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Verfahren zur Herstellung der Kollektorspitzenelektrode eines Transistors mit zwei vorgelagerten Zonen entgegengesetzten
Leitungstyp
Die zur Zeit verfügbaren Transistoren sind gewöhnlich Punktkontakttransistoren oder Schichttransistoren. Bei Punktkontakt-bzw. Spitzentransistoren sind Kollektor- und Emitterelektrode durch Anspitzen von Drahtenden gebildet, die dann unter leichtem Druck gegen die Transistoroberfläche gehalten werden. Sol- che Transistoren haben den Nachteil, dass sie schwierig herzustellen sind, Sie haben aber den Vorteil von Stromverstärkungen grösser als eins. Schichttransistoren bestehen im allgemeinen aus einem dünnen Be-
EMI1.1
bzw. als Emitter.
Schichttransistoren sind gegenüberspitzentransistoren verhältnismässig robust, haben aber den Nachteil, dass ihr Stromverstärkungsfaktor kleiner als eins ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ihre Kollektorschichten ausserordentlich empfindlich gegenüber Temperaturänderungen sind.
Die Erfindung befasst sich mit der Herstellung der Kollektorspitzenelektrode eines Transistors, um einen Transistor zu gewinnen, der die Vorteile eines Spitzentransistors mit denen eines Flächentransistors vereinigt. Es ist bereits eine Halbleiteranordnung mit einem PN-Übergang an einem formierten Spitzenkontakt bekannt geworden (vgl. W. Heywang und Henker, Zeitschrift für Elektrochemie, Bd. SS, Nf. 5, 1954, Seite 293). Durch Formierung mit einem hohen Stromstoss ist dabei in der Umgebung der Spitzenelektrode eine Gegendotierung infolge thermischer Fehlordnung der Eindiffusion von Metallatomen aus der Spitze bewirkt worden. Die der Spitze nach der Formierung vorgelagerte gegendotierte Zone ist halbkugelförmig.
Es sind ausserdem auch schon Halbleiteranordnungen bekannt geworden, bei denen der Spitze zwei konzentrische, halbkugelförmige Zonen verschiedenen Leitungstyps vorgelagert sind. Um solch eine Doppelzone vor der Elektrodenspitze herzustellen, hat man zunächst auf den Halbleiterkörper eine sogenannte Formierelektrode aufgesetzt, die mit aus Störungssubstanz bestehendem Material ummantelt ist.
Nach dem Formierimpuls wurde diese Elektrode wieder entfernt und durch eine andere Elektrode ersetzt, deren Ummantelung aus Dotierstoffen für die Bildung des andern Leitungstyps beim 2. Formierimpuls bestand.
Das bekannte Verfahren hat aber den Nachteil, dass bei der Entfernung der 1. Formierelektrode die Oberfläche des Halbleiterkörpers in massgebenden Grössenverhältnissen aufgerissen und die erstformierte Zone wieder zerstört werden kann. Diese Schwierigkeiten zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Herstellung der Kollektorspitzenelektrode eines Transistors mit zwei vorgelagerten Zonen entgegegesetzten Leitungstyps. Erfindungsgemäss wird ein Formierimpuls durch die Entladung einer Kapazität von 0, 02 bis 1, 0 Mikrofarad, die durch eine Spannung von 300 bis 700 Volt aufgeladen ist, auf die Kontaktstelle der Kollektorspitzenelektrode mit dem Halbleiterkörper funkenfrei übertragen, die Kollektorspitzenelektrode wird aus einem mit dem Halbleiterkörper legierfähigen Material mit solchen Fremdstoffen hergestellt, dass diese Fremdstoffe während der Kontaktschweissung in den Halbleiterkörper eindiffundieren und denselben Leitungstyp in einer der Kollektorspitzenelektrode benachbarten halbkugelförmigen Zone wie im Halbleiterkörper erzeugen,
und gleichzeitig wird durch thermische Fehlordnung eine weitere, zwischen der halbkugelförmigen Zone-und dem Halb-
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eiterkörperligende gegendotierte Zone gebildet. Gegenüber dem Bekannten werden bei der Erfindung die der Spitzenelektrode vorgelagerten beiden hal1, kugelförmigen Zonen gleichzeitig, d. h. in einem einzigen Verfahrensschritt, gewonnen. Ein Auswechseln von Elektroden ist bei der Erfindung nicht notwendig.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung. Die j Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen naher erläutert.
Fig. 1 enthält eine schematische Darstellung eines Transistorkollektors, der nach der Erfindung hergestellt ist. Fig. 2 enthält eine schematische Darstellung eines Transistorkörpers in einer Schaltung zur Bildung eines Tfansistorkollektors nach dem Verfahren gemäss der Erfindung. Fig. 3 enthält eine schematische Darstellung eines vollständigen, nach der Erfindung hergestellten Transistors, und Fig. 4 enthält ) eine schematische Darstellung einer andern nach der Erfindung hergestellten Transistorform.
In Fig. 1 ist ein Körper aus Germanium 1 gezeigt, u. zw. 'om N-Typ. In Kontakt mit der oberen Fläche des Körpers befindet sich ein Draht 2, z. B. ein Golddraht, mit einer Verunreinigung, welche bei Legierung mit dem Germanium zu einer Leitfähigkeit vom N-Typ führt. Die Verunreinigung kann z. B.
Antimon sein und aus weniger als 1% des Drahtmaterials bestehen.
Der Draht 2 ist bei 3 an den Körper 1 angeschweisst. Der Körper 1 besteht darstellungsgemässangrenzend an die Basis des Drahtes 2 aus einem N-Bereich 4 von Halbkugelform. Ausserhalb des N-Bereichs 4 ist ein P-Bereich 5 gezeigt, der den N-Bereich 4 umgibt. Der N-Bereich 4 und der P-Bereich 5 sind durch eine Sperrschicht 6 getrennt. Der P-Bereich 5. ist vun dem Haupt N-Bereich des Körpers 1 durch eine Sperrschicht 7 getrennt.
Der in Fig. 1 gezeigte Kollektor Kann mit Hilfe der inFig. 2 dargestellten Anordnung hergestellt werden, u. zw. ist dort der Draht 2 in Verbindung mit einem aus einem N-Bereich 9 und einem P-Bereich 10 bestehenden Transistorkörper 8 veranschaulicht. Der Draht 2 ist an einen Stromkreis angeschlossen, der durch einen Schalter 11, einen Kondensator 12 und einen Widerstand l ? zu einem ohmschen Kontakt 14 mit dem N-Bereich 9 verläuft. Parallel mit dem Kondensator 12 ist eine Aufladungsbatterie 15 und ein Schalter 16- vorgesehen.
Beim Gebrauch der Anordnung nach Fig. 2 wird zunächst der Schalter 16 genügend lange geschlossen, um den Kondensator 12 aufzuladen. Dann wird der Schalter 16 geöffnet und der Schalter 11 geschlossen, um den Kondensator 12 über den Draht 2 und den N-Bereich 9 zu entladen. Wird der Kondensator so gewählt, dass die Entladung ausreicht, um das Ende des Drahtes 2 bei geringer Wärme an den Bereich 9 anzuschweissen, entsteht ein Kollektorkontakt.
Bei Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung sind zweckmässig folgende wesentlichen Merkmale zu beachten. Der Draht 2 besteht vorteilhaft aus einem Metall, das sich mit dem Halbleitermaterial des N-Bereiches 9 legieren lUt. Der Draht 2 muss als Verunreinigung ein Material enthalten, das bei Legierung mit dem Halbleitermaterial eine Leitfähigkeit vom N-Typ erzeugt.
Der Durchmesser des Drahtes ist nicht Kritisch, und es kann gewöhnlich jede beliebige Drahtstärke für brauchbare Transistorkollektoren serwendet werden. Als sehr geeignet hat sich ein Drahtdurchmesser von 0, 002 Zoll erwiesen.
Die Kapazität des Kondensators 12 und das elektrische Potential, auf das er aufgeladen wird, sind kritisch. Ein grobes Kriterium bezüglich der zu verwendenden Kapazität und des Potentials ist es, dass die Entladung nicht so stark sein darf, dass sie zur Funkenbildung an dem Kontakt zwischen dem Draht und dem Halbleiter führt. Bei zu grosser Wärme wird der P-Bereich 5 "durchschlagen", so dass der Kollektor seinen erwünschten grossen Stromverstärkungsfaktor verliert.
Potentiale im Bereich zwischen 300 und 700 Volt und Kondensatoren zwischen 0.02 F und 1,0 F sind mit gutem Erfolg verwendet worden. Speziell sind folgende Kombinationen von Potentialen und Kapazitäten verwendet worden und haben zu guten Transistormerkmalen und guten Schweissverbindungen zwischen dem Draht und dem Halbleitermaterial geführt :
EMI2.1
<tb>
<tb> 300 <SEP> Volt <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 05juf <SEP>
<tb> 400 <SEP> Volt-0, <SEP> 08 <SEP> pF <SEP>
<tb> 500 <SEP> Volt <SEP> - <SEP> 0,02 <SEP> <SEP> F
<tb> 500 <SEP> Volt <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> ft <SEP> F
<tb> 500 <SEP> Volt-l, <SEP> OOj. <SEP> iF <SEP>
<tb> 700 <SEP> Volt <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 05juf <SEP>
<tb>
Die Impedanz des Widerstandes 13 ist nicht sehr kritisch. Werte zwischen 25 und 700 Ohm sind mit Erfolg verwendet worden.
Dieser Widerstand bestimmt zusammen mit der Kapazität des Kondensators 12 die für die Entladung des Kondensators nötige Zeit.
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Das Verfahren nach de) : Erfindung ist nicht auf Germanium als Halbleitermaterial und auch nicht auf
Gold als Drahtmaterial beschränkt. Es kann jeder beliebige Halbleiter für den Körper und jedes beliebige
Metall für den Draht verwendet werden, das sich mit dem Halbleiter legieren lässt. Wichtig ist, dass die in dem Draht verwendete Verunreinigung bei Einlegierung in das Halbleitermaterial eine Fremdleitfähig- keit desselben Typs erzeugt, wie er vorher in dem Material vorhanden war.
Es ist noch nicht mit Sicherheit festgestellt worden, was sich während des beschriebenen Verfahrens abspielt. Auch ist noch nicht bestimmt worden, welche physikalischen Veränderungen in dem Halbleiter- material die Kollektormerkmale erzeugen. Es wird jedoch zur Zeit angenommen, dass die in dem Be- reich des Kontaktes zwischen dem Draht und dem Halbleiter erzeugte Wärme wirksam ist, um thermisch einen Teil des N-Materials in dem Körper 1 in P-Material zu verwandeln. Diese umgewandelte Material- zone ist allgemein halbkugelförmig und bei 5 in Fig. 1 dargestellt. Weiter wird angenommen, dass infol- ge der Verunreinigung in dem Draht 2 ein Teil dieser Verunreinigung durch Diffusion in den P-Bereich 5 hineinlegiert wird und darin einen ähnlichen halbkugelförmigen N-Bereich (4 in Fig. l) erzeugt.
Auf die- se Weise entsteht also ein Kollektor, der grob gesagt ein sogenannter PN-Hakenkollektor ist. Bekanntlich hat ein solcher Kollektor einen eigenen Stromverstärkungsfaktor, der beträchtlich grösser als 1 ist.
Die zum Ausdruck gebrachte Theorie stellt eine Erklärung der oben beschriebenen Vorgänge dar, welche in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren stattfinden. Wie gesagt, sind jedoch die genauen physikalischen Veränderungen, die sich abspielen, nicht mit Sicherheit bekannt, und daher soll diese Erfindung nicht durch eine spezielle Theorie begrenzt sein.
Fig. 3 zeigt einen fertigen Transistor mit einem Kollektor der in Fig. 1 gezeigten Art und einem durch Anschweissen eines Golddrahtes 17 mit einer Verunreinigung vomP-Typan den N-Bereich 1 gebildeten Emitter. Diese Verunreinigung vom P-Typ dringt während des Schweissvorganges in den Bereich 1 ein und bildet darin einen P-Bereich 18. Die Bildung solcher geschweissten Emitter, wie bei 17 und 18 gezeigt, ist an sich bekannt, und es wird hier weder die spezielle Emitterstruktur noch ihr Herstellungsverfahren beansprucht.
Eine zur Unterseite des Körpers 1 hergestellte ohmische Verbindung 25 dient als Basisanschluss.
Fig. 4 zeigt eine andere Form des erfindungsgemässen Transistoraufbaus, u. zw. besteht sie aus dem Körper 19 aus N-Halbleitermaterial, z. B. Germanium, an den ein Draht 20 angeschweisst ist, zur Bildung eines Kollektors nach dem in Verbindung mit Fig. l und 2 beschriebenen Verfahren. Bei diesem Vorgang entsteht in dem Körper 19 ein N-Bereich 21 und etn konzentrischer P-Bereich 22. Auf der andern Seite des N-Bereichs 19 wird ein Draht 23 an den N-Bereich angeschweisst, so dass dadurch ein P-Bereich 24 in dem Körper 19 entsteht, welcher als Emitter dient. Eine ohmische Basisverbindung 26 ist auch vorgesehen.
In allen hier gezeigten Transistoren darf der Abstand zwischen dem Kollektor und dem Emitter nicht grösser als die Diffusionslänge für die durchschnittliche Lebensdauer der Minoritätsträger in dem Körper des Transistors sein.
Obwohl die Erfindung in Anwendung auf Transistoren mit einem Hauptkörper der Fremdleitfähigkeit vom N-Typ beschrieben ist, lässt sie sich auch ebenso gut auf Halbleiterkörper mit Fremdleitfähigkeitwm P-Typ anwenden. In diesem Falle muss der Draht eine Verunreinigung enthalten, die bei Hineinlegierung in das Halbleitermaterial zu einer Leitfähigkeit vom P-Typ führt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung der Kollektorspitzenelektrode eines Transistors mit zwei vorgelagerten Zonen entgegengesetzten Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formierimpuls durch die Entladung einer Kapazität (12) von 0, 02 bis 1, 0 Mikrofarad, die durch eine Spannung von 300 bis 700 Volt aufgeladen ist, auf die Kontaktstelle der Kollektorspitzenelektrode (2) mit dem Halbleiterkörper (1) funkenfrei übertragen wird, dass die Kollektorspitzenelektrode (2) aus einem mit dem Halbleiterkörper (1) legierfähigen Material mit solchen Fremdstoffen hergestellt wird,
dass diese Fremdstoffe während der Kontaktschweissung in den Halbleiterkörper eindiffundieren und denselben Leitungstyp in einer der Kollektorspitzenelektrode benachbarten halbkugelförmigen Zone (4) wie im Halbleiterkörper erzeugen, und dass gleichzeitig durch thermische Fehlordnung eine weitere, zwischen der halbkugelförmigen Zone (4) und dem Halbleiterkörper (1) liegende gegendotierte Zone (5) gebildet wird.