hatte.

Der Herstellungsprozess war jedoch sehr kompliziert und aufwändig. So konnte sich dieser Typ gegen die viel billiger herzustellenden Planartypen (z.B. AF139) nicht durchsetzen. Die planaren Germanium Transistoren hatten zwar geringere Grenzfrequenzen, genügten aber für die Anwendung z.B. im UHF Eingangsteil von TV Empfängern vollständig.

Die Beschreibung zu der Germanium Mesa-Tetrode stammt aus maschinengeschriebenen Unterlagen von Telefunken und wurde mit OCR gewonnen.

Aufbau und Wirkungsweise der Dezimeter - Mesa - Tetroden

1. Grundsätzlicher Aufbau der Transistoren

Bild 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Dezimeter-Mesa-Transistoren. Diese Zeichnung ist nicht maßstäblich, insbesondere sind die Emitter-und Basiszone viel zu dick gezeichnet.

Die Transistoren weisen eine etwa 1 µ dicke Emitterzone (3) auf, welche sehr hoch p-dotiert ist. Darunter liegt eine sehr dünne n-leitende Basiszone (4), welche etwa 0,2 µ dick ist. Der Kollektorkörper (5) ist schwach p-dotiert. Die beiden Legierungselektroden (1) und (2) haben einen Durchmesser von etwa 60 µ bei einem lichten Abstand von etwa 50 µ. Das Legierungsmaterial beider Elektroden ist stark n-dotierend. Die Elektroden sind so tief einlegiert, daß ihre Rekristallisationszonen (6) und (7) mindestens bis zur Basiszone (4) reichen und mit dieser einen Ohmschen Kontakt bilden. Die Dotierungen dieser Legierungselektroden und der Emitterzone (3) müssen dabei so aufeinander abgestimmt sein, daß der Übergang zwischen ihnen und der Emitterzone keine Tunneldioden-Kennlinie sondern eine noch schwach sperrende Kennlinie ergibt.

Außerhalb des etwa 50 µ breiten Verbindungsstücks zwischen den beiden Legierungselektroden ist die Basis und Emitterzone durch eine Mesa-Ätzung entfernt. Auf der Emitterfläche und der Legierungselektrode (2) befindet sich noch eine Metallschicht (10), welche eine gut leitende Verbindung zwischen der Emitterschicht und der Elektrode (2) herstellt und deshalb als Emitterelektrode bezeichnet wird. Diese Metallbrücke ist etwa 30 µ breit und hat von der zweiten Legierungselektrode (Basiselektrode 1) einen Abstand von etwa 10 µ.

Das Halbleiterelement ist über ein zweiseitig metallisiertes Keramiksteinchen (8) von etwa 1 mm Breite, 3 mm Länge und 0,7 mm Dicke auf einen TO-5-Fuß aufgelötet. Emitter und Basiselektrode sind mit zwei 40 µ dicken Drähtchen kontaktiert und der Kollektorstift des Sockels mit der Oberseite des Keramiksteins verlötet. Der Transistor emittiert im Betrieb nur in der schmalen Zone (9).

2. Wirkungsweise und besondere Eigenschaften der Transistoren:

Die in Bild 1 gezeigte Transistoranordnung weist folgende besondere Merkmale auf:

Die Basiszone (4) ist außer mit der Basissteuerelektrode (1) auch mit der Emitterzone (3) ohmisch leitend verbunden. Legt man also zwischen Emitter und Basiselektrode eine Spannung U_EB, so bildet sich infolge des nun fließenden Basisstromes längs der Basisschicht ein elektrisches Feld aus. Ist a die Länge der Basiszone (4) zwischen den Rekristallisationszonen (6 und 7) der Legierungspillen, so hat die Spannung U(x) zwischen Emitterzone (3) und Basiszone (4) im Abstand x von der Rekristallisationszone (7) der Emitterlektrode den Wert U(x) - U _EB * x/a. Nun hängt bekanntlich die Stromdichte j(x) exponentiell von der Spannung U(x) zwischen Emitterschicht und Basisschicht ab nach der Beziehung:

j(x) ~ exp{U(x)/U_T} = exp{x/a* U_EB/U_T}

Da U_EB = 0,48 Volt, U_T = 0,026 Volt ist, sieht man, daß die Stromdichte schon im Abstand a* U_T/U_EB = a*0,054 = 2,7 µ von der Basiselektrode auf das 0,37-fache ihres Wertes an dieser Elektrode abgefallen ist (s.Bild 2).

Man erhält also mit nur 3 Anschlüssen das Verhalten einer HF-Tetrode. Trotz relativ großer Abmessungen ist die Breite der emittierenden Zone und damit der für den Basisvorwiderstand innerhalb dieser maßgebende Abstand zwischen dem Rand der emittierenden Zone und ihrer Mitte sehr klein.

Dafür muß grundsätzlich in Kauf genommen werden, daß bei dieser Anordnung im Betrieb ein Strom über die Basiszone fließt, welcher 0,7 mA bei U_EB = 0.48 Volt beträgt. Dies bedeutet, daß zur Regelung der Verstärkung etwas mehr Leistung als bei üblichen Transistoren notwendig ist.

Der äußere Anschlußwiderstand zwischen der emittierenden Zone und der Basiselektrode (1) ist extrem klein, da die niederohmige Rekristallisationszone (6) dieser Elektrode bis zur emittierenden Stelle reicht.

Dadurch, daß die emittierende Zone sehr schmal ist und direkt an die Basiselektrode grenzt, läßt sich auch bei sehr hohen Frequenzen noch nahezu der gesamte Kollektorstrom aussteuern.

Ferner hat die beschriebene Anordnung bei sehr hohen Frequenzen, d.h. solange ß * U_T /I_e <= R_B ist, bei gegebener Dotierung und Dicke der Basisschicht den niedrigstmöglichen Basisvorwiderstand R_B . Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die Basiszonen für Höchstfrequenztransistoren wegen der Basislaufzeit sehr dünn gemacht werden müssen und daher hohe spezifische Flächenwiderstände aufweisen.

Die Meßschaltung im folgenden Bild stammt vom "vorläufigen Datenblatt" das als PDF im Anhang ist.

Man beachte, daß für den AFY25 eine Emitterschaltung gegeben ist, während beim AF139 eine Basisschaltung erforderlich war.

Aufgrund der Exemplarsteuungen wurden die Exemplare mit Transitfrequenz f_T = 1,6 GHz als AFY26 Gestempelt und waren für den Mischer vorgesehen.

Anbei noch ein Bild von den AFY25 & AFY26. Leider sind nur 2 gestempelte Exemplare dabei. Die anderen ungestempelten stammen aus einer Schreibtischschublade und wurden 1964 mir als damaligem interessiertem Fach-Praktikanten im Halbleiterwerk Heilbronn von Telefunken überreicht.

Die "echten Fröschle-Transistoren" wurde zusätzlich mit Farbpunkten codiert. Fröschle hieß der Entwickler und die Transistoren mußten wohl alle vermessen werden. Auch sollen ca. 200 verschiedene Schritte bei der Herstellung erforderlich gewesen sein. Das machte sie "konkurrenzlos teuer" und verhinderte ihre Vermarktung.

MfG DR

Attachments

• Datenblatt AFY25 Dezimeter Mesa-Tetrode (68 KB)

Ein Bild der Transistoren findet sich hier.

Sie sind vermutlich nur in einer Spezialanwendung zum Einsatz gekommen.

[Aus der Erinnerung: bei R&S oder bei Grundig? Wer weiß näheres?]

MfG DR