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Halbleitendes Elektrodensystem und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein halbleitendes Elektrodensystem, z. B. eine Diode, einen p-n-p oder n-p-nTransistor, mit einem halbleitenden Körper, z. B. aus Germanium oder Silizium, bei dem der halbleitende Körper wenigstens zu einem wirksamen Teil, vorzugsweise als Ganzes. luftdicht von der Umgebung mittels einer Hülle, vorzugsweise mittels einer Glashülle, abgeschlossen ist. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Herstellung eines solchen halbleitenden Elektrodensystems. Mit dem Ausdruck"halblei- tendes Elektrodensystem" ist hier im allgemeinen Sinne jede Halbleitervorrichtung gemeint, deren Halbleiterkörper mindestens eine Elektrode enthält, welche z.
B. ein Spitzenkontakt oder eine Elektrode mit einer mehr oder weniger grossen Oberfläche, wie eine Elektrode mit einem p-n-Übergang, sein kann. Dieser Ausdruck umfasst in diesem weiten Sinne auch die strahlungsempfindlichen halbleitenden Elektrodensysteme, wie z. B. eine Photodiode und einen Phototransistor. Das Halbleitermaterial kann in einer solchen Vorrichtung in polykristallinischer Form vorhanden sein, vorzugsweise ist es aber in einkrlstall1nischer Form.
Es hat sich erheben, dass die Stabilität solcher halbleitender Elektrodensysteme, auch wenn sie in einer luftdicht verschlossenenHülle montiert sind, viel zu wünschen übrig lässt. Mit der Stabilität wird hier das Beibehalten der elektrischen Eigenschaften während längerer Zeit und insbesondere nach schwerer elektrischer Belastung oder Verwendung bei hoher Umgebungstemperatur gemeint. Zwei wichtige elektrische Grö- ssen von Transistoren sind der Stromverstärkungsgrad ofcb und der Sperrstrom. Mit dem Stromverstärkungsgrad ofcb wird hier die durch die Gleichung
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und der Kollektorelektrode gemessen sind.
Wenn z. B. ein Transistor in bekannter Weise in eine Hülle mit einem Füllmittel, wie Silikonöl oder Silikonvakuumfett, aufgenommen wird, so ergibt sich, dass zwar cccb kurze Zeit seinen Wert beibehält, aber bei normalem Betrieb auf die Dauer immer weiter zurückgeht. Dieser Rückgangmacht sich sehr deutlich bemerkbar nach einer Periode schwerer elektrischer Belastung oder nach einem Betrieb oder einer Aufbewahrung bei hoher Temperatur, z. B. bei 800C, wodurch cccb um 50%oder noch mehr zurückgehen kann.
Auch der Sperrstrom eines Transistors odereiner Kristalldiode ist über längere Zeit nicht stabil und nimmt unter gleichen Verhältnissen zu.
Die Erfindung beabsichtigt unter anderem, eine einfache und reproduzierbare Massnahme zu schaffen, die bei günstigen Werten der elektrischen Grössen eine hohe Stabilität sichert.
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Erfindungsgemäss befindet sich im Raum zwischen der Hülle und dem halbleitenden Körper Boroxyd als stabilisierende Substanz.
Obwohl im allgemeinen der Halbleiterkörper vorzugsweise als Ganzes luftdicht von der Umgebung ab- geschlossen wird, sind auch Einzelfälle möglich, in denen nur ein wirksamer Teil oder die wirksamen
Teile des Halbleiterkörpers luftdicht mittels einer Hülle von der Umgebung abgeschlossen werden. Auch im letzterem Falle führt die Massnahme nach der Erfindung, nämlich der Zusatz des Boroxyds, zu einer er- höhten Stabilität. Unter einem wirksamen Teil eines Halbleiterkörpers wird ein an der Körperoberfläche liegender Teil verstanden, dessen Verhältnisse an der Oberfläche einen merklichen Einfluss auf die elektri- schen Eigenschaften des Elektrodensystems haben.
Vielfach handelt es sich dabei um diejenigen Oberflä- chenteile, in die Ladungsträger, insbesondere zum Betriebsstrom im Halbleiterkörper beitragende Minori- tätsladungsträger, eindringen können. In einem Transistor z. B. sind die in der Nähe der Emitterelektrode und der Kollektorelektrode liegenden Oberflächenteile des Halbleiterkörpers als wirksame Teile zu betrach- ten. In einer sogenannten Hallvorrichtung, in der vom Hall-Effekt Gebrauch gemacht wird, wird prak- tisch die ganze Oberfläche als wirksam betrachtet, da die Ladungsträger dabei praktisch die ganze Ober- fläche erreichen können'.
Die physikalischen Erscheinungen und Wirkungen, die dem unerwarteten günstigen Effekt der Erfindung zugrunde liegen, sind noch nicht ganz deutlich. Mit grosser Wahrscheinlichkeit kann aber als Erklärung (an die die Erfindung aber keineswegs gebunden ist) angenommen werden, dass das sehr hygroskopische Boroxyd mit seinem adsorbierten Wassergehalt in der Hülle eine günstig wirkende feuchte Atmosphäre, insbesondere eine günstig wirkende Wasserbesetzung an der Oberfläche des Halbleiterkörpers bewirkt.
Obwohl aber gemäss dieser Erklärung angenommen werden könnte, dass die Funktion des Boroxyds, welches als ein hygroskopischer Stoff bekannt ist und wegen seiner hygroskopischen Wirkung wenigstens teilweise in Form von Metaborsäure oder Borsäure vorhanden ist, nur im Schaffen der günstigen Feuchtigkeitsverhältnisse besteht, ist es auch ganz gut möglich, dass das Boroxyd selbst, in den feuchten Verhältnissen, ausserdem noch einen direkten günstigen Einfluss ausübt.
Im Zusammenhang mit den hygroskopischen Eigenschaften des Boroxydsist der Ausdruck"Boroxyd" daher in weitem Sinne zu verstehen und umfasst das chemische Boroxyd mit einer absorbierten Wassermen- ge, wobei das Boroxyd völligoder teilweise in Form von Metaborsäure oder sogar in Form von Borsäure vorhanden sein kann.
