DE1044287B

DE1044287B - Legierungsverfahren zur Herstellung von Halbleiter-anordnungen mit p-n-UEbergaengen

Info

Publication number: DE1044287B
Application number: DES42888A
Authority: DE
Inventors: Maynard Harrold Dawson
Original assignee: Sylvania Electric Products Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1954-03-10
Filing date: 1955-03-02
Publication date: 1958-11-20
Also published as: US2788300A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Legierungsverfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit p-n-Übergängen, bei dem Elektrodenmaterial auf einer Halbleiterplatte angeordnet, erhitzt und einlegiert wird.

Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von legierten Germaniumtransistoren, die sich durch verbesserte Eigenschaften auszeichnen. Derartige Anordnungen besitzen einen Germaniumhalbleiterkörper, in den ein oder mehrere p-n-Übergänge einlegiert sind.

In einem η-leitenden Germanium enthält der Germaniumhalbleiter ein Donatorelement oder in einem p-leitenden Germanium ein Akzeptorelement. Akzeptorelemente, welche man gewähnlich zur Bildung der p-Leitung verwendet, sind Elemente der III. Gruppe des Periodischen Systems, wie z. B. Aluminium, Gallium und Indium; als Donatorelemente verwendet man dagegen gewöhnlich Elemente der V. Gruppe, wie z. B. Arsen, Antimon und Wismut. Die steuernde Verunreinigung dieser Gruppen bestimmt den Halbleitertyp in einer Konzentration unterhalb eines Teiles pro Million, Teile des Halbleiters, wobei gelegentlich anwesende geringere Mengen beider Verunreinigungsarten außer acht gelassen werden. Für Germaniumtransistoren ist z. B. ein. spezifischer Widerstand von 5 Ω cm des Germaniums typisch.

Es wird angenommen, daß die obengenannten Verunreinigungen in dem Germaniumhalbleiter in dem Gitterwerk des diamantähnlichen kubischen Kristalls anwesend sind. Im Gegensatz zur hohen Diffusionsgeschwindigkeit während der Legierungsbildung der einlegierten p-n-Übergänge wandern diese Verunreinigungen in dem festen Stoff bei allen Temperaturen außerordentlich langsam.

Die p-n-Übergänge werden auf Germanium durch Einlegieren gebildet, um eine gleichrichtende Verbindung herzustellen. Ist das Germanium n-leitend, so wird auf das Germanium ein Akzeptorelement, wie ζ. B. Indium, aufgebracht, worauf das Ganze einige Minuten lang erhitzt wird, um das Germanium und das aufgetragene Material miteinander zu legieren. Das Indium wird in diesem Beispiel als »Legierungs«- Material bezeichnet. An Stelle von Indium allein kanu auch oft eine Legierung aus Indium und Blei oder Germanium verwendet werden. In einer derartigen Legierung ist das Indium in wesentlichen Mengen anwesend, die z. B. bei nur l^fl/o Indium in Blei liegen können; es übertrifft jedoch um mehrere Größenordnungen die kleinen Verunreinigungsspuren in dem Germaniumhalbleiterkörper, auf den es aufgebracht wird. Zur Legierung mit diesem Körper bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Germanium, Avelches fest bleiben soll, muß das auf-Legierungsverfahren
zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit ρ-η-üb ergangen

Anmelder:

Sylvania Electric Products, Inc._r
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. März 1954

Maynard Harrold Dawson, Ipswich, Mass. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

gebrachte Material eine wesentlich unterschiedliche Zusammensetzung haben, so lassen sich' z. B. zwei Stücke Germanium von entgegengesetzter Leitung, welche beide weniger als einen Teil pro Million des Donator- und Akzeptorelements enthalten, nicht miteinander legieren, ohne daß ihre Temperatur über den Schmelzpunkt hinaus erhöht wird. Dieser besondere Unterschied zwischen dem aufgebrachten Legierungs-Elektroden-Material und dem Germaniumkörper" ist beim Legierungsverfahren von Wichtigkeit.

Erfindungsgemäß wird nun die Halbleiteranordnung in ein geschmolzenes Flußmittel, insbesondere ein Bad aus geschmolzenem Cyanid, das vorzugsweise Kalmmund Natriumcyanid enthält, getaucht und auf eine unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende Temperatur erhitzt.

Bei einer derartigen Wärmebehandlung wirkt geschmolzenes Alkalimetallcyanid auf das Germanium ein. Die Behandlung kann während des Legierungsvorganges selbst erfolgen, oder die Anordnung kann auch nach dar vorangehenden Legierung entsprechend behandelt werden. Manchmal ist es erwünscht, die Zeit, während der ein Transitor mit einlegierten p-n-Übergängen der hohen Temperatur ausgesetzt wird, auf ein Minimum zu beschränken. In solchen Fällen sollte die Schmelzflußbehandlung entsprechend beim Legierungsverfahren durchgeführt und dadurch wiederholtes unnötiges Erhitzen vermieden werden. Es wurde gefunden, daß eine derartige Behandlung die elektrischen Eigenschaften von legierten HaIb-

A(JJ 6791/27«

leiteranordnungen bedeutend verbessert. Bei diesem Verfahren wird die sonst erforderliche gesteuerte Ofenatmosphäxe durch den Schmelzfluß ersetzt.

