DE1093484B

DE1093484B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere pnp- oder npn-Leistungstransistoren

Info

Publication number: DE1093484B
Application number: DEW22152A
Authority: DE
Inventors: John Pilipczak; Gene Strull
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1956-03-05
Filing date: 1957-10-31
Publication date: 1960-11-24
Also published as: CH362150A; CH357121A; DE1061447B; US2909453A; US2929750A; BE562490A; BE562491A; NL222571A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere pnp- oder npn-Leistungstransistoren.

Halbleitermaterialien für die Herstellung von Transistoren sind gewöhnlich ziemlich bröckelig und S brüchig. Für viele Anwendungszwecke ist es andererseits notwendig, Halbleiterplatten mit einer Stärke von einigen 0,1 mm zu verwenden. Halbleiterplatten dieser geringen Wandstärke sind besonders empfindlich, und es ist daher schwer, mit ihnen zu arbeiten, insbesondere sie zu Transistoren zu verarbeiten und in abgeschlossene Behälter einzubauen; bei diesen Arbeitsgängen tritt immer ein hoher Ausschuß in Form von gebrochenen oder sonstwie zerstörten Transistoren auf. Für höchste Leistungsfähigkeit, höchste Verstärkung, welche in einem großen Bereich der Ein- und Ausgangsströme konstant ist, und für gute Verstärkungseigenschaften in einem breiten Frequenzband muß der Abstand zwischen dem Emitterübergang und dem Kollektorübergang sowie der Abstand zwischen dem Emitter- und dem Basiskontakt so gering wie möglich sein, aber dennoch so groß, daß die angelegten Spannungen den Transistor nicht zerstören. Selbst bei laboratoriumsmäßiger Herstellung ist es äußerst schwierig, die genannten Abstände auf eine Größen-Ordnung von einigen 0,1 mm herabzusetzen; um so mehr bestehen diese Schwierigkeiten bei der Massenproduktion in der Fabrik.

Es sind Flächentransistoren bekannt, welche aus einer im wesentlichen flachen Halbleiterplatte bestehen, wobei auf die beiden Seiten der Halbleiterplatte Emitter- und Kollektorelektroden auflegiert sind. Bei diesen bekannten Flächentransistoren zeigen die wirksamen emitterseitigen und kollektorseitigen pn-Übergänge eine mehr oder weniger sphärische Form. Die sphärische Form der pn-Übergänge bringt es mit sich, daß die wirksame Basiszone zwischen den emitterseitigen und kollektorseitigen Übergängen in erheblichem Maße in ihrer Stärke variiert. Die fehlende Konstanz der Basiszonenschichtstärke beeinflußt die elektrischen Eigenschaften dieser bekannten Transistoren in nachteiliger Weise, insbesondere die Stromverstärkung bei großen Strömen in den vorkommenden Frequenzbereichen.

Es sind weiter Flächentransistoren mit einem gewachsenen pn-übergang von annähernd ebener Form bekannt, welche außerdem einen kleinen legierten Übergang besitzen. Da dieser Übergang nach der Fertigstellung eine im wesentlichen sphärische Form besitzt, ist auch bei diesen Flächentransistoren keine Äquidistanz zwischen den emitter- und kollektorseitigen Übergängen gegeben. Daraus ergeben sich die gleichen Nachteile wie bei den vorstehend genannten bekannten Flächentransistoren. Schließlich sind aus Verfahren zur Herstellung
von Halbleiterbauelementen,
insbesondere pnp- oder npn-Leistungstransistoren

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr.-Ing. A. Weickmann, München 2, Brunnstr. 8/9,

Patentanwälte

Gene Strull und John Pilipczak, Pittsburgh, Pa.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Halbleiterplatten gebildete Flächentransistoren bekannt, bei denen in die gegenüberliegenden Seiten wannenförmige Vertiefungen eingelassen sind. Die wirksamen emitter- und kollektorseitigen Übergangsschichten sind dabei U-förmig. Der Abstand der Übergänge voneinander ist deshalb noch in höherem Maße ungleichmäßig wie bei den vorher besprochenen bekannten Flächentransistoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistor zu schaffen, bei welchem höchste Abstandskonstanz zwischen den Übergängen eingehalten wird, so daß verbesserte elektrische Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte Stromverstärkung bei größeren Strömen erzielt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere pnp- oder npn-Leistungstransistoren besteht darin, daß in eine n- oder p-leitende planparallele Halbleiterplatte von 0,2 bis 0,63 mm Dicke mindestens eine wannenförmige Vertiefung eingearbeitet wird, deren Böschungsflächen senkrecht und deren Bodenfläche parallel zu den Plattenflächen so angeordnet sind, daß die Bodenfläche von der unbearbeiteten Plattenfläche 0,005 bis 0,15 mm Abstand hat, daß dünne gegenüberliegende Schichten von Dotierungsmaterial auf die Bodenfläche und auf die unbearbeitete Plattenfläche aufgedampft werden, daß diese Schichten von Dotierungsmaterial angeschmolzen werden, so daß auf der Bodenfläche ein emitterseitiger und auf der unbearbeiteten Plattenfläche ein kollektorseitiger, zu dem

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emitterseitigen paralleler pn-übergang geschaffen wird, daß je eine Zwischenschicht, bestehend aus dem gleichen Dotierungsmaterial und einem leicht verlötbaren Material, auf beide Dotierungsschichten aufgetragen werden, daß dann je eine weitere Schicht von leicht verlötbarem Material auf die Zwischenschichten aufgedampft wird und daß schließlich die Basiselektrode auf dem die Vertiefung umgebenden Rand so aufgeschmolzen wird, daß sie bis an die Vertiefung heranreicht.

Von den Figuren stellen dar:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine halbleitende Einkristallplatte mit einer Ausnehmung oder Vertiefung,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Einkristallplatte,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt nach Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendetes Aufdampfgerät,

Fig. 5 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch einen halbfertigen Transistor,

Fig. 6 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch einen fertigen Transistor,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Transistor mit vielen Ausnehmungen,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Transistors nach Fig. 7,

Fig. 9 eine Draufsicht auf einen Tetrodentransistor,

Fig. 10 eine Teilansicht im Querschnitt zur Veranschaulichung eines abgeänderten Verfahrensschrittes,

Fig. 11 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch eine weitere Transistorform,

Fig. 12 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch wieder eine andere Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Transistors.

Aus Einkristallen werden Platten hergestellt, deren Dicke nach der Ätzung 0,2 bis 0,63 mm beträgt; die obere und die untere Fläche dieser Platte sind zueinander im wesentlichen parallel. Gewöhnlich werden durch Ätzung 0,1 bis 0,25 mm von allen Flächen der Platte entfernt, so daß die ursprüngliche Plattengröße diesem Ätzverlust entsprechend bemessen werden muß. Geeignete Halbleiterstoffe sind η-leitendes Ger manium und η-leitendes Silicium, welche durch Vermischung von Germanium oder Silicium mit Antimon, Phosphor oder Arsen hergestellt sind. P-leitende Halbleiterkristalle können durch Vermischung von Germanium oder Silicium mit Aluminium, Gallium oder Indium erzeugt werden. Es können auch zahlreiche andere Halbleiterstoffe neben Germanium und Silicium Verwendung finden, so z. B. Germanium-Silicium-Legierungen. Auch halbleitende Verbindungen aus Elementen der Gruppe III und der Gruppe V des Periodischen Systems der Elemente sind mit guten Ergebnissen verwendet worden. Beispiele solcher Verbindungen sind Aluminiumphosphid, Aluminiumantimonid, Galliumphosphid, Indiumarsenid und Indiumantimonid. Diese Verbindungen enthalten einen der Gruppe III und einen der Gruppe V des Periodischen Systems angehörigen Bestandteil in äquimolaren Mengen.

Die Platten aus dem aktivierten, halbleitenden Material werden in beliebiger Größe und mit einer ursprünglichen Wandstärke von bis zu 1 mm hergestellt und sodann mit einer oder mehreren Ausnehmungen versehen. Die Oberfläche, in welche die Ausnehmung eingelassen ist, wird im folgenden als die »obere Fläche« bezeichnet. Im allgemeinen liegen diese Ausnehmungen vollständig innerhalb der oberen Fläche. Die Ausnehmungen sind von einer im wesentlichen ebenen Bodenfläche begrenzt, welche parallel zu der unteren Fläche der Platte ist und nach dem Ätzvorgang von dieser 0,005 bis 0,15 mm entfernt ist. Die seitlichen Begrenzungswände der Ausnehmung reichen vertikal vom Rand der Bodenfläche nach der oberen Fläche der Einkristallplatte. Es hat also jede

ίο mit einer Ausnehmung versehene Einkristallplatte einen verhältnismäßig dicken Randteil, welcher der Platte Festigkeit und Unempfindlichkeit gibt. Die Bodenfläche der Ausnehmung liegt dennoch ganz nahe bei der unteren Fläche des Kristalls.

Ein Verfahren zur Herstellung der Ausnehmungen in den Einkristallplatten besteht darin, daß man die obere Fläche der Einkristallplatte mit einem Läppzylinder oder einer Trommel behandelt, welche ein Läppmittel trägt; als Läppmittel kommen Alumiumoxyd oder Diamantstaub in Frage, deren Feinheitsgrad einer Maschenweite von 160 bis 240 Öffnungen pro Zentimeter entspricht. Der Läppvorgang wird so lange fortgesetzt, bis der richtige Abstand zwischen der Bodenfläche der Ausnehmung bzw. der Ausnehmungen und der unteren Fläche des Einkristalls erreicht wird. Hierauf wird die Platte geätzt, damit lose Teilchen und Unregelmäßigkeiten mechanisch verformter Stellen an der Oberfläche der Kristallstruktur entfernt werden. Durch den Ätzvorgang wird eine Schicht von zwischen 0,1 und 0,25 mm von den Flächen der Kristallplatten abgetragen. Nach der Ätzung ist der Boden der Ausnehmung im wesentlichen flach und zu der unteren Fläche der Platte parallel. Die Ausnehmungen sind gewöhnlich länglich ausgebildet. Die langen Seitenflächen einer jeden Ausnehmung verlaufen nahezu vertikal von der Bodenfläche der Ausnehmung nach oben bis zum Rand der Ausnehmung. In manchen Fällen sind die Abschlußwände der Ausnehmungen gekrümmt, nämlieh dann, wenn zylindrische Läppwalzen verwendet werden. Dadurch wird jedoch der Abstand vom Boden der Ausnehmung zu der nächstliegenden oberen Kante nur um einen sehr kleinen Betrag größer als der eigentliche vertikale Abstand.

Die Ausnehmungen in den Kristallplatten können auch durch beliebige andere Maßnahmen erzeugt werden, etwa durch Ätzung unter Verwendung einer auf die Oberflächen aufgelegten, durchbrochenen Maske. Auch die Form der Ausnehmungen kann beliebig sein,

z. B. kann eine ringförmige Ausnehmung oder eine kreisförmige Vertiefung Verwendung finden. Nur sind geradlinige Ausnehmungen praktisch herzustellen und leicht zu bearbeiten. Es können auch mehrere Ausnehmungen gleichzeitig in eine Einkristallplatte eingearbeitet werden.

Es hat sich gezeigt, daß das aufgeschmolzene Lötmetall für die Basiskontakte bei der Auftragung auf die obere Fläche der Platten nur bis zum Rand der Ausnehmung herankommt, über die seitlichen Begrenzungswände der Ausnehmungen jedoch nicht hinunterfließt. Die aufzunehmende Sorgfalt für das Anlöten der Basiskontakte auf die die Ausnehmungen umgebenden Randzonen der oberen Fläche hält sich daher in vernünftigen Grenzen. Durch die Kanten der Ausnehmungen wird ein einfaches Auflöten auf die Halbleiterfläche mit einer Genauigkeit von 0,025 mm ermöglicht. Lötmittel, deren Schmelzpunkte zwischen demjenigen des Zinns und demjenigen von Silberlegierungen liegen, sind hierfür geeignet. Der Basiskon-

7" takt kann auf diese Weise in einem Abstand von

0,1 mm und weniger von den anderen Elektroden aufgelötet werden.

In den Fig. 1 bis 3 erkennt man eine mit einer Ausnehmung versehene Einkristallplatte 10 mit einer oberen Fläche 12 und einer zu dieser oberen Fläche annähernd parallelen unteren Fläche 14. Die Wandstärke der geätzten Kristallplatte, d. h. der Abstand von der oberen Fläche 12 zu der unteren Fläche 14, beträgt gewöhnlich 0,2 bis 0,63 mm. In der Praxis wurden Einkristallplatten mit einer Dicke von 0.2 bis io 0,375 mm verwendet. In die obere Fläche ist eine längliche Nut 16 eingelassen; die Bodenfläche dieser länglichen Ausnehmung 18 ist parallel zu der unteren Fläche 14 und von dieser etwa O',005 bis 0,15 mm ent-

etwa zwei bis fünf Kristallplatten gleichzeitig behandelt. Mit der ersten Maskenplatte 40, welche die Randflächen 28 der Platte bedeckt, ist eine zweite Graphitmaske 48 zusammengesetzt, welche über der 5 oberen Fläche 12 der Kristallplatte liegt und auch seitliche Vorsprünge 50 besitzt, welche die vertikalen Begrenzungswände der Ausnehmung abdecken.

Eine öffnung 52 in der Maske 48 gibt die Bodenfläche 18 frei.

Mit der Platte 38 ist ein elektrischer Leiter 54 verbunden, während ein zweiter elektrischer Leiter 56 an die Graphitmasken 40 und 48 angeschlossen ist. Die Leiter 54 und 56 sind mit einer Stromquelle 58 verbunden und liegen in Serie zu einem variablen Regel-

fernt. Die Ausnehmung 16 hat nahezu vertikale 15 widerstand 60. Durch den Regelwiderstand 60 wird Seitenwände 20. An den Enden der Ausnehmung 16 der Stromdurchgang durch die Maske 40 so bemessen, sind abgerundete Seitenwände 22, welche vom Rand
der Bodenfläche der Ausnehmung nach der oberen

Fläche 12 hin führen. Die Seitenwände dürfen auch

62 führt von dem Kolben wahlweise nach einer Vakuumpumpe, einem Gasvorrat oder zur Atmosphäre und besitzt ein Ventil, durch welches die Aufdampfanlage

daß die Kristallplatte 10 die erwünschte Temperatur erhält. Durch Temperaturmeßgeräte kann die Temperatur der Einkristallplatte 10 angezeigt werden. Der einen kleinen Winkel gegen die Vertikale bilden, ohne 20 Regelwiderstand 60 kann auch durch eine automatische daß die Eigenschaften der Transistoren dadurch Programmeinrichtung gesteuert werden. Eine Leitung schlechter werden. Die obere Fläche des Kristalls besteht nach Einlassung der Ausnehmung aus einer
Randzone, welche aus verhältnismäßig langen Flächen

26 und kurzen Flächen 24 zusammengesetzt ist. 25 auf einen bestimmten Druck evakuiert werden kann.

