DE1131324B - Legierungsverfahren zur Herstellung von Gleichrichtern und Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Legierungsverfahren zur Herstellung von Gleichrichtern und Transistoren, bei welchem dem Legierungsmaterial ein eine erhöhte Rekombination der Ladungsträger bewirkendes Element zugesetzt wird.

Bei aus Germanium aufgebauten Halbleiteranordnungen wurde die Lebensdauer der Minoritätsträger durch Einführung von bestimmten chemischen Verunreinigungen in das Germanium verringert. Die zur Erhöhung der Rekombinationsgeschwindigkeit der Träger wirksamste Verunreinigung stellt nach dem jetzigen Stand der Kenntnisse Nickel dar.

Ein Verfahren, um kleine Mengen einer Verunreinigung in das Germanium einzubringen, besteht darin, diesen Zusatz direkt der Schmelze zuzusetzen, aus der sich der Germanium-Kristall bilden soll. Ferner ist bereits ein Verfahren zur beliebigen Verringerung des Sperrwiderstandes einer Legierungselektrode vorgeschlagen, bed dem die Legierungselektrode aus einem mit dem aus Germanium, Silizium oder anderen Halbleitern bestehenden Halbleiterkörper legierenden Grundmaterial hergestellt und ihr ein Element bestimmter Wirkungsweise in bestimmter Dosierung zugesetzt wird. Das Zusatzelement wird hierbei der Schmelze des Legierungsmaterials zugesetzt. Nach einer weiteren bekannten Methode wird die Verunreinigung in engen Kontakt mit der Germanium-Oberfläche gebracht, etwa durch galvanische Aufbringung einer dünnen Schicht; anschließend wird dieses Zweistoffsystem bei solcher Temperatur und in solchem Zeitraum getempert, daß der Zusatzstoff in das Germanium diffundiert. Diese bekanntgewordenen Verfahren können keine befriedigenden Resultate geben, insbesondere dann nicht, wenn es sich bei dem Zusatzstoff um Nickel handelt, da die erforderliche genaue Dosierung des Zusatzes nicht erreicht werden kann, so daß sich auch bei diesen bekannten Verfahren unerwünschte Nebeneffekte ergeben. So kann sich beispielsweise bei einer Diode der Widerstand in der Durchlaßrichtung verstärkt oder in der Sperrichtung verringert werden, was sich als erheblicher technischer Nachteil darstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet diese nachteiligen, auf Grund ungenauer Dosierung des Zusatzes sich ergebenden Nebeneffekte, da es eine genaue Dosierung in der Zugabe des Zusatzmittels ermöglicht. Das Legierungsverfahren eignet sich vor allem für die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einer hohen Grenzfrequenz.

Das erfindungsgemäße Legierungsverfahren besteht darin, daß das Legierungsmaterial mit einem Überzug des Zusatzelementes versehen und dann von dem Legierungsverfahren

zur Herstellung von Gleichrichtern

und Transistoren

Anmelder:

Postal Administration of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland

represented by
Her Majesty's Postmaster General, London

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm, Westfalendamm 10

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Februar 1956 (Nr. 5706)

John Isaac Carasso und Eric Alfred Speight,

London,
sind als Erfinder genannt worden

einzulegierenden Material ein angemessenes Stück abgeschnitten und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre zwecks Bildung einer Kugel erhitzt wird und daß die Kugel anschließend auf den Halbleiter aufgebracht und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 600 bis 850° C erhitzt wird. Bei Germanium als Halbleitermaterial und Indium als Legierungssubstanz ist Nickel für den genannten Zweck brauchbar. Das Indium wird zweckmäßig z. B. in Form einer flachen Scheibe mit Nickel elektroplattiert, wobei die Dicke der Nickelschicht 0,1 bis 1,0 % der Dicke der Indiumschicht beträgt; der in Kugelform übergeführte Abschnitt wird in Berührung mit dem; Germanium ,in einer Wasserstoffatmosphäre 1 bis 15 Minuten lang erhitzt und dann schnell auf Raumtemperatur abgekühlt. Bei diesem Verfahren diffundiert in das z. B. η-leitende Stück Germanium eine ausreichende Menge des Nickels aus dem nickelhaltigen Indium ein. Danach besteht die Anordnung aus einem Stück Germanium, dessen η-leitender Grundkörper zumindest in unmittelbarer Nähe der p-leitenden Rekristallisationszone von Nickel-Atomen durchsetzt ist. Der Halbleiterkörper wird anschließend an der Gegenseite mit einem nicht

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gleichrichtenden Anschluß dadurch versehen, daß er mit einem auf diese Seite aufgebrachten Stückchen Lot und eine Elektrode erhitzt wird, wobei die Temperatur unter der bei der ersten Temperung erreichten bleibt.

