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Verfahren zur Herstellung von Halbleitergleichrichtern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitergleichrichtern nach der sogenannten Legierungstechnik. Nach dieser Technik wird bekanntlich eine geeignete Dotierungssubstanz (z. B. Indium) auf eine Fläche des Halbleiterkörpers (z. B. n-leitendes Germanium) aufgebracht, und es wird durch thermische Behandlung eine Einlegierung und Eindiffusion dieser Substanz in den Halbleiterkörper bewirkt. Die Einwanderung von Fremdatomen hat in den betreffenden Zonen einen Umschlag des vorher einheitlichen Leitungstypes des Halbleiterkörpers zur Folge, so dass sich im Innern des Halbleiter- körpers der p-n-Übergang mit der gleichrichtenden Sperrschicht ausbildet.
Bei derartigen Gleichrichtern durchstösst der p-n-Übergang die Oberfläche des Halbleiterkörpers. Die mit der thermischen Behandlung verbundenen Vorgänge bewirken den Niederschlag von metallischen und andern Verunreinigungen auf der Oberfläche, und dies hat längs der Durchstosslinie eine elektrische Überbrückung des p-n-Überganges und damit eine wesentliche Herabsetzung seiner Sperrfähigkeit zur Folge.
Solche Niederschläge können durch chemische oder elektrolytische Ätzung beseitigt werden. Diese Reinigungsmöglichkeit versagt jedoch, wenn der p-n-Übergang die Oberfläche des Halbleiterkörpers auch an Stellen durchstösst, die einer Behandlung von aussen nicht zugänglich sind. Solche inneren Durchtritte bestehen bei Hohlräumen, die sich beim Legierungsprozess an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und der. Dotierungssubstanz ausbilden können ; sie können von aussen her natürlich nicht gereinigt werden. In einem solchen Fall bleibt die Sperrwirkung des Systems auch nach gründliche äusserlicher Ätzung unzureichend. Die Vermeidung dieser Hohlräume stellt also, da diese einen nachteiligen Einfluss auf die Sperrcharakteristik ausüben, eines der Hauptprobleme bei der Fertigung von Halbleirerfl. ächengleichrich- tern dar.
Es lässt sich nun zeigen, dass die Ursache der Bildung von Hohlräumen im wesentlichen in einer teilweisenBedeckung der mit dem Halbleiterkörper in Berührung tretenden Oberfläche der Dotierungssubstanz mit einer Oxydhaut liegt. Das erfindungsgemässe Verfahren bezweckt nun das Aufbringen der Dotierungssubstanz auf den Halbleiterkörper unter Ausschluss von dazwischentretenden Oxydhäuten. Dieses Verfahren ermöglicht dabei die Herstellung von Gleichrichtern mit praktisch beliebig grosser Ausdehnung der Sperrschicht.
Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungssubstanz in flüssigem Zustand schlagartig in eine auf den Halbleiterkörper aufgesetzte Form eingebracht wird, welche zusammen mit dem Halbleiterkörper einen bis auf die für das Einbringen und Evakuieren erforderlichen Öffnungen allseitig vollständig geschlossenen Raum umfasst, dass die Dotierungssubstanz unmittelbar vor dem Einfliessen in die Form durch einen Seigerungseffekt gereinigt wird und dass nach dem Aufbringen der Dotierungssubstanz der Legierungsvorgang eingeleitet wird.
Der Zweck der einzelnen Massnahmen, die in ihrer Gesamtheit das erfindungsgemässe Verfahren bilden, besteht in folgendem : Durch die Verwendung einer Form, die zusammen mit dem Halbleiterkörper einen allseitig wenigstens nahezu vollständig geschlossenen Raum umschliesst, die also insbesondere mit einem zur Oberfläche des Halbleiterkörpers parallel liegenden Deckel versehen sein kann, wird das Entstehen einer verhältnismässig dünnen Schicht der Dotierungssubstanz erzwungen, u. zw. auch bei grosser flächenhafter Ausdehnung der Schicht. Das sehr rasche (schlagartige) Aufbringen der Dotierungssubstanz soll eine neuerliche Verunreinigung der unmittelbar vorher durch Seigerungseffekt gereinigten Substanz verhindern.
Die Einleitung des Legierungsvorganges bewirkt erst dann, wenn die Dotierungssubstanz den Halb lei-
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terkörper in der vorgesehenen Ausdehnung bedeckt, das Entstehen und Fortschreiten einer ebenen Legierungsfront. die stets parallel zur Berührungsfläche von Halbleiterkörper und Dotierungssubstanz bleibt Es können also auch grosse Gleichrichter mit verhältnismässig sehr dünnem Halbleiterkörper hergestellt werden, ohne dass die Gefahr des Durchlegierens als Folge einer Wölbung der Front besteht.
Die Durchführung des oben gekennzeichneten Verfahrens kann gemäss dem nachstehend, an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel geschehen. 1 ist der beispielsweise aus Germanium beste- hendeHalbleiterkörper, der mitderDotierungssubstanz (beispielsweise Indium) belegt werden soll. Diese soll in den RaumZzu liegen kommen, welcher einerseits durch den Halbleiterkörper selbst und anderseits durch die beispielsweise aus Graphit bestehende Form 3 begrenzt ist.. Halbleiterkörper und Form umschliessen den Raum 2 nahezu vollständig ; der Raum ist besonders durch eine zum Halbleiterkörper in verhältnismä- ssig geringem Abstand parallel verlaufende Fläche der Form begrenzt.
Lediglich für das Einbringen der Dotierungssubstanz und für das später zu beschreibende Evakuieren des Raumes 2 sind Öffnungen 4 bzw. 5 in der eben genannten Fläche der Form vorgesehen. Die Dotierungssubstanz 6 ist zunächst in fester Form in dem beispielsweise aus Glas bestehenden Rohr 7 enthalten ; die Menge der im Rohr untergebrachten Dotierungssubstanz entspricht dabei genau der für die Herstellung eines Gleichrichters benötigten Menge.
Das Rohr 7 wird in die Öffnung 4 der Form gesteckt, und die ganze Anordnung wird in das Innere des durch 8 angedeuteten vakuumfesten Gehäuses gebracht. Zwecks Entfernung des Sauerstoffs wird das Gefäss 8, gegebenenfalls nach vorheriger Spülung mit einem Schutzgas, evakuiert. Der Halbleiterkörper wird sodann auf einer Temperatur gehalten, die oberhalb der Schmelztemperatur der Dotierungssubstanz, jedoch unterhalb desjenigen Temperaturbereiches liegt, in welchem eine Einlegierung bereits in merklichem Masse vor sich geht. Die Erwärmung des Halbleiterkörpers kann durch elektrische Beheizung seiner beispielsweise aus Graphit bestehenden Umhüllung (Teile 3 und 10) vorgenommen werden. Sodann wird die Dotierungssubstanz 6 durch die Einwirkung des elektrisch gespeisten Heizdrahtes 9 bis zur Verflüssigung ererwärmt.
Die Einrichtung ist dabei so getroffen, dass die Erwärmung am unteren Ende der Säule 6 verzögert erfolgt.-' (Diese Massnahme ist in der Zeichnung dadurch ausgedrückt, dass die Windungen der Heiz - spirale im unteren Bereich der Säule 6 weiter sind als im oberen Bereich ; es kann selbstverständlich auch der untere Bereich der Säule durch eine gesonderte Heizwicklung erwärmt werden, welche erst später ein- geschaltet wird). Nach der Verflüssigung des untersten Abschnittes der Dotierungssubstanz fällt diese schlagartig aus dem Rohr 7 in den evakuieren Raum 2. Die Oxydhaut, die sich auf der im Rohr 7 befindlichen Dotierungssubstanz gebildet hatte, verbleibt dabei infolge des Seigerungseffektes an den Wänden des Rohres 7.
Dieser Reinigungseffekt wird dadurch begünstigt, dass beim Einfüllen der Dotierungssubstanz der unterste Teil des Rohres frei gehalten wird.
Nach dem Einbringen der Dotierungssubstanz in den Raum 2 kann sofort der Legierungsprozess eingeleitet werden, etwa durch elektrisches Erhitzen der Teile 3 und 10 auf die Legierungstemperatur. Es ist Åaber auch möglich, den von der Dotierungssubstanz bedeckten Halbleiterkörper aus der in der Zeichnung gezeigten Einrichtung zu entfernen und den Legierungsvorgang zu einem beliebig späteren Zeitpunkt durchzuführen.
Die nach dem erfindungsgemässenverfahren hergestellten Halbleitergleichrichter zeichnen sich durch völliges Fehlen von Hohlräumen oder ändern ruckstromschlechten Stellen aus. Die Sperrstromdichte beträgt z. B. bei serienweise gefertigten Germanium-Indium-Gleichrichtern mit 3, 2 cm* Sperrschichtfläche nur 12/lA/mml bei 100 V. Die genannten Gleichrichter können mit Sperrspannungen von 400 V belastet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleitergleichrichtern nach der Legierungstechnik, wobei auf eine
Fläche-des Halbleiterkörpers eine Dotierungssubstanz aufgebracht und mit dem Halbleiterkörper legiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungssubstanz in flüssigem Zustand schlagartig In eine auf dem Halbleiterkörper aufgesetzte Form eingebracht wird, welche zusammen mit dem Halbleiterkörper
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rungsvorgang eingeleitet wird.