Die mit der Ausnehmung versehene und geätzte Innerhalb des Kolbens 32 ist ein Heizdraht 64

Platte 10 wird hierauf mit einem Dotierungsmaterial gegenüber der Durchbrechung 44 und ein Heizdraht für den Emitter versehen. Dieses wird auf die Boden- 66 gegenüber der öffnung 52 angebracht. In diesen fläche 18 und ebenso für den Kollektor auf die untere Heizdrähten ist ein Stück Dotierungsmaterial unter-Seite der Platte aufgebracht. Die auf die Bodenfläche 30 gebracht, welches auf die Flächen 14 bzw. 18 aufge-18 der Ausnehmung aufzutragende Schicht darf bis an dampft werden soll. Ein elektrisch leitender Träger 68 die Seitenwände 20 und 22 heranreichen, sich aber und ein zweiter elektrisch leitender Träger 70 halten nicht über diese Wände erstrecken. In der Praxis den Glühdraht 64 an Ort und Stelle und liefern ihm bleibt ein kleiner, unbedeckter Randstreifen auf der die notwendige elektrische Leistung. Daneben tragen ebenen Bodenfläche 18 übrig, welcher entlang der ver- 35 elektrisch leitende Träger 72 und 74 den Glühdraht 66. tikalen Begrenzungswände umläuft. Ein solcher Rand- Auf jedem der Glühdrähte 64 und 66 ist ein Stück streifen ist nur einige Zehntelmillimeter breit. Das auf Aluminiumdraht hoher Reinheit angeordnet, so daß der unteren Fläche 14 aufzutragende Material hat eine dünne Schicht Aluminium auf die frei liegenden eine größere Fläche als das auf der Bodenfläche 18 Teile der Flächen 14 und 18 aufgedampft wird. Mit aufgetragene, und zwar sollte zwischen dem Rand der 40 Hilfe eines zweiten Glühdrahtes 76, welcher an einem Schicht auf der unteren Fläche und dem auf diese eigenen Stromanschluß 78 liegt, wird ein leicht verlöt

untere Fläche projezierten Rand der Schicht auf der Bodenfläche. 18 ein erheblicher Abstand bestehen.

Zweckmäßig wird das Dotierungsmaterial auf die Kristallplatte aufgedampft. Hierzu wird der Ein- 45 kristall in eine Maske gesteckt, welche die obere Fläche 14 und die Seitenflächen 28 bedeckt. Außerdem sollte diese Maske die vertikalen Seitenwände der Ausnehmung 20 und 22 abdecken. Eine geeignete Maske

bares Metall auf die Fläche 14 aufgedampft. Ein weiterer Glühdraht 80 erfüllt diese Aufgabe bezüglich der Fläche 18.

Die mit einer Ausnehmung versehene Kristallplatte 10 wird innerhalb der Maskenplatten 40 und 48 untergebracht und auf die Platte 38 aufgesetzt. Sodann wird die Leitung 56 angeschlossen und der Raum innerhalb des Kolbens durch die Luftleitung 62 auf einen Druck

kann aus zwei Graphitplatten bestehen, zwischen die 50 von weniger als 10~³mm ausgepumpt. In manchen der Einkristall oder auch mehrere Einkristalle gelegt Fällen wird die Atmosphäre mit reinem Argon gewerden. In eine der Graphitplatten wird die Kristall- spült, so daß in dem entsprechenden Vakuum von platte eingelegt. Diese Graphitplatte besitzt eine Durch- weniger als 10~³ mm ein extrem geringer Partialbrechung, so daß der größte Teil der unteren Fläche druck von Sauerstoff und Wasserdampf herrscht. Gute 14 frei liegt. Eine zweite Graphitplatte wird über die 55 Resultate wurden bei einem absoluten Druck von obere Fläche 12 gelegt und bedeckt auch die ,Seiten 20 2 ■ 10~⁴ mm und weniger erreicht. Nunmehr wird und 22. Es können jedoch auch Metalle und keramische Strom durch die Maskenplatten 40 und 48 geleitet Werkstoffe für die Maske verwendet werden. und die Einkristallplatte auf eine Temperatur erhitzt, Fig. 4 zeigt eine Vakuumdampfanlage 30, welche welche über dem eutektischen Punkt des Zusatzstoffes sich für die Auftragung von Schichten auf die Boden- 60 und des Halbleitermaterials liegt. Wenn Aluminium fläche 18 und auf die untere Fläche 14 der Kristall- als Aktivatormaterial und Germanium als Halbleiter platte 10 eignet. Die Vakuumanlage besteht aus einem verwendet wird, so liegt die eutektische Temperatur luftdicht abschließenden Kolben 32, welcher auf eine bei 424° C, und der Einkristall wird auf eine Tempe-Grundplatte 34 aufgesetzt ist. Die Grundplatte 34 ist ratur von 450 bis 660° C erhitzt. Wenn ein Siliciummit einer isolierenden Trägerschicht 36 mit einer elek- 65 kristall mit einem Aluminiumüberzug versehen wird, trisch leitenden Platte 38 versehen. Auf der elektrisch so ist die eutektische Temperatur 576° C, und der Einleitenden Platte 38 liegt die mit der Ausnehmung ver- kristall wird auf 590 bis 660^|0 C erhitzt. Gewöhnlich sehene Einkristallplatte 10 auf, welche innerhalb einer sollte die Temperatur der Einkristallplatte unter dem ersten Graphitmaske 40 mit einer Ausnehmung 42 und Schmelzpunkt des aufzutragenden Materials liegen, einer Durchbrechung 44 liegt. In der Praxis werden 70 damit beste Ergebnisse erreicht werden. Die Platte

darf aber auch auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Aktivatormaterials während der Aufdampfung kommen, und auch in diesem Falle werden gute Ergebnisse erzielt. Zwischen den Glühdrähten 64 und 66 einerseits und der maskierten Einkristallplatte 10 andererseits sind Schirmwände 90 in Bahnen 92 verschiebbar angeordnet. Ähnliche Platten 94, welche in Spuren 96 verschiebbar sind, befinden sich zwischen den Glühdrähten 76 und 80 einerseits und der Kristallplatte andererseits.

Nachdem das Einkristall auf eine Temperatur oberhalb des eutektischen Punktes erhitzt worden ist, werden die Glühdrähte 64 und 66 an Strom angeschlossen, so daß das in ihnen enthaltene Aktivatormaterial schmilzt. Für das Aufdampfen von Aluminium ist eine Temperatur zwischen 800 und 1200° C erforderlich. In folgenden Beispielen wird immer Aluminium verdampft. In diesem Fall bevorzugt man Wolfram-, Tantal- oder Molybdän-Glühdrähte. Wenn die Temperatur ansteigt, so dampfen bestimmte, bei niederer Temperatur flüchtige Verunreinigungen aus dem Aluminium heraus. Während dieser Verdampfung der Verunreinigungen befinden sich die Schirmwände 90 im Wege der Dämpfe, und da sie verhältnismäßig kühl sind, kondensieren diese Verunreinigungen auf ihnen. Durch Beobachtung stellt man fest, wann die Oberfläche des Aluminiums heller wird. Dies tritt nach einigen Minuten bei einer Temperatur von etwa 850° C ein. Eine ganz bestimmte Zunahme der Helligkeit des geschmolzenen Aluminiums tritt ein, wenn die Oberflächenoxyde verschwunden sind.

