DE1060054B - Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern mit halogen- und thalliumhaltigen Schichten - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern mit halogen-und thalliumhaltigen Schichten Es ist bekannt, daß die Sperrfähigkeit von Selen.-gleichrichtern durch einen Zusatz von Thallium erhöht werden kann. Es ist unter anderem üblich, zu diesem Zweck dem Material der Deckelektrode einen Thalliumzusatz beizufügen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Thallium während der Bildung der Sperrschicht zunächst aus der Deckelektrode zur Selenoberfläche hindiffundieren muß ; wenn man erreichen will, daß dies bereits während der Bildung der Sperrschicht im Verlauf der thermischen und elektrischen Formierung in ausreichendem Maße der Fall ist, muß man der Deckelektrode einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Thallium geben. Dieser hohe Thalliumgehalt hat aber zur Folge, daß der Gleichrichter während des Betriebes verhältnismäßig schnell im Sinne einer Erhöhung des Durchlaßwiderstandes altert. Es ist ferner bekannt, der Selenschicht unmittelbar einen Thalliumzusatz zu geben In Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist bereits vorgeschlagen worden, Selengleichrichter in der Weise zu fertigen, daß nach dem Aufbringen einer ersten halogenhaltigen Halbleiterschicht auf die Trägerelektrode und deren Überführung mindestens in einen vorkristallinen Zustand durch eine Temperaturbehandlung zwischen etwa 100 und 140° C eine zweite wesentlich dünnere Halbleiterschicht mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 2 bis 10u aus Selen mit einem Zusatz von Thallium in amorphem Zustand aufgebracht wird und nach dem anschließenden Aufbringen der cadmiumhaltigen Deckelektrode ohne besonderen Thalliumzusatz die thermische Behandlung des Gleichrichters für die Überführung der gesamten Selenhalbleiterschicht in die bestleitende Modifikation sowie die elektrische Formierung durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren läßt sich der Thalliumzusatz genau dosieren und daher, absolut genommen, viel kleiner halten als bei Zusatz des Thalliums zur Deckelektrode, so daß die in dieser Weise hergestellten Gleichrichter eine sehr große Beständigkeit gegen Alterung aufweisen. Bei betriebsmäßiger Beanspruchung bei hohen Temperaturen neigen sie jedoch zu einem Absinken des Sperrwiderstandes bzw. einer Erhöhung des Stromes in Sperrichtung. Nach Überlegungen, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, ist diese Erscheinung auf eine Abdiffusion des in die Sperrschicht eingebauten Thalliums während des Betriebes zurückzuführen.
• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern, wobei nach Aufbringung eines -ersten halogenhaltigen Selenkörpers auf die Trägerelektrode auf diesen Halbleiter eine ihm gegenüber relativ dünne thalliumhaltige Halbleiterschicht und auf diese die Deckelektrode aufgebracht und anschließend thermisch und elektrisch formiert wird. Die Erfindung besteht darin, daß eine an sich bekannte cadmiumhaltige Deckelektrode mit Thalliumzusatz auf die dünne thalliumhaltige Selenschicht aufgebracht wird und anschließend thermisch, insbesondere bei einer Temperatur dicht unterhalb des Schmelzpunktes des Selens, formiert wird. Der Thalliumgehalt der Deckelektrode hat hierbei die Aufgabe, eine Abdiffusion des in die Sperrschicht eingebauten Thalliums in die Deckelektrode zu verhindern; für den Fall, daß Thalliumverluste durch Diffusion in Richtung des eigentlichen Selenkörpers eintreten, bildet die Deckelektrode einen Speicher, aus dem Thallium nachgeliefert werden kann. Da der Thalliumzusatz zur Deckelektrode bei dem vorliegenden Verfahren weit geringer gewählt werden kann als bisher üblich, werden Gleichrichterelemente erhalten, die trotz eines Betriebes bei relativ hohen Temperaturen von etwa 120° C auch nach längerer Zeit keine merkliche Alterung im Sinne einer Erhöhung des Durchlaßwiderstandes und auch keinen Anstieg des Rückstromes aufweisen.
