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Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Elektrodensystems
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Elektrodensystems, z. B. eines Transistors oder einer Kristalldiode, mit einem halbleitenden Körper, an dem wenigstens ein Elektrodendraht an einem Ende festgeschmolzen ist, sowie ein halbleitendes Elektrodensystem.
Es wurde bereits vorgeschlagen, den Körper mit einem an einem Ende an ihn angelegten Draht auf eine so hohe Temperatur zu erhitzen, dass beide an der Berührungsstelle zusammenschmelzen.
Wenn auf diese Weise versucht wird, einen aus Aluminium bestehenden Draht festzuschmelzen, so ergibt sich, Insbesondere wenn der Halbleiterkörper aus Silizium besteht, dass eine Erhitzung bis über den Schmelzpunkt von Aluminium notwendig ist, so dass der Draht, obzwar er mit einer natürlichen Oxydschicht bedeckt ist, zu einem Tropfen zusammenfliesst, oder wenigstens seine Drahtform verliert. Elektroden aus Aluminium werden daher in der Weise hergestellt, dass aus Aluminium bestehende Kügelchen oder Scheibchen aufgeschmolzen werden. Es ist aber schwer, die so entstandenen Elektroden mit Zuleitungsdrähten zu versehen, da bekanntlich das Löten auf Aluminium infolge der bereits erwähnten natürlichen Oxydschicht, die sich durch die Einwirkung des Sauerstoffs der Luft spontan auf Aluminium bildet, praktisch unmöglich ist.
Die Erfindung bezweckt unter anderem, eine Bauart zu schaffen, bei der diese Nachteile nicht auftreten, als auch ein Verfahren, nach dem diese Bauart in einfacher Weise verwirklichbar ist.
Nach der Erfindung wird ein Draht verwendet, von dem wenigstens der Mantelteil aus Aluminium besteht und der mit einer genetischen Oxydschicht genügend grosser Stärke versehen wird, damit das Schmelzen des Aluminiums möglich ist, ohne dass die Oxydschicht bricht, worauf der Draht mit einem Ende auf dem Halbleiterkörper festgeschmolzen wird.
Diese Schicht hat vorzugsweise eine zwischen 5 und 40 liegende Stärke und ist somit viel stärker als die natürliche, immer auf Aluminium vorhandene Schicht, deren Stärke nur 0, 1 - 0, 2 je beträgt.
Die Schicht kann in einfacher Weise auf chemischem Wege oder durch anodische Oxydation erzielt werden.
Naturgemäss kann man auch kurze Stücke eines langen oxydierten Drahtes abschneiden.
Bemerkt wird, dass unter einer genetischen Oxydschicht eine Schicht verstanden wird, deren Aluminiumgehalt im wesentlichen aus dem ursprünglichen Draht herrührt. Unter einer Oxydschicht werden auch Schichten verstanden, die aus Oxydhydraten. wie der Verbindung Al2Oy H, 0 bestehen, und auch Oxydschichten, die durch Imprägnierung oder auf andere Weise, die im Nachstehenden noch näher besprochen wird, verstärkt werden.
Im allgemeinen besteht der Draht gleichförmig aus Aluminium. Es ist aber möglich, einen Draht zu verwenden, dessen Mantelteil aus Aluminium und dessen Kern aus einem andern Material besteht. Während des Schmelzens können der Mantel und der Kern zusammenfliessen.
Der Kern kann z. B. aus einem halbleitenden Material, wie Germanium oder Silizium, bestehen.
Dessen Vorhandensein im Elektrodenmaterial, in diesem Falle im Draht, kann in an sich bekannter Weise das Eindringen des Elektrodenmaterials in den halbleitenden Körper beschränken. Ein solcher Draht kann dadurch hergestellt werden, dass ein aus Aluminium bestehendes Rohr mit dem andern Material gefüllt und darauf durch Hämmern oder Strecken der Querschnitt des Ganzen verkleinert wird.
Die Erfindung wird an Hand einiger durch Figuren verdeutlichten Ausführungsbeispielenähererläu- tert.
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nach der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Diode besteht aus einer dünnen Siliziumscheibe 1 der n-Art, auf der ein aus Aluminium bestehender Draht 2 in einem Ofen bei einer höheren Temperatur als der Schmelzpunkt des Aluminiums festgeschmolzen ist. Die Erhitzung erfolgt in einer reduzierenden Umgebung, z. B. in einem Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff. Ein geringer Zusatz von Salzsäuregas erhöht die Haftung des Drahtes am Körper. Der Draht ist mit einer genetischen Oxydschicht 3 versehen, die bewirkt, dass sich die Form des Drahtes während der Erhitzung praktisch nicht ändert und auch das Ausfliessen des Aluminiums innerhalb bestimmter Grenzen beschränkt. An der Stelle, wo das AlumInium mit dem Silizium zusammenschmelzen muss, ist die verstärkte Oxydschicht naturgemäss nicht vorhanden.
Die Stärke des Drahtes ist für die Erfindung nicht wesentlich und liegt in der Praxis gewöhnlich zwischen 100 tel und wenigen Millimetern.
Der halbleitende Körper ist mit Hilfe von Zinn 4 auf einer Unterlage 5 befestigt.
Infolge des Vorhandenseins der Oxydschicht wird die Anwendung eines Fliessmittels, wie Salzsäuregas, wesentlich vereinfacht, denn solche Fliessmittel greifen meist auch das Aluminium chemisch sehr stark an und diese Erscheinung wird durch das Vorhandensein der verstärkten Oxydschicht wesentlich unterdrückt.
Der Aluminiumdraht mit verstärkter Oxydschicht kann auf verschiedene, an sich bekannte Weise hergestellt werden, u. zw. auf rein chemischem Wege oder durch anodische Oxydation. Letzteres Verfahren ergibt im allgemeinen stärkere Oxydschichten als esteres und ist daher für stärkere Drähte vorzuziehen.
Von jedem dieser Verfahren wird nachstehend ein Beispiel gegeben.
Beispiel 1 : Reiner Aluminiumdraht wird 1/2 Minute in einem Bad, welches 15 g Natriumhydroxyd auf 100 g Wasser enthält, bei einer Temperatur von 200 C entfettet. Nach dem Spülen in Wasser werden etwaige Überreste dieses Bades in einer Lösung von Salpetersäure mit einem spez. Gewicht von 1, 25 bei Zimmertemperatur 1 Minute lang neutralisiert, worauf der Draht in Wasser gespült wird. Diese Entfettung ist bei sehr reinem Draht nicht notwendig.
Darauf wird der Draht 4 Minuten lang in ein Bad eingetaucht, welches
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<tb> 55 <SEP> cm3 <SEP> Phosphorsäure <SEP> HJPO, <SEP> Dichte <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 22 <SEP> g <SEP> Chromsäure <SEP> Crony
<tb> 3, <SEP> 3 <SEP> g <SEP> saures <SEP> Ammonium. <SEP> fluorid <SEP> NH <SEP> FF,
<tb> 2, <SEP> 2g <SEP> saures <SEP> Diammoniumphosphat <SEP> (NH.) <SEP> HPO3, <SEP>
<tb> 1000. <SEP> g <SEP> Wasser <SEP>
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bei einer Temperatur von 500 C enthält.
Der Draht wird darauf sorgfältig gespUlt und getrocknet. Die Stärke der Oxydschicht beträgt 3-
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Beispiel 2 : Aluminiumdraht, der auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise entfettet wurde, wird bei 200 C einer anodischen Behandlung bei 60 V (Gleichspannung) eine Stunde lang unterworfen. Das Bad enthielt 50 g Oxalsäure CzH4'2HzO pro Liter. Die Stärke der erhaltenen Oxydschicht betrug etwa 40 It.
Verschiedene solcher rein-chemischer oder elektrochemischer Verfahren sind bekannt und es ist für die Erfindung nicht wesentlich, welches Verfahren angewendet wird, vorausgesetzt, dass die erzielte Schicht eine hinreichende Stärke besitzt und naturgemäss keine Bestandteile enthält, welche die Wirkung des Elektrodensystems beeinträchtigen.
Vom nach dem Beispiel 1 oder 2 erzielten oxydierten Draht werden Stücke in Längen von 15 mm abgeschnitten, die in einer aus Graphit bestehenden Schablone auf die aus Silizium bestehenden Körper gesetzt wirden (s. Fig. 2).
Die Schablone besteht aus zwei Teilen 11 und 12, die ineinanderpassen. Der Teil 12 besitzt Aussparungen 13, welche die halbleitenden Körper fixiert halten, und Durchbohrungen 14, welche die Drahtstücke 10 gegenüber den Körpern zentrieren.
Nach der oben beschriebenen Erhitzung in einem Ofen haben die Drahtstücke ihre ursprüngliche Form beibehalten. Darauf werden die Elektrodensysteme in üblicher Weise nachgeätzt, z. B. mit Hilfe von Fluorwasserstoff, wobei die verstärkte Oxydschicht wieder den Vorteil bietet, dass sie das Aluminium selbst vor chemischem Angriff schützt.
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Bemerkt wird, dass die Drahtstücke 10 vorzugsweise vor dem Aufschmelzen durch Schleifen oder Feilen mit einem flachen Ende versehen werden.
Die Drahtstücke können durch Punktschweissen mit einem Stück Kupferdraht oder Kupferkabel verbunden werden, welches durch Löten mit einem Anschlussorgan verbunden werden kann.
Bei diesem Punktschweissen wird naturgemäss die verstärkte Oxydschicht durchbrochen, was aber ungefährlich ist, da dies in einem Abstand vom halbleitenden Körper erfolgt.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer solchen, bei einer Diode in einer vakuumdichten Hülle angewendeten Bauart. Die Hülle besteht aus einem Boden 30 mit einem mit Schraubengewinde versehenen Zapfen 31 zur Befestigung und einer Kappe 32. In der Kappe befindet sich ein Glasdurchführungsisolator 33, der ein Metallröhrchen 34 enthält. Der aus Silizium bestehende Körper 1 ist auf dem Boden 30 festgelötet, während der Aluminiumdraht 10 bei 35 durch Punktschweissen mit einem Kupferdraht 36 verbunden ist. Nachdem dieser Draht durch das Röhrchen 34 hindurchgeführt ist, werden der Boden 30 und die Kappe 32 durch Flansche 37 und 38, z. B. durch Schweissung aufeinander befestigt. Darauf wird die Hülle völlig geschlossen, indem der Kupferdraht 36 im Röhrchen 34 verlötet wird.
Wieobenbereitserwähntwurde, istesauchmöglich, einen Draht zu verwenden, dessen Mantel aus Aluminium und dessen Kern aus einem andern Material besteht. Letzteres kann z. B. eine aktive Verunreinigung, wie einen Donator und/oder einen Akzeptor enthalten bzw. aus einer solchen Verunreinigung bastehen, oder halbleitendes Material enthalten, insbesondere das Material, aus dem auch der Körper besteht, auf dem der Draht festgeschmolzen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Elektrodensystems, das einen Halbleiterkörper enthält, an dem wenigstens ein Elektrodendraht an einem Ende festgeschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Draht verwendet wird, von dem wenigstens der Mantelteil aus Aluminium besteht und der mit einer genetischen Oxydschicht genügend grosser Stärke versehen wird, damit das Schmelzen des Aluminiums möglich ist, ohne dass die Oxydschicht bricht, worauf dieser Draht mit einem Ende auf dem Halbleiterkörper festgeschmolzen wird.