Wenn das Aluminium ganz rein geworden ist, werden die Schirmwände 90 in der Spur 92 verschoben, so daß sie nicht mehr länger zwischen den Glühdrähten 64 und 66 einerseits und den öffnungen 44 und 52 andererseits liegen. Nunmehr wird Aluminium, von den Glühdrähten 64 und 66 kommend, durch die öffnungen 34 und 52 hindurch auf die untere Fläche 14 bzw. die Bodenfläche 18 der Einkristallplatte aufgedampft. Nach einigen Minuten, welche ausreichen, um eine Schicht von zwischen 0,0025 und 0,00025 mm zu erzeugen, wird die Stromversorgung der Glühdrähte 64 und 66 unterbrochen, so daß das Aluminium nicht mehr langer verdampft. Der Einkristall 10 wird dann entweder auf konstanter Temperatur gehalten, oder seine Temperatur wird, wie dies meist der Fall ist, leicht erhöht, bleibt aber dabei unterhalb des Schmelzpunktes des Einkristalls. Dieser Vorgang dauert zwischen einer und 30 Minuten; während dieser Zeit diffundiert das Aktivatormaterial in die Halbleiterflächen 14 und 18 hinein und verwandelt deshalb eine extrem dünne Oberflächenschicht des Halbleiters in eine Schicht entgegensetzter Leitfähigkeit, d. h. in eine p-leitende Schicht. Durch diese Wärmebehandlung tritt ebenfalls eine Legierung durch Schmelzen ein. Das geschmolzene und diffundierte Aluminium erzeugt eine p-leitende Grenzschicht an der Fläche 18 und an der Fläche 14. Infolgedessen erhält man einen pnp-Transistor.

Der Einkristall wird nunmehr aus seinen Masken 40 und 48 herausgenommen, und es wird ein zweites Paar von Masken angelegt.

Fig. 5 zeigt in stark vergrößertem Maßstab den halbfertigen Einkristall mit dem zweiten Paar von Masken. Der Einkristall 10 trägt auf der Bodenfläche 18 der Ausnehmung 16 eine Schicht 100 von aufgeschmolzenem Aktivatormaterial. Eine Diffusionsschicht 102, deren Leitfähigkeit derjenigen des Hauptköpers entgegengesetzt ist, reicht eine kleine Strecke in die Einkristallplatte hinein, etwa 0,025 mm. Auf der unteren Fläche 14 des Einkristalls befindet sich ebenfalls eine Diffusionsschicht 106 mit geändertem Leitfähigkeitstyp. Die obere Maske 108 besitzt Flansche 110, welche in die Ausnehmung 16 hineinreichen und die Seitenwände 22 und 20 bedecken. Der untere Rand des Flansches 110 bedeckt eine Randzone 112 der bereits aufgetragenen Aluminiumschicht 100. Die Maske 108 ist mit einer unteren Maske 114 zusammengesetzt, welche die Seitenwände 28 der Kristallplatte und einen Teil des Bodens der Kristallplatte 10 bedeckt. Die Maske 114 besitzt ebenfalls einen Flansch 116., welcher die Randzone 118 der bereits aufgetragenen Schicht 104 bedeckt. Die Randzonen 112 und 118 sind einige Zehntelmillimeter breit.

Diese Randzonen können 0,025 bis 0,75 mm breit sein, unter Umständen sogar noch breiter.

Der mit dem zweiten Maskenpaar 108, 114 abgedeckte Einkristall der Fig. 5 wird wiederum erhitzt, nunmehr auf eine geringere Temperatur als vorher.

ao Zunächst wird Aluminium auf die frei liegenden Flächen der Kristallplatte 10 von den Glühdrähten 64 und 66 her aufgedampft. Dabei hat die Kristallplatte eine Temperatur, welche ein wenig über dem eutektischen Punkt liegt; hierauf wird die der maskierten Kristallplatte zugeführte Heizleistung herabgesetzt, so daß die Temperatur des Einkristalls unter den eutektischen Punkt sinkt. Die Verdampfung wird fortgesetzt, während die Temperatur fällt. Es hat sich gezeigt, daß die so aufgetragene Aluminiumschicht mit den bereits vorher aufgedampften Schichten gut verbunden ist. Während sich die Platte 10 auf einer Temperatur unterhalb des eutektischen Punktes befindet, gewöhnlich auf einer Temperatur von etwa 300° C und weniger im Falle der Aufdampfung von Aluminium auf Germanium, werden die Heizwendeln 76 und 80 aufgeheizt, welche ein leicht verlötbares Metall tragen, etwa Silber. Dadurch werden eventuell Verunreinigungen dieses leicht verlötbaren Metalls auf die Schirmwand 94 aufgedampft. Nach einigen Minuten werden die Schirmwände zurückgezogen, und nunmehr wird für kurze Zeit eine kombinierte Schicht von Aluminium und Silber auf die durch die Masken 108 und 114 freigegebenen Flächen des Transistors aufgedampft. Diese kombinierte Schicht stellt eine Übergangsschicht dar und braucht nicht sehr dick zu sein. Nach etwa 30 Sekunden wird die Verdampfung des Aluminiums abgestellt. Nunmehr wird eine Schicht von verhältnismäßig reinem, leicht verlötbarem Metall auf die Übergangsschicht aufgedampft.

Diese ist wiederum mit der Übergangsschicht gut verbunden. Die Stärke der Schicht aus leicht verlötbarem Metall, etwa Silber, ist so gewählt, daß Anschlußklemmen aufgelötet werden können. Gewöhnlich genügt eine Silberschichtstärke von 0,025 mm.

Der gesamte Verdampfungsprozeß ist damit beendet. Auf der oberen Fläche 12 der Kristallplatte wird ein Basiskontakt angebracht. Dieser Basiskontakt reicht bis an die Kanten der Vertikalwände 20 und 22 heran. So wird z. B. die ganze Oberfläche 12 mit einem geeigneten Lötmittel, etwa mit Zinn oder einem η-leitenden, Verunreinigungen enthaltenden Zinn überzogen. Der Basiskontakt kann aus einem vorgeformten Körper aus gut leitendem Metall, etwa Molybdän oder aus einer Legierung bestehen, deren Oberfläche verzinnt wurde. Dieser Körper wird hierauf auf die Fläche 12 aufgelötet.

Fig. 6 zeigt einen fertigen Transistor mit aufgelöteten Klemmen. Der Transistor besteht aus der Einkristallplatte 10 aus z. B. η-leitendem Germanium.

Auf der Bodenfläche 18 der Ausnehmung 16 liegt eine

Schicht 100 aus mit dem Germanium verschmolzenem Aluminium auf und wirkt zusammen mit einer p-leitenden Diffusionsschicht 102 als Emitter. Eine kleinere Schicht 120 aus Aluminium ist auf die Schicht 100 aufgedampft; es schließt sich eine Übergangsschicht 122 aus Aluminium und einem leicht verlötbaren Metall an, etwa aus Aluminium und Silber. Schließlich kommt eine Schicht 124 aus verdampftem Silber oder einem anderen leicht verlötbaren Metall. Auf der Schicht 124 ist eine Klemme angeordnet, an welche ein Emitterzuleitungsdraht 128 angelötet ist. Auf der unteren Fläche 14 befindet sich die Kollektorschicht, welche aus einer Schicht 104 aus mit dem Germanium legiertem Aluminium und einer p-leitenden Diffusionsschicht 106 besteht. Auf der Schicht 104 liegt eine Schicht aus aufgedampftem Aluminium 130 auf, und auf diese folgt wiederum eine Übergangsschicht 132 aus Aluminium und Silber. Schließlich kommt eine Schicht 134 aus Silber, an welche eine Anschlußklemme 136 angelötet ist. Diese Anschlußklemme ist mit einem Kollektorzuleitungsdraht 138 verbunden. Die Schicht 104 ist größer als die über ihr liegende Schicht 100. Für die Wirkungsweise des Transistors ist es entscheidend, daß die Schichten 104 und 106 von solchem Ausmaß und so angeordnet sind, daß die Projektion der Schichten 100 und 102 innerhalb der Schichten 104 und 106 fällt und ein erheblicher Abstand zwischen den Rändern besteht. Dieser Abstand sollte etwa 0,25 mm sein. Auf der oberen Fläche 12 ist ein Basiskontakt 140 angebracht; er besteht aus einem Lötmetall, etwa aus Zinn, welches bis zu der Kante der vertikalen Wand 20 der Ausnehmung 16 heranreicht. Mit dem Kontakt 140 ist ebenfalls ein Leiter 142 verbunden.

Es ist zweckmäßig, die Schicht 134 nicht mit einer Klemme, wie sie bei 136 gezeigt ist, sondern mit einem wärmeabführenden elektrischen Leiter zu verbinden. So kann die Schicht 134 etwa an einem versilberten Wolfram- oder Molybdänstab angelötet und der ganze Transistor in ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse eingeschlossen werden. Der Wolframoder Molybdänstab wird an der Wand des Gehäuses angelötet und führt von dort nach einem Wärmeabstrahier.

Der Abstand zwischen der Emitter- und der KoI-lektorgrenzschicht 102 bzw. 106 ist kleiner als 0,15 mm, gewöhnlich sogar nur 0,025 bis 0,05 mm oder noch kleinen Die Aufdampf- und Diffusionsschichten 102 und 106 sind gleichmäßig tief und haben überall den gleichen Abstand voneinander. Auch der lineare Abstand von der Kante des Basiskontakts 140 über die Vertikalwand 20 nach dem Rand der Emittergrenzfläche 102 ist in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern. Gewöhnlich beträgt dieser Abstand 0,125 bis 0,15 mm, ohne daß dabei irgendwelche Schwierigkeiten auftreten. Es besteht keine Gefahr, daß der Basiskontakt 140 in Berührung oder gar in Kurzschluß mit der Emittergrenzfläche 102 kommt. Dieser geringe Abstand in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern läßt sich nicht oder nur sehr schwer bei Transistorkonstruktionen herstellen, bei denen der Basiskontakt und der Emitter in derselben Ebene liegen.

Außer Silber können als leicht lötbares Metall auch Zinn, Zink, Blei und Legierungen dieser Metalle mit guten Ergebnissen verwendet werden.

Dank der räumlichen Anordnung und der Form der Transistoren der Fig. 6 sowie den aufgedampften, verschmolzenen und diffundierten Emitter- und Kollektorschichten können Transistoren für große Leistungen mit guten Eigenschaften erzeugt werden. In manchen Fällen wurden Stromverstärkungen von 1000 sowie Lerstungsverstärkungen von etwa 30 erreicht bei Strömen, bei denen die besten der bisher verfügbaren Transistoren eine Stromverstärkung von 4 bis 20 besaßen. Die bisher bekannten Transistoren hatten die unangenehme Eigenschaft eines raschen Abfalls der Stromverstärkung mit zunehmendem Strom. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Transistoren zeigen keinen bedeutenden Verstärkungsabfall bei zunehmender Leistung, jedenfalls so lange nicht, bis die entstehende Wärme deren Wirkungsweise beeinflußt. So hatte z. B. ein Transistor eine Stromverstärkung von annähernd 50 sowohl bei einer Stromstärke von 100 Milliampere als auch bei einer Stromstärke von 5 Ampere. Im allgemeinen ändert sich die Verstärkung um weniger als 20% bei zehnfacher Stromzunahme.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung können auch verhältnismäßig große Halbleitereinkristallplatten verwendet werden, in welche eine Vielzahl von Ausnehmungen oder Vertiefungen eingelassen ist. Bei mehreren Ausnehmungen ist es erwünscht, daß die Breite der Ausnehmung nicht größer als 3,75 mm ist und daß die Wandstärke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausnehmungen nicht größer als 0,25 mm ist. Bei mehreren Ausnehmungen ist es praktisch, wenn diese länglich und zueinander parallel sind.

Ein Transistor mit mehreren Ausnehmungen ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Der Transistor besteht wieder aus einem halbleitenden Einkristall, in welchem im vorliegenden Falle fünf zueinander parallele, längliche Ausnehmungen 202 eingelassen sind. Zwischen den äußersten Ausnehmungen und den äußeren Rändern der Kristallplatte ist die Wandstärke 204 verhältnismäßig groß.

Etwas dünner sind die Streifen 206 zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Ausnehmungen. Auf die ebene Bodenfläche einer jeden Ausnehmung wird eine Emitter schicht 208 aufgedampft. Ein Leiter 210 ist mit sämtlichen Emittern 208 verbunden. Die Basiskontakte 212 sind auf die oberen Flächen 204 und 206 der Kristallplatte aufgetragen. Die Kontakte 212 reichen nicht über die Kanten der vertikalen Begrenzungswände der Ausnehmungen herüber. Jeder der Basiskontakte 212 ist mit einem Leiter 214 verbunden. Die Leiter 210 können zu einer einzigen Leitung zusammengefaßt sein, können aber auch an getrennten Stromversorgungen liegen. In ähnlicher Weise können die Leiter 214 zusammengefaßt oder getrennt versorgt werden. Die Schicht 208 und die Kollektorschicht 216 sind ähnlich hergestellt wie die Kollektorschichten bei der Ausführungsform der Fig. 6.

Die mit Ausnehmungen versehenen Halbleiterbandelemente können ebensogut als Tetroden wie als Transistoren ausgebildet sein. Eine Ausbildung als Tetrode zeigt die Fig. 9. Die Tetrode besteht aus einer Kristallplatte 302 mit einer oberen Fläche 304, in welche eine Ausnehmung 306 eingelassen ist. Auf dem Boden der Ausnehmung 306 befindet sich eine Emitterschicht 308. An diese Emitterschicht ist eine Stromzuleitung 310 angeschlossen. Auf der oberen Fläche 304 ist ein erster Basiskontakt 312 aufgelötet sowie ein zweiter Basiskontakt 316 auf der anderen Seite der Ausnehmung 306. Die Basiskontakte liegen innerhalb der vertikalen Ebenen, welche die Emitter-Schichten 308 begrenzen. An die Kontakte 312 und 317 sind Drähte 314 und 318 angelötet. Die Kollektorschicht befindet sich auf dem Boden der Platte 302. Die Drähte 314 und 318 können an einer gemeinsamen

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Stromversorgung liegen, können aber auch zu einem einzigen Basiskontakt zusammengefaßt sein; in diesem Falle funktioniert das Bauelement als Transistor.

Es ist bereits darauf hingewiesen worden, daß die Emitter- und die Kollektorschichten auf die Kristallplatte in verschiedener Weise aufgetragen werden können. Wenn die Kristallplatte 410, wie sie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist, aus η-leitendem Germanium besteht, so kann z. B. eine Folie aus p-leitendem Aktivatormaterial, deren Größe etwas geringer ist als die Fläche des Bodens 420, auf diesen Boden aufgelegt werden, derart, daß sie von den Wänden 422 424 gleichen Abstand besitzt. Eine weitere Folie aus p-leitendem Material, welche größer ist als die erste, kann auf die untere Fläche 414 aufgelegt werden. Auch hier kommt es darauf an, daß die auf die untere Fläche 414 aufgelegte Folie größer ist als der Boden 420, so daß, wenn man diesen auf die Folie 414 nach unten projiziert, ein erheblicher Abstand zwischen den Rändern besteht. Geeignete Folien sind solche aus reinem Aluminium, reinem Indium, Indium mit l°/o Aluminium oder Silber, Indium und/oder Aluminium und/oder Gallium. Als Beispiele für die letztere Folien sei eine Zusammensetzung von 98°/o Silber und 2% Aluminium und eine mit 96% Silber, 3% Aluminium und 1% Indium genannt. Blei oder Zinn mit oder ohne Silberzusatz, vermischt aber mit Aluminium, Gallium oder Indium, kann in Form einer Folie auf die Flächen 414 und 420 aufgebracht werden. Beispiele sind 95°/oBlei und 5% Indium; 90°/oBlei, 5% Zinn, 3% Aluminium und 2°/o Indium; 6O°/o Silber, 20% Blei, 10% Zinn, 6% Aluminium und 4% Indium.

Das aufgetragene p-leitende Aktivatormaterial wird aufgepreßt oder sonstwie in dichtem Kontakt mit der zugehörigen Fläche gehalten, z. B. dadurch, daß ein Gewicht auf der Folie in der Ausnehmung 418 aufgelegt wird; die ganze Kristallplatte wird dabei auf eine Heizplatte gelegt, welche sich in einer evakuierten Kammer befindet. Die Platte wird sodann auf eine Temperatur gebracht, bei welcher die Folie schmilzt, so daß sie sich mit dem halbleitenden Material an der Kontaktfläche legiert und daß eine Diffusion des p-leitenden Stoffes in die benachbarte Fläche der Kristallplatte hinein stattfindet. Wenn eine ausreichend dicke p-leitende Schicht auf den Flächen 414 und 420 der Platte erzeugt worden ist, so wird die Platte gekühlt. Sie besteht nun aus einem pnp-Halbleiterkörper.

Wenn die mit Ausnehmung versehene und geätzte Platte 410 aus p-leitendem Material besteht, so wird auf die Bodenfläche 420 und auf die untere Fläche 414 eine Folie aus η-leitendem Aktivatorstoff aufgetragen. Solche Folien sind beispielsweise aus Silber, Zinn oder Blei hergestellt, welchen Antimon, Arsen oder Phosphor zugesetzt ist. Als Beispiel seien genannt 95% Silber und 5% Antimon; 90% Silber und 5% Antimon sowie 5% Zinn; 93% Silber, 5% Germanium, 2% Antimon; 94% Silber, 5% Blei und 1% Antimon. Alle Anteile sind als Gewichtsanteile zu verstehen. Besonders geeignete Zusatzfolien sind aus einer Legierung von 94 bis 98% Silber, 0,5 bis 2% Antimon und 1 bis 5% Blei hergestellt. Diese Legierungen können leicht kalt zu einer Folie gewalzt werden, deren Stärke etwa 0,05 mm beträgt.

Die Fig. 10 und 11 zeigen einen Transistor mit Ausnehmung, bei dem auf der Bodenfläche 420 eine Schicht aufgedampft und auf der unteren Fläche 414 eine Schicht aufgeschmolzen ist. Auch das Verfahren zur Herstellung eines solchen Transistors ist den Fig. 10 und 11 zu entnehmen. Man erkennt eine Einspannplatte, in welcher auf die Bodenfläche innerhalb der Ausnehmung eine Schicht aufgedampft und auf die untere Fläche eine Schicht aufgeschmolzen werden kann. Die Graphitplatte 430 besitzt eine Ausnehmung 432, deren Größe so bemessen ist, daß die Platte 410 in diese Ausnehmung eingesetzt werden kann. Die Tiefe der Ausnehmung 432 ist jedoch etwas geringer als die Wandstärke der Kristallplatte. Innerhalb der Ausnehmung 432 befindet sich eine Vertiefung 434, in

ίο welche eine dünne Folie aus p-leitendem Zusatzstoff eingelegt werden kann. Wenn die Kristallplatte etwa aus η-leitendem Germanium besteht, besteht der p-leitende Aktivator aus einem der oben angegebenen Grundstoffe. Es ist zu erkennen, daß sich das Aktivatormaterial 436 leicht über die Bodenfläche der Ausnehmung 432 hinaus erhebt, so daß die untere Fläche 414 der Kristallplatte darauf aufliegt. In manchen Fällen können in der Zusatzschicht 436 eine oder mehrere Perforationen angebracht werden, so daß beim Schmelzen der Schicht 436 diese sich nicht über die Vertiefung 434 hinaus ausdehnt.

Auf der oberen Fläche der Kristallplatte 410 liegt eine Platte 438 aus Metall, keramischem oder feuerfestem Stoff, etwa Graphit, Molybdän od. dgl., auf.

Diese Platte 438 besitzt eine öffnung 440, an welche sich ein nach unten gerichteter Flansch 442 anschließt. Dieser Flansch 442 reicht im wesentlichen bis zu der Bodenfläche 420 herab. Die Platte 430 kann eine Vielzahl von Ausnehmungen besitzen, um zahlreiche Kristallplatten 410 einsetzen zu können.

Die Platte 430 mit den in ihr enthaltenen Kristallplatten wird sodann in eine Aufdampfanlage eingesetzt und bedampft, so daß ein ähnlicher pn-übergang wie oben entsteht.

Das p-leitende, auf der unteren Fläche der Kristallplatte aufliegende Material 436 wird so ausgewählt, daß es schmilzt und sich mit dem Germanium legiert und in dieses hineindiffundiert, wenn das verdampfte Aktivatormaterial mit dem Germanium legiert und in dieses hineindiffundiert. Manchmal ist es besser, die Platte 430 zunächst auf eine viel größere Temperatur zu erhitzen und den Stoff 436 zu schmelzen, so daß eine Legierung und Diffusion in die untere Fläche 414 hinein erreicht wird. In diesem Fall kann die Verdampfung und das Schmelzen der aufgedampften Schicht bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des Stoffes 436 ausgeführt werden. Hierauf wird die Platte 438 entfernt und durch eine andere ersetzt, deren öffnung kleiner ist als die öffnung 440, so daß der Rand der ersten aufgedampften Aluminiumschicht außerhalb der öffnung der zweiten Maske liegt.

