<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein halb leitendes Sperrschichtsystem, beispielsweise Transistor oder Kristalldiode, mit einer vakuumdichten Hülle, die wenigstens in der Nähe des halbleitenden Systems eine wirksame Wasserdampfmenge enthält. Sie bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Fertigmont1elen eines halbleitenden Sperrschichtsystems mit vakuumdichter Hülle.
Der Oberflächenzustand eines halbleitenden Systems, in dem ein Sperrschichtsystem aufgebaut ist, übt bekanntlich einen starken Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Sperrschichtsystems aus. Bei einem Transistor ist beispielsweise der Stromverstärkungsfaktor sehr empfindlich für Stoffe und Gase, die
EMI1.1
EMI1.2
EMI1.3
einer Germaniumoberfläche ist bereits mehrmals untersucht und in der Literatur beschrieben worden.
Aus den Proceedings of the Institute of Radio Engineers, April 1956, Jahrgang 44, Nummer 4, Seiten 494-503, ist bekannt, dass durch Wasserdampfadsorption an der Oberfläche eines Germaniumtransistors der Stromverstärkungsfaktor erheblich gesteigert wird, während andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Kollektordurchschlagsspannung und der Kollektorsperrstrom, sofern die Feuchtigkeit nicht zu hoch ist, entweder auch verbessert oder nur in geringem Masse verschlechtert werden.
In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, wie auch aus vorstehendem Aufsatz hervorgeht, dass die Stabilität der bekannten Sperrschichtsysteme, bei denen an der Oberfläche des halbleitenden Systems Wasserdampf adsorbiert ist, viel zu wünschen übrig lässt, mit andern Worten, dass die elektrischen Eigenschaften dieser Sperrschichtsysteme auf die Dauer und bei den hohen Betriebstemperaturen stark verschlechtert werden. Diese Verschlechterung des Stromverstärkungsfaktors z. B. ergibt sich Insbesondere, wenn der Transistor zeitweilig hoch belastet wird, beispielsweise bei einer Temperatursteigerung auf 850 C, oder bei schwerer elektrischer Belastung.
Deshalb ist bereits ein völlig anderes Stabilisierungsverfahren vorgeschlagen worden, bei dem der Wasserdampf und gegebenenfalls weitere adsorbierte Stoffe tunlichst von der Oberfläche beseitigt werden, u. zw. dadurch, dass der Transistor während der Montage einige Stunden lang auf hohe Temperatur, z. B. 1400 C, im Vakuum erhitzt wird. Dieses Verfahren, das unter dem Namen"Vakuumbrennen"bekannt ist, hat jedoch den Nachteil, dass die hohe Stabilität auf Kosten des Stromverstärkungsfaktors erzielt wird, denn dieser fällt bei Anwendung dieses Verfahrens von dem hohen Wert, den er nach der Nachätzung aufweist, auf einen sehr niedrigen Wert ab.
Weiter ist mit diesem Verfahren die technische Schwierigkeit verbunden, dass das Sperrschichtsystem unter äusserst schwer aufrechtzuerhaltenden Umständen, d. h. im Vakuum fertigmontiert werden muss.
Die Erfindung bezweckt u. a. einfach durchführbare Massnahmen anzugeben, die eine hohe Stabilität eines Sperrschichtsystems mit vakuumdichter Hülle bei den verschiedenen Betriebstemperaturen gewähren, ohne dass dabei auf die vorteilhaften elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise den hohen Stromverstärkungsfaktor, den niedrigen Sperrstrom oder die hohe Durchschlagspannung, die ein solches Sperr- Halbleitendes Sperrschichtsystem mit vakuumdichter Hülle
<Desc/Clms Page number 2>
schichtsystem in einer Wasserdampfumgebung aufweisen kann, verzichtet wird. Sie bezweckt insbesonde- re, einen Transistor mit vakuumdichter Hülle anzugeben, der einen hohen Stromverstärkungsfaktor mit einer hohen Stabilität kombiniert.
Die Erfindung benutzt die bekannte Wirkung, dass Wasserdampf einige halbleitende Sperrschichtsyste- me, beispielsweise die, deren halbleitendes System aus Germanium besteht, günstig beeinflusst. Sie ba- siert jedoch auf einer neuen Erkenntnis der Ursachen der Instabilität, der bekannten, nicht im Vakuum behandelten halbleitenden Sperrschichtsysteme.
Die Erfindung gründet sich u. a. auf die Erkenntnis, dass diese Instabilität zu einem erheblichen Teil auf eine allmähliche Abnahme des wirksamen Wasserdampfgehaltes innerhalb der Hülle, insbesondere in der Umgebung des halbleitenden Systems, zurückzuführen ist. Es wird angenommen, dass die Ursache die- ser Abnahme im Vorhandensein wasserdampfadsorbierender oder mit Wasserdampf reagierender Teile der
Hülle oder innerhalb dieser liegt, wie beispielsweise Glas-oder Metallteilen oder eines Füllstoffes, die beim normalen Betrieb allmählich, und unter besonderen Umständen, beispielsweise bei Erhitzung durch
Reaktion beschleunigt, der Umgebung des halbleitenden Systems den wirksamen Wasserdampf entziehen.
Bei einem halbleitenden Sperrschichtsystem gemäss der Erfindung mit einer vakuumdichten Hülle, die wenigstens in der Umgebung des halbleitenden Systems eine wirksame Wasserdampfmenge enthält, ist ausserdem innerhalb der Hülle ein Depot von Wasser in gebundenem Zustand vorgesehen, welches Was- serdepot in bezug auf mögliche Reaktionen von Wasser mit andern Teilen innerhalb der Hülle oder mit der
Hülle selbst oder mit Bezug auf eine etwaige Adsorption von Wasser an solchen Teilen der Hülle oder an der Hülle selbst einen Überschuss an Wasser besitzt.
Unter einer wirksamen Wasserdampfmenge ist hier selbstverständlich eine solche, u. a. vom verwendeten Halbleiter abhängige Wasserdampfmenge zu ver- stehen, dass diese eine oder mehrere elektrische Eigenschaften des Sperrschichtsystems günstigbeeinflusst.
Unter einem Wasserdepot ist ein Stoff mit einer an ihn gebundenen Wassermenge zu verstehen, der bei einer Abnahme des wirksamen Wasserdampfgehaltes in der erwähnten Umgebung Wasserdampf nachliefern kann, jedoch auch unter Umständen, beispielsweise bei einer Temperatursenkung, Wasser aufnehmen kann, und der deshalb imstande ist, auf den wirksamen Wasserdampfgehalt innerhalb der Hülle eine stabilisierende Einwirkung auszuüben.
Unter einem Überschuss an Wasser ist eine so grosse Wassermenge zu verstehen, dass längere Zeit, d. h. während der Lebensdauer des Sperrschichtsystems, im Wasserdepot eine zum Ausgleich der Verluste ausreichende Wassermenge vorhanden ist.
Vorzugsweise besteht das Wasserdepot aus einem Stoff mit einer an ihn gebundenen Wassermenge, der bei einer Temperaturerhöhung Wasserdampf abgibt, um die Verdampfung von Wasser aus der der Halbleiteroberfläche zu verringern, und der bei nachfolgender Temperatursenkung wiederum eine gleiche Wassermenge oder, wenn infolge von Adsorption oder Reaktion Wasserdampf entzogen worden ist, soviel Wasser in sich aufnimmt, dass nach dem Temperaturzyklus. die ursprüngliche relative Feuchtigkeit in der Umgebung wiederhergestellt wird. Weiter ist das Wasserdepot so eingerichtet, dass bei den verschiedenen Betriebstemperaturen in der erwähnten Umgebung eine vorteilhafte relative Feuchtigkeit aufrechterhalten wird.
Sperrschichtsysteme mit vakuumdichter Hülle mit einem Wasserdepot gemäss der Erfindung können längere Zeit, beispielsweise 1000 Stunden, auf hoher Temperatur betrieben werden, ohne dass sich die elektrischen Eigenschaften merklich ändern.
Die relative Feuchtigkeit der Umgebung des halbleitenden Systems soll selbstverständlich innerhalb der Grenzen gehalten werden, innerhalb deren der Wasserdampf In günstigem Sinne wirksam ist. Einerseits muss eine übermässige Feuchtigkeit vermieden werden, um Leitung längs der Oberfläche u. dgl. zu verhüten ; anderseits muss sich in der erwähnten Umgebung eine so grosse Feuchtigkeit ergeben, dass die vorteilhafte Einwirkung des Wasserdampfes auf die Halbleiteroberfläche hinreichend bemerkbar ist. Diese Grenzen sind selbstverständlich u. a. vom verwendeten Halbleiter abhängig.