Zweckmäßig wird für das erfindungsgemäße Legierungsverfahren das mit dem Überzug zu versehende Legierungsmaterial in Form eines Stabes oder Drahtes verwendet. Solche Indiumdrähte können von 25 bis 100 Mikron Durchmesser haben. Die Drähte werden mit organischen Lösungsmitteln entfettet durch kurzzeitiges Eintauchen in eine Lösung von gleichen Teilen konzentrierter Salpeter- und Salzsäure, gebeizt, gewaschen und mit einem dünnen Nickelüberzug versehen, dessen Dicke 0,1 bis 1 % des Drahtdurchmessers beträgt. Dieser Überzug wird nach den üblichen Methoden aufgebracht. Der nikkelplattierte Indiumdraht wird sodann in Stücke gewünschten Gewichts (für die meisten Anwendungen in der Schwachstrom-Technik 0,1 bis 10 mg) zerschnitten, die durch Erhitzen auf 850° C in einer reinen Wasserstoff-Atmosphäre in Kugelform übergeführt werden. Eine solche Indium-Nickel-Kugel wird auf ein Stück Germanium aufgebracht und auf die gewünschte Temperatur zwischen 600 und 850° C je nach dem Widerstand des Germaniums und der gewünschten Lebensdauer der Träger erhitzt. Nach 1 bis 15 Minuten wird die Anordnung dann schnell auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Gegenseite des Germaniumkörpers erhält dann einen nicht gleichrichtenden metallischen Kontakt durch Aufbringen eines Antimon-Lots in Form eines Drahtes mit einem Durchmesser von 25 bis 50 Mikron.

Mit dem Lot wird ein Draht oder eine Scheibe aus Nickel oder Kovar ausgelötet. Die beiden Elektroden werden dann in bekannter Weise mit Zuführungen versehen, und anschließend wird das ganze Bauelement durch chemische oder elektrolytische Behandlung mit einem Außenschutz umgeben.

Eine Anzahl Halbleiter-Dioden, die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung bei 740° C behandelt wurden und bei denen Germanium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 2 Ohm cm zum Einsatz gelangte, zeigte einen durchschnittlichen Sättigungsstrom von 3 Mikroampere, während andere Dioden, die bei 600° C nach den bisher bekannten Methoden legiert wurden, einen durchschnittlichen Sättigungsstrom von nur 0,3 Mikroampere aufwiesen. Da der spezifische Widerstand des Materials durch die Behandlung nicht wesentlich geändert wird, ist offensichtlich, daß eine beträchtliche Herabsetzung der Lebensdauer der Minoritätsträger bei den Elementen der bei 740° C legierten Partie gegenüber denen der anderen Gruppe stattgefunden hatte. Diese Reduktion scheint etwa zwei Größenordnungen zu betragen, soweit sich auf diese sehr kleinen Lebensdauern die Theorie von W. Shockley (Bell System Technical Journal, 88, 1949, S. 101) quantitativ anwenden läßt.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Legierungsverfahren zur Herstellung von Gleichrichtern und Transistoren, bei welchem dem Legierungsmaterial ein eine erhöhte Rekombination der Ladungsträger bewirkendes Element zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial mit einem Überzug dieses Elementes versehen und dann von dem einzulegierenden Material ein angemessenes Stück abgeschnitten und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre zwecks Bildung einer Kugel erhitzt wird und daß die Kugel anschließend auf einen Halbleiterkörper aufgebracht und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 600 bis 850° C erhitzt wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Germanium besteht, daß Indium mit Nickel elektroplattiert wird, wobei die Dicke der Nickelschicht 0,1 bis 1% der Dicke der Indiumschicht beträgt, und daß der in Kugelform übergeführte Abschnitt in Kontakt mit dem Germanium in einer Wasserstoffatmosphäre 1 bis 15 Minuten lang erhitzt und danach schnell auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines mit dem Überzug zu versehenden Legierungsmaterials in Form eines Stabes oder Drahtes.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Bell Laboratories Record«, Juli 1955, S. 260 bis 263;

»Electronics«, Oktober 1953, S. 134.

© 209 609/331 6.