Die Erfindung schafft neben einer Erhöhung der Stabilität im allgemeinen auch eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften. So können die Transistoren nach der Erfindung mit einem hohen Stromversti1r- kungsgrad und niedrigen Sperrströmen stabilisiert werden.
Eine Verbesserung der Stabilität, was als eine Verbesserung gegenüber einem im übrigen ganz gleichen halbleitenden Elektrodensystem zu verstehen ist, bei dem aber das Boroxyd weggelassen ist, wird im allgemeinen bereits bei Verwendung von Boroxyd eines normalen Feuchtigkeitsgrades erzielt. Vorzugsweise wird aber, bevor der luftdichte Abschluss erfolgt, der gewünschte Wassergehalt im zu verschliessenden Raum, insbesondere der Wassergehalt des Boroxyds, noch nachgeregelt, und dies ist insbesondere vorteilhaft in einer Umgebung von niedrigem oder hohem Feuchtigkeitsgrad. Es hat sich nämlich ergeben, dass für ein bestimmtes halbleitendes Elektrodensystem ein optimaler Wassergehalt besteht.
Dieser optimale Wassergehalt ist meistens nicht nur von der Art des Elektrodensystems abhängig, sondern kann auch von den Behandlungen abhängig sein, denen das Elektrodensystem vor und nach dem luftdichten Abschluss ausge-
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gesetzt werden, z. B. mittels einer Erhitzung, welche gewünschtenfalls in einem hinsichtlich seiner Feuchtigkeit kontrollierten Raum erfolgen kann.
Die Hülle besteht vorzugsweise aus Glas, was vorteilhaft ist, da Glas mit Boroxyd praktisch nicht reagiert. Man kann aber auch eine Hülle aus einem andern Material, z. B. aus Metall anwenden, wenn wenigstens das Material nicht mit dem Boroxyd reagiert oder eine etwaige Reaktion praktisch keine schädlichen Folgen hat. Zum Einschmelzen in einer Glashülle ist eine Erhitzung auf sehr hohe Temperatur notwendig, und im allgemeinen ergibt sich, dass die elektrischen Eigenschaften eines halbleitenden Elektrodensystems sich nach einer solchen Einschmelzbehandlung in beträchtlichem Masse verschlechtert haben.
Bei den bekannten, nicht nach der Erfindung montierten Elektrodensystemen tritt ein beträchtlicher Rückgang der elektrischen Eigenschaften auf, z. B. bei Transistoren ein Rückgang des Stromverstärkungsgrades, obwohl nachher wieder eine teilweise Wiederherstellung der elektrischen Eigenschaften auftritt. Obzwa !'1 bei einem halbleitenden Elektrodensystem nach der Erfindung die elektrischen Eigenschaften durch die Einschmelzbehandlung sich ebenfalls in wesentlichem Masse verschlechtern können, ist die spätere Wiederherstellung bei Anwendung der Erfindung im allgemeinen grösser. So sind z.
B. bei Anwendung der Er-
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findung bei Elektrodensystemen mit einer n-p-n-Transistorstruktur die nach der Wiederherstellungsperiode erreichten elektrischen Eigenschaften im allgemeinen noch günstiger als die vor dem Einschmelzen. Auch bei den Elektrodensystemen mit einer p-n-p-Struktur ist die Wiederherstellung beträchtlich, und es werden sehr günstige Eigenschaften erreicht.
Neben dem Boroxyd kann weiterhin noch ein Füllmittel in der Hülle eingebracht werden. Beispiele solcher Füllmittel sind Siliziumoxydkörner, Sand, Lithopon oder eine organische Verbindung. Das Füllmittel kann getrennt vom Boroxyd in der Hülle angebracht werden, wobei entweder das Boroxyd oder das Füllmittel sich in unmit : elbarer Nahe des Halbleiterkörpers befinden kann. Die Hülle enthält vorzugsweise ein feinverteiltes Gemisch von Boroxyd und Füllmittel ; in diesem Falle sind die Ergebnisse im allgemeinen günstiger als in getrenntem Zustand. Der Gehalt an Boroxyd, obzwar nicht kritisch, wird vorzugsweise zwischen 1 und 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 4 und 6 Grew.-% des Füllmittels gewählt.
Mit einem Füllmittel wird hier im allgemeinem Sinne ein Stoff oder Gemisch gemeint, der bzw. das als Träger oder Verdünnungsmittel für das Boroxyd anwendbar ist oder für einen andern bestimmten Zweck in einer Hülle angewendet wird, z. B. zur Erhöhung der Warmeableitung vom Halbleiterkörper zur Umgebung. Als Füllmittel eignen sich organische Verbindungen, insbesondere organische Polymere. So haben sich als sehr geeignet erwiesen die Silico-organischen Verbindungen, insbesondere die Silico-organischen Polymere, wie Silikonol una Silikonvakuumfett, una die Silico-orgamschen Verbindungen, die unter dem Namen "bouncing putty" ("hüpfender Kitt") bekannt und käuflich erwerblich sind, welche Stoffe das ty-
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Ein weiteres Beispiel einer Silico-organischenDimethylsilikonöl, z.
B. von der Art, welche bei Midland Silicones Ltd. unter der Bezeichnung MS 200/
Viscosity 100000 Centistokes erhältlich ist. Diesem Silikonöl können noch weitere Stoffe, wie z. B. Sili- ciumoxydkörner oder Lithopon zugesetzt sein.
Das Boroxyd kann völlig oder teilweise in chemisch gebundener Form als eine Bor und Sauerstoff ent- haltende organische Verbindung vorhanden sein. Die organische Verbindung ist vorzugsweise eine Silico- organische Verbindung, z. B. ein Silico-organisches Polymer. Beispiele solcher Silico-organischen Poly- mere sind ein Borsäurederivat von Silikonöl und ein Bor und Sauerstoff enthaltendes"bouncing putty". Ein solches Silico-organisches Polymer kann z. B. dadurch hergestellt werden, dass ein Gemisch einer Silico- organischen Verbindung, insbesondere eines Silico-organischen Polymers, wie Silikonvakuumfett oder Si- likonöl, mit Boroxyd kurzzeitig erhitzt wird, bis das Gemisch die mechanischen Eigenschaften eines "bouncing putty" annimmt.
So kann z. 13. eine solche Verbindung dadurch erzielt werden, dass ein lineares Dimethylsilikonöl, dasunter der BezeichnungMS 200/Viscosity 100 000 Centistokes beiMidland Silicones Ltd. erhaltllch ist, mit 5 Gew.-% Boroxyd gemischt und das Gemisch 4 Stunden lang an Luft bei 2000C erhitzt wird. Dem auf diese Weise hergestellten Stoff können noch weitere Stoffe, wie Lithopon, zugesetzt wer- den. In einer solchen Form können diese Silico-organischen Verbindungen unter der Bezeichnung"boun- cing putty" von Midland Silicones Ltd. bezogen werden.
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird für den luftdichten Abschluss Boroxyd, gege- benenfalls in Verbindung mit einem Füllmittel, in der Hülle angebracht. Das Boroxyd kann vor dem Ver- schluss bereits in chemisch gebundener Form als eine Bor und Sauerstoff enthaltende organische Verbindung angebracht werden. So ergaben sich ausgezeichnete Resultate bei Verwendung eines Bor und Sauerstoff ent- haltenden "bouncing putty", das bei Midland Silicones Ltd. käuflich erwerblich ist. Dabei ergab sich, dass solche Stoffe für eine grosse Gruppe verschiedener und verschiedenartig behandelter halbleitender Elektro- densysteme für einen weiten Wassergehaltbereich geeignet sind ; ähnliche günstige Ergebnisse wurden auch bei Anwendung von aus organischen Füllmitteln und Boroxyd bestehenden feinverteilten Gemischen erzielt.
In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass es annehmbar scheint, dass neben dem günstigen Einfluss der feuchten Atmosphäre durch das Boroxyd ein weiterer günstiger stabilisierender Einfluss durch die in solchen organischen Stoffen vorhandenen Radikale erzielt wird, die an der Oberfläche des Halbleiterkörpers haften können.
Ist die Viskosität einer organischen Verbindung bei Zimmertemperatur zu gross, so ist die Verwendung dieses Stoffes bei Zimmertemperatur weniger günstig, da der Halbleiterkörper mit seinen Elektroden beim Einbringen in das Füllmittel Gefahr läuft, beschädigt zu werden. Wird aber eine organische Verbindung verwendet, deren Viskosität bei höherer Temperatur abnimmt, so wird der Halbleiterkörper mit seinen Elektroden vorzugsweise bei höherer Temperatur in die organische Verbindung eingebracht.
Im allgemeinen ist die Viskosität eines "bouncing putty" verhältnismässig hoch, und im Zusammenhang damit ist es in vielen Fällen günstiger, statt eines Bor und Sauerstoff enthaltenden "bouncing putty" ein feinverteiltes Gemisch eines organischen Füllmittels mit Boroxyd zu verwenden, mit dem ebenfalls ausgezeichnete Sta-
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bilisationsergebnisse erzielt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung können auch gute Stabilisationsergebnisse erreicht werden, wenn man den Halbleiterkörper einmal oder mehrmals in Borsäure eintaucht und an Luft trocknet, worauf das Elektrodensystem in eine luftdicht verschlossene Hülle aufgenommen wird, die weiterhin noch als Füllmittel ein Silico-organisches Polymer enthält.
Wenn das Boroxyd oder die Boroxyd enthaltende organische Verbindung oder das Boroxyd in Verbindung mit einem Füllmittel einen verhältnismässig grossen Wassergehalt aufweist, z. B. nach dem Aufbewahren in einer Atmosphäre hoher relativer Feuchtigkeit, z. B. einer Atmosphäre von 50 - 60% relativer Feuchtigkeit, ist es vorteilhaft, den Wassergehalt des Boroxyds oder des Boroxyd enthaltenden Stoffes herabzusetzen, bevor die Hülle luftdicht verschlossen wird, z. B. mittels einer Erhitzung an Luft, da festgestellt wurde, dass eine solche Herabsetzung die Stabilität weiter verbessern kann und dass folglich das halbleitende Elektrodensystem im allgemeinen gegen noch höhere Temperaturen beständig ist. Die Temperatur und die Zeitdauer der Erhitzung sind nicht kritisch.
Es ist vorteilhaft, diese Vorerhitzung gleich vor dem luftdichten Verschluss durchzuführen, wobei das Boroxyd oder der Boroxyd enthaltende Stoff gleichzeitig und im endgültig zu verwendenden Zustand erhitzt wird, so dass keiner der Stoffe mehr die Gelegenheit hat, den Effekt der Vorerhitzung durch eine neue Wasseradsorption wieder aufzuheben. Die Vorerhitzung wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 70und 1500C durchgeführt. Je höher die Temperatur gewählt wird, umso kürzer kann die Zeitdauer gewählt werden. Unter den oben erwähnten Feuchtigkeitsverhältnissen ergab sich für einige Arten von Transistoren eine Temperatur von 1000C für eine Zeitdauer von 24 Stunden als sehr geeignet.
Statt der oben erwähnten Regelung des Wassergehaltes, die darin besteht, dass gleich vor dem luftdichten Verschluss der Wassergehalt des Füllmittels und des Boroxyds gleichzeitig geregelt wird, kann man den Wassergehalt naturgemäss auch durch getrennte Regelung des Wassergehaltes des Boroxyds oder des Füllmittels regeln. So kann man z. B. den Wassergehalt des Boroxyds zusätzlich herabsetzen und den gewünschten Wassergehalt zu einem beträchtlichen Teil mit dem Füllmittel zuliefern. Hinsichtlich der Regelung des Wassergehaltes sind viele Kombinationen möglich.
Nach dem luftdichten Verschluss der Hülle wird das halbleitende Elektrodensystem vorzugsweise einer stabilisierenden Temperaturbehandlung unterworfen. Diese stabilisierende Temperaturbehandlung ist besonders vorteilhaft, wenn das Boroxyd oder der Boroxyd enthaltende Stoff zwecks Herabsetzung des Wassergehaltes vorerhitzt worden ist. Je niedriger der Wassergehalt in der Hülle ist, umso höher kann die Stabilisationstemperatur gewählt werden. Vorzugsweise wird eine Stabilisationstemperatur zwischen etwa 70 und 1500C angewendet, da eine zu niedrige Temperatur-eine längere Stabilisierdauer erfordert und eine zu hohe Temperatur im Zusammenhang mit der grösseren Gefahr einer Beschädigung des Halbleiterelektrodensystems ungünstig ist.
Die Zeitdauer der stabilisierenden Temperaturbehandlung wird vorzugsweise nicht zu kurz und die Temperatur nicht zu niedrig gewählt, da festgestellt wurde, dass im allgemeinen eine ge- wisse. Mindesttemperatur und/0 der eine gewisse Mindestzeitdauer, welche vom Wassergehalt in der Hülle abhängig sind und für Halbleiterelektrodensysteme von verschiedenem Typ verschieden sein können, zur Erzielung optimaler Werte der elektrischen Eigenschaften und ihrer Stabilität erforderlich ist. Vorzug-
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sogar noch länger zu einem besonders stabilen und günstigen Erzeugnis führte, bei dem ctcb für eine längere Zeitdauer bis auf 5% oder sogar 1% konstant war, während diese Transistoren ausserdem gegen hohe Temperaturen, wie 100 und 1400C, gut beständig waren.
Die Erfindung wird beispielsweise an Hand zweier Figuren und mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Fig, l und 2 zeigen im Längsschnitt je eine Ausführungsform eines halbleitenden Elektrodensystems nach der Erfindung.
Das halbleitende Elektrodensystem nach Fig. l ist ein Transistor mit einem Halbleiterkörper 1 aus einkristallinischem halbleitendem Material, auf dem eine Emitterelektrode 2, eine Kollektorelektrode 3 und ein Basiskontakt 4angebracht sind, welche mit den Zuleitungen 5, 6 bzw. 7 verbunden sind. Die Zuleitung 7 ist im Verhältnis zu den andern Zuleitungen ziemlich stark und kräftig und dient gleichzeitig als mechanische Unterstützung des Halbleiterkörpers.
Das halbleitende Elektrodensystem 1, 2,3, 4 ist in einer vakuumdichten Hülle untergebracht, die aus einem Glasfuss 8, durch den die Zuleitungen 5,6 und 7 nach aussen geführt sind, und einer kolbenförmigen Glashülle 9 besteht, die mit dem Glasfuss 8 verschmolzen ist. In der Nähe des Glasfusses 8 sind die Zuleitungen 5,6 und 7 in einem Glaskügelchen 10 eingeschmolzen. Innerhalb der Hülle ist Boroxyd oder ein Boroxyd enthaltender Stoff angebracht, was in der Figur allgemein mit 11 angegeben ist. Das Bezugs-
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zeichen 11 kann auf diese Weise Boroxyd, z. B. im körnigen Zustand, Boroxyd gemischt mit einem Füllmittel, z. B. mit Silikonvakuumfeft oder Boroxyd, das wenigstens teilweise in chemisch gebundener Form, z. B. als ein Bor und Sauerstoff enthaltendes "bouncing putty" vorhanden ist, darstellen.
Weiterhin braucht der Raum 11 nicht aus einer gleichförmigen Masse zu bestehen. So kann das Boroxyd oder ein Boroxyd enthaltender Stoff getrennt vom halbleitenden Elektrodensystem 1,2, 3,4 in der Hülle angebracht werden, wobei dann der weitere Raum teilweise noch mit einem das halbleitende Elektrodensystem 1, 2, 3, 4 umge- benden Füllmittel aufgefüllt sein kann. Zwischen dem Füllmittel und dem Boroxyd kann noch eine poröse Wand vorgesehen sein, die z. B. aus Quarzwolle oder Asbest besteht.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel der getrennten Füllung. In dieser Figur sind die der Fig. 1 entsprechenden Teile des halbleitenden Elektrodensystems mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. In diesem Falle ist das Boroxyd oder der Boroxyd enthaltende Stoff 11 mit dem halbleitenden Elektrodensystem l, 2, 3, 4 in Berührung und das Ganze ist mit einem Füllmittel 12 umgeben. Der Stoff 11 kann z. B. dadurch angebracht werden, dass das halbleitende System 1, 2,3, 4 in dem im Fuss 8 montierten Zustand in Butylborat eingetaucht wird und das eingetauchte System anschliessend etwa eine 1/2 Stunde an Luft gehalten wird, so dass das Borat chemisch in feuchtes Boroxyd übergeht, das nahezu in Form von Borsäure vorhanden ist. Das Eintauchen und das Aussetzen an Luft kann zur Erzielung der gewünschten Stärke der Schicht 11 mehrmals wiederholt werden.
Darauf wird der Kolben 9 etwa zur Hälfte mit einem Füllmittel 12, z. B. mit Silikonvakuumfett, gefüllt und der Kolben auf dem Fuss 8 in der richtigen Lage angebracht. Das Anschmelzen kann dann auf übliche Weise dadurch erfolgen, dass mit Hilfe eines erhitzten Graphitringes die Berührungsflache zwischen Kolben 9 und Fuss 8 erhitzt wird und letztere gleichzeitig mit geringem Druck aneinandergedrückt werden.
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der dadurch hergestellt ist, dass eine Emitterkugel und eine Kollektorkugel, beide aus reinem Indium, und ein aus einer Zinn-Antimonlegierung (95 Gew.-% Sn ; 5 Gew.-% Sb) bestehender Basiskontakt auf eine n-Typ Germaniumscheibe in der Starke von etwa 150 Mikron während etwa 20 min bei 5000C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Wasserstoff aufgeschmolzen wurde.
Die p-n-p-Transistoren wurden, wenn nicht anders erwähnt, immer in einer 300#gen KOH-Lösung elektrolytisch nachgeätzt, wobei die Kollektorelektrode mit dem positiven Pol verbunden wurde und eine Platinelektrode die Funktion einer Kathode erfüllt. Die nachstehend angegebenen Ergebnisse gelten aber hinsichtlich der Stabilität für in einer Säu- re geätzte Transistoren, wie sich aus ähnlichen Proben ergeben hat, wobei die p-n-p-Transistoren in aus einer Lösung von 48%igem HF, 67o/oigem HNOs und Wasser im Verhältnis 1 : 1 : 2 bestehenden Ätzbad nachgeatzt wurden.
In den nachfolgenden n-p-n-Germaniumtransistoren betreffenden Ausführungsbeispielen besteht das halbleitende System aus einem Legierungstransistor, der dadurch erzielt ist, dass auf eine halbleitende Scheibe aus p-Art Germanium in der Stärke von etwa 100 Mikron bei etwa 8000C eine Emitterkugel und eine Kollektorkugel, beide aus einer Blei-Antimon-Legierung (98 Gew.-% Pb ; 2 Gew.-Sb) bestehend, während etwa 10 min in einer neutralen Atmosphäre auflegiert wurden und dann auf den Umfang der Halbleiterscheibe ein ringförmiger Basiskontakt mit Hilfe von Indium bei 5000C aufgelötet wurde.
Die n-p-nTransistoren wurden immer in einem aus einer 30%1gen KOH-Lösung bestehenden Ätzbad elektrolytisch nachgeatzt, wobei die Emitterelektrode und die Kollektorelektrode beide mit dem positiven Pol verbunden wurden und eine Platinelektrode die Funktion einer Kathode erfüllt.
Einige durch Anwendung der Erfindung erreichte Ergebnisse sind in den nachfolgenden Ausfuhrungsbeispielen in Tabellen verzeichnet. Jede waagrechte Reihe einer solchen Tabelle bezieht sich auf einen bestimmten Transistor, dessen Nummer in der ersten Spalte angegeben ist, und zeigt den Verlauf der be-
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ser am Transistor während der aufeinanderfolgenden Stadien von Behandlungen gemessen wurde, denen der Transistor in der Reihenfolge von links nach rechts in dieser Tabelle unterworfen wurde.
Die Art der Behandlungen istin der oberen Reihe der Tabelle am Kopf jeder Spalte angegeben, wobei die mit A, B, C, D und E bezeichneten Spalten sich auf die nachfolgenden Behandlungen beziehen :
Spalte A gibt jeweils den Wert der betreffenden Grösse nach dem Nachätzen des Transistors an ;
Spalte B gibt den Wert der betreffenden Grösse nach dem Einschmelzen des Transistors in der Glashülle an ;
Spalte C gibt den Wert der betreffenden Grösse nach der Temperaturbehandlung, meistens auch Stabilisationsbehandlung, an, der der Transistor bei der bei dieser Spalte näher angegebenen Temperatur in OC während der näher in dieser Spalte angegebenen Zeitdauer in Stunden h oder in Tagen d unterworfen wurde.
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Spalte D, die meist in mehrere Spalten unterteilt ist, gibt den Wert der betreffenden Grösse während einer weiteren Behandlung an, die vielfach eine Dauerprobebehandlung ist, welche z. B. in einer Tempe- raturbehandlung bei der näher in C angegebenen Temperatur oder in einer verhältnismässig schweren elektrischen Belastung von 50 Milliwatt (Kollektor-Basisspannung 10 Volt ; Emitterstrom 5 mA) bei einer näher angegebenen Umgebungstemperatur in C besteht. Die der Messung der betreffenden Grösse bei der betreffenden Behandlung vorhergehende Zeitdauer ist bei dieser Spalte oder bei den unterteilten Spalten näher in Stunden h oder in Tagen d verzeichnet.
Spalte E gibt den Wert der betreffenden Grösse an nach einer auf die vorhergehenden Behandlungen folgenden Lagerungszeit des Transistors bei der darin näher angegebenen Temperatur in C während der dabei näher angegebenen Zeit in Tagen d oder Stunden h.
Weiterhin wird noch bemerkt, dass die nachstehend angegebenen Werte der betreffenden Grössen ctcb, Ico und der Rauschpegel immer an dem auf Zimmertemperatur (200C) abgekühlten Transistor gemessen wurden. Dabei wurde der Kollektorstrom Ico immer bei einer Sperrspannung von 15 Volt an der Kollektor- elektrode und der Rauschpegel bei einer Sperrspannung von 4 Volt an der Kollektorelektrode und 0,2 mA
Emitterstrom gemessen. Falls in den nachfolgenden Tabellen eine Spalte weggelassen ist oder für einen bestimmten Transistor der Wert der Grösse in einem in der Tabelle angegebenen Zeitpunkt nicht erwähnt ist, so bedeutet dies nur, dass die diese Spalte betreffende Behandlung oder die diesem Zeitpunkt entspre- chende Messung nicht durchgeführt wurde.
Beispiel l : Zwei p-n-p-Germaniumtransistoren und zwei n-p-n-Germaniumtransistoren wurden je auf die Weise, wie in Fig. 1 dargestellt, in einer Glashülle montiert, wobei ein Teil 11 der Glashülle mit einer Bor und Sauerstoff enthaltenden organischen Verbindung, nämlich einem Bor und Sauerstoff ent- haltenden "bouncing putty". ausgefüllt war, welches von Midland Silicones Ltd., London, unter der Be- zeichnung G 4046 in den Handel gebracht wird.
"bouncing putty" wurde ohne weitere Behandlung aus der in einer Umgebung normaler relativer Feuchtigkeit von etwa 60% befindlichen Vorratsbuchse ohne vor- hergehende Vorerhitzung in den Kolben eingebracht, worauf das Halbleitersystem des Transistors vorsich- tig in das "bouncing pUtty" gedrückt und anschliessend die Hülle dichtgeschmolzen wurde. Darauf wurden diese Transistoren einer Temperaturbehandlung und einer elektrischen Belastungsprobe unterworfen, welche für die n-p-n-und p-n-p-Transistoren praktisch gleich, jedoch nur im Zeitpunkt der Messung in einigen
Punkten verschieden war.
Der Verlauf des Stromverstärkungsgrades acb während der verschiedenen Be- handlungen ist in nachstehender Tabelle 1 angegeben, in der die p-n-p-Transistoren mit den Nummern 11 und 12, und die n-p-n-Transistoren mit den Nummern 13 und 14 bezeichnet sind.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> C <SEP> D <SEP> E
<tb> A <SEP> B <SEP> 1000C <SEP> 50 <SEP> mW55 C <SEP> 20 C <SEP>
<tb> 200h <SEP> 200h <SEP> 500h <SEP> 1000h <SEP> 2000h <SEP> 2500h <SEP> 200h
<tb> 11 <SEP> 174 <SEP> 120 <SEP> 108 <SEP> 124 <SEP> 112 <SEP> 116 <SEP> 120 <SEP> 116
<tb> 12 <SEP> 178 <SEP> 88 <SEP> 83 <SEP> 88 <SEP> 81 <SEP> 87 <SEP> 87 <SEP> 84
<tb> 13 <SEP> 46 <SEP> 44 <SEP> 62 <SEP> 62 <SEP> 64 <SEP> 65 <SEP> 63 <SEP> 64
<tb> 14 <SEP> 63 <SEP> 80 <SEP> 100 <SEP> 103 <SEP> 94 <SEP> 88 <SEP> 75 <SEP> 74
<tb>
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, haben die p-n-p-Transistoren bereits nach dem Einschmelzen einen praktisch stabilen Wert von otcb erreicht, und auch die n-p-n-Transistoren weisen nach der Stabilsationsbehandlung C eine gute Stabilität auf.
Eine stabilisierende Tcmperaturbehandlung C, obzwar besonders günstig zum Beschleunigen des Stabilisierungsvorganges, ist nicht notwendig, wenigstens bestimmt nicht bei dem gegebenen relativ hohen Feuchtigkeitsgrad des Boroxyd enthaltenden Füllmittels. Auch der Kollektorstrom Ico und der Rauschpegel dieser Transistoren hatten einen günstigen niedrigen und stabilen
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u Aren über 1 000C ist beim gegebenen relativ hohen Feuchtigkeitsgrad des nicht vorerhitzten"bouncing putty" unerwünscht im Zusammenhang mit einer Zunahme des Kollektorleckstromes Ico während einer solchen
Behandlung. Unter 1000C ist die Stabilität aber gut.
Aus der Tabelle 1 ist weiterhin ersichtlich, dass für die n-p-n-Transistoren (13 und 14) der Wert von ce, b nach der Stabilisierung sogar höher ist als der Wert von O : cb nach dem Nachätzen. Der zuletztgenann- te Effekt tritt in nahezu allen Fällen bei Anwendung der Erfindung bei n-p-n-Transistoren auf. Während die
Erfindung auch bei p-n-p-Transistoren eine gute Stabilität bei einem hohen acb sichert, macht sie es bei n-p-n-Transistoren ausserdem noch möglich, diese auf einem höheren O : cb als dem Nachätzwert zu stabi- lisieren.
Beispiel 2 : Zweip-n-p-Germaniumtransistorenundzwein-p-n-Germaniumtransistorenwurdenin nahezu gleicher Weise, wie im Beispiel 1 angegeben, in einer Glashülle angebracht und eingeschmolzen, nur mit dem Unterschied, dass das"bouncing putty"nach dem Einbringen in den Kolben und vor dem Dicht- schmelzen der Hülle 24 Stunden lang bei 100 C an Luft vorerhitzt wurde, so dass sein Feuchtigkeitsgrad herabgesetzt wird. In nachstehender Tabelle 2 ist der Verlauf von acb der mit 21 und 22 bezeichneten p-n-p-Transistoren und der mit 23 und 24 bezeichneten n-p-n-Transistoren angegeben, wie dieser nach den verschiedenen Behandlungen gemessen wurde.
Tabelle 2
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<tb>
<tb> C <SEP> D <SEP>
<tb> A <SEP> B <SEP> 1400C <SEP> 50 <SEP> mw <SEP> 559C <SEP>
<tb> 3d <SEP> 50mW <SEP> 55 C
<tb> 200h <SEP> 500h <SEP> 1000h <SEP> 2000h <SEP> 2500h
<tb> 21 <SEP> 276 <SEP> 36 <SEP> 170 <SEP> 186 <SEP> 174 <SEP> 174 <SEP> 173
<tb> 22 <SEP> 148 <SEP> 29 <SEP> 100 <SEP> 97 <SEP> 88 <SEP> 92 <SEP> 92
<tb> 23 <SEP> 51 <SEP> 16 <SEP> 72 <SEP> 74 <SEP> 78 <SEP> 78 <SEP> 75
<tb> 24 <SEP> 71 <SEP> 26 <SEP> 55 <SEP> 49 <SEP> 53 <SEP> 53 <SEP> 58
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aus dieser Tabelle ersichtlich, ist die Stabilitätwährend der Rauschpegel für die beiden Typen etwa 4 - 5 db betrug.
Bei Vergleich der Messergebnisse der Tabelle 2 mit denen der Tabelle 1 ergibt sich, dass beim vorerhitzten"bouncing putty"zwar der Wert von acb nach dem Einschmelzen, gegenüber dem nach dem Nach- atzen, beträchtlich niedriger ist als beim nicht vorerhitzten"bouncing putty", dass aber durch eine stabilisierende Temperaturbehandlung bei einer hohen Temperatur, welche vorzugsweise über 700C durchgeführt wird, wieder ein hoher stabiler Wert für acb erreicht wird.
Diese verhältnismässig grössere Abnahme von acb beim Einschmelzen wird im allgemeinen bei Transistoren nach der Erfindung festgestellt, in denen ein vorerhitztes Boroxyd oder ein vorerhitztes Boroxyd enthaltender Stoff verwendet wird, und diese Abnahme ist im allgemeinen grösser je nachdem die Zeitdauer und/oder die Temperatur der Vorerhitzung grösser bzw. höher ist. Die Abnahme ist aber nur zeitweise ; mittels einer stabilisierenden Temperaturbehandlung kann in verhältnismässig kurzer Zeit wieder ein hoher stabiler Wert erreicht werden.
Die Stabi- lität der Halbleitervorrichtungen nach der Erfindungmit einem vorerhitztes Boroxydoder einem vorerhitztes Boroxyd enthaltenden Stoff ist dann nach einer solchen stabilisierenden Temperaturbehandlung im allgemeinen besser als die der Halbleitervorrichtungen nach der Erfindung mit nicht vorerhitzter Füllung, wobei aber zu bemerken ist, dass eine zu lange dauernde Vorerhitzung wieder weniger günstig sein kann.
Ausserdem sind die Halbleitervorrichtungen nach der Erfindungmit vorerhitztem Boroxyd oder einem vorerhitztes Boroxyd enthaltenden Stoff im allgemeinen besser gegen höhere Temperaturen, z. B. 1400C oder noch höher, beständig.
Beispiel3 :Dreip-n-p-GermaniumtransitstorenwurdenalleaufdieWeise,wieinFig.1dargestellt, in einer Glashülle montiert, wobei der Kolben der Hülle vor dem Dichtschmelzen zum grössten Teil mit Boroxydkörnern gefüllt war, die durch 2stündige Erhitzung von Borsäure (H BÖ) bei 2500C erzielt wurden.
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Die Atmosphäre in der Hülle bestand aus Luft.
In der nachstehenden Tabelle 3 ist der Verlaufe dieser drei mit den Nummern 31 - 33 angegebenen p-n-p-Transistoren während der verschiedenen Behandlungen und der darauffolgenden stabilisierenden Temperaturbehandlung und Dauerprobe verzeichnet.
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EMI8.2
<tb>
<tb> C <SEP> D
<tb> A <SEP> B <SEP> 1400C <SEP> 50 <SEP> mi <SEP> 55C <SEP>
<tb> 24h <SEP> 200h <SEP> 500h <SEP> 1000h <SEP> 2000h <SEP> 3000h
<tb> 31 <SEP> 212 <SEP> 32 <SEP> 146 <SEP> 138 <SEP> 134 <SEP> 130 <SEP> 136 <SEP> 134
<tb> 32 <SEP> 184 <SEP> 32 <SEP> 129 <SEP> 118 <SEP> 114 <SEP> 108 <SEP> 112 <SEP> 112
<tb> 33 <SEP> 140 <SEP> 51 <SEP> 108 <SEP> 122 <SEP> 116 <SEP> 108 <SEP> 113 <SEP> 113
<tb>
Aus der Tabelle 3 ist ersichtlich,
dass auch die ausschliesslich mit Boroxyd stabilisierten Halbleitervorrichtungen nach der Erfindung eine gute Stabilität aufweisen. Auch der Rauschpegel und der Kollektor-
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die Weise wie in Fig. l dargestellt in einer Glashülle eingeschmolzen, wobei der Kolben der Hülle zuvor zum grössten Teil mit einem feinverteilten Gemisch eines organischen Füllstoffes mit Boroxyd im Gewichts- verhältnis 19 : 1 ausgefüllt worden war. Der organische Füllstoff bestand aus einem Silico-organischen Polymer, das unter der Bezeichnung"Dow Corning High vacuum grease" in den Handel gebracht und nachfolgend, wie allgemein üblich, als Siliconvakuumfett bezeichnet wird. Das Boroxyd war durch 10tägige Vorerhitzung von Borsäure (H BÖ) bei 140 C erzielt.
Die Zeitdauer dieser Erhitzung ist nicht wesentlich.
Darauf wurde das Boroxyd mit dem erwähnten Siliconvakuumfett von normalem Feuchtigkeitsgrad gemischt und in den Kolben eingebracht, worauf das Gemisch 24 Stunden bei 1000C vorerhitzt wurde. Inzwischen wurde das Halbleitersystem des Transistors einige Stunden bei 1000C getrocknet und in warmem Zustand in das Silikonvakuumfett gebracht, worauf die Hülle sofort dichtgeschmolzen wurde. Der Verlauf des acb dieser Transistoren während dieser Behandlungen und der darauffolgenden Temperaturbehandlungen ist in nachstehender Tabelle 4 angegeben. Darinsind die p-n-p-Transistoren mit den Nummern 41 - 43 und die n-p-n-Transistoren mit den Nummern 44 - 46 bezeichnet.
Tabelle 4
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<tb>
<tb> C <SEP> D <SEP> E <SEP>
<tb> A <SEP> B <SEP> 140 C <SEP> 100 C <SEP> 20 C <SEP>
<tb> 100h <SEP> 200h <SEP> 500h <SEP> 1000h <SEP> 1500h <SEP> 2000h <SEP> 200h
<tb> 41 <SEP> 208 <SEP> 48 <SEP> 142 <SEP> 152 <SEP> 147 <SEP> 145 <SEP> 142 <SEP> 150 <SEP>
<tb> 42 <SEP> 182 <SEP> 51 <SEP> 129 <SEP> 144 <SEP> 140 <SEP> 136 <SEP> 132 <SEP> 140
<tb> 43 <SEP> 221 <SEP> 43 <SEP> 146 <SEP> 156 <SEP> 154 <SEP> 150 <SEP> 146 <SEP> 154
<tb> 44 <SEP> 71 <SEP> 17 <SEP> 72 <SEP> 74 <SEP> 76 <SEP> 76 <SEP> 76 <SEP> 73
<tb> 45 <SEP> 95 <SEP> 18 <SEP> 86 <SEP> 87 <SEP> 86 <SEP> 88 <SEP> 88 <SEP> 86
<tb> 46 <SEP> 95 <SEP> 20 <SEP> 88 <SEP> 93 <SEP> 89 <SEP> 86 <SEP> 86 <SEP> 83
<tb>
Wie aus der Tabelle folgt, sind die auf diese Weise nach der Erfindung montierten Transistoren besonders stabil.
Sie sind auch gut gegen hohe Temperaturen beständig, was aus den Dauerprobeergebnissen D bei 1000C hervorgeht. Die Vorerhitzung des Boroxyds ist nicht kritisch, da der Feuchtigkeitsgrad auch
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durch den Feuchtigkeitsgrad des Silikonvakuumfettes bedingt wird, welches sich im vorliegenden Falle längere Zeit in einer Atmosphäre mit einer normalen relativen Feuchtigkeit von 60% befunden hatte, und ausserdem noch eine Erhitzung des Gemisches folgt. Bei einer solchen relativen Feuchtigkeit wird vorzugsweise eine Vorerhitzung des Gemisches durchgeführt, insbesondere wenn es erwünscht ist, dass die betreffenden Transistoren gegen hohe Temperaturen über 100OC, z. B. 140 C, gut beständig sein müssen.
Die Zeitdauer der Vorerhitzung ist nicht kritisch, muss aber doch einigermassen dem Feuchtigkeitsgrad des Ausgangsgemisches und der Empfindlichkeit der betreffenden Halbleitervorrichtung angepasst werden. Die Tem- peratur wird vorzugsweise über 75 und unter 1500C gewählt. Statt der Anwendung der Vorerhitzung kann man auch von einem Füllstoff und/oder einem Boroxyd ausgehen, der bzw. das in einem hinsichtlich des Feuchtigkeitsgrades kontrollierten Raum aufbewahrt wird, oder die Vorerhitzung mit einem solchen genauer definierten Feuchtigkeitsgrad kombinieren.
Auch kann man gewünschtenfalls von einem Boroxyd oder einem Boroxyd enthaltenden Stoff ausgehen, das bzw. der einen zu niedrigen Fenchtigkeitsgrad besitzt, und dessen Feuchtigkeitsgrad steigern, indem der betreffende Stoff in eine feuchtereAtmosphäre eingebracht wird, oder ihm ein weiterer Stoff mit einem grösseren Feuchtigkeitsgrad zugesetzt wird. Im vorliegenden Falle und in ähnlichen Fällen, in denen das Gemisch doch noch vorerhitzt wird, ist der Feuchtigkeitsgrad des Boroxyds, von dem ausgegangen wird, wenig kritisch. So wurden ähnliche günstige Ergebnisse erreicht, wenn nicht vorerhitzte Borsäure (HBO) oder Borsäure verwendet wurde, die sogar einige Stunden an Luft bei 10000C geschmolzen und dann pulverisiert wurde.
Auch der Kollektorstrom Co und der Rauschpegel hatten eine ähnliche günstige Stabilität und günstige niedrige Werte. So betrug der Kollektorstrom lco fur die p-n-p-Transistoren 1-2 biA und filr die n-p-nTransistoren 0, 1-0, 5 gA. Der Rauschpegel betrug für die beiden Typen etwa 4-5 db.
Beispiel5 :Dreip-n-p-Germaniumtransistorenunddrein-p-n-Germaniumtransistoren,dieinvöllig ähnlicher Weise wie im Beispiel 4 angegeben, in einer Glashülle angebracht und anschliessend derselben stabilisierenden Temperaturbehandlung unterworfen waren, wiesen ein ähnliches günstiges Verhalten der elektrischen Eigenschaften bei einer Dauerprobe auf, die in einer 50 mW elektrischen Belastung in einer Umgebung von 55 C bestand, wie es aus der nachfolgenden Tabelle 5 ersichtlich ist, in der der Verlauf des Cl : cb dieser Transistoren verzeichnet ist.
Die p-n-p-Transistoren sind darin mit den Nummern 51-53 und die n-p-n-Transistoren mit den Nummern 54 - 56 bezeichnet.
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<tb>
<tb> C <SEP> D <SEP>
<tb> A <SEP> B <SEP> 1400C <SEP> 50 <SEP> mi <SEP> 55C <SEP>
<tb> 100h <SEP> 200h <SEP> 800h <SEP> 1200h <SEP> 2000h <SEP> 3000h
<tb> 51 <SEP> 212 <SEP> 42 <SEP> 142 <SEP> 166 <SEP> 155 <SEP> 146 <SEP> 148 <SEP> 140
<tb> 52 <SEP> 221 <SEP> 48 <SEP> 152 <SEP> IM <SEP> 159 <SEP> 150 <SEP> IM <SEP> 147
<tb> 53 <SEP> 191 <SEP> 42 <SEP> 128 <SEP> 136 <SEP> 136 <SEP> IM <SEP> 128 <SEP> 126
<tb> 54 <SEP> 72 <SEP> 30 <SEP> 102 <SEP> 94 <SEP> 94 <SEP> 94 <SEP> 89
<tb> 55 <SEP> 77 <SEP> 20 <SEP> 112 <SEP> 116 <SEP> 123 <SEP> 127 <SEP> 112
<tb> 56 <SEP> 63 <SEP> 15 <SEP> 57 <SEP> 55 <SEP> 55 <SEP> 55 <SEP> 54
<tb>
Der Kollektorstrom lco und der Rauschpegel hatten ähnliche günstige niedrige stabile
Werte wie im Beispiel 4 angegeben.
Im Zusammenhang mit der Anwendung eines Gemisches eines organischen Füllstoffes mit Boroxyd wird bemerkt, dass es möglich ist, dass nach der Durchführung einer längeren Temperaturbehandlung bei 140 C in der Hülle ein Teil des Boroxyds chemisch am organischen Füllstoff gebunden wird. So wurde beim Aufbrechen der Hülle solcher Transistoren, die längere Zeit bei 1400C stabilisiert wurden, festgestellt, dass das Silikonvakuumfett-Boroxyd-Gemisch ähnliche mechanische Eigenschaften wie das "bouncing putty" aufwies. d. h. auf schnelle Krafteinwirkungen elastisch und auf langsame Krafteinwirkungen plastisch reagierte.
Beispiel 6 : Um zu prüfen, welcne Stabilisierungstemperatur bei Anwendung eines vorerhitzten 3oroxyd-Silikonvakuumfetr-Gemisches am zweckmässigsten ist, und wie der Verlauf des ctcb und Ico wäh-
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rend der verschiedenen Temperaturbehandlungen ist, wurden drei p-n-p-und drei n-p-n-Germaniumtran- sistoren auf die in Fig. 1 dargestellte Weise in einer Glashülle angebracht, wobei der Kolben zum grössten
Teil mit einem feinverteilten Gemisch von Silikonvakuumfett und Boroxyd mit einem Gehalt von 5 Gew.-% an Boroxyd aufgefüllt war.
Für die Herstellung des Silikonvakuumfett-Boroxyd-Gemisches und das Mon- 5 tieren des Transistors in der Hülle wurde wie folgt verfahren :
Stücke B Og, die durch 1stündiges Schmelzen von Borsäure HOBO'3 an Luft bei 10000C erzielt waren, wurden an Luft pulverisiert, wobei das hygroskopische B2O3 wieder etwas Wasser aufnimmt. Das Pulver wird an Luft mit Silikonvakuumfett des normalen Feuchtigkeitsgrades gemischt.Mit diesem Gemisch wird der Kolben teilweise vollgespritzt, worauf letzterer 24 Stunden bei 100 C an Luft erhitzt wird. Die Tran- ( sistoren werden, nachdem sie inzwischen einige Zeit bei 1000C an Luft getrocknet wurden, in diesem war- men Zustand in das heisse Fett-Gemisch eingedrückt, worauf gleