DE1080695B - Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems mit einem halbleitenden Koerper und mindestens einer Legierungselektrode - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, ein Elektrodensystem mit einem halbleitenden Körper, z. B. mit einer Kristalldiode oder einem Transistor, dadurch herzustellen, daß auf diesen Körper mindestens eine Elektrode aufgeschmolzen wird, welche Elektrode aus einem Material besteht, das Donator- oder Akzeptoreigenschaften aufweist. Es sind z. B. Transistoren bekannt, die aus einer dünnen Germaniumplatte des n-Leitfähigkeitstyps hergestellt sind, auf die beiderseitig kleine Mengen Indium aufgeschmolzen sind. Es wird angenommen, daß diese Mengen örtlich dünne Germaniumschichten des p-Leitfähigkeitstyps bilden. Solche Elektroden werden Legierungselektroden genannt.

Für die richtige Wirkung des Elektr.odensystems und für die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften ist es erwünscht, die Größe der Oberfläche des halbleitenden Körpers, die von der Legierung bedeckt wird, vorher genau zu bestimmen. Dies kann dadurch erzielt werden, daß eine genau gewogene Menge des aufzuschmelzenden Metalls kugelförmig ausgebildet, auf den halbleitenden Körper gelegt wird und darauf beide erhitzt werden.

Dieses "Verfahren ist jedoch schwierig durchführbar, wenn die aufzuschmelzenden Kugeln sehr klein sind und z. B. einen Durchmesser von weniger als ¹U mm haben; weiter muß bei diesem Verfahren noch ein Draht für die Stromzuführung in diese Elektrode eingeschmolzen werden. Bei sehr kleinen Kugeln ist auch dies schwierig.

Zur Erzielung von Elektroden, welche eine größere Oberfläche des halbleitenden Körpers bedecken sollten als die damals üblichen Spitzenkontakte, ist es schon bekannt, Drähte in den Körper einzubetten, welche einen Überzug aufweisen und wobei der Draht aus einem Akzeptormaterial und der Überzug aus einem DonatoTtnaterial oder umgekehrt besteht. Die Menge des Überzugsmaterials ist hierbei verhältnismäßig sehr klein und beträgt 0,1 bis 0,001% des für den Draht verwendeten Materials. Eventuelle Unterschiede der Schmelzpunkte der für die Drähte und die Überzüge verwendeten Materialien wurden nicht berücksichtigt.

Die Erfindung bezweckt unter anderem, unter Verwendung eines auf den Halbleiterkörper aufgeschmolzenen Drahtes, der an der Anheftungsstelle mit dem Körper eine Legierungselektrode bildet, in einfacher Weise die wirksame Oberfläche der Elektrode genau einzuhalten.

Gemäß der Erfindung wird zum Auflegieren ein Elektrodendraht verwendet, der aus einem Metallröhrchen besteht, das mit einem Kern aus einem Material gefüllt ist, welches Donatorwirkung oder Akzeptorwirkung besitzt und einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Metallröhrchen hat, und dessen

Verfahren
zur Herstellung eines Elektrodensystems

mit einem halbleitenden Körper
und mindestens einer Legierungselektrode

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 23, Dezember 1953

Pieter Johannes Wilhelmus Jochems, Eindhoven

(Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Wandstärke so bemessen ist, daß es das Kernmaterial stützt und sein Ausfließen beschränkt. Der Begriff »Metall« umfaßt hierbei- nicht nur die -reinen Elemente, sondern auch - Legierungen, die außer Metallen auch Metalloide enthalten können. ■

Bei diesem Elektrodensystem erfüllt -also -das Röhrchen mit dem höheren Schmelzpunkt im -wesentlichen die Aufgabe, den Kern zu stützen und das Ausfließen des letzteren- auf der Oberfläche des halbleitenden Körpers zu beschränken. *Das Maß, in dem das Metall mit dem niedrigeren -Schmelzpunkt ausfließt,-hängt im wesentlichen von der Oberflächenspannung und von der Adhäsion mit- dem Metall mit dem

4ö höheren Schmelzpunkt ■ und mit dem halbleitenden Material ab. Um das Ausfließen zu großer Mengen des Kemmaterials zu verhüten, kann das Metallröhrchen nahe der Elektrode zugedrückt werden.

. Bei Durchführung der Erfindung kann der Elektrodendraht eine große Länge haben und -auf einfache Weise in kurze Stücke geschnitten werden. Ein solches kurzes Stück kann unmittelbar an Anschlußorgane-des Elektrodensystems angeschlossen werden; vor oder nach dem Aufschmelzen auf den halbleitenden Körper kann es an einem anderen- Leiter festgelötet werden, der meist aus einem üblichen, homogenen Draht besteht. ,

Das Verfahren nach der Erfindung wird vorzugsweise so ausgeführt,. daß ein Stück Elektrodendraht

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in einer Lehre auf den halbleitenden Körper gestellt wird und das Ganze so lange bei einer zwischen den beiden Schmelzpunkten der Metalle liegenden Temperatur erhitzt wird, daß eine Legierungselektrode entsteht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Transistor, teilweise in einer Ansicht, teilweise in einem Querschnitt;

Fig. 2 zeigt eine Diode, teilweise in einer Ansicht, teilweise in einem Querschnitt;

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Stückes eines beim Verfahren nach der Erfindung verwendeten Elektrodendrahtes.

Fig. 4 und 5 zeigen schematisch eine Einrichtung zum Aufschmelzen von Elektrodendrähten auf einen halbleitenden Körper;

Fig. 1 bis 5 bezeichnet 1 einen halbleitenden Körper, z. B. einen Germanium- oder Siliciumblock.

Bei dem Transistor nach Fig. 1 sind auf diesen Block 1 zwei Elektrodendrähte 2 aufgeschmolzen, die aus einem Mantel 3 und einem Kern 4 bestehen. Der Mantel besteht aus dem Metall mit dem höheren Schmelzpunkt; die Temperatur beim Aufschmelzen ist derart gewählt, daß nahezu nur der Kern schmilzt und so eine Legierungsmenge 5 mit dem halbleitenden Material 1 bildet.

Es kann vorkommen, daß die Metalle 3 und 4 bei der Aufschmelztemperatur sich nicht miteinander legieren und daß das Metall 3 mit dem höheren Schmelzpunkt sich in der durch das andere Metall 4 und das halbleitende Material 1 gebildeten Legierung löst.

Die in Fig. 1 dargestellten Elektrodendrähte können leicht dadurch hergestellt werden, daß ein Röhrchen aus dem einen Metall mit dem anderen Metall gefüllt und das Ganze durch Ziehen oder Hämmern zu einem Elektrodendraht ausgebildet wird. Die Stärke des Endproduktes, das bei einem Transistor verwendbar ist, kann etwa 0,1 mm betragen. Der Mantel kann auch an einem Kern, z. B. auf galvanischem Wege, angebracht werden.

Die Elektrodendrähte können unmittelbar zu den nicht dargestellten Anschlußorganen des Elektrodensystems führen, aber in vielen Fällen ist es vorteilhaft, sie vor oder nach dem Aufschmelzen auf den halbleitenden Körper mit einem anderen Leiter zu verbinden, der sich zur Herstellung eines Anschlusses besser eignet, z. B. mit einem Kupferdraht oder einem sich besonders zum Einschmelzen in Glas eignenden Draht.

Dies ist sohematisch in Fig. 2 dargestellt. Auf dem halbleitenden Körper 1 ist ein Draht festgeschmolzen, der aus zwei zusammengeschweißten Teilen besteht. Der untere Teil 15 hat dieselbe Zusammensetzung wie der Elektrodendraht 2 der Fig. 1; der obere Teil 16, der den Anschlußdraht bildet, kann z.B. aus Kupfer oder, wenn der Draht in Glas eingeschmolzen werden soll» aus sogenanntem »Kupfermanteldraht« oder aus Chromeisen bestehen. Am Körper 1 ist weiter ein Kontaktstreifen 17 festgelötet, so daß eine Diode gebildet wird.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die gebildete Legierung 5 sich unterhalb des Endes des Drahtmantels mit dem höheren Schmelzpunkt erstreckt, so daß der letztere Teil den halbleitenden Körper nicht berührt. Der erwähnte Teil endet im allgemeinen in einer zur Längsachse des Drahtes querliegenden Ebene, wodurch die Bauart sich von der bekannten Bauart unterscheidet, bei der eine Wolframspitze mit Gold oder Platin überzogen ist; im letzten Falle behält das Wolfram die zugespitzte Form bei. Es kann selbstverständlich bei einem Elektrodensystem nach der Erfindung der Teil des Drahtes mit dem höheren Schmelzpunkt in einer schiefen Ebene enden und eine mehr oder weniger spitze Form aufweisen; dies kann durch das Abschneiden des Drahtes entstanden sein. Jedenfalls hat der ganze Draht jedoch unmittelbar oberhalb der Anschmelzstelle eine gleichmäßige Stärke.

ίο Die Tatsache, daß der Teil mit dem höheren Schmelzpunkt das halbleitende Material nicht berührt, ist normalerweise auf die Oberflächenspannung der geschmolzenen Legierung 5 zurückzuführen, wenigstens sofern beim Aufschmelzen kein zu hoher Druck auf den. Draht ausgeübt wird.

Zur Bildung der Legierung muß der Elektrodendraht eine kleine Menge des Metalls mit dem niedrigeren Schmelzpunkt abgeben. In gewissen Fällen, und dies trifft insbesondere bei dem in Fig. 1 dargestellten Elektrodendraht zu, kann die Gefahr vorliegen, daß die abgegebene Menge zu groß ist; in diesem Falle ist es erwünscht, das Röhrchen 3 vor dem Aufschmelzen in einem gewissen Abstand oberhalb der Elektrode zuzudrücken, was in Fig. 3 dargestellt ist. Dies kann auf ganz einfache Weise erfolgen, indem kurze Stücke einer großen Länge von Elektrodendraht 2 in einer Einrichtung abgeschnitten werden, die gleichzeitig den Schnitt 18 und eine Einbeulung 19 im Draht herbeiführt.

Vorzugsweise wird der Elektrodendraht am halbleitenden Körper gemäß dem in Fig. 4 schematisch dargestellten Prinzip festgeschmolzen. Bei diesem Verfahren wird über einen halbleitenden Körper 20 eine Lehre21, z.B. aus Graphit, geschoben. In diese Lehre ist eine enge öffnung 22 gebohrt, in die ein nicht dargestellter Elektrodendraiht eingeführt wird, der infolge seines Eigengewichtes auf dem Körper 20 aufruht. Das Ganze ist auf einen Schlitten oder auf ein Transportband 23 gestellt und wird durch eine Erhitzungseinrichtung hindurchgeführt, die schematisch durch eine Spule 24 dargestellt ist. Das Ganze kann in einem Rohr angeordnet sein, in dem eine indifferente oder eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Infolge der Erhitzung wird eine kleine Menge des Metalls mit dem niedrigeren Schmelzpunkt über die benachbarte Oberfläche des halbleitenden Körpers fließen und eine Legierungselektrode bilden. Darauf wird der Körper aus der Lehre 21 entfernt und in eine zweiteilige Lehre (Fig. 5) eingeführt, in der auf ähnliehe Weise eine zweite Elektrode angebracht werden kann. Der untere Teil 25 der Lehre hat eine Öffnung 26, in der der zunächst angebrachte Elektrodendraht 27 frei hängt; der obere Teil 28 dieser Lehre hat die gleiche Form wie die Lehre 21.

In vielen Fällen wird der Elektrodendraht 27 infolge der Adhäsion der Legierung 5 (Fig. 1) ohne weiteres am Körper hängenbleiben; wenn die Adhäsion nicht genügt, kann der Draht vorsichtig abgestutzt werden.

Bei den Metallen für die Zusammensetzung des Elektrodendrahtes liegt eine große Auswahl vor; man muß an erster Stelle die elektrischen Eigenschaften des herzustellenden Elektrodensystems berücksichtigen. Das leichter schmelzende Metall muß meistens gegenüber dem halbleitenden Material als Donator oder als Akzeptor wirksam sein. Wenn es sich um eine Legierung handelt, wird einer ihrer Bestandteile diese Wirkung erfüllen.

Zur Herstellung eines sogenannten pnp-Transistors aus Germanium kann ein Germaniumblock des n-Leit-

fähigkeitstyps gewählt werden, wobei als leicht schmelzendes Metall Indium verwendet ist. Um zu vermeiden, daß das Indium zu tief in das Germanium eindringt oder, mit anderen Worten, eine zu große Menge Germanium löst, kann es empfehlenswert sein, vorher Germanium in dem Indium zu lösen.

Zur Herstellung eines npn-Transistors kann eine Legierung von Blei und Antimon gewählt werden.

Das Metall mit dem höheren Schmelzpunkt muß bei der Temperatur, bei der die Elektrode geschmolzen wird, seine Festigkeit aufrechterhalten. Wenn es sich merkbar in der Legierung löst, aus der die Elektrode besteht, darf es darin in elektrischer Hinsicht keinen unerwünschten Einfluß ausüben. Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel kann die Indiumlegierung z. B. in ein Röhrchen aus Nickel oder Aluminium eingeführt werden.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems mit einem halbleitenden Körper, z. B. einer Kristalldiode oder eines Transistors, wobei auf diesen halbleitenden Körper mindestens ein Draht aufgeschmolzen wird, der an der Anheftungsstelle mit dem Körper eine Legierungselektrode bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auflegieren ein Elektrodendraht verwendet wird, der aus einem Metallröhrchen besteht, das mit einem Kern aus einem Material gefüllt ist, welches Donatorwirkung oder Akzeptorwirkung besitzt und einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Metallröhrchen hat, und dessen Wandstärke so bemessen ist, daß es das Kernmaterial stützt und sein ausfließen beschränkt.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallröhrchen vor dem Aufschmelzen des Drahtes nahe der Elektrode zugedrückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stück Elektrodendraht in einer Lehre auf einen halbleitenden Körper gestellt und so lange auf eine zwischen den beiden Schmelzpunkten des Kernmaterials und des Metallröhrchens liegende Temperatur erhitzt wird, daß eine Legierungselektrode entsteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung T 4658 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 6. 11. 1952) ;

französische Patentschrift Nr. 1 038 658.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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