Für ein Sperrschichtsystem, dessen Halbleiterkörper aus Germanium besteht, lässt sich eine obere Grenze für die zulässige Wasserdampfspannung angeben, die bei Zimmertemperatur etwa 15 mm Hg beträgt und mit der Temperatur auf einen Höchstwert von etwa 300 mm bei 8S C zunimmt ; die untere Grenze bei 85 C beträgt etwa 10 mm Hg für Germanium. Vorzugsweise wird jedoch, und dies ist ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, insbesondere bei den hohen Betriebstemperaturen, eine hohe Wasserdampfspannung vermieden, um etwaige Reaktionen zwischen dem Halbleiter und dem Wasserdampf bei hoher Temperatur und hoher Wasserdampfspannung möglichst zu beschränken.
Bei einem halbleitenden Sperrschichtsystem, dessen halbleitender Körper aus Germanium besteht, findet vorzugsweise ein Wasserdepot Anwendung, das bei 85 C eine Wasserdampfspannung aufrechterhält, die mindestens 20mm Hg und höchstens 100mm Hg beträgt.
<Desc/Clms Page number 3>
Durch passende Wahl eines Stoffes mit einer vorteilhaften Bindungsaffinität in bezug auf Wasser lässt sich jede gewünschte, für einen bestimmten Halbleiter günstige Feuchtigkeit mit Hilfe des Depots erzielen. Zur Bildung eines Wasserdepots eignen sich insbesondere Stoffe mit Kristallwasser, sogenannte Hydrate, wie beispielsweise Zinkammoniumsulfat. 6aq, Nickelkaliumsulfat. 6aq, Natriumbromid. 2aq oder Ammoniumnickelsulfat. 6aq u. ähnl. Es kann ihnen ein Bindemittel zugesetzt werden, das aus siliko-organischen Polymeren besteht, von denen einige unter dem Namen "Silikonvakuumfett" und "Si1ikonöl" be- kannt und käuflich unter dem Warenzeichen"Dow Corning DC 7"und"Dow Corning 702" erhältlich sind ; es kann auch ein Füllstoff, beispielsweise Sand, zugesetzt werden.
Wenn der betreffende Stoff jedoch chemisch reaktiv in bezug auf das Halbleitersystem ist, so wird er vorzugsweise vom Halbleitersystem durch eine poröse, beispielsweise aus Glaswolle oder Asbest bestehende Wand getrennt.
Im allgemeinen sind als Wasserdepot Stoffe brauchbar, die reversibel Wasser abgeben und aufnehmen und bei den unterschiedlichen Betriebstemperaturen eine günstige Wasserdampfspannung aufrechterhalten können. Hiefür kommen in Betracht einige Oxyde mit ihren Hydroxyden, beispielsweise das System Thalliumhydroxyd-Thalliumoxyd oder das System Magnesiumhydroxyd-Magnesiumoxyd, einige wässerige LöI sungen, beispielsweise eine wässerige Lösung des Kalziumchlorids, des Manganchlorids oder der Phosphorsäure, und Stoffe, wie beispielsweise Silikagel oder illiko-organ1sche Verbindungen, z. B. Silikonvakuum- fett, die zuvor eine ausreichend dosierte Wassermenge adsorbiert haben.
Es ist bereits bekannt, Silikagel oder Silikonvakuumfett in einer Hülle eines halbleitenden Sperrschichtsystems anzubringen, jedoch in möglichst trockenem Zustand, um Wasser von der Umgebung des halbleitenden Körpers fernzuhalten. Fin- den diese Stoffe jedoch bei einem Sperrschichtsystem gemäss der Erfindung Anwendung, so sollen sie zuvor eine ausreichende Wassermenge aufgenommen haben. Das bekannte Sperrschichtsystem unterscheidet sich denn auch vom Sperrschichtsystem gemäss der Erfindung dadurch, dass es bereits nach kürzerer Zeit bei hoher Belastung den dennoch immer in geringer, kaum vermeidlicher Menge vorhandenen Wasserdampfgehalt verbraucht, so dass seine elektrischen Eigenschaften stark veränderlich sind.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig stellt einen Längsschnitt durch einen Transistor mit vakuumdichter Glashülle und Wasserdepot gemäss der Erfindung dar.
In Fig. 2 ist für vier Transistoren, die ohne Anwendung der Erfindung montiert worden sind, der Verlauf des Stromverstärkungsfaktors als Ordinate mit der Zeitdauer, während welcher die Transistoren einem Dauerversuch unterworfen wurden, in Stufen als Abszisse graphisch im Vergleich zu demjenigen eines Transistors gemäss der Erfindung dargestellt.
In den Fig. 3 und 4 sind ähnliche Angaben für verschiedene Transistoren gemäss der Erfindung dargestellt.
Der in Fig. l dargestellte Germaniumtransistor 1, dessen Herstellung nachstehend näher erläutert wird, ist in einer vakuumdichten Glashülle untergebracht, die aus zwei aneinander geschmolzenen Teilen, dem Glassockel 2 und dem Glaskolben 3, besteht. Gemäss der Erfindung ist innerhalb der Hülle ein Wasserdepot 4 angebracht, das aus einem Gemisch aus"Silikonvakuumfett"und einem Hydrat, beispielsweise Zinkammoniumsulfat. 6aq, besteht. Dieses Gemisch füllt die Hülle praktisch völlig aus. Die Elektroden des Transistors sind mit den Zuleitungen 5,6 und 7 verbunden, die durch den Glassockel 2 herausgeführt sind.
Die durch Anwendung der Erfindung erzielten Ergebnisse werden jetzt mit denjenigen verglichen, die mit bekannten Transistoren erzielt wurden, bei denen das eigentliche halbleitende System wie folgt hergestellt wurde : Ein Einkristallstab, der aus n-Typ Germanium von 3 bis 5 Q/cm besteht, wird durchsagen und Schleifen in Scheiben mit den Abmessungen 2 x 3 x 0. 25 mms unterteilt. Die 2 x 3 mmz grossen Flächen dieser Scheiben fallen mit der kristallographischen (111)-Ebene zusammen. Die Scheiben werden geschliffen, dann auf eine Stärke von etwa 150 g in einer Lösung abgeätzt, die aus einer wässerigen 48%1gen HF-Lö- sung, einer 6gen wässerigen HNOs -Lösung und HO im Volumenverhältnis 2 : 2 : 1 zusammengesetzt ist, in entionisiertem Wasser gewaschen und schliesslich getrocknet.
In der Mitte einer 2 x 3 mmz Fläche einer solchen Germaniumscheibe wird ein Emitterkügelchen mit einem Durchmesser von etwa 400 li an- ordnet, das aus reinem Indium besteht, und durch eine kurzzeitige Erhitzung an die Germaniumscheibe geheftet. Zu gleicher Zeit wird seitlich auf der gleichen Fläche eine aus Nickel bestehende Basiszuleitung angeordnet, an deren Ende eine geringe Lotmenge angebracht ist, die aus einer Zinn-Antimonlegierung (25 Gew.-% Sn, 5 Gew.-% Sb) besteht. Auf dep entgegengesetzten Fläche der Scheibe wird ein aus Indium bestehendes Kollektorkügelchen mit einem Durchmesser von 800 IL zentrisch in bezug auf das Emitterkügelchen angeordnet und. gleichfalls durch eine kurzzeitige Erhitzung befestigt.
Dann wird das
<Desc/Clms Page number 4>
Ganze etwa 10min lang auf 6000C in einer aus Wasserstoff und Stickstoff bestehenden Atmosphäre erhitzt. Es stellt sich heraus, dass die Basisstärke der so hergestellten Legierungstransistoren etwa 30 u ist. Danach wird der Transistor mit der Basiskontaktplatte an einen Zuführungsdraht angeschweisst und werden an die Emitter- und Kollektorelektroden Nickelzuleitungen angelötet. Der Transistor wird etwa 10 sec in einer wässerigen 40% igen NaOH-Lösung elektrolytisch nachgeätzt, wobei der Kollektor mit der Plusklemme verbunden ist und die Minusklemme aus einer im Ätzbad hängenden Platinplatte besteht. Nach Waschen in warmem, entionisiertem Wasser und Trocknen ist der Transistor fertig zur Montage in einer vakuum dichten Hülle.
Um die Stabilität des Sperrschichtsystems mit vakuumdichter Hülle gemäss der Erfindung zu ermitteln und mit derjenigen, die sich auf bekannte Weise ohne Anwendung der Erfindung ergibt, zu vergleichen, wurde eine Anzahl dieser halbleitenden Systeme mit verschiedenartigen Wasserdepots in vakuumdichte Glashttllen eingeschmolzen, während eine geringere Zahl ohne Anwendung der Erfindung in vakuumdichten HUllen fertigmontiert wurde.
Um etwaige Änderungen in kurzer Frist klar hervortreten zu lassen, wurde ein Teil dieser fertigmontierten Transistoren einem schweren Dauerversuch unterworfen, der aus einer längeren Erhitzung auf 850C ohne Anwendung einer elektrischen Belastung bestand, während ein anderer Teil einem andern schweren Dauerversuch unterworfen wurde, der aus einer längeren Erhitzung auf 500C und gleichzeitiger elektrischer Belastung von 50 mW (Kollektorbasisspannung 10 V ; Kollektorstrom 5 mA) bestand.
Die beiden Dauerversuche wurden jeweils nach 100 Stunden, 500 Stunden und 1000 Stunden auf einen Augenblick unterbrochen, um die Transistoren auf Zimmertemperatur abkühlen und bei Zimmertemperatur verschiedene Grössen der Transistoren, wie beispielsweise den Stromverstärkungsfaktor, den Sperrstrom und das Rauschen, kontrollieren zu können.
In den Fig. 2-4 sind die Messergebnisse dieser Versuche in bezug auf den Stromverstärkungsfaktor dargestellt. Die Messergebnisse in bezug auf das Rauschen und den Sperrstrom, die sich beide als äusserst niedrig und-kaum veränderlich erwiesen, sind nicht erwähnt. Um deutlich anzugeben, welche Messpunkte zu einem bestimmten Transistor gehören, sind die einem Transistor zugeordneten Messpunkte durch Gerade verbunden. In all diesen Figuren ist der Anfang des Dauerversuches durch den Zeitpunkt 0 angegeben ; in Fig. 2 ist ausserdem eine vor diesem Zeitpunkt liegende Angabe aufgenommen, nämlich der Wert des Stromverstärkungsfaktors nach der Nachätzung im Zeitpunkt E.
Der Transistor, auf den sich die Charakteristik 10 der Fig. 2 bezieht, wurde nach der Nachätzung, bei der der Stromverstärkungsfaktor 97 war, 3 Stunden lang im Vakuum auf 1450C erhitzt und in diesem völlig trockenen Zustand in die Glashülle eingeschmolzen. Infolge dieses Brennens im Vakuum fiel der Stromverstärkungsfaktor auf 25 ab, d. h. auf etwa 1/4 des ursprünglichen Wertes. Danach wurde der Transistor dem Dauerversuch bei 850C unterworfen. Wie aus der Charakteristik 10 hervorgeht, war die Stabilität dieses auf bekannte Weise ohne Anwendung der Erfindung fertigmontierten Transistors besonders gut ; der Stromverstärkungsfaktor jedoch war sehr niedrig.
Die Charakteristik 11 der Fig. 2 bezieht sich auf einen Transistor, dessen Stromverstärkungsfaktor nach der Nachätzung etwa 106 war, und der in einer vakuumdichten Glashülle auf bekannte Weise mit "Silikonvakuumfett"umgeben wurde, das zuvor einige Zeit bei 1000C getrocknet war. Nach der Einschmelzung stellte sich heraus, dass der Stromverstärkungsfaktor auf 89 abgefallen war. Während des nachfolgenden Dauerversuches bei 85 C fiel der Stromverstärkungsfaktor immer mehr ab, so dass er nach 1000 Stunden nur noch 30 betrug. Die Stabilität dieses auf bekannte Weise ohne Anwendung der Erfindung montierten Transistors war besonders schlecht.
Nach 1000 Stunden wurde die Glashülle erbrochen und der Transistor, der noch von"Silikonvakuumfett"umgeben war, in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 601lu bei Zimmertemperatur gebracht, wodurch der Stromverstärkungsfaktor wieder allmählich auf 96 anstieg, so dass er praktisch den ursprünglichen Wert wieder annahm. Dieses Verhalten rechtfertigt zur Anlahme, dass der Abfall des Stromverstärkungsfaktors während des Dauerversuches einer Abnahme mit der Zeit des Wassergehaltes an der Halbleiteroberfläche zuzuschreiben war. Das Gleiche geht auch aus dem Verhalten der Transistoren mit den Charakteristiken 12 und 13 der Fig. 2 hervor.
Die Charakteristik 12 der Fig. 2 bezieht sich auf einen Transistor, dessen Stromverstärkungsfaktor nach ler Nachätzung 104 war. Die Hülle dieses Transistors wurde vor der Abdichtung mit Luft mit einer rela- tiven Feuchtigkeit von 32% gefüllt. Infolge der Abschmelzung fiel der Stromverstärkungsfaktor auf 96 herib. Danach wurde der Transistor dem Dauerversuch bei 850C unterworfen ; der Stromverstärkungsfaktor fiel während der ersten 500 Stunden bereits auf 43 ab, während er in den zweiten 500 Stunden nur noch
EMI4.1
auf 37. Diewar somit insbesondere während der ersten 500 Stunden schlecht, während in den zweiten 500 Stunden der Stromverstärkungsfaktor nur noch etwa ein Drittel des ursprünglichen Wertes war.
Nach dem Dauerversuch
<Desc/Clms Page number 5>
wurde die Transistorhülle erbrochen und der Transistor bei Zimmertemperatur in eine Umgebung ge- bracht, die aus Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 60% bestand. Hiedurch stieg der Strom- verstärkungsfaktor fast sofort auf 98 an, einen Wert, der praktisch mit dem ursprünglichen übereinstimmt.
Die Charakteristik 13 der Fig. 2 bezieht sich auf einen Transistor, dessen Stromverstärkungsfaktor nach der Nachätzung 76 war und der in die vakuumdichte Hülle eingeschmolzen wurde, nachdem diese mit
Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 81% gefüllt worden war. Nach der Einschmelzung war der
Stromverstärkungsfaktor 71, und dieser hohe Wert blieb während der ersten 500 Stunden des Dauerversu- ches bei 85 C beibehalten. Nach 1000 Stunden war der Stromverstärkungsfaktor auf 34 abgefallen. Auch dieser ohne Anwendung fertigmontierte Transistor erwies sich auf die Dauer als nicht stabil. Nach dem Dauerversuch wurde die Hülle erbrochen und der Transistor bei Zimmertemperatur in Luft mit einer rela- tiven Feuchtigkeit von etwa 60% gebracht, wodurch der Stromverstärkungsfaktor sofort den ursprünglichen
Wert 76 wieder annahm.
Die grössere Stabilität dieses Transistors während der ersten 500 Stunden im Ver- gleich zu dem durch die Charakteristik 12 dargestellten lässt sich dem höheren Wasserdampfgehalt zu- schreiben, der anfangs in die Hülle des Transistors aufgenommen war.
Der Transistor, auf den sich die Charakteristik 14 der Fig. 2 bezieht, wurde unter Anwendung der Erfindung in der vakuumdichten Hülle fertigmontiert. Im geschlossenen Ende des Kolbens war zuvor ein Wasserdepot angebracht, das aus 60 mg Bariumchlorid. 2aq bestand. Der übrige Raum um den Transistor im Kolben war mit "Silikonvakuumfett" ausgefüllt und durch eine aus Glaswolle bestehende poröse Wand vom Wasserdepot getrennt. Vor der Anbringung des halbleitenden Systems in der Hülle und vor der Abschmelzung der Hülle wurde der Kolben mit dem Wasserdepot und dem"Silikonvakuumfett"einige Zeit in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 60% bei Zimmertemperatur aufbewahrt. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 145 betrug, hatte nach der Einschmelzung den Wert 153.
Danach wurde dieser Transistor gemäss der Erfindung dem Dauerversuch bei 850C unterworfen. Während dieses schweren Dauerversuches blieb der ursprüngliche hohe Wert des Stromverstärkungsfaktors erhalten. Die Stabilität dieses Transistors gemäss der Erfindung war erheblich besser als diejenige der ohne Anwendung der Erfindung montierten Transistoren, die durch die Charakteristiken 11 - 13 der Fig. 2 dargestellt werden. Ausserdem vertrug dieser Transistor die hohe Temperatur beim Einschmelzen. Selbstverständlich sind die auftretenden absoluten Änderungen des Stromverstärkungsfaktors bei diesem Transistor grösser als bei dem im Vakuum gebrannten Transistor gemäss Charakteristik 10, weil der Absolutwert des Stromverstärkungsfaktors beim ersteren Transistor auch erheblich grösser als beim im Vakuum gebrannten Transistor ist.
Die auftretenden Änderungen. die noch grösstenteils auf Messfehler zurückzuführen sind, sind jedoch praktisch ohne Bedeutung.
Die Charakteristik 15 der Fig. 3 bezieht sich auf einen Transistor gemäss der Erfindung, der in einer vakuumdichten Hülle montiert wurde, die zuvor zu etwa 3/4 mit einem Gemisch aus 90 Gew.-%"Sili- konvakuumfett"und 10 Gew.-% des Hydrates Zinkammoniumsulfat. 6aq ausgefüllt war. Der Stromverstär- kungsfaktor, der nach der Nachätzung 59 war. fiel infolge der Einschmelzung etwas ab, nämlich auf 50.
Während des Dauerversuches bei 85 C erfuhr dieser Wert gar keine Änderung.
Der Transistor gemäss der Erfindung, auf den sich die Charakteristik 16 der Fig. 3 bezieht, wurde vakuumdicht in einer Hülle montiert, die vor der Abdichtung mit einem Gemisch aus 90 Gew.-%"Silikonvakuumfett"und 10 Gew.-% Kaliumkobaltsulfat. 6aq ausgefüllt war. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 138 war, wies nach der Einschmelzung den Wert 112 auf. Während des Dauerversuches bei 85 C blieb dieser hohe Wert praktisch erhalten.
Die Charakteristik 17 der Fig. 3 gibt die Ergebnisse des Dauerversuches bei 85OC, die an einem Transistor gemäss der Erfindung gemessen wurden, dessen Hülle mit Sand mit einem Zusatz von 10 mg des Hydrats Kalium-Nickelsulfat. 6aq ausgefüllt war. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung und der Einschmelzung 172 bzw. 158 war, fiel während der ersten 100 Stunden des Dauerversuches auf etwa 150 ab, jedoch erwies sich dieser hohe Wert im Verlaufe des Dauerversuches als besonders stabil.
Das Verhalten eines Transistors gemäss der Erfindung, dessen Hülle praktisch völlig mit Silikagel ausgefüllt war, das 2 Gew.-% Wasser aufgenommen hatte, ist in Fig. 3 durch die Charakteristik 18 dargestellt. Infolge der hohen Temperatur, der der Transistor während der Einschmelzung ausgesetzt wurde, fiel der Stromverstärkungsfaktor zwar von 274 auf 78 ab, aber während der ersten 100 Stunden des Dauerversuches wurden die Folgen der hohen Einschmelztemperatur augenscheinlich durch Nachlieferung von Wasser aus dem Depot ausgeglichen, so dass der Stromverstärkungsfaktor einen Wert von etwa 140 erreichte, welcher hohe Wert während des weiteren Dauerversuches noch allmählich auf etwa 150 zunahm. Aus diesem Beispiel geht hervor, dass auch Stoffe, die eine ausreichend dosierte Wassermenge adsorbiert haben, sich als Wasserdepot eignen.
Um möglichst bald einen stabilen Endwert zu erreichen, wird ein solcher
<Desc/Clms Page number 6>
Transistor erforderlichenfalls nach der Einschmelzung vorzugsweise einer stabilisierenden Temperaturbehandlung unterworfen, beispielsweise einer 6stündigen Erhitzung auf 1400C.
Die Charakteristik 19 der Fig. 4 bezieht sich auf einen Transistor gemäss der Erfindung, der in einer vakuumdichten Glashülle fertigmontiert war, die zuvor mit einem Gemisch aus 90 Gew.-%"Silikonva- kuumfett" und 10 Gel.-% des Hydrats Zinkammoniumsulfat. 6aq ausgefüllt worden war. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 84 war, wies nach der Einschmelzung den Wert 81 auf. Während des Dauerversuches bei 500C mit einer gleichzeitigen elektrischen Belastung von 50 mW blieb der Stromverstärkungsfaktor dieses erfindungsgemäss montierten Transistors praktisch konstant.
Dem gleichen Dauerversuch wurde auch der Transistor nach der Erfindung unterworfen, auf den sich die Charakteristik 20 der Fig. 4 bezieht. Dieser Transistor war in einer vakuumdichten Glashülle montiert,
EMI6.1
tels einer aus Glaswolle bestehenden porösen Wand vom Wasserdepot getrennt. Der Stromverstärkungsfak- tor, der nach der Nachätzung 90 war, war nach der Einschmelzung 88, welcher Wert während des Dauerversuches sich als besonders konstant erwies.
Eine hohe Stabilität während des Dauerversuches bei 50 C und 50 mW elektrischer Belastunghatte auch der Transistor gemäss der Erfindung, auf den sich die Charakteristik 21 der Fig. 4 bezieht. In der Hülle dieses Transistors war ein Wasserdepot angebracht, das aus 60 mg Bariumchlorid. 2aq bestand und durch eine aus Glaswolle bestehende poröse Wand von dem durch"Silikonvakuumfett"umgebenen halbleitenden System getrennt war.
Der Transistor, auf den sich die Charakteristik 22 der Fig. 4 bezieht, war erfindungsgemäss in einer vakuumdichten Glashülle montiert, die mit feuchtem"Silikonvakuumfett"ausgefüllt-war, das zuvor 24 Stunden lang in einer feuchten Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 60% aufbewahrt war und dabei etwa 1, 6 mg Wasser je Gramm"Silikonvakuumfett"adsorbiert hatte. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung etwa 300 war, fiel infolge der Einschmelzung, wenn man den hohen Anfangswert in Erwägung zieht, verhältnismässig wenig ab, nämlich auf 230, und dieser besonders hohe Wert wurde während des Dauerversuches bei 50 C und einer. elektrischen Belastung von 50 mW praktisch beibehalten.
Aus diesem Beispiel geht hervor, dass auch "Silikonvakuumfett", das eine hinreichende Wassermenge adsorbiert hat, sich als Wasserdepot eignet.
Schliesslich sei bemerkt, dass die Erfindung selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele von Wasserdepots oder Hüllenbauarten beschränkt ist. Auch ist ihr Anwendungsgebiet nicht auf halbleitende Sperrschichtsysteme, deren halbleitender Körper aus Germanium besteht, beschränkt ; sie kann mit den gleichen guten Ergebnissen bei der Montage derjenigen halbleitenden Sperrschichtsysteme Anwendung finden, bei denen ein Halbleiter angewandt ist, bei dem eine oder mehrere physikalische Eigenschaften durch Wasserdampf gunstig beeinflusst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
EMI6.2
dichten Hülle, die wenigstens in der Umgebung des halbleitenden Systems eine wirksame Wasserdampfmenge enthält, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Hülle auch ein Depot von Wasser in gebundenem Zustand angebracht ist, das in bezug auf etwaige Reaktionen von Wasser mit andern Teilen innerhalb der Hülle oder mit der Hülle selbst oder mit Bezug auf eine etwaige Adsorption von Wasser an solchen Teilen oder.
an der Hülle selbst einen Wasserüberschuss aufweist, wobei vorzugsweise das Wasserdepot aus einem Stoff mit einer an ihn gebundenen Wassermenge besteht, der bei einer Temperaturerhöhung eine ausreichende Wasserdampfmenge abgibt, um das Verschwinden von Wasser aus der Halbleiteroberfläche zu verringern, und der bei nachfolgender Temperatursenkung wieder eine gleiche Wassermenge oder, wenn durch Reaktion oder Adsorption Wasserdampf entzogen worden ist, soviel Wasser in sich aufnimmt, dass nach dem Temperaturzyklus in der erwähnten Umgebung die ursprüngliche relatiye Feuchtigkeit wieder erreicht wird.