DE1107830B

DE1107830B - Verfahren zum Herstellen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen

Info

Publication number: DE1107830B
Application number: DEL16646A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Reiner Thedieck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1953-09-16
Filing date: 1953-09-16
Publication date: 1961-05-31
Also published as: FR1108247A; GB768462A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

L 16646 Vnic/21g

ANMELDETAG: 16. SEPTEMBER 1953

BEKANNTMACHUNG

DER ANMELDUNG

UNDAUSGABE DER

AUSLEGESCHRIFT: 31. MAI 1961

Es war bislang üblich, elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme, insbesondere solche mit Halbleitermaterialien mit hohen Schmelzpunkten, wie z. B. Germanium, dadurch herzustellen, daß auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitscharakters Störstellenmaterial oder Störstellenmaterial, vermischt mit reinem Halbleitermaterial der gleichen oder einer anderen Art, aufgebracht wurde und daß das System daraufhin einer thermischen Behandlung unterworfen wurde. Dabei bildet sich an der Grenze zwischen dem Halbleiterkörper und dem aufgebrachten Material durch Diffusion und/oder Legierung eine Schicht aus, die im wesentlichen eine Leitfähigkeit zeigt, die der des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist. Diese Systeme zeigen in diesem Zustand bereits Sperrschichten, jedoch stehen ihrer Verwendung insofern Schwierigkeiten entgegen, als das auf dem Halbleiterkörper verbleibende aufgebrachte Material, was zum überwiegenden Teil aus störstellenbildender Substanz besteht, insbesondere die Abführung der an der Sperrschicht gebildeten Wärme dadurch erschwert, daß die störstellenbildenden Substanzen verhältnismäßig schlechte Wärmeleiter sind. Desgleichen verbot die verbleibende verhältnismäßig große Menge störstellenbildender Substanz, die nicht zur Sperrschichtbildung herangezogen war, eine thermische Nachbehandlung der so hergestellten Systeme, weil bei einer solchen weiteren thermischen Behandlung die Diffusionsvorgänge nicht oder nur unzureichend gesteuert werden konnten. Desgleichen war man gezwungen, zur Her-Stellung elektrischer Kontakte das störstellenbildende Material zu schmelzen, da die zur Herstellung des sperrfreien Kontaktes an der Basis verwendbaren Lote gewöhnlich einen höheren Schmelzpunkt haben als die störstellenbildenden Substanzen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zum Herstellen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen, wie Gleichrichter oder Kristallverstärker, unter Verwendung eines Halbleiters mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Germanium, Silizium oder einer halbleitenden intermetallischen Verbindung, bei dem auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps eine kleine Menge einer Substanz aufgebracht oder erzeugt ist, die aus einem Halbleitermaterial und solchem Störstellenmaterial besteht, das entgegengesetzte Leitfähigkeit wie das in dem Halbleitergrundkörper enthaltene hervorruft, und bei dem die Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch ein Legierungs- und/oder Diffusionsverfahren erzeugt worden ist. Das erfmdungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem bisher bekannten dadurch, daß das auf dem System verbleibende Stör-Verfahren zum Herstellen

von elektrisch unsymmetrisch leitenden

Systemen

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dipl.-Ing. Reiner Thedieck, Belecke/Möhne,
ist als Erfinder genannt worden

Stellenmaterial auf mechanischem, chemischem oder thermischem Wege entfernt und darüber eine sperrfreie Elektrode mit großer Wärmekapazität aus einem gut leitenden Material, z. B. Kupfer, angebracht wird. Die oben angegebenen Schwierigkeiten werden also durch die Entfernung des verbleibenden Störstellenmaterials überwunden und die weiteren Erleichterungen und Verbesserungen können durchgeführt werden.

So ist es z. B. von besonderem Vorteil, das System nach dem Entfernen der störstellenbildenden Substanz einer thermischen Nachbehandlung zu unterwerfen. Dadurch kann unter Verwendung einer definierten Menge störstellenbildender Substanz die Eindiffusion in einem vorbestimmbaren und kontrollierbaren Maße weitergetrieben werden. Dadurch werden die elektrischen Eigenschaften des Systems wesentlich verbessert und können gegebenenfalls dem beabsichtigten Verwendungszweck angepaßt werden.

Bei Verwendung von Indium als störstellenbildender Substanz hat es sich bewährt, die Abtragung des Indiums mit Hilfe eines chemischen Lösungsmittels, vorzugsweise mit Salzsäure, vorzunehmen. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die thermische Nachbehandlung im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders zur Herstellung von steuerbaren Systemen, vorzugsweise Kristallverstärkern oder Transistoren, bewährt. Es werden dabei mit besonderem Vorteil zwei gegenüberliegende Flächen des Halbleiterkörpers behandelt. Nach dem Entfernen des verbleibenden Störstellenmaterials kann die thermische Nachbehandlung dann so geführt werden, daß sich die durch Diffusion gebildeten Zonen gleichen Leitfähigkeitscharakters

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bis auf eine für den gewünschten Verwendungszweck besonders günstigen Abstand einander nähern.

Besonders große Vorteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Kontaktierung. Diese geht besonders gut vonstatten, wenn die behandelte Fläche mit Kupfer überzogen und die Elektrode auf dieser Kupferschicht mit einem Lot hoher Wärmeleitfähigkeit aufgelötet wird. Es wird dabei erreicht, daß die an der Sperrschicht entstehende Wärme unter Vermeidung überflüssiger Wärmewiderstände besonders gut abgeführt werden kann, was wiederum zu einer höheren Belastbarkeit des Systems führt.

Zum Beispiel wird bei einem Verfahren gemäß der Lehre der Erfindung an eine einkristalline Germaniumscheibe mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 2 Ohm-cm eine geringe Menge Indium angeschmolzen. Während dieses Vorganges löst sich eine im wesentlichen durch die maximal erreichte Temperatur bestimmte Menge Germanium in dem Indium. Während der Abkühlung dieses Systems scheidet sich das gelöste Germanium in feinkristalliner Form in dem Indium ab. Ferner scheidet sich das Germanium in Form von Schuppen, deren kristalline Orientierung im wesentlichen von der des Grundkörpers abhängt, auf dem Halbleitergrundkörper ab. Das so erhaltene Gebilde wird nunmehr einer chemischen Nachbehandlung unterworfen, vorzugsweise wird mit HiKe eines Lösungsmittels, z. B. Salzsäure, das auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers lagernde überschüssige Indium so weit entfernt, daß die obenerwähnte Schuppendichte freigelegt wird. Nach Spülung und Trocknung des Gebildes wird diese nunmehr einer thermischen Nachbehandlung unterworfen. Diese besteht beispielsweise darin, daß das Gebilde in einer Edelgasatmosphäre, vorzugsweise Argon, für die Dauer von etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 500° C getempert wird. Die Bedingungen der thermischen Nachbehandlung werden so gewählt, daß sie den verwendeten Materialien und dem vorgesehenen Verwendungszweck der Systeme entsprechen. Die behandelten Gebilde werden daraufhin beispielsweise mit Hilfe eines elektrolytischen oder eines Aufdampfverfahrens mit einem metallischen Überzug, beispielsweise aus Kupfer oder Silber, versehen, und zwar so, daß dieser Überzug maximal die mit den obenerwähnten Schuppen bedeckten Flächen des Halbleiterkörpers überdeckt. Hierauf wird unter Verwendung eines Lotmetalls hoher Wärmeleitfähigkeit eine vorzugsweise flächenhafte Elektrode mit großer Wärmekapazität als elektrische Zuleitung zum Sperrschichtbereich angelötet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen, wie Gleichrichter oder Kristallverstärker, unter Verwendung eines Halbleiters mit hohem Schmelzpunkt, wie z.B. Germanium, Silizium oder einer halbleitenden intermetallischen Verbindung, bei dem auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps eine kleine Menge einer Substanz aufgebracht oder erzeugt ist, die aus einem Halbleitermaterial und einem solchen Störstellenmaterial besteht, das entgegengesetzte Leitfähigkeit wie das in dem Halbleitergrundkörper enthaltene hervorruft, und bei dem die Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch ein Legierungs- und/oder Diffusionsverfahren erzeugt worden ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das auf dem System verbleibende Störstellenmaterial auf mechanischem, chemischem oder thermischem Wege entfernt und darüber eine sperrfreie Elektrode mit großer Wärmekapazität aus einem gut leitenden Material, z. B. Kupfer, angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System nach dem Entfernen der störstellenbildenden Substanz einer thermischen Nachbehandlung unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Herstellen eines Systems mit Indium als störstellenbildender Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung des Indiums mit HiEe eines chemischen Lösungsmittels, vorzugsweise Salzsäure, erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Nachbehandlung im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre, vorzugsweise in einer Edelgasatmosphäre, erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der folgenden zum Herstellen von steuerbaren Systemen, vorzugsweise Kristallverstärker oder Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Flächen des Halbleiterkörpers behandelt werden und die thermische Nachbehandlung so geführt wird, daß sich die durch Diffusion gebildeten Zonen gleichen Leitfähigkeitscharakters bis auf den gewünschten Abstand einander nähern.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anbringen der Elektrode die behandelte Fläche mit Kupfer überzogen und die Elektrode auf diese Kupferschicht mit einem Lot hoher Wärmeleitfähigkeit aufgelötet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 829 018, 851527;
britische Patentschrift Nr. 571 905;
USA.-Patentschriften Nr. 2 375 353, 2 644 852;
»Der Radio-Markt«, Beilage in der »Elektro-Technik«, Coburg, 9. 2.1951, S. 14 bis 16.