DE1011082B

DE1011082B - Kristalldiode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1011082B
Application number: DEN11304A
Authority: DE
Inventors: Julian Robert Anthony Beale
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-10-18
Filing date: 1955-10-14
Publication date: 1957-06-27
Also published as: BE556951A; US2849664A; GB839842A; NL110970C; NL216619A; NL201235A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kristalldiode, worunter ein halbleitender Einkristall zu verstehen ist, der beispielsweise aus Germanium oder Silizium besteht und mit einem ohmschen Kontakt und einer gleichrichtenden Elektrode versehen ist. Die letztere ist vorzugsweise auf den Kristall aufgeschmolzen. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf das Verfahren zum Herstellen einer solchen Diode.

Bisher wurde bei der Herstellung solcher Dioden und auch von Transistoren eine möglichst hohe Lebensdauer der Minderheitsladungsträger angestrebt, beispielsweise durch die Verwendung möglichst reiner Ausgangsmaterialien für den halbleitenden Kristall, beispielsweise Germanium oder Silizium, und für die zuzusetzenden Donakren oder Akzeptoren, während bestimmte Verunreinigungen, wie beispielsweise Kupfer, die bekanntlich Rekombinationszentren bilden, ausgeschlossen wurden.

Die vorliegende Anordnung gründet sich auf die Erkenntnis, daß eine hohe Lebensdauer der Minderheitsladungsträger tatsächlich für Transistoren gewünscht ist, daß jedoch bei Dioden eine beschränkte Lebensdauer manchmal Vorteile bietet.

Es sind bereits Versuche gemacht worden, die Raumladungskapazität solcher Dioden, die die maximale Betriebsfrequenz beschränkt, herabzusetzen, indem die Stärke des halbleitenden Einkristalls klein bemessen wird. Dies bringt jedoch bauliche Schwierigkeiten mit sich; die Maßhaltigkeit muß strenge Anforderungen erfüllen. Wenn jedoch die Stärke des Kristalls erhöht wird, so daß sie über die Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger hinausgeht, so wird die Kapazität durch die Lebensdauer dieser Ladungsträger bestimmt, während die Stärke des Kristalls nur in bezug auf den ohmschen Widerstand des Kristalls eine Rolle spielt. Wenn hier von der Stärke des Kristalls die Rede ist, soll darunter der kürzeste Abstand zwischen dem ohmschen Kontakt und dem gleichrichtenden p-n-Übergang bei der gleichrichtenden Elektrode verstanden werden.

Die vorliegende Anordnung bezweckt unter anderem, die baulichen Schwierigkeiten bei der Herstellung einer Diode, die bei hohen Frequenzen betrieben werden soll, zu verringern.

Gemäß der Erfindung wird der kürzeste Abstand zwischen ohmschem Kontakt und ρ-n-Übergang größer als die Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger ist, während die Lebensdauer der letzteren höchstens 5 μβεΰ ist. Vorzugsweise ist sie sogar geringer als 1 μβεα Eine Lebensdauer von 0,07 μβεε ist sehr gut erzielbar.

Die Verkürzung der Lebensdauer der Minderheitsladungsträger kann dadurch bewirkt werden, daß dem halbleitenden Kristall Verunreinigungen, bei-Kristalldiode und Verfahren
zu ihrer Herstellung

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 18. Oktober 1954 und 12. August 1955

Julian Robert Anthony Beale, Wraysbury, St. Stahles,

Middlesex (Großbritannien), ,
ist als Erfinder genannt worden

spielsweise Kupfer, Nickel und bzw. oder Eisen, zugesetzt werden. Bei Kupfer können außerdem die Akzeptoreigenschaften benutzt werden.

Die Lebensdauer kann auch, oder außerdem, durch eine geeignete Oberflächenbehandlung des Kristalls verkürzt werden, beispielsweise durch Sandstrahlen oder durch Ätzen mit einem besonderen Ätzmittel, das die Rekombination unterstützende Ionen, beispielsweise Kupferionen, enthält. Solche Behandlungen müssen im allgemeinen als letzte Behandlung am bereits mit Elektroden versehenen Körper durchgeführt werden.

Die Lebensdauer kann auch durch Beschießen mit Elementarteilchen, beispielsweise Elektronen oder Neutronen, verkürzt werden.

Auch eine besondere Wärmebehandlung, wie beispielsweise eine Erhitzung des Kristalls auf eine hohe Temperatur und anschließendes Abschrecken, kann die Lebensdauer der Minderheitsladungsträger verkürzen.

Der Kristall kann von der p- oder von der n-Leitungsart sein, obgleich im allgemeinen die Kristalle der η-Art vorzuziehen sind.

Die erwähnten Verunreinigungen, wie beispielsweise Kupfer, Nickel und Eisen, können in den Kristall als solchen eingebracht werden, beispielsweise dadurch, daß der Kristall mit einer dünnen Schicht dieser Elemente überzogen und anschließend in einer indifferenten Atmosphäre auf eine hohe Temperatur, beispielsweise zwischen 500 und 900° C, erhitzt wird, derart, daß Diffusion erfolgt. Sie können

709 550/345

1 Oil

jedoch auch dem Material zugesetzt werden, aus dem der Kristall, beispielsweise durch Ziehen, Zonenschmelzen oder Homogenirieren durch Zonenschmelzen, hergestellt wird.

Die Erfindung wird an Hand eines Au&führungsbeispiels einer Diode und eines Verfahrens näher erläutert, wobei die Zeichnung zur Verdeutlichung einen schematischen Schnitt durch eine Diode darstellt.

In der Figur wird der halbleitende Kristall mit 1, die gleichrichtende Elektrode mit 2 und der ohmsche Kontakt mit 3 bezeichnet. Dieser Kontakt kann aus Nickel bestehen. Die gleichrichtende Elektrode wird hier durch eine Menge aufgeschmolzenen Indiums dargestellt; es kann jedoch auch ein Spitzenkontakt Anwendung finden. *5

Diese Diode wird beispielsweise dadurch hergestellt, daß ein Stab Germanium der η-Art mit einem spezifischen Widerstand zwischen 0,4 und 2Qcm, der eine geringe Menge Antimon als Denater enthält, elektrolytisch mit Nickel überzogen wird. Die Stärke der Nickelschicht, die beispielsweise zwischen 1 und 100 μ liegen kann, ist nicht kritisch. Der Kristall wird anschließend 2 bis 5 Stunden lang auf eine Temperatur zwischen 700 und 800° C in einem inerten Gas, beispielsweise Stickstoff, erhitzt. Dann wird der Kristall in einer Zeitspanne von 10 bis 60 Minuten auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Die Lebensdauer der Minderheitsladungsträger beträgt etwa 1 /zsec bei einer Erhitzung auf 700 ° C und etwa 0,1 /röec bei einer Erhitzung auf 80ü° C. Die DifEusionslänge ist dann etwa 65 bzw. 20 μ. Danach wird der Stab in Scheiben von etwa 0,75 mm Dicke, somit erheblich dicker als die Diffusionslänge, geschnitten und weiter in der vorstehend beschriebenen Weise bei einer Diode angewendet.

Claims

Patentansprüche:

1. Kristalldiode mit einem halbleitenden Kristall, z. B. aus Germanium oder Silizium, einem ohmschen Kontakt und einer gleichrichtenden Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der kürzeste Abstand zwischen ohmschem Kontakt und p-n-Übergang größer als die Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger ist, während die Lebensdauer der letzteren höchstens 5 wsec ist.

2. Kristalldiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lebensdauer der Minderheitsladungsträger höchstens 1 ^sec beträgt.

3. Kristalldiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall eine die Rekombination unterstützende Verunreinigung, wie beispielsweise Kupfer, Nickel oder Eisen, enthält.

4. Verfahren zum Herstellen einer Diode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall einer die Oberflächenrekombination fördernden Behandlung ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall in einem Bad geätzt wird, das Kupfer-, Nickel- oder Eisenionen enthält.

6. Verfahren zum Herstellen einer Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall einer Kristallfehler fördernden Behandlung, wie beispielsweise Erhitzen und anschließendem Abschrecken, ausgesetzt wird.

7. Verfahren zum Herstellen einer Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall einem Beschüß mit Elementarteilchen ausgesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen