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Flächengleichrichter bzw. -transistor.
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---------------------------------------Bei Flächengleichrichtern bzw.
-transistoren ist es von Wichtigkeit, einen solchen Aufbau für seine Elektroden
und deren Anordnung zu erreichen, daß eine wirksame Injektion von LaDungsträgern
aus dem Emitter über den p-n-bzw. n-p-Lbergang in den übrigen Halbleiterkörper stattfindet.
Zur Erreichung großer Injektionsströme ist es notwendige für einen guten Durchgriff
des Basispotentials zum Emitter zu sorgen. Da bei einer hohen Injektion lediglich
die Randzone des Emitter bis zu einer Breite, die etwa der doppelten Diffusionslänge
entspricht, wirksam ist, hat sich die Anwendung einer räumlichen bzw. flächenhaften
Folge von Basis-und Emitterelektroden bzw. Basis- und Emitterelektrodenteilen als
vorteilhaft erwiesen. Es ist hierfür bereits vorgeschlagen worden, zwei einander
umschließende Elektroden an einen Halbleiterkörper 7, benutzen. Es ist weiterhin
vorgeschlagen worden, kammartig 'ineinandergreifende Elektrodenkörper zu verw@@den.
Schließlich ist auch bereits vorgeschlagen worden, mehrere streifenförmige Elektradenkörper
parallel zueinander anzuordnen, die elektrisch in'der erwünschten Weise zusammengeschaltet
werden.
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Bei der erstgenannten Ausführung, also derjenigen, bei welcher ein
'Kreisflãchenkërper von einem Kreisringkörper umschlossen wird, WS, . die Injektion
der Ladungsträger bei hohen Strömen nur klein, und, sie findet nur an einem kleinen
Randzonenteil an der umschlossenen Elektrode statt. Bei den kammartig ineinandergreifenden
Formen ist die Ausnutzung des Halbleiters für die Injektion zwar besser.
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Es sind jedoch z. B. die Herstellung entsprechender Schablonen für
das Aufbringen der einzelnen Elektroden und das einwandfreie Erhalten der Formen
der aufgebrachten Elektrodenmaterialkörper bei ihrem Schmelzflüssigwerden während
der Legierungsbildung mit dem Halbleiter sowie die einwandfreie Legierungsbildung
an sich sehr schwierig zu beherrschen wegen der Spannungen des flüssigen Materials
als auch des in den festen Zustand übergehenden Materials, und zwar insbesondere
an den Zinkenende der Kammformen.
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Auch bei Anwendung einer einfachen gestreckten Form für die einzelnen
Elektrodenkörper, welche z. B. als Sehnen eines Kreises auf dem Halbleiterkörper
angeordnet werden, ergeben sich ähnliche Schwierigkeiten.
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Nach der Erfindung wird zur Vermeidung der Mängel der bekannten bzw.
vorgeschlagenen Aufbaufomien von Flachengleichrichtern bzw - transistoren eine neuartige
Anordnung der Elektroden an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers vorgeschlagen.
Ihr Wesen besteht darin, daß an dem Halbleiterkörper eine mehr als zwei betragende
Anzahl von einander umschließenden Elektrodenkörpern vorgesehen ist, von denen jeder
in seiner Grundform einem in sich geschlossenen Kurvenzug folgt, und von denen je
zwei benachbarte Körper an allen Stellen den gleichen gegenseitigen Abstand haben
bei verschiedenem Elektrodencharakter hinsichtlich ihrer Dotierung mit n-bzw. p-Leitung
verursachenden Störstellen, so daß in der Folge, also abwechselnd, ein Elektrodenkörper
nach dem anderen den Charakter einer Emitter-bzw. Basiselektrode hat.
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Die verschiedenen einander umschließenden Elektrodenformen werden
dann an dem fertigen Element z. B. entsprechend untereinander elektrisch parallel
geschaltet für die Bildung eines gemeinsamen Emitter-und Basisanschlusses. Eine
solche Plächentra. istoranordnung kann jedoch auch in der Weise in einer Schaltung
benutzt werden, daß. die verschiedenen Emitter-Basis-Systeme der Anordnung
an
verschiedenen Steuerspannungen liegen.
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Das Aufbringen der einzelnen Elektrodenkörper auf den Halbleiterkörper
und die Legierungsbildung werden vorzugsweise durchgeführt unter Benutzung entsprechender
Hilfsformen. Solche Hilfsformen können z, B. aus Graphit bestehen. Diese Formen
sind mit entsprechenden einander umschließenden Vertiefungen ausgestattet, in welche
das jeweilige Elektrodenmaterial eingebracht wird für die Legierungsbildung bzw.
Dotierung an Halbleiterkörpern. Mittels dieser Hilfsformen werden die Elektrodenmaterialkörper
gegen die Oberfläche des Halbleiterkörpers geführt sowie gegen diese gehalten, und
auf diese Weise ist bei dem thermischen Legierungsprozee eine gute Benetzung zwischen
der Halbleiteroberfläche und den Elektrodenmaterialien aufrechterhalten. Wird ein
Aufbau für die Elektrodenanordnung an dem Halbleiter gewählt, bei welcher die einzelne
Elektrode vorzugsweise Kreisringform hat, so lassensich die Hilfsformen relativ
einfach durch mechanische Bearbeitungsprozesse, bei denen das Werkstück relativ
zum Bearbeitungswerkzeug umläuft, mit großer Genauigkeit herstellen. Die einzelnen
einander umschließenden Formenteile für die Aufnahme des Jeweili@ gen Blektrodenmaterialkörpers
können daher auch mit relativ klei@ ner Flächenausdehnung und sehr geringem gegenseitigen
Abstand bemessen werden. Es ergibt sich daher wegen des erreichbaren geringen und
sehr gleichmäßigen Abstandes der Elektroden auch an dem fertigen Flächengleichrichter
bzw. -transistor eine gute wirksame Injektion der Ladungsträger aus großen Flächenteilen
der Emitter-
| zone über den p-n-bzw. n-p-tibergang in den weiteren Teil des |
| Halbleiterkörpers.' |
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Ausführungbeispiele wird nunmehr
auf die Figuren der Zeichnung Bezug ge-
| nommen j |
| i |
| In den einander entsprechenden Rissen nach den Figuren 1 und
2 |
| der Zeichnung ist ein fertiges Flächengleichrichter-bzw.-tran- |
sistorelement gemäß der Erfindung veranschaulicht, wobei Figur 1 ein Schnitt nach
der Linie 1-1 der Figur 2 ist.
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1 bezeichnet den Halbleiterkörper. An dessen unterer Oberfläche ist
die Kollektorelektrode 2 vorgesehen. Auf der oberen Fläche sind die einander umschließenden
Elektrodenkörper 3 bis 8 vorgesehen.
Die Elektroden 3, 5 und 7 haben
den Charakter von Emitterelektroden, die Elektroden 4,6 und 8 haben den Charakter
von Basiselektroden und bestehen zu diesem Zwecke aus entsprechenden Werkstoffen.
Handelt es sich z. B. bei dem Halbleiterkörper um n-leitendes Germanium, so bestehen
die Elektroden 3,5 und 7 als Emitterelektroden beispielsweise aus Elementen der
III. Gruppe des periodischen Systems bzw. aus Legierungen dieser Elemente oder aus
Legierungen, in denen diese Elemente enthalten sind. Sinngemäß werden bei n-leitendem
Germanium als Halbleiter für die Elektroden 4,6 und 8 mit ihrem Charakter als Basiselektroden
beispielsweise Werkstoffe der V. Gruppe des periodischen Systems bzw.. deren Legierungen
verwendet. Zwischen diesen konzentrischen Ringen läßt sich, wie bereits hervorgehoben,
ein sehr genauer gegenseitiger Abstand sowohl zwischen den Elektrodenkörpern als
auch zwischen den Zonen einhalten, in denen an dem Halbleiterkörper die Legierungsbildung
stattfindet. Die einzelnen Elektrodenkörper sind in der Ansicht nach Figur 2 nur
aus Gründen der Veranschaulichung schraffiert.
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In den Figuren 3 bis 5 wird veranschaulicht, wie unter Benutzung einer
Hilfsform ein Flächengleichrichter bzw.-transistor nach den Figuren 1 und 2 hergestellt
werden kann, 9 bezeichnet den Oberteil der Form, 10 den Unterteil der Form. Der
Oberteil 9 der Form, mit dem beim Zusammenstellen der Form zunächst als Unterteil
begonnen wird, ist zur Einlagerung der Materialien für die späteren Elektroden 3
bis 8 mit entsprechenden einander umschließenden Rillen 3a bis 8a versehen. Der
während der Legierungsbildung den Unterteil der Form bildende Formenteil 10 ist
zur Aufnahme des Elektrodenmaterials für die Bildung der Kollektorelektrode 2 mit
einer zylindrischen Aussparung 2a und für die Aufnahme des Halbleiterkörpers mit
einer Aussparung 1a versehen. Die Fertigung des Gleichrichter-bzw. Transistorelementes
geht z. B. vorteilhaft in der folgenden Weise vor sich.
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Es wird in die verschiedenen Rillen des Oberteiles 9 der Form das.
jeweilige Elektrodenmaterial eingebracht für die Bildung der späteren Elektroden
3 bis 8. Ein sehr vorteilhaftes Anbringen wird z. B. in der ist erreicht, daß das
Elektrodenmaterial in Form bestimmter vorgeformter Ringe eingebracht wird, die z.
B. durch einen Stanzprozeß aus einem Blech bzw. einer Folie gewonnen
werden.
Auf den Oberteil 9 der Form wird dann der Halbleiterkörper 1 aufgebracht. Nunmehr
wird auf den Halbleiterkörper der Elektrodenmaterialkörper für die Bildung der späteren
Kollektorelektrode 2 aufgebracht, und schließlich wird nunmehr der Untertei :.
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10 der Hilfsform auf den Halbleiterkörper 1 und den Kollektor-Elektroden-MaterialkSrper
2 aufgelegt. Die ganze Anordnung wird dann durch geeignete Mittel zusammengehalten.
Eine solche Anordnung nach ihrem Zusammenbau veranschaulicht die Figur 4. Die in
dieser Weise zusammengestellte, die Halbleiteranordnung einschließende Form wird
dann einem entsprechenden thermischen Behandlungsprozeß unterworfen, so da3 die
Elektroden schmelzflüssig werden und eine entsprechende Legierungsbildung der Elektroden-Materialkorper
an dem Halbleiterkörper mit diesem stattfindet für die Erzeugung der Zonen bestimmten
Leitfähigkeitscharakters in dem Halbleiterkörper und der erwünschten p-n-bzw. n-p-bergänge
in diesem.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß die beiden Hilfsformenteile
in verschiedener Weise während des Legierungvorganges zusammengehalten werden können.
Es kann z. B. für diese Zwecke eine Spannvorrichtung benutzt werden, wobei gegebenenfalls
in der Spannvorrichtung besondere Kraftspeicher angewendet werden, Diese können
z. B. aus Federn bestehen, anderen elastischen Körpern oder aus einer Einrichtung,
die mit Luft oder Gasdruck arbeitet. Die Hilfsformen können aber auch dadurch zusammengehalter
werden, daß sie aufeinander gelegt werden und das Oberteil durch ein Gewicht belastet
wird. Diese Gewichtsbelastung kann verschiedener Art sein. Sie kann z. B. aus massiven
Körpern, pulverförmigen Körpern oder auch flüssigen Körpern bestehen. Es kann sich
bei der Anwendung von Kraftspeichern oder einer Gewichtsbelastung für das Zusammenhalten
der Form auch empfehlen, im Verlauf des Legierungsvorganges die mechanische Belastung
zu verändern, durch welche die Formenteile zusammengehalten werden bzw. durch welche
die Benetzung zwischen den einzulegierenden Elektrodenmaterialien und dem Halbleiterkörper
aufrechterhalten wird. Das kann z. B. erfolgen, indem bei Benutzung flüssiger oder
gasförmiger Mittel die Menge bzw. der Druck verändert werden, welche als Kräfte
für das Zusammenhalten der Formen wirksam sind. Im Falle von Kraftspeichern in Form
von Federn oder Gewichten kann eine entsprechende Aufhebung der Federkraft in dem
gewünschten tylaqe erfolgen oder
+) und kann gegebenenfalls magnetisch
polarisiert sein. auch eine Entlastung der Form von dem Gewichtsdruck, indem auf
das Gewicht mit einer geeigneten Hubkraft, z. B. durch ein Gegengewicht oder einen
permanenten Magneten bzw. Elektromagneten eingewirkt wird. Es kann auch ein Magnet
allein die Druckkraft zwischen den Hilfsformenteilen erzeugen, die durch Veränderung
der Speisung des Magneten entsprechend angepaßt wird. Dieses Einwirken auf ine Gewichtsbelastung
oder andere wirksame Kraftspeicher im aufhebenden bzw. entlastenden Sinne kann entweder
in dem Ofen selbst vorgenommen werden, in welchem die Legierungsbildung durchgeführt
wird, oder man kann auch durch die Außenwand hindurch auf die Spannvorrichtung in
mechanischer Hinsicht einwirken. Hierbei kann es sich gegebenenfalls als zweckmäßig
erweisen, besondere Durchführungen in der Wand des Ofens zu vermeiden.
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Es läßt sich in diesem Falle die Entlastung vorzugsweise mittels eines
Magneten erreichen.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung unter Anwendung einer Kraft
für das Zusammenhalten der Formenteile, die im Verlaufe des Legierungsprozesses
einer bestimmten Kennlinie angepaßt werden kann in irgendeinem Abhängigkeitsverhältnis,
z. B. zeitoder/und temperaturabhängig, veranschaulicht die Figur 6 der Zeichnung.
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In dieser Figur bezeichnet 11 die Form, welche den Halbleiter zusammen
mit den MaterialkOrpern-bzw.-Mengen für die verschiedenen Elektroden enthält. Diese
Form ruht auf einer z. B. elektrisch beheizten Platte 12, welche für eine solche
Erhitzung sorgt, da2
| die verschiedenen Elektroden-Materialkörper in den schmelzflüssi- |
gen Zustand übergehen für die Durchführung der Legierungsbildung, bei welcher sie
in enger bzw. guter Benetzung mit dem Halbleiter gehalten werden müssen. Die gesamte
Anordnung ist in ein Ofengehäuse 13 eingeschlossen, welches vorzugsweise mit einem
neutralen Gas bzw. einem Schutzgas gefüllt oder entsprechend evakuiert ist.
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Für die Aufrechterhaltung der guten Benetzung zwischen den schmelzflüssig
gewordenen Elektroden-Materialkörpern und der Halbleiterschicht ist auf die zusammengesetzten
Formenteile ein Gewicht 14 aufgelegt. Dieses besteht aus einem ferromagnetischen
Stoff, wie z. B. Eise Auf diese Cewichtsplatte wirkt an dem Gestell-für die beiden
Hilfsformenkorperteile zusätzlich eine Druckfeder 15, die sich also einerseits gegen
diese Platte und andererseits gegen das Gestell abstützt. Dem Ofengehäuse 13 ist
außen ein
Magnetsystem mit dem Kern 17 und der Erregerwicklung 18
zugeordnet, welche von einer Gleichstromquelle 19 über den einstellbaren Widerstand
20 gespeist wird. Wird die Erregung des Elektromagneten 17-18 eingeschaltet bzw.
gesteigert, so wird auf die Gewichtsplatte 14 entgegen der Wirkung der Feder 15
eine Hubkraft ausgeübt, so daß also die magnetische Belastung der beiden Formenteile
herabgesetzt wird, und damit auch eine entsprechende Herabsetzung des. Druckes an
der Benetzungsstelle zwischen den Elektroden-Materialmengen bzw. -Körpern und der
Halbleiterschicht stattfindet. Eine solche Entlastung im Verlaufe des Vorganges
der Legierungsbildung ist vorteilhaft, damit der Rekristallisationsprozeß bei der
Abkühlung der Form bzw. der Halbleiteranordnung an dieser'in deren legierten Zonen
ohne mechanische Beeinträchtigung vor sich gehen kann. Für den Zusammenbau der Form
ist das Joch 16a des nichtmagnetischen Gestelles 16 leicht lösbar angebracht.
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Die Anwendung einer solchen Anordnung für Hilfsformen aus mehreren
Teilen, die während der Durchführung des Arbeitsprozesses mittels einer Kraft zusammengehalten
werden, welche während des Arbeitsprozesses gemäß einer bestimmten Kennlinie geändert
wird' bzw. werden kann, ist an sich nicht beschränkt auf die Herstellung von Halbleiteranordnungen
mit einander umschließenden Elektroden.
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Sie ist vielmehr allgemein immer dann anwendbar, wenn für die Durchführung
eines Arbeitsprozesses an einem von der Form eingeschlossenen Körper dessen mechanische
Beanspruchung zweckmäßig in bestimmter Weise gelenkt wird.
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Flächengleiohrichter bzw.. transistor, welche nach der Erfindung hergestellt
werden, können einen Halbleiterkörper aus Germanium, Silizium oder einer Zweistoff-Verbindung
besitzen. In der Zweistoff-Verbindung kann die eine Komponente z. B. der III. Gruppe
und die andere der V. Gruppe des periodischen Systems angehören.
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Solche Zweistoffverbindungen sind z. B. Aluminiumphosphid, Aluminiumantimonid,
Galliumarsenid.
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Im Rahmen der Erfindung liegen auch Anordnungen, bei denen der Halbleiterkörper
nur unter Benutzung eines@ einzigen Formenteiles gefertigt wi, rd, in den er zusammen
mit den Elektrodenmaterialkörpern an der einen seiner Oberflächen eingebracht wird,
während
z. B. der Blektrodenmaterialkorper für die Bildung der Elektrode
an der anderen Halbleiteroberfläche bereits vorher mit einen Trägerkörper vereinigt
wurde und in dieser Form lediglich für die Legierungsbildung auf den Halbleiterkörper
aufgelegt und auf diesem festgespannt wird. Der genannte Trägerkörper erfüllt hierbei
unmittelbar die Funktion des einen Hilfsformenteiles.
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6 Figuren 7 Ansprüche