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Vorrichtung zum Aufschmelzen eines Goldüberzuges auf die Endfläche
eines Platindrahtstückes geringen Durchmessers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Aufschmelzen eines Goldüberzugs auf die Endfläche eines Platindrahtstückes geringen
Durchmessers, wie sie als Leiter für den elektrischen Strom allgemein benutzt werden
und beispielsweise zum Anlegieren eines Kontaktes an eine Halbleiteranordnung Verwendung
finden.
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Es sind Verfahren bekannt, um Goldüberzüge auf anderen Stoffen herzustellen.
Zum Beispiel kann eine großflächige Kontaktierung eines Siliciumkörpers mit Gold
in der Weise erfolgen, daß eine kaltgewalzte Goldfolie unter Verwendung eines Preßkörpers
mit zur Kontaktfläche paralleler Druckfläche auf den Siliciumkörper aufgebracht
und danach einlegiert wird. Auch andere Stoffe als Gold können als Folien benutzt
werden, um Überzüge zu bilden. Nach einem bekannten Verfahren wird eine Aluminiumfolie
auf Germanium aufgebracht, indem unter Verwendung einer Indiumzwischenschicht ein
Erhitzen in Wasserstoffatmosphäre erfolgt, wobei die Legierungsbildung stattfindet.
In entsprechender Weise können bekanntlich auch festhaftende Schichten aus Kupfer
und Kupferlegierungen auf Eisen und Eisenlegierungen aufgebracht werden.
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Alle diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß verhältnismäßig
große Flächen beschichtet werden, wobei die Querausdehnung wesentlich größer als
die Dickenausdehnung ist. Sie eignen sich nicht zur Beschichtung von Platindrähten
geringen Durchmessers, bei denen der Durchmesser etwa zwischen 0,2 und 0,6 mm liegt
und die zu beschichtende Fläche um mehrere Größenordnungen kleiner ist.
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Überzüge auf Drähten können durch Tauchverfahren hergestellt werden.
Um die Endfläche eines Drahtstückes mit einem Goldüberzug zu versehen, kann das
Drahtstückende in eine Goldschmelze eingetaucht und wieder hochgezogen werden. Versucht
man aber in dieser Weise nur auf die Endflächen von Drahtstücken mit einem Durchmesser
etwa zwischen 0,2 und 0,6 mm einen Goldüberzug aufzubringen, so verhindert das Abtropfen
der Schmelze beim Hochziehen der Drahtstücke eine gleichmäßige, insbesondere eine
zur Drahtachse symmetrische Stärke der Bedeckung zu erhalten. Außerdem ist die Auftragung
einer vorgegebenen, bestimmten, verhältnismäßig kleinen Menge Gold meist nur mit
unzureichender Genauigkeit möglich.
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Wird auf eine Endfläche eines Drahtstückes ein Goldüberzug aufgebracht,
indem zwei Drahtstücke, eines aus Platin, das andere aus Gold, mit je einer Endfläche
in Berührung gebracht und, etwa durch Stromdurchgang, verschweißt werden und dann
das Golddrahtstück unmittelbar neben der Schweißstelle abgeschnitten wird, so zeigt
sich, daß sich in dieser Weise Goldüberzüge auf den Endflächen von Platindrahtstücken
mit verhältnismäßig kleinen Goldmengen nicht mehr herstellen lassen. Wegen der beim
Schneiden nicht zu vermeidenden Grate ist die Schichtstärke des Überzuges auch sehr
ungleichmäßig.
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Die Erzeugung eines Goldüberzuges auf der Endfläche von Platindrahtstücken
durch Elektrolyse ist mit genügender Gleichmäßigkeit der Schichtstärke nur bei Überzügen
verhältnismäßig geringer Stärke, höchstens etwa 10 bis 30 #t, und bei großen Abscheidungszeiten
möglich. Des weiteren ist die elektrolytische Abscheidung von Überzügen aus Gold,
welche Zusätze an Elementen, beispielsweise 0,1 bzw. 1 Gewichtsprozent Gallium,
enthalten, sehr schwierig oder gar nicht möglich.
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Die Erfindung weist nun einen Weg, einen Goldüberzug auf die Endfläche
eines Platindrahtstückes geringen Durchmessers aufzubringen. Sie besteht in einer
Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine zweiteilige, auf einem durch Stromdurchgang
heizbaren Metallstreifen aufsitzende Form, deren zylindrischer Unterteil an seiner
Oberseite eine zentrale zylindrische Ausnehmung aufweist, in die der zylindrische
Oberteil eingesetzt ist, dessen zylindrisch erweiterter Teil sich gleichzeitig auf
der Oberseite des Unterteiles abstützt, und in deren Oberteil eine durchgehende
axiale Bohrung zur Aufnahme des Drahtstückes sowie der auf seine Endfläche aufzuschmelzenden
Goldfolienronde vorgesehen ist.
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Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auf die Endflächen von
Platindrahtstücken mit einem Durchmesser etwa zwischen 0,2 und 0,6 mm Goldüberzüge
von vorgegebenen bestimmten Goldmengen in gleichmäßiger axialsymmetrischer Verteilung
über
die Endflächen und mit der geforderten Genauigkeit aufgebracht
werden. Dabei ist es möglich, daß die Goldüberzüge Zusätze enthalten, die nach der
Legierungsbildung in die Unterlage diffundieren. Dies ist besonders dann von Vorteil,
wenn die Unterlage eine halbleitende Substanz ist und die diffundierenden Stoffe
einen bestimmten Leitfähigkeitstyp erzeugen.
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Insbesondere ermöglicht die Vorrichtung nach der Erfindung, auf die
Endflächen von Platindrahtstücken geringen Durchmessers solche Goldmengen pro Endfläche
aufzubringen, daß die Schichtdicken größer sind als diejenigen, die durch elektrolytische
Abscheidung erhalten werden, und kleiner sind als diejenigen, die durch Abschneiden
zusammengeschweißter Drahtstücke zu erhalten sind.
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Gemäß der Erfindung wird so verfahren, daß das Platindrahtstück koaxial
so weit in eine senkrecht angeordnete, zylindrische Graphitform von einem dem Drahtdurchmesser
angenähert gleichen Innendurchmesser eingeführt wird, bis das obere Ende der Form
über die obere Drahtendfläche übersteht, daß auf die obere Drahtendfläche eine mit
Zusätzen versehene Goldfolienronde von einem dem Drahtdurchmesser angenähert gleichen
Durchmesser aufgelegt wird und daß in dieser Anordnung das Platindrahtstück und
die Goldfolienronde in etwa 2 bis 10 Sekunden auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt
der Goldfolienronde unter strömendem Schutzgas erhitzt und anschließend abgekühlt
wird.
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Zweckmäßig wird das Platindrahtstück soweit in die Graphitform eingeführt,
bis das obere Ende der Form über die obere Drahtendfläche um etwa 0,2fache Drahtstücklänge
bis etwa eine Drahtstücklänge übersteht. Besonders günstige Verhältnisse bei der
Erhitzung lassen sich erreichen, wenn das obere Ende der Form über die obere Drahtendfläche
um etwa eine halbe Drahtstücklänge übersteht.
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Als Material für die zweiteilige Form eignet sich besonders Graphit.
Eine Aufbringung des Goldüberzuges kann günstig mittels einer Form aus Aluminiumoxyd
oder Quarz vorgenommen werden. Die Form kann des weiteren aus Rubin oder Saphir
bestehen.
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Zum Erhitzen unter Schutzgas sind die zweiteilige Form und der metallische
Heizstreifen zweckmäßig von einer einseitig abdeckbaren Umhüllung umgeben, innerhalb
der eine strömende Schutzgasatmosphäre, z. B. eine Wasserstoffatmosphäre, aufrechterhalten
werden kann.
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Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufschmelzen
eines Goldüberzuges auf die Endfläche eines Platindrahtstückes dazu benutzt werden,
Platindrahtstücke herzustellen, die an Halbleiterkörper von elektrisch unsymmetrisch
leitenden Halbleiteranordnungen anlegiert werden. Dabei können die Halbleiterkörper
beispielsweise aus Silicium oder Germanium bestehen. Werden dem Goldüberzug Zusätze
hinzugefügt, so können diese eine Beeinflussung der elektrischen Leitfähigkeit,
insbesondere Elektronen- oder Defektelektronenleitung, bewirken. Für diesen Zweck
sind Zusatzstoffe wie Antimon, Gallium, Bor oder Phosphor geeignet, die bis zu etwa
1 Gewichtsprozent dem Gold zugeführt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Herstellung von Platindrahtstücken
zum Anlegieren von Elektroden für elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen
können Legierungskontakte mit großer Gleichmäßigkeit der Größe der Kontaktfläche
bei der Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen
in großen Stückzahlen erreicht werden.
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An Hand der Figur wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert.
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Die Figur zeigt in zum Teil schematischer Darstellung einen Schnitt
einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Platindrahtstücken mit
einem Goldüberzug gemäß der Erfindung. Eine aus einem Bodenteil 2 und einem Oberteil
1 bestehende zweiteilige Form 1, 2 aus Graphit ist auf einen heizbaren Metallstreifen
3 so aufgesetzt, daß sich ein guter Wärmeübergang zwischen dem Heizstreifen 3 und
dem Bodenteil 2 ergibt. Die zweiteilige Form 1, 2 und der metallische Heizstreifen
3 sind von einem abdeckbaren Behälter 4 umgeben. Die Deckplatte kann aus durchsichtigem
Material bestehen und ist mit 5 bezeichnet.
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Der Bodenteil 2 hat kreiszylindrische Form und weist eine zentrale
kreiszylindrische Ausnehmung 6 auf der kreisscheibenförmigen Oberseite 7 auf. Der
Oberteil 1 ist von kreiszylindrischer Form und besitzt eine axiale, kreiszylindrische,
durchgehende Bohrung B. Der Außendurchmesser des Oberteiles 1 ist angenähert gleich
dem Durchmesser der Ausnehmung 6 des Bodenteiles 2. In der dem Bodenteil 2 zugewandten
Hälfte besitzt der Oberteil 1 einen kreiszylindrischen, verstärkten Teil 9, dessen
Außendurchmesser angenähert gleich dem Außendurchmesser des Bodenteiles 2 ist, und
der sich in Richtung der Zylinderachse des Oberteiles 1 von etwa der Mitte an bis
zu einer der Tiefe der Ausnehmung 6 des Bodenteiles 2 angenähert gleichen Entfernung
von dem bodenteilseitigen Oberteilende 10 erstreckt. Oberteil 1 ist so in den Bodenteil
2 eingefügt, daß das Oberteilende 10 auf dem Boden der Ausnehmung 6 des Bodenteiles
2 und der Verstärkungsteil 9 auf der Oberseite 7 des Bodenteiles 2 aufliegt.
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In der Wandung des Behälters 4 sind zwei öffnungen 11 und 12 für den
Einlaß und Auslaß des Schutzgases, z. B. Wasserstoffes, vorgesehen. Der Heizstreifen
3 wird von zwei Elektroden 13 und 14 gehaltert, die beispielsweise an eine Wechselstromquelle
15 angeschlossen sind.
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Zur Herstellung eines Platindrahtstückes mit einem Goldüberzug wird
beispielsweise ein Platindrahtstück 16 von 0,3 mm Durchmesser und 4 mm Länge in
eine Bohrung 8 von 0,3 mm Durchmesser so weit eingeführt, bis das obere Ende 17
des Oberteiles 1 von 6 mm Länge um etwa eine halbe Drahtstücklänge, also 2 nun,
über die obere, plane Drahtendfläche 18, übersteht. Die die Drahtendfläche bildende
Schnittfläche ist gereinigt, z. B. entfettet und kurz geätzt sowie anschließend
gespült. Auf die Endfläche 18 des Drahtstückes 16 wird eine z. B. mit 0,3 Gewichtsprozent
Antimon versehene und durch Ausstanzen erhaltene Goldfolienronde 19 von etwa 0,3
mm Durchmesser und von 0,15 mg Gewicht aufgelegt. Der Oberteil 1 ist mit
seinem unteren Ende 10 in den Bodenteil 2 eingesetzt. Beide Teile sind beispielsweise
aus Graphit hergestellt.
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Die Form 1, 2 ist auf den Heizstreifen 3 aufgesetzt. In dieser Anordnung
wird das Drahtstück 16 und die Goldfolienronde 19 in 4 Sekunden auf eine Temperatur
nahe über den Schmelzpunkt, z. B. auf eine etwa 2 bis 3 ü/o über dem Schmelzpunkt
der Goldfolienronde 19 liegende Temperatur erhitzt und anschließend
abgekühlt.
Nach dem Zerlegen der Form 1, 2 in ihre beiden Teile, kann das Platindrahtstück
mit einem Goldüberzug auf seiner Endfläche aus dem Oberteil 1 genommen werden.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann auf die Endfläche eines
Platindrahtstückes von 0,3 mm Durchmesser eine Goldfolienronde von 0,1 mg oder eine
von 0,2 mg oder auf die Endfläche eines Platindrahtstückes von 0,6 mm Durchmesser
eine Goldfolienronde von 1 mg oder eine von 1,6 mg aufgebracht werden.
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Zur serienmäßigen Herstellung von Platindrahtstücken gemäß der Erfindung
ist die Verwendung einer Vorrichtung zweckmäßig, bei der an Stelle einer Form, die
ein einziges Drahtstück aufnimmt, ein Oberteil vorgesehen wird, in dem gleichzeitig
mehrere Drahtstücke eingeführt und erhitzt werden können. Beispielsweise eignet
sich eine Form, die aus einem Bodenteil mit einer Ausnehmung und aus einem in diese
Ausnehmung einsetzbaren Oberteil mit mehreren parallelen Bohrungen zur Aufnahme
der Drahtstücke besteht.