• Ein nach dem vorliegenden Verfahren hergestellter Gleichrichter wird beispielsweise in der Weise aufgebaut, wie es die schematische Darstellung der Zeichnung veranschaulicht. Auf eine Trägerelektrode 1 wird zunächst ein halogenhaltiger Selenhalbleiterkörper 2 aufgebracht, beispielsweise mit einer Dicke von etwa 30 bis 50 u. Das Aufbringen dieses Halbleiterkörpers kann beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum erfolgen in Form einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Schichten. Dieser Halbleiterkörper 2 wird nunmehr erst mindestens in einen vorkristallinen Zustand durch eine Behandlung bei einer Temperatur in dem Intervall von etwa 100 bis 140° C übergeführt. Diese thermische Behandlung kann auch mit dem Aufdampfprozeß dieser Halbleiterschicht unmittelbar zusammengelegt werden, indem die Trägerelektrode 1 auf einer entsprechenden Temperatur gehalten. wird. Auf diesen Halbleiterkörper 2 wird die Halbleiterschicht 3 aufgebracht, die aus Selen mit einem Zusatz von Thallium besteht. Diese Schicht 3 wird derart aufgebracht, daß sie sich in amorphem Zustand auf der Schicht 2 niederschlägt. Insbesondere um zu erreichen, daß eine eindeutige erwünschte Menge Thallium in diesem Niederschlag enthalten ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Schicht durch Aufdampfen aufgebracht wird, dem Ausgangsprodukt aus Selen und Thallium in dem Verdampfer einen weiteren Zusatz von Halogen, vorzugsweise Jod, zu geben. Nach dem Aufbringen dieser Halbleiterschicht 3 wird die Deckelektrode 4 auf die amorphe Halbleiterschicht 3 aufgebracht und anschließend die thermische Behandlung der Gleichrichteranordnung für die Umwandlung des Halbleiters in die bestleitende kristalline Modifikation und die elektrische Formierung durchgeführt. Die thermische Behandlung kann dabei vorzugsweise in mehreren, z. B. zwei Stufen vorgenommen werden, wobei die Temperatur in der letzten Stufe dicht unterhalb des Schmelzpunktes des Selens liegt. Als Werkstoff für die Deckelektrode kann z. B. eine Legierung aus Zinn und Cadmium benutzt werden. Diese Legierung enthält aber gleichzeitig ebenfalls einen Zusatz von Thallium. Bei den angestellten Versuchen hat es sich beispielsweise als zweckmäßig ergeben, in der der Deckelektrode benachbarten Halbleiterschicht 3 eine Menge von Thallium in der Größenordnung von etwa 4,5 mg bis 14₧10-4 mg je cm² zu bildender Sperrschichtfläche zu benutzen und in der Deckelektrode eine Thalliummenge von etwa 4 bis 15 ₧ 10-³ mg je cm² zu bildender Sperrschichtfläche. Die Dicke der Deckelektrode wurde hierbei in der Größenordnung von etwa 30 bis 70 µ bemessen, die Dicke der der Deckelektrode benachbarten Halbleiterschicht etwa mit 2 bis 5 u. Die Menge an Halogen in dem Ausgangsprodukt für das Aufdampfen der Schicht 3 wurde mit etwa 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent bemessen.
• Durch die Anwendung der Erfindung gelingt es, Gleichricliterzellen herzustellen, die ohne weiteres einwandfrei statt wie bisher mit einer Betriebstemperatur von etwa 75 bis 80° C mit einer solchen von etwa 120° C betrieben werden können. Gleichzeitig hat sich ergeben, daß die Sperrspannung, mit welcher die Gleichrichter betriebsmäßig beansprucht werden, von etwa 30 Volt auf etwa 40 bis 45 Volt gesteigert werden konnte. Unter Sperrspannung ist hierbei derjenige Spannungswert verstanden, hei dem in Sperrichtung je cm² Sperrschichtfläche ein Sperrstrom von 1 Milliampere, gemessen in der Halbwellenschaltung, fließt. Die Trägerplatte 1 kann z. B. aus einer an ihrer der Halbleiteranordnung zugewandten Fläche aufgerauhten, vernickelten Platte aus Eisen oder Aluminium bestehen. Die einzelnen Schichten des Gleichrichteraufbaues sind in der Zeichnung lediglich in einem für die Veranschaulichung gewählten Maßstab wiedergegeben.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern, wobei nach Aufbringen eines ersten halogenhaltigen Selenkörpers auf die Trägerelektrode auf diesen Halbleiter eine ihm gegenüber relativ dünne thalliumhaltige Halbleiterschicht und auf diese die Deckelektrode aufgebracht und anschließend thermisch und elektrisch formiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte cadmiumhaltige Deckelektrode mit Thalliumzusatz auf die dünne thalliumhaltige Selenschicht aufgebracht wird und anschließend thermisch, insbesondere bei einer Temperatur dicht unterhalb des Schmelzpunktes des Selens, formiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Halbleiterkörper vor dem Aufbringen der dünneren Halbleiterschicht durch eine Behandlung bei einer Temperatur zwischen etwa 100 und 140° C ineinen vorkristallinen Zustand übergeführt wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Halbleiterkörper durch Aufdampfen aufgebracht wird und gegebenenfalls bei dem Aufdampfungsprozeß unmittelbar in den vorkristallinen Zustand übergeführt wird, indem die Trägerelektrode auf einer entsprechenden Temperatur gehalten wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des je cm² zu bildender Sperrschichtfläche benutzten Thalliums in der der Deckelektrode benachbarten Selenhalbleiterschicht etwa 4,5 bis 10 10-4 g und in der Deckelektrode etwa 4 bis 15 10-3 mg beträgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff für das Aufdampfen der dünnen, der Deckelektrode benachbarten Halbleiterschicht ein Selen benutzt wird, welchem außer dem Thalliumzusatz noch ein Zusatz von Halogen gegeben ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 820 318; Fiat-Review (Deutsche Ausgabe), Bd. 9, Teil II, S. 117; Gmelin's Handbuch, System Nr. 10, Selen-Band, Teil A (1953), S. 473.