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Stromleiter mit stark gekrümmter Stromspannungskennlinie
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und Stabilisierungszwecke,als Lötmittel für den Anschlussdraht 16 dienende Indlilmpille so weit in die Germaniumscheibe einlegiert, dass sich dort die in Fig. 3 mit 19 angedeutete p-n-Schicht bildet.
Die in Fig. 2 dargestellte Kennlinie des Stromleiters nach Fig. 1 verläuft bis zu etwa 0, 2 V mit geringem Anstieg annähernd geradlinig und zeigt bei etwa 0, 2 V einen Strom von 0, 08 A in der Durchlassrichtung. Bei einer angelegten Spannung U von 0, 25 V vermag der Stromleiter einen Strom J von 0, 15 A und bei 0, 3 V von 0, 3 A zu führen, während bei 0, 35 V ein Strom J von 1, 5 A zu fliessen vermag.
Der
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stande, dass bei dem beschriebenen Aufbau nur sehr niedrige Übergangswiderstände an den Lötstellen auftreten und überdies bei dem das Einlegieren und Verlöten bewirkenden Erhitzungsvorgang aus dem Kupferbecher 10 sowie dem Kupferdraht 16 Kupferatom in grösserer Anzahl in die Germaniumscheibe eindiffun- dieren und die Leitfähigkeit des Germaniums nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur erheblich erhöhen. Gleichzeitig können die eindiffundierten Kupferatome aber auch die Ausbildung des p-n-Überganges erschweren und die Sperrwirkung des Stromleiters in der entgegengesetzten Stromrichtung verschlechtern.
Dies ist jedoch bei Verwendung des Stromleiters zu Regelungs- und Stabilisierungszwecken ohne Bedeudung, weil der Stromleiter dort nicht in seiner Sperrichtung, sondern in seiner Durchlassrichtung betrieben wird. Die durch Eindiffundieren von Kupferatomen erhöhte Steilheit der Kennlinie im Durchlassbereich macht es möglich, bereits bei sehr kleinen Spannungen erhebliche Regel-oder Steuerströme zu erzielen.
Der besondere Vorteil liegt dabei darin, dass der den stark ausgeprägten Knick enthaltende Abschnitt der Kennlinie sich praktisch im Bereich zwischen 0, 2 und 0, 3 Volt, allenfalls zwischen 0, 25 V und 0, 35 V, erstreckt und oberhalb von 0, 3 V sowie unterhalb von 0, 2 V praktisch geradlinig verläuft.
Es hat sich als besonders zweckmässig herausgestellt, bei der Herstellung der oben beschriebenen Stromleiter aus n-Ge als Löt- und Legierungswerkstoff eine Indiumpille 14 zu verwenden, deren Reinheitsgrad mindestens 99, 99, vorzugsweise 99, 999 % beträgt. Bei praktisch ausgeführten Beispielen hatte die Indiumpille vor dem Einlöten die Gestalt eines Zylinders mit 1, 8 mm Durchmesser und einer Höhe von 1, 5 mm. Der Anschlussdraht 16 bestand dabei aus Elektrolytkupfer und hatte einen Durchmesser von 0, 8 mm.
Wenn die Indiumpille und der Anschlussdraht zusammen mit dem beschriebenen Germaniumplättchen 13 und der Zinnfolie 12 in den Kupferbecher 10 eingesetzt und der Anschlussdraht mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht dargestellten Graphitform gleichachsig zum Kupferbecher 10 gehalten wird, kann man die ganze Anordnung zum Zusammenlöten und zur Durchführung des Legierungsvorganges in einen auf 5300C aufgeheizten Vakuumofen einbringen. Bei dieser Temperatur vermag das bereits bei 155 C schmelzende Indium aus der Germaniumscheibe 13 Teile des Germaniums herauszulösen und sich mit diesen zu legieren.
Gleichzeitig dringt der vorher mit seiner flachen Stirnseite auf der oberen Kreisfläche der Indiumpille aufsitzende Anschlussdraht in die Pille ein, wobei das Indium an dem senkrecht stehenden Anschlussdraht geringfügig hochsteigt und der Draht langsam gegen die'Oberseite des Germaniumplättchens 13 absinkt. Als ausserordentlich wichtig zur Erzielung eines niedrigen Innenwiderstandes des nichtlinearen Stromleiters ist beobachtet worden, dass das Indium bis zu einer Tiefe von etwa 0, 2 mm aus dem im Indium steckenden Abschnitt des Kupferdrahtes eine ziemlich grosse Menge Kupfer löst und sich mit diesem legiert. Diese Kupferteile dringen bis in die Grenzschicht zwischen dem jeweils noch in
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dargestellt.
Wie man deutlich erkennen kann, verbleibt nach Abschluss des Löt-Legierungsvorganges von dem 0, 8mm starken Kupferdraht, dessen ursprünglicher Umriss mit unterbrochenen Linien angedeutet ist, ein nur noch etwa 0, 45mm starker, nach oben auf den ursprünglichen Durchmesser des Kupferdrahtes sich verdickender Kern 16b. Aus den angegebenen Abmessungen der Indiumpille von 1, 8 mm Durchmesser und 1, 5 mm Höhe und der Abnahme des Drahtdurchmessers auf etwa 0, 45 mm Durchmesser lässt sich errechnen, dass in dem dargestellten Beispiel etwa 0, 6 mms Kupfer im Indium gelöst wurde, während das Vo-
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der Anteil des gelösten Germaniums demgegenüber zwar kleiner ist, aber doch immerhin 0, 3 mm* beträgt.
Um die gewünschten hohen Flussstromsteilheiten von etwa 20 A/V zu erzielen, ist es notwendig, dass in der fertigen Indiumlötstelle auf 100 Teile Indium mindestens 1 Teil Kupfer, jedoch nicht mehr als 50 Teile Kupfer enthalten sind.
Es leuchtet ein, dass man unter Verwendung der oben geschilderten Ergebnisse zur Durchführung des gleichzeitig erfolgenden Löt- und Legierungsvorganges auch von einer Pille ausgehen kann, die bereits vorher aus einer Indium-Kupfer-Legierung besteht und deren Mischungsverhälmis innerhalb der oben angegebenen Grenzen liegt. Diese Pille kann dann zum Anlöten von Anschlussdrähten, die aus Werkstoffen bestehen, die sich bei den bis auf etwa 5300 ansteigenden Behandlungstemperaturen im Indium nicht lösen, beispielsweise zum Anlöten von Nickeldrähten verwendet werden. Auch in diesem Falle bewirken nämlich die in die Grenzschicht zwischen dem flüssigen Lötmittel und dem noch festen Germanium eindringenden Kupferatome die gewünschte hohe Leitfähigkeit des Stromleiters.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stromleiter mit stark gekrümmter Stromspannungskennlinie, der eine aus einem Halbleiterkristall hergestellte Scheibe enthält, auf deren einen Seite eine Anschlussfahne mittels eines zur Bildung von p-n- Übergängen geeigneten Lotes befestigt ist nach Patent Nr.
212439, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkristall eine mindestens um eine Zehnerpotenz höhere Fremdstoffkonzentration als bei p-n-Gleichrichtern üblich enthält und dass das Lötmetall zu einem Grossteil aus einem Akzeptoren liefernden Material bei n-Halbleiterkristallen oder einem Donatoren liefernden Material bei p-Halbleiterkristallen besteht und einen erheblichen Anteil eines Fremdstoffes enthält, der die elektrische Leitfähigkeit im Halbleiter erhöht und mindestens 1/100, höchstens jedoch die Hälfte des Lötwerkstoffes beträgt, während der Rest des Lötwerkstoffes eine Reinheit von 99, 99, vorzugsweise von 99, 999 Ufo aufweist.