DE1263197B - Verfahren zur Herstellung eines sperrschichtfreien elektronischen Festkoerperschaltelements und danach hergestelltes Element - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl.: 21 g - 41/00

Nummer: 1263 197

Aktenzeichen: D 44895 VIII c/21 g

Anmeldetag: 4. Juli A 964

Auslegetag: 14. März 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines sperrschichtfreien elektronischen Festkörperschaltelements, das unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes von einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand schaltet, und ein nach diesem Verfahren hergestelltes elektronisches Festkörperschaltelement.

Es ist bekannt, ein Halbleitermaterial auf einen metallischen Träger aufzudampfen und von der anderen Seite her mit einer Detektorspitze zu kontaktieren. An der Kontaktstelle ergibt sich dann eine Sperrschicht. Es ist ferner bekannt, die Sperrschicht dadurch zu erzeugen, daß zwei Halbleiterkörper aus verschiedenem Material aufeinandergelegt werden, wobei ein mit einer Spitze versehener Körper gegen den anderen Körper gedrückt wird oder die verschiedenen Materialien übereinander auf einen Träger aufgebracht werden.

Die eingangs erwähnten Festkörperschaltelemente unterscheiden sich jedoch von den bekannten, aus mehreren monokristallinen Schichten bestehenden Dioden, z. B. Fünf-Schicht-Dioden, weil sie aus einem im wesentlichen einheitlichen Material bestehen und keine Sperrschicht besitzen. Das Material des Festkörpers hat keinen ausgeprägten kristallinen Charakter, sondern ist in wenigstens einem der Zustände amorph. Der Ausdruck »amorph« soll hierbei bedeuten, daß sich weder unter dem Mikroskop noch durch eine Röntgenbeugungsuntersuchung eine kristalline Struktur nachweisen läßt; es soll hiermit nicht ausgeschlossen sein, daß das Material eventuell in einem äußerst feinen polykristallinen Zustand vorliegt. Beispiele solcher Materialien bestehen aus Tellur-Germanium, Tellur-Arsen-Germanium, Cadmium-Arsen-Germanium, Zink-Arsen-Germanium u. dgl., wobei das Germanium auch durch Silizium ersetzt sein kann.

Bei derartigen Festkörperschaltelementen bereitet aber die Kontaktgabe erhebliche Schwierigkeiten, weil die üblichen für eine Halbleiter-Kontaktierung bekannten Maßnahmen entweder nicht anwendbar sind oder die Funktionsfähigkeit des Festkörperschaltelements beeinträchtigen. Insbesondere diffundiert das aufgebrachte Material (z. B. Indium bei einer Lötverbindung, Gold bei einem Wärmekompressionskontakt) in das Halbleitermaterial hinein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Festkörperschaltelementen auftretenden Kontaktierungsschwierigkeiten zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je eine Schicht des gleichen Festkörpermaterials auf nicht aneinanderpassende Flächen Verfahren zur Herstellung

eines sperrschichtfreien elektronischen

Festkörperschaltelements

und danach hergestelltes Element

Anmelder:

Danfoss A/S, Nordborg (Dänemark)

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:

Mogens Dyre, Gildbro, Nordborg (Dänemark)

zweier Elektroden aufgedampft wird und die aufgedampften Schichten im wesentlichen punktförmig gegeneinandergedrückt werden.

Hierbei wird eine Aufteilung des sonst einteiligen Festkörperschaltelements in zwei gleichartige Schichten vollzogen, die mit einer relativ kleinen Fläche gegeneinandergedrückt werden. An dieser Fläche entstehen dann genügend große spezifische Drücke, die die beiden Schichten in diesen kleinen Bereich elektrisch als einstückig erscheinen lassen. Infolge der Flächenpressung und wegen des gleichen Materials treten auch keine Sperrschichteffekte auf. Die relativ kleine Kontaktfläche genügt aber auch zum Schalten relativ großer Ströme, weil es eine Eigenschaft der sperrschichtfreien Festkörperschaltelemente ist, daß sich der Strom jeweils auf einen schmalen Pfad konzentriert. Dieser Pfad läuft nun genau durch die Kontaktstelle, an der die beiden Schichten aneinandergedrückt werden. Da die Festkörperschichten aufgedampft werden, können beliebige Elektrodenformen derart miteinander kombiniert werden, daß ein punktförmiger Kontakt entsteht. Es ist zu vermuten, daß wegen der Vorspannung an der Kontaktstelle eine geringfügige Abplattung der Festkörperschicht auftritt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn über die beiden aneinandergedrückten Schichten außerhalb der punktförmigen Kontaktstelle eine weitere Schicht aus dem Festkörpermaterial aufgedampft wird. Auf diese Weise wird der relativ kleine Strompfad verbreitert, dergestalt, daß auch außerordentlich große Ströme kontaktlos geschaltet werden können. Die sonst bei

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Halbleitern zu befürchtende unzulässige Erwärmung spielt hierbei eine verhältnismäßig geringe Rolle, weil der Durchflußwiderstand stromdichteabhängig ist, d. h. mit wachsendem Strom abnimmt.

Ein handliches Bauteil, bei dem trotzdem der notwendige Kontaktdruck sichergestellt ist, kann erhalten werden, wenn die Elektroden durch eine Kunststoffeinbettung, z. B. aus Epoxyharz, unter Vorspannung gehalten sind. Beispielsweise können die beschichteten Elektrodenteile in einer Hülle untergebracht und in dieser Hülle durch einen Kunststoff festgehalten sein, sei es durch ein Verkleben am Hüllenrand, sei es durch eine vollständige Einbettung.

Versuche haben gezeigt, daß man sehr günstige Ergebnisse mit Elektroden aus Kohle erhält. Auch ist ein Metall, vorzugsweise Tantal, hierfür geeignet, das mit dem Festkörpermaterial verträglich ist und die beim Aufdampfen auftretende Temperaturbeanspruchung aushält.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Kontaktanordnung mit zwei bedampften Elektroden, die unter Druckspannung stehen, und

F i g. 2 eine Kontaktanordnung mit zwei bedampften Elektroden, die unter Zugspannung stehen.

In F i g. 1 sind zwei gleiche stabförmige Elektroden 9 und 10, die beispielsweise aus Kohle bestehen können, vorgesehen. Sie tragen an ihren Stirnflächen Festkörperschichten 11 bzw. 12. Die beiden Elektroden 9 und 10 werden gegeneinandergedrückt; in diesem Zustand ist erne weitere Festkörperschicht 13 über die beiden anderen Schichten 11 und 12 gedampft worden. Die ganze Anordnung wird darm in eine Hülse 14 gesteckt und mit Epoxyharz 15 ausgegössen, das die Elektroden nicht nur in der Hülse 14 festhält, sondern auch die Druckvorspannung im wesentlichen aufrechterhält.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2, welches in seiner äußeren Form dem Gleichrichter nach der britischen Patentschrift 579 218 entspricht, sind zwei Tantaldrähte 16 und 17 an ihrem vorderen Ende 18 und 19 hakenförmig gebogen. An diesem Ende ist jeweils eine Festkörperschicht 20 und 21 aufgedampft. Die beiden ineinandergehängten Haken 18, werden mit einer gewissen Vorspannung auseinandergezogen und in diesem Zustand durch einen Epoxyharztropfen 22 fixiert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines sperrschichtfreien elektronischen Festkörperschaltelements, das unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes von einem hochohmigen in einen niederohmigen Zustand schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß je erne Schicht des gleichen Festkörpermaterials auf nicht aneinanderpassende Flächen zweier Elektroden aufgedampft wird und die aufgedampften Schichten im wesentlichen punktförmig gegeneinandergedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die beiden aneinandergedrückten Schichten außerhalb der punktförmigen Kontaktstelle erne weitere Schicht aus dem Festkörpermaterial aufgedampft wird.

3. Nach dem Verfahren des Anspruchs 1 oder 2 hergestelltes elektronisches Festkörperschaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden durch eine Kunststoffeinbettung unter Vorspannung gehalten sind.

4. Festkörperschaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergedrückten Elektrodenteile in einer Hülle untergebracht und in ihr mittels eines Kunststoffes festgehalten sind.

5. Festkörperschaltelement nach Anspuch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Kohle bestehen.

6. Festkörperschaltelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Tantal bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 860 973, 970 899;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 079 212;
britische Patentschrift Nr. 579 218.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 518/549 3. 68 © Bundesdruckerei Berlin