Ein Abstand von 0,125 bis 0,5 mm zwischen den Rändern reicht aus, kann aber kleiner oder auch größer sein. Hierauf wird eine Übergangsschicht und schließlich eine Schicht aus leicht verlötbarem Metall aufgedampft. Der fertige Transistor der Fig. 11 hat auf der unteren Fläche 414 eine aufgeschmolzene Schicht 450 aus p-leitendem Aktivatormaterial, welchem Silber oder ein anderes leicht verlötbares Material zugesetzt ist. Diese Schicht 450 ist mit dem Halbleiter verschmolzen, so daß ein Kollektor-pn-Übergang 452 gebildet ist. Eine Anschlußklemme 454 ist auf der Schicht 450 angelötet und mit einem Leiter 456 verbunden. Auf der Bodenfläche 420 erkennt man eine erste aufgedampfte Schicht 460 aus Aluminium, welche in den Halbleiter hineindiffundiert und mit diesem legiert ist, so daß ein Emitter-pn-Übergang vorliegt. Die Projektion der Schicht 460 auf die Schicht 452 ist kleiner als diese und liegt

innerhalb deren Rand. Auf der Schicht 460 liegt eine kleinere Schicht 462 aus reinem Aluminium auf. Auf diese wiederum folgt eine Übergangsschicht 464, beispielsweise aus Silber und Aluminium, und schließlich eine Schicht 466 aus leicht lötbarem Silber. Die Klemme 468 ist auf der Schicht 466 angelötet, und mit der Klemme 468 ist ein Leiter 470 verbunden. Auf der Oberfläche 412 ist ein Basiskontakt 472 angebracht, welcher aus Lötmetall, z. B. Zinn, hergestellt ist. An den Basiskontakt ist ein Leiter 474 angeschlossen.

Ein Transistor, wie er in Fig. 11 dargestellt ist, mit einem Abstand zwischen dem Rand des Basiskontaktes 472 und dem Rand des Emitterübergangs 460 von 0,125 mm besitzt einen Spannungsabfall von zwischen 0,3 und 0,4 Volt bei 1 Ampere.

Anstatt den Leiter 456 an den Kollektor anzulöten, kann es besser sein, die ganze Schicht 450 mit einem Molybdän- oder Wolframträger zu verlöten, welcher mit Nickel, Silber od. dgl. überzogen ist, um die auftretende Wärme abzuleiten.

Bei einer anderen Ausführungsform der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Transistoren wird neben der Ausnehmung in der Oberfläche, in welcher sich der Emitter befindet, auch in der unteren Fläche eine Ausnehmung vorgesehen, in die der Kollektor eingesetzt wird. Einen solchen Transistor zeigt Fig. 12. Die Kristallplatte 500 aus halbleitendem Stoff hat eine obere Ausnehmung 502, innerhalb welcher sich eine aufgeschmolzene Emitterschicht 504 befindet, welche wiederum mit einem Leiter 506 verlötet ist. In der unteren Fläche befindet sich eine Ausnehmung 508, welche in der Breite sowohl wie auch in der Länge größer ist als die Ausnehmung 502. Innerhalb der Ausnehmung 508 ist ein Kollektor-pn-Übergang angebracht, an welchen ein elektrischer Leiter 512 angeschlossen ist. Die obere Fläche der Kristallplatte 500 trägt einen Basiskontakt 514 mit dem Leiter 516. Als zusätzlicher Basiskontakt 518 an der unteren Fläche der Kristallplatte kann ein Leiter 520 angeschlossen werden, der mit dem Leiter 516 verbunden oder an eine gesonderte Stromversorgung angeschlossen sein kann.

Es folgen nun Beispiele von praktisch angeführten Transistoren.

Beispiel I

Es wurde eine Germaniumeinkristallplatte, welche durch Antimonzusatz η-leitend war, mit parallelen unteren und oberen Flächen hergestellt. Die Ursprungliehe Stärke der Platte war 0,6 mm, ihre Länge 22,25 mm, ihre Breite 6,35 mm. Eine Ausnehmung mit einer Breite von 2,35 mm und einer Gesamtlänge von 19,05 mm wurde in die obere Fläche der Platte eingeläppt.

Die geläppte Kristallplatte wurde 1 Minute lang in einer Lösung, bestehend aus 0,25 1 konzentrierter 7O°/oiger Salpetersäure, 0,151 konzentrierter Essigsäure, 0,15 1 48%>iger Flußsäure und 0,005 1 Brom, geätzt. Auf allen Seitenflächen wurden annähernd 0,15 mm abgeätzt. Die geätzte Kristallplatte besaß eine Stärke von 0,3 mm, die ebene Bodenfläche der Ausnehmung war annähernd 0,05 mm von der unteren Fläche der Kristallplatte entfernt.

Auf die ebene Bodenfläche der Ausnehmung und gleichzeitig auf die untere Fläche der Kristallplatte wurde eine Aluminiumschicht aufgedampft. Die Temperatur der Platte betrug dabei annähernd 480° C und die Dicke der aufgedampften Schichten weniger als 0,0025 mm. Diese Schichten wurden bei einer Temperatur von 600° C einige Minuten lang geschmolzen, so daß pn-Übergänge auf der Bodenfläche der Ausnehmung und auf der unteren Fläche der Platte entstanden. Die Kollektorschicht auf der unteren Schicht der Platte ist flächenmäßig wesentlich größer als die Emitterschicht in der Ausnehmung. Die Schichten wurden dann derart maskiert, daß die Randzonen bedeckt waren; die Temperatur der Kristallplatte wurde auf annähernd 460° C herabgesetzt und dann Aluminium aufgedampft, aber in jedem Falle auf eine kleinere Zone als vorher. Der Abstand zwischen den Rändern war 0,125 mm. Nachdem zusätzlich Aluminium auf diese Flächen aufgedampft worden war, wurde die Temperatur der Einkristallplatte in wenigen Minuten auf 300° C herabgesetzt, während das Aluminium kontinuierlich weiterverdampft wurde. Die Gesamtstärke der Aluminiumschichten war annähernd 0,025 mm. Sodann wurde Silber gleichzeitig mit dem Aluminium 30 Sekunden lang bei einer Temperatur der Kristallplatte von annähernd 300° C verdampft. Dann wurde Silber in einer Stärke von annähernd 0,025 mm aufgedampft. Die Kristallplatte wurde anschließend gekühlt und aus der Aufdampfanlage entnommen. Nach Auftragen einer Zinnschicht auf die oberen Flächen der Kristallplatte als Basiskontakt wurden Klemmen und Anschlußdrähte an der Emitterschicht in der Ausnehmung und an der Kollektorschicht an der unteren Seite des Kristalls sowie am Basiskontakt auf der oberen Fläche angebracht.

Dieser Transistor hat eine Verstärkung des Emitterstroms von 300 und mehr in einem Strombereich von 100 Milliampere bis 10 Ampere. Die Verstärkungsänderung war in diesem ganzen Betriebsbereich weniger als 20%.

Beispiel II

In einer Platte aus η-leitendem Silicium von 6,35 · 12,7 mm wurde durch Läppen eine Ausnehmung von 9,54 mm Länge hergestellt. Nach der Ätzung war die Platte 0,25 mm dick, und der Boden der Ausnehmung hatte einen Abstand von 0,0125 mm von der unteren Fläche der Kristallplatte. Die Bodenfläche der Ausnehmung und die untere Fläche des Siliciumeinkristalls wurden beide durch Aufdampfen mit Aluminiumschichten belegt. Der einzige Unterschied gegenüber dem früher angegebenen Verfahren bestand darin, daß das Silicium auf eine Temperatur zwischen 600 und 660° C während der Auftragung der ersten Schichten erhitzt wurde und auf eine geringere Temperatur beim Aufdampfen der kleineren Aluminiumschichten. Die Übergangsschicht wurde bei einer Temperatur von 300° C aufgetragen. Diese Übergangsschicht bestand aus Silber und Aluminium. Silber wurde als leicht verlötbares Metall sowohl auf die Emitter- als auch auf die Kollektorschicht aufgetragen. Im Vakuum wurde dann ein Molybdänbasiskontakt auf die obere Fläche des Siliciumkristalls aufgeschmolzen; dieser Molybdänbasiskontakt war mit Silberantimon (2%) überzogen. Der Transistor hatte eine Stromverstärkung von etwa 4. Die Verstärkung war für Ströme zwischen 10 und 100 Milliampere verhältnismäßig konstant.

Beispiel III

Ein Germaniumkristall von der Größel9,05 · 19,05 mm erhielt durch Läppen fünf Ausnehmungen, deren jede 1,56 mm breit und 15,9 mm lang war. Der äußerste der bei dem Läppvorgang entstehenden erhabenen Streifen der oberen Fläche war 2,35 mm breit, während die Kristallstärke zwischen einander benach-

harten Ausnehmungen 7,94 mm betrug. Nach der Ätzung war die Kristallplatte 0,3 mm dick, und die Ausnehmungen lagen 0,1 mm über der unteren Fläche. Die Ausnehmungen wurden maskiert und mit Aluminium und Silber überzogen, genauso wie nach Beispiel I. Die Emitterschicht in jeder Ausnehmung war annähernd 13,7 mm lang und 1,25 mm breit. Entsprechend wurde auf der anderen Seite des Kristalls eine Kollektorschicht erzeugt, deren Rand an allen Punkten 1,56 mm innerhalb des äußeren Randes der Kristallplatte lag. Auf jeden der länglichen, erhabenen Streifen der oberen Fläche wurde Zinnlot als Basiskontakt aufgetragen. Alle Anschlußdrähte der fünf Ausnehmungen wurden zusammengefaßt, und die sechs Anschlüsse der Basiskontakte wurden ebenfalls miteinander verbunden. Der so hergestellte Transistor mit mehreren Ausnehmungen besaß Verstärkungen von über lOO und ist leistungsfähig genug, um Ströme bis zu 50 Ampere zu steuern. Die Verstärkungsänderung bei einer Zunahme des Ausgangsstroms von ao einigen Milliampere bis zu 10 Ampere und mehr war sehr gering.

Um die größte Verstärkung in einer Richtung zu erhalten, ist die Kollektorschicht größer als die Emitterschicht. Für bestimmte Zwecke werden aber symme- »5 trische Transistoren benötigt, bei denen die Verstärkung unabhängig davon ist, welche Schicht nun als Emitter verwendet wird. Einen solchen Germanium-Transistor, dessen Kollektorfläche gleich oder kleiner als die des Emitters war, besaß eine Verstärkung von 96 bei einem Strom von 1 Ampere, wenn die in der Ausnehmung aufgetragene Schicht als Emitter wirkte, und eine Verstärkung von 78 bei 1 Ampere, wenn die in der Ausnehmung aufgetragene Schicht als Kollektor verwendet wurde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere pnp- oder npn-Leistungstransistoren, dadurch gekennzeichnet, daß in eine n- oder p-leitende planparallefe Halbleiterplatte von 0,2 bis 0,63 mm Dicke mindestens eine wannenförmige Vertiefung eingearbeitet wird, deren Böschungsflächen senkrecht und deren Bodenfläche parallel zu den Plattenflächen so angeordnet sind, daß die Bodenfläche von der unbearbeiteten Plattenfläche 0,005 bis 0,15 mm Abstand hat, daß dünne gegenüberliegende Schichten von Dotierungsmaterial auf die Bodenfläche und auf die unbearbeitete Plattenfläche aufgedampft werden, daß diese Schichten von Dotierungsmaterial angeschmolzen werden, so daß auf der Bodenfläche ein emitterseitiger und auf der unbearbeiteten Plattenfläche ein kollektorseitiger, zu dem emitterseitigen paralleler pn-übergang geschaffen wird, daß je eine Zwischenschicht, bestehend aus dem gleichen Dotierungsmaterial und einem leicht verlötbaren Material, auf beide Dotierungsschichten aufgetragen werden, daß dann je eine weitere Schicht von leicht verlötbarem Material auf die Zwischenschichten aufgedampft wird und daß schließlich die Basiselektrode auf dem die Vertiefung umgebenden Rand so aufgeschmolzen wird, daß sie bis an die Vertiefung heranreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die emitterseitige oder die kollektorseitige oder beide Dotierungsschichten aus Aluminium hergestellt werden und daß den auf die Dotierungsschichten aufgetragenenZwischenschichten und den auf die Zwischenschichten aufgetragenen weiteren Schichten Silber zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kollektorseitige Dotierungsschicht größer oder kleiner als die emitterseitige Dotierungsschicht ausgebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schichten aus leicht verlötbarem Material und/oder die Zwischenschichten kleiner ausgebildet werden, so daß ihre Ränder von den Rändern dieser Dotierungsschichten Abstand haben.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die nicht bearbeitete Plattenfläche ebenfalls eine Vertiefung eingelassen wird, welche langer und breiter ist als die erste Vertiefung, daß die kollektorseitige Dotierungsschicht in diese Ausnehmung eingelassen wird und daß auf dem durch die zweite Vertiefung entstehenden Rand bis an die Kante der Vertiefung heran Metall für einen zusätzlichen Kontakt aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen länglich ausgebildet werden und daß die Elektroden auf die längsseitigen Ränder beschränkt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den längsseitigen Rändern der ersten Vertiefung angebrachten Elektroden als zwei Basiselektroden verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von zueinander parallelen länglichen Vertiefungen von höchstens 3,75 mm Breite in die Kristallplatte eingelassen wird und daß die Wandstärke der Kristallplatte zwischen den Bodenflächen der einzelnen Vertiefungen mindestens 0,25 mm gemacht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Halbleiterplatte aus einkristallinem Halbleitermaterial hergestellt wird, daß Vertiefungen eingeätzt oder eingeläppt werden und daß das Aufdampfen und Schmelzen im Vakuum vorgenommen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die emitterseitigen und kollektorseitigen Dotierungsschichten im Vakuum bei einer Temperatur aufgedampft werden, welche über dem eutektischen Punkt des Halbleitermaterials und des Dotierungsmaterials, aber unter dem Schmelzpunkt des Halbleitermaterials liegt, und daß nach dem Anschmelzen der Dotierungsschichten auf eine noch über dem eutektischen Punkt gelegene Temperatur abgekühlt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 753 133, 774 388;
»Zeitschrift für Elektrochemie«, Bd. 58 (1954), S. 283 bis 321.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen