DE1238104B

DE1238104B - Germanium-Transistor, insbesondere Mesa-transistor, mit einer Kollektorelektrode aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung

Info

Publication number: DE1238104B
Application number: DES85733A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Rebstock; Dipl-Phys Ruprecht Von Siemens
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-06-19
Filing date: 1963-06-19
Publication date: 1967-04-06
Also published as: FR1398661A; CH419353A; NL6405832A; GB1029116A

Description

DEUTSCHES /mWSsSP PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutsche Kl.: 21 g -11/02

Nummer: 1238104

Aktenzeichen: S 85733 VIII c/21 g

1238104 Anmeldetag: 19. Juni 1963

Auslegetag: 6. April 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Germanium-Transistor, insbesondere einen Germanium-Mesatransistor, bei dem die Kollektorelektrode aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung besteht, die etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Germanium aufweist.

Um beim Auflegieren von aus Germanium bestehenden Halbleiterbauelementen und dem nachfolgenden Abkühlen zu vermeiden, daß Sprünge im Germaniumkörper entstehen, die durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Germaniums und der Kollektorelektrode bedingt sind, werden Germanium-Transistoren auf eine Kollektorelektrode auflegiert, die z. B. aus Molybdän oder aus einer z. B. mit dem Handelsnamen Vakon bezeichneten Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung besteht.

Die bei Transistoren für eine hohe Frequenzgrenze nötige kleine Kollektorkapazität und die Forderang einer ausreichenden Kollektorsperrspannung ergeben bei Hochfrequenztransistoren die Notwendigkeit, die sich an die Basiszone anschließende Kollektorschicht hochohmig gegenüber der Basiszone zu machen. Bei derartigen Transistoren mit einem hochohmigen Kollektorbahngebiet hat es sich gezeigt, daß die mit ihrer hochohmigen Kollektorzone auf eine mit einer Goldschicht versehene, aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung bestehende Kollektorelektrode legierten Systeme einen Störeffekt aufweisen, der als Thyristoreffekt bezeichnet wird. Es tritt dabei eine Rückinjektion von Minoritätsladungsträgern auf. Selbst eine geringfügige Rückinjektion von Minoritätsladungsträgern aus der Kollektorelektrode in das Bahngebiet führt jedoch bei hoher Lebensdauer der Minoritätsladungsträger, wenn die Diffusionslänge L etwa gleich der Dicke der Scheibe ist, sehr leicht zu einer Arbeitspunktinstabilität bzw. zum Durchhalten des Transistors. Dies ist besonders bei größeren Strömen, bei dem die normale Stromverstärkung χ in Basisschaltung sehr nahe dem Wert 1 zu liegen kommt, der Fall.

Um diesen störenden Thyristoreffekt zu vermeiden, hat man bisher verschiedene Wege eingeschlagen. So hat man z. B. die Kollektorzone eines Transistors so ausgestaltet, daß sich unmittelbar an die Basiszone eine sehr hochohmige Zone anschließt, unmittelbar am Kollektorkontakt, also an die Kollektorelektrode anschließend, jedoch eine hochdotierte, also niederohmige Zone vorhanden ist, die z. B. bei einer p-leitenden Kollektorzone durch Einlegieren von Aluminium gewonnen wird. Weiter hat man auch versucht, den Effekt dadurch zu vermeiden, daß man in dem an die Kollektorelektrode angrenzenden Teil der Kol-Germanium-Transistor, insbesondere Mesatransistor, mit einer Kollektorelektrode aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Ruprecht von Siemens, Unterhaching; Dr. Hans Rebstock, Ottobrunn

lektorzone Rekombinationszentren bildende Stoffe, wie z. B. Kupfer, eingebaut hat. Als Kollektorelektrode wurde also z. B. ein vor der Vergoldung verkupierter Körper verwendet. Die Rückinjektion von Minoritätsladungsträgern wurde bisher auch dadurch vermieden, daß man zwischen Germaniumkristall und vergoldeter Kollektorelektrode im Fall eines pnp-Transistors ein etwa 30 μ starkes Indiumscheibchen — bzw. In-Ga-Scheibchen — anbrachte. Diese Methode ist aber für den Fertigungsablauf nicht nur aufwendig und kompliziert, sondern wegen der äußerst kleinen geometrischen Abmessungen der einzelnen Bauteile auch zu unsicher.

Zum Vermeiden des Thyristoreffekts ist weiterhin ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem als Kollektorblech eine Eisen-Nickel-Legierung Verwendung findet und dieses Blech mit einer Aluminium- oder Aluminium-Germanium-Schicht plattiert ist und das plattierte Kollektorblech auf eine Temperatur kurz oberhalb der elektischen Temperatur von Germanium—Aluminium erhitzt wird, dann das Kollektorblech bei Erreichen dieser Temperatur einer starken Kühlung ausgesetzt und gleichzeitig mit Beginn der Kühlung die Transistoranordnung mit ihrem Kollektorkörper auf die plattierte Oberfläche des Kollektorbleches aufgesetzt wird.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung ein Germanium-Transistor so ausgebildet, daß die Kollektorzone hochohmiger als die Basiszone ist und daß die Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung der Kollektorelektrode so wenig Chrom und Mangan enthält, daß keine störende Rückinjektion von Minoritätsladungsträgern aus der Kollektorelektrode in die Kollektorzone erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung einer derartigen Unterlage der ThyristorefIekt zuverlässig vermieden werden kann.

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Claims

Die vorliegende Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Verunreinigungen, die zu einer Rückinjektion von Mmoritätsladungsträgern in die Kollektorzone und damit zu dem störenden Thyristoreffekt führen, aus der aus der Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung bestehenden Kollektorelektrode in die Kollektorbahngebiete gelangen, daß es also nicht nur auf die Reinheit des Goldüberzugs, sondern auf die Reinheit der Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung ankommt. Dabei ist es wesentlich, daß die Kollektorelektrode aus einer von Chrom und Mangan befreiten Legierung besteht. Die gemäß der Erfindung verwendete, von Chrom und Mangan befreite Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung wird außerdem, im Gegensatz zum normalen Vakon, ig auf dem Sinterweg hergestellt. Durch diese Art der Herstellung wird gewährleistet, daß die für die Herstellung verwendeten, äußerst reinen Ausgangsstoffe auch während des Herstellungsverfahrens nicht verunreinigt werden. Bei pnp-Transistoren bzw. bei Transistoren mit p-leitender Kollektorzone ist es weiter wesentlich, daß die als Kollektorelektrode verwendete Legierung auch bezüglich der eine n-Dotierung hervorrufenden Verunreinigungen, also besonders bezüglich Verunreinigungen der V. Gruppe des Periodischen Systems, sehr rein ist. Im Gegensatz dazu wird bei npn-Transistoren bzw. bei Transistoren mit η-leitender Kollektorzone eine hohe Reinheit der Legierung bezüglich der p-dotierenden Stoffe, also bezüglich der in der III. Gruppe des Periodischen Systems enthaltenen Dotierungsstoffe, gefordert. Die gemäß der Erfindung als Kollektorelektrode verwendete SpezialIegierung kann dann ohne Vorverkupferung mit einer insbesondere nur 8 μ starken Goldschicht, die naturgemäß ebenfalls frei von Verunreinigungen der V. bzw. III. Gruppe des Periodischen Systems sein soll, versehen werden. Um eine einwandfreie Befestigung des Halbleiterbauelements auf der Kollektorelektrode zu gewährleisten, ist ein Überzug aus einem Material, das sich mit dem Halbleitermaterial gut legiert, notwendig. Im allgemeinen ist dazu eine Goldschicht vorgesehen, da die sich beim Legieren bildende Goldlegierung eine mechanisch, elektrisch und thermisch einwandfreie Verbindung zwischen Kollektorelektrode und Halbleiterkörper gewährleistet. Der die Kollektorelektrode für das Halbleiterbauelement bildende Körper ist zweckmäßig als Plättchen ausgebildet, das erst nach der Herstellung der Gehäusegrundplatte an der entsprechenden Durchführung angeschweißt wird. Auf diese Weise ist es möglich, zu vermeiden, daß die Unterlage die beim Anbringen der Durchführungen üblichen Ofenprozesse durchläuft. Da der Einschmelzvorgang für die Durchführung bei relativ hohen Temperaturen vorgenommen wird, bei denen Verunreinigungen aus den Apparateteilen ausdampfen können, ist es günstig, wenn das als Kollektorelektrode dienende Plättchen erst nachher angebracht wird, da dann keine Verunreinigungen aus dem Ofen in das Plättchen eindiffundieren können, die beim Betrieb der Halbleiteranordnung zu Störeffekten führen. Wie bereits ausgeführt, fällt der Thyristoreffekt um so stärker ins Gewicht, je hochohmiger die mit der Kollektorelektrode verbundene Halbleiterzone ist. Bei einer gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Anordnung kann der Widerstand in der gesamten Kol- lektorzone größer als 2 Ohm · cm sein und bis etwa Ohm · cm betragen, ohne das ein Störeffekt durch Rückinjektion von Minoritätsladungsträgern auftreten würde. Dadurch, daß die ganze Kollektorzone einen hohen Widerstand aufweist und nicht nur ein schmaler, unmittelbar an die Basizone angrenzender Bereich hochohmig ist, werden sehr geringe Werte für die Kollektorkapazität bei gleichzeitiger hoher Sperrspannung und damit sehr gute Hochfrequenzeigenschaften erzielt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in der Figur ein Germanium-Transistor im Schnitt dargestellt. Derartige, als Mesatransistoren bezeichnete Anordnungen finden heute besonders bei höchsten Frequenzen Anwendung. Die Kollektorelektrode 1 besteht aus einer von Chrom und Mangan befreiten Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung und ist mit einer 8 μ dicken Goldschicht versehen. Die einen Widerstand von 3 Ohm · cm aufweisende Kollektorzone 2 ist an ihrer, der mesaförmigen Erhöhung 7 abgewandten Seite 6 mit der Kollektorelektrode 1 über eine Goldlegierung verbunden. Auf der z. B. durch Diffusion hergestellten Basiszone 3 sind der Emitterkontakt 4 und der Basiskontakt 5 linienförmig aufgedampft und einlegiert. Die Kollektorzone 2 besteht z. B. aus mit Indium p-dotiertem Germanium, und die η-Dotierung der Basiszone 3 wird z. B. durch Antimon erzielt. Zur Bildung des Emitterkontakts wird in die η-leitende Basiszone Aluminium und zur Bildung des Basiskontakts 5 z. B. Gold einlegiert. Patentansprüche:

1. Germanium-Transistor, insbesondere Mesatransistor, mit einer Kollektorelektrode aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung, die etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Germanium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone hochohmiger als die Basiszone ist und daß die Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung der Kollektorelektrode so wenig Chrom und Mangan enthält, daß keine störende Rückinjektion von Minoritätsladungsträgern aus der Kollektorelektrode in die Kollektorzone erfolgt.

2. Germanium-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone p-leitend ist und die Kollektorelektrode aus einer bezüglich η-dotierenden Stoffen, insbesondere solchen aus der V. Gruppe des Periodischen Systems, hochreinen Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung besteht.

3. Germanium-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone η-leitend ist und die Kollektorelektrode aus einer bezüglich p-dotierenden Stoffen, insbesondere der III. Gruppe des Periodischen Systems, hochreinen Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung besteht.

4. Germanium-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Kollektorzone größer als 2 Ohm · cm, insbesondere gleich 3 Ohm · cm, ist.

5. Germanium-Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Kollektorzone 10 Ohm-cm beträgt.

6. Germanium-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die