DE1261965B - Verfahren zum AEtzen von Tunneldioden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1261965

Aktenzeichen: S 74262 VIII c/21 g

Anmeldetag: 8. Juni 1961

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Tunneldioden zum Herstellen von Dioden mit praktisch gleichförmigen, vorbestimmten Stromspitzenwerten.

Es ist allgemein wünschenswert, bei einer Tunneldiode den maximalen Strom in einer statischen Charakteristik auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Die Herstellung solcher Tunneldioden mit gleichförmigen, vorbestimmten Stromspitzenwerten erfordert bis jetzt jedoch einen recht langwierigen und aufwendigen Arbeitsprozeß.

Im allgemeinen wird eine Tunneldiode nach ihrer Herstellung geätzt, damit ihre Kontaktfläche vermindert wird und der Maximalwert ihres Stromes auf einen gleichmäßigen Wert eingestellt werden kann. Zum Prüfen des Stromes werden die Anschlußdrähte der Diode mit einer Einrichtung verbunden, mit der die Charakteristik direkt beobachtet werden kann, z. B. mit einem Kathodenstrahloszillographen, wenn die Charakteristik nach der Ätzung überprüft werden soll.

Wenn die Ätzung nicht ausreichend ist, so wird sie fortgesetzt und die Charakteristik neuerdings überprüft. Diese Behandlung wurde bisher allgemein in der Fachwelt angewendet. Die Durchführung dieses Verfahrens ist jedoch so kompliziert, daß eine sorgfältige Arbeit nötig ist, um die Charakteristik der Tunneldiode genau prüfen zu können. Darüber hinaus kann nur eine kleine Anzahl der behandelten Artikel in einer bestimmten Zeit geätzt werden, da die Beobachtung zuviel Zeit in Anspruch nimmt. Außerdem sind persönliche Fehler durch den jeweiligen Hersteller unvermeidbar.

Ein solches Verfahren ist daher für eine Massenproduktion nicht geeignet.

Die vorliegende Erfindung richtet sich deshalb auf ein für die Massenproduktion brauchbares Verfahren, mit dem man die Ätzung genau überprüfen kann, ohne daß ein komplizierter Arbeitsvorgang benötigt wird. Gleichzeitig soll dabei das Verfahren automatisch so durchgeführt werden, daß die bereits hergestellte Tunneldiode in einem elektrolytischen Ätzmittel so behandelt wird, daß die Charakteristik der Tunneldiode eine vorbestimmte N-Form erhält.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Verfahren zum Ätzen von Tunneldioden zum Herstellen von Dioden mit praktisch gleichförmigen, vorbestimmten Stromspitzenwerten angegeben, das sich dadurch auszeichnet, daß ein definierter pulsierender Prüfstrom durch die Tunneldiode geschickt wird und daß der Ätzvorgang dann unterbrochen wird, wenn bei dem Prüfstrom mit vorbestimmtem Wert in dem Verfahren zum Ätzen von Tunneldioden

Anmelder:

Sony Corporation, Tokio

Vertreter:

Dr. F. Zumstein, Dr. E. Assmann

und Dr. R. Koenigsberger, Patentanwälte,

8000 München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Akio Amaya, Tokio

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 8. Juni 1960 (27 369)

genannten Ätzmittel die Sprungspannung der Tunneldiode erreicht wird.

Ein solches Verfahren hat den Vorteil, daß der Ätzstrom sogleich automatisch unterbrochen wird, wenn der Prüfstrom bei einem vorbestimmten Wert abgetastet wird, bei dem der Spannungssprung der Tunneldiode in dem elektrolytischen Ätzmittel auftritt. Dadurch wird erreicht, daß Tunneldioden mit praktisch gleichförmigen Stromspitzenwerten hergestellt werden können, ohne daß es einer dauernden Überprüfung der N-Charakteristik der Tunneldiode durch eine Bedienungsperson bedarf. Hierbei kann die Ätzung elektrochemisch oder vermittels eines chemischen Ätzmittels durchgeführt werden.

Gemäß einer vorzugsweisen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Verstärker zum Verstärken der Prüfströme vorgesehen, der wenigstens einen Transistor enthält, der aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Tunneldiode besteht, wobei die Eingangsklemmen dieses Transistors mit den Klemmen der Tunneldiode verbunden sind.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand

der in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsform erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 Kurven zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens für eine Tunneldiode,

F i g. 2 ein Schaltschema einer Vorrichtung für die

Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, F i g. 3 Kurven zur Erläuterung der Vorgänge bei der Schaltung der F i g. 2 und

Fig. 4 eine Schaltung zur Erläuterung eines anderen möglichen Ätzverfahrens.

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Eine statische Charakteristik einer Tunneldiode vermieden und ein Anfangszustand der Tunneldiode hat eine N-förmige Kurve a, wie sie in F i g. 1 gezeigt aufgezeichnet wird, bevor die nächste Periode des ist, wobei längs der Abszisse, die an die Tunneldiode Stromes ankommt, selbst wenn ein Springen auftritt, angelegte Spannung und längs der Ordinate der F i g. 2 zeigt einen allgemein mit 2 bezeichneten

Strom I_E abgetragen ist. Wenn durch eine solche 5 Transformator, der eine Primärspule 3 α besitzt, die Tunneldiode über einen verhältnismäßig hohen mit einer Wechselstromquelle 1 verbunden ist, ferner Widerstand ein Strom in Flußrichtung hindurch- eine Sekundärspule 3 b und eine Tertiärspule 3 b'.
geschickt wird und dieser Strom seinen Maximal- Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist ein Bad

wert Ip an der höchsten Stelle der N-Charakteristik α vorgesehen, in dem ein elektrolytisches Ätzmittel erreicht, dann erhält man an der Tunneldiode die io vorhanden ist, und eine zu prüfende Tunneldiode 8 Spannung V_s, die höher ist als die Spannung V_P an und eine Elektrode 9 tauchen in das Bad ein. Eine dem Maximum der N-Kurve a, der Strom bei der Klemme der Sekundärwicklung des Transformators 2 Spannung V_s ist jedoch gleich dem Strom I_P. Diese ist an die positive Elektrode der Tunneldiode 8 über Erscheinung wird als »Spannungssprung« bezeichnet. eine Germanium- oder Silziumdiode 4 angeschlossen,

Wenn die Tunneldiode in ein Ätzmittel eingetaucht 15 wobei die Tunneldiode in das Ätzmittel eintaucht, ist und ein Strom durch die Tunneldiode fließt, dann Weiterhin sind ein normalerweise geschlossener tritt ein unnötiger Verluststrom I_R durch das Ätz- Schalters und ein veränderlicher Widerstand 6 vormittel aus, der neben dem Strom I_E vorhanden ist, gesehen, dessen andere Klemme direkt an die nega-r der durch die Tunneldiode strömt. In der F i g. 1 tive Elektrode der Tunneldiode 8 angeschlossen ist, zeigt die Linie c eine Kurve des Verluststromes I_R 20 wodurch ein geschlossener Stromkreis gebildet wird, für die Spannung V. Die Beziehung zwischen dem Die Diode 4 ist bezüglich der Tunneldiode 8 in Fluß-Gesamtstrom/_£+Λ und der Spannung V an der in richtung angeschlossen, und an ihrem Ausgang ist das Ätzmittel eingetauchten Tunneldiode wird durch kein Glättungskreis vorgesehen, so daß man einen die gestrichelte Linie & in Fig. 1 angezeigt. Diese Strom 16 in Halbwellenform erhält, wie er in Fig, 3a Kurve ist durch Addition der Stromwerte an jeder 25 gezeigt ist, der dann zu der Diode 8 geführt wird. Stelle der Kurven α und b konstruiert worden. , Üblicherweise wird der Glättungskreis in einem

Wenn ein Strom fließt, der dem Maximum der Gleichrichterkreis mit einer Diode verwendet. Eine Kurve b entspricht, dann tritt der Spannungs- Klemme der tertiären Spule 3 b' ist mit der positiven sprang auf. Elektrode der Tunneldiode 8 über die Gleichrichter-

Der maximale Strom ist mit I_P, und die Spannung 30 diode 10, eine Rückwärtsdiode 11 und einen noran der Sprungstelle mit V_s, bezeichnet, wie aus malerweise geschlossenen Schalter 12 verbunden, aus F i g. 1 ersichtlich ist. während die andere Klemme auch direkt mit der

Wenn nun ein Strom I_M gleich dem Strom I_P. Elektrode 9 in dem Ätzbad 7 verbunden ist, wodurch durch die Diode fließt und die Ätzbehandlung der ein Strom 17 zwischen der Diode 8 und der Elek-Kontaktfläche der Diode vorgenommen wird, dann 35 trode9 durch das Ätzmittel fließt, der eine Halbwird ein Springen der Spannung an der Diode ver- wellenform aufweist, wie dies in Fig. 3b gezeigt ist ursacht. In diesem Augenblick ist, wenn der Wert und demjenigen ähnlich ist, der durch die Diode 8 des Verluststromes I_R, der durch das Ätzmittel fließt, strömt. Die Wicklungsrichtungen der Sekundärgleich I_RP, ist, der maximale Strom I_P der Tunnel- spule 3 b und der Tertiärspule 3 b' des Transformadiode im wesentlichen gleich der Differenz zwischen 40 tors 2 sind so gewählt, daß der durch die Diode 8 dem maximalen Strom I_P, und dem Strom I_RP. fließende Strom 16 und der Ätzstrom In oder 17, der I_RP wird jedoch durch Verhältnisse, z. B. durch die durch das Ätzmittel fließt, eine Phasendifferenz von Konzentration und Temperatur des Ätzmittels, den z. B. 180° gegeneinander aufweisen, wie dies in den Mechanismus der Diode, ihrer Elektroden u.dgl. F i g. 3 a und 3 b gezeigt ist

bestimmt, Das Springen der Spannung wird durch 45 An die Diode 8 ist ein Transistor 13 angeschlossen, ein geeignetes Mittel bei praktisch konstanten Ver- durch den die Spannung festgestellt wird, die zwihältnissen bestimmt und die Ätzungsbehandlung wird sehen den beiden Elektroden der Diode 8 vorhanden unterbrochen, wenn die Sprungerscheinung auftritt, ist. Das Halbleitermaterial des Transistors 13 wird wobei leicht eine Diode hergestellt werden kann, die durch das der Tunneldiode 8 bestimmt, wenn z. B. einen vorbestimmten Maximalwert I_P des Stromes 5° eine Germaniumtunneldiode verwendet wird, dann aufweist. Wenn jedoch Gleichstrom als Prufstrom wird für den Transistor 13 ein Germaniumtransistor verwendet wird, dann kann das Springen der Span- angewendet oder wenn die Diode eine Gallium-, nung leicht durch einen äußeren Anlaß verursacht Arsen- oder Siliziumdiode ist, dann wird ein Silizumwerden, z. B, durch eine Induktion auf die Diode, transistor verwendet. Dies bedeutet, daß der Transelbst wenn dieser Anlaß sehr gering ist, so daß man 55 sistor 13 aus einem solchen Halbleitermaterial gekeine Tunneldiode mit gleichmäßigen Eigenschaften fertigt und der Mechanismus so ausgebildet ist, daß erhält, wenn eine Induktion erzeugt wird, z. B, von kein Diffusionsstrom auftritt, auch wenn die Spanden Zuleitungen zur Diode. Praktisch sind für die nung im fallenden Gebiet der Charakteristik der Ätzbehandlung der Diode verhältnismäßig lange Tunneldiode 8 auf den Transistor 13 gegeben wird. Zuleitungsdrähte erforderlich, so daß die Sprung- ^6o Gemäß F i g. 2 ist die Basis des Transistors 13 mit erscheinung imBereich von 70 bis 80% des Maximal- der positiven Elektrode der Diode 8 verbunden, und stromwertes 7p auftreten kann. Unter Berücksichti- der Emitter ist an deren negative Elektrode angegung dieser Tatsache werden gemäß der Erfindung schlossen. Weiterhin ist der Transistor mit der wiederholte und pulsierende Ströme mit vorbestimm- Eingangsseite eines Verstärkers 14 über einen Transtem Spitzenwert als Prüf- oder Bestimmungsströme 65 formatorlS verbunden, und die Ausgangsseite des verwendet, die durch die Tunneldiode geschickt Verstärkers 14 ist z, B. an in der Zeichnung nicht werden, die in das Ätzmittel eintaucht, wodurch die dargestellte Relais angeschlossen, durch welche die Möglichkeit einer Störung durch äußere Anlässe Schalter 5 und 12 betätigt werden, wobei diese

Schalter geschlossen werden, wenn vom Verstärker 14 ein Ausgangssignal abgegeben wird.

Bei der obigen Schaltung werden periodische Halbwellenströme 16 und 17 durch die Diode 8 und durch das Ätzmittel zwischen der Diode 8 und der Elektrode 9 geschickt, wodurch die Spannung an der Diode 8 und am Ätzmittel abwechselnd geprüft wird.

Die Ätzung an der Diode 8 schreitet allmählich fort, und wenn der Strom I_P, der durch die Diode 8 fließt, gleich dem vorbestimmten Stromwert Imp~Irp (I_MP ist der Spitzenwert des Stromes /_M oder 16) ist, dann macht die Spannung an den Klemmen der Diode 8 einen Sprung, und die Sprungspannung wird durch den Transistor 13 festgestellt und im Verstärker 14 verstärkt, wodurch die Relais betätigt werden, um die Schalter 5 bzw. 12 zu öffnen. Wenn die Ätzbehandlung beendet ist, dann hat die Tunneldiode die vorbestimmte Charakteristik. In der Praxis kann der Strom zum Prüfen und Ätzen vorzugsweise ohne irgendein Intervall umgeschaltet werden, jedoch können auch vorbestimmte Intervalle vorgesehen werden. Weiterhin kann die Größe des Stromes I_P der Tunneldiode auf irgendeinen bestimmten Wert eingestellt werden, indem der veränderliche Widerstand 6 entsprechend eingestellt wird. Da die Ätzung intermittierend durch einen Halbwellenstrom vorgenomen wird, so wird durch Prüfung des Stromes I_P der Tunneldiode eine übermäßige Ätzung vermieden. Man kann daher eine Tunneldiode erhalten, die einen genau vorbestimmten Wert von I_P aufweist. Die obige Beschreibung bezog sich auf eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Tunneldiode elektrolytisch geätzt wird. In diesem Fall wird jedoch eine Restspannung in der Diode 8 erzeugt, da diese Restspannung und eine Halbwellenformspannung auf die Tunneldiode während des Prüfvorganges gegeben werden. Es besteht also die Gefahr einer falschen Prüfung, jedoch kann eine solche falsche Prüfung vermieden werden, indem eine Zehnerdiode 11 oder eine andere brauchbare Schaltung zur Steuerung der Breite oder Phase des Stromes 17 verwendet wird. In der Praxis kann die Ätzung und Prüfung vorzugsweise zweistufig durchgeführt werden. Wenn die Werte für den Ätzstrom und den Prüfstrom 50 bzw. 0,6 mA in der ersten Stufe betragen und die Werte der Ströme in der zweiten Stufe 10 bzw. 0,4 mA sind, dann macht der Strom/„, dessen Größe im Bereich von 1 + 0,1 mA liegt, 80% von all den behandelten Tunneldioden aus, wobei in diesem Fall als Ätzmittel 5%iges Kaliumhydroxyd verwendet wird.

Im folgenden wird eine chemische, bei dem Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführte Ätzbehandlung erläutert, wobei auf die F i g. 4 Bezug genommen wird, in der die chemische Ätzung einer Tunneldiode dargestellt ist. In dieser Figur sind die Anschlüsse ebenso wie es beim obigen Ausführungsbeispiel erläutert wurde, außer daß das Ätzmittel im Bad 7 ein chemisches Ätzmittel ist und daß der Teil der Schaltung, der die tertiäre Spule 3 ft', die Elektrode 9 und die Verbindung einschließt, weggelassen ist, wobei die der Fig.2 entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen tragen und daher aus Gründen der Einfachheit nicht mehr erläutert werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Ätzung, der Tunneldiode rein chemisch durch das Ätzmittel selbst vorgenommen. Der Strom zum Prüfen des Ausmaßes der Ätzung muß nicht notwendig ein Halbwellenstrom sein, wie dies in den F i g. 2 und 3 gezeigt ist. Als Prüfstrom kann ein aus einem Vollweggleichrichter entnommener Strom auf die Tunneldiode gegeben werden. Es kann also ein periodischer Strom mit einem bestimmten Spitzenwert zum Prüfen der Ätzung verwendet werden, damit man die beste Ätzung erhält. Praktisch werden solche Ätzvorgänge vorzugsweise in einem zweistufigen Verfahren durchgeführt. In der ersten Stufe wird ein Ätzmittel verwendet, wobei die Temperatur auf etwa 40° C gehalten wird. Der Prüf strom I_M, der die Tunneldiode durchströmt, beträgt dabei 2 mA. In der zweiten Stufe wird das gleiche Ätzmittel bei einer Temperatur von 25° C verwendet, jedoch beträgt die Stromstärke des Stromes I_M 0,7 mA. Wenn eine Sprungspannung auftritt, dann wird die Tunneldiode aus dem Ätzmittel herausgenommen und abgewaschen. 90% der behandelten Tunneldioden weisen dann einen Strom von 2+0,2 mA auf.

Gemäß der Erfindung wird also die Ätzbehandlung der Tunneldiode elektrisch überprüft, und die Ätzvorgänge werden so kontrolliert, daß die Charakteristiken der Tunneldioden gleichmäßig gemacht werden, so daß man Dioden mit gleichförmigen Charakteristiken nach einem brauchbaren Verfahren erhält, ohne daß eine übermäßige Ätzung erfolgt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ätzen von Tunneldioden zum Herstellen von Dioden mit praktisch gleichförmigen, vorbestimmten Stromspitzenwerten, dadurch gekennzeichnet, daß ein definierter pulsierender Prüfstrom durch die Tunneldiode geschickt wird und daß der Ätzvorgang dann unterbrochen wird, wenn bei dem Prüfstrom mit vorbestimmtem Wert in dem genannten Ätzmittel die Sprungspannung der Tunneldiode erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker zum Verstärken dieser Prüfströme vorgesehen ist, der wenigstens einen Transistor enthält, der aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Tunneldiode besteht, wobei die Eingangsklemmen dieses Transistors mit den Klemmen der Tunneldiode verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»IRE, Transactions on Electron Devices«, Januar

1960, S. 1 bis 9;

»IRE, Wescon Convention Record«, Bd. 3, 1959,

S. 9 bis

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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