Es ist anzunehmen, daß die Behandlung geringfügige Spuren von rasch diffundierenden Verunreinigungen, hauptsächlich Kupfer, zumindest von den Oberflächenteilen des Germaniums und dem einlegierten p-n-Übergang entfernt. Es ist bemerkenswert, daß die den p-n-Übergang bildenden Elektrodenmaterialien anscheinend nicht angegriffen werden. Abgesehen von etwa anwesenden Kupferresten reagieren z. B. Antimon, Blei, Arsen und Wismut anscheinend nicht mit dem geschmolzenen Cyanid, und die einlegierten p-n-Übergänge aus derartigen Materialien lassen sich in geschmolzenem Cyanid bearbeiten.

Bekannt ist es zwar auch schon, das für das Einlegieren erforderliche Erwärmen durch Eintauchen der aus dem Halbleiterkörper und dem Elektrodenmaterial bestehenden Anordnung in eingeschmolzenes, auf erhöhter Temperatur gehaltenes Metallbad zu erzielen. Die obengenannten, zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Halbleiteranordnungen führende Vorgänge, wie Entfernen von rasch diffundierenden Verunreinigungen, treten jedoch hierbei nicht auf.

Ferner ist zur Herstellung von Germaniumspitzen bzw. -kanten für Richtleiter, bei denen die Spitze bzw. Kante auf eine insbesondere aus Germanium bestehende Gegenelektrode aufgesetzt ist, ein Verfahren bekannt, bei welchem ein Metalldraht bzw. die Kante eines Metallstückes in geschmolzenes Germanium eingetaucht und aus der Schmelze herausgezogen wird. Das Bad wird hierbei gegen Oxydation durch eine auf der Oberfläche des Germaniums schwimmende Schicht aus geschmolzenem Cyanid geschützt. Nach, der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Verfahren geschaffen, das bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleitermaterials durchgeführt wird.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung in einem senkrechten Schnitt.

Es ist ein Germaniumkörper 10 dargestellt, der mit Ausnahme einer steuernden Spur Antimon, welche das Germanium zu einem η-leitenden Halbleiter macht, rein ist. An entgegengesetzten Flächen des Körpers 10 sind Pillen des einzulegierenden Materials 12, in diesem Beispiel Indium, angeordnet. Dies geschieht vorteilhafterweise in einer Vorbehandlung dadurch, daß man die Pillen in einer Graphitfassung auf den Germaniumkörper bringt und das Ganze in Stickstoff oder einem anderen inerten Gas 11 bei 500^Q C kurz erhitzt. So verwendet man z. B. 0,127 mm dicke Germaniumscheiben und Indiumpillen mit einem Durchmesser von etwa 2,54 mm.

Die vorher erhitzte Einheit wird auf einem Graphitblock 14 in einem Porzellanbehälter 16 befestigt und mit einer 2 : 1-Mischung 18 aus Kaliumcyanid und Natriumcyanid bedeckt. Die schematisch gezeigte Heizvorrichtung 20 dient zur Erhöhung der Temperatur auf 590° C. Diese Behandlung dauert etwa 20 Minuten. Danach wird die Temperatur rasch herabgesetzt und zum Schütze des Germaniums vor schädlichen Beanspruchungen während des Erstarrens des Cyanids 40 Minuten lang bei etwa 200° C gehalten. Danach wird das System allmählich abgekühlt.

Die erstarrte Cyanidschmelze wird in mineralfreiem Wasser abgespült und in ebensolchem Wasser gekocht und dann trockengewischt. Anschließend kann eine übliche wässrige Germaniumätzlösung verwendet werden, worauf noch weitere übliche Verfahrens- und Montagestufen zur Fertigstellung des Transistors folgen können.

Es wurde gefunden, daß die fertigen Anordnungen einen schwächeren Kollektorstrom und eine flachere Kollektorstromkurve aufweisen als ähnliche ohne Cyanidbehandlung hergestellte Anordnungen. Das einzulegierende Material und die kritische Oberfläche des entsprechenden Überganges selbst besitzen den Vorteil der Cyanidbehandlung.

Claims

Patentanspruch:

Legierungsverfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit p-n-tibergängen, bei dem Elektrodenmaterial auf einer Halbleiterplatte angeordnet, erhitzt und einlegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in ein geschmolzenes Flußmittel, insbesondere ein Bad aus geschmolzenem Cyanid, das vorzugsweise Kalium- und Natriumcyanid enthält, getaucht und auf eine unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende Temperatur erhitzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 826 775;
Proc. IRE, Bd. 40 (1952), S. 1512/1513;
»Der Radiomarkt«, Beilage zur »Elektro-Technik«, Coburg, 9.2.51. S, 14/16.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© £09 679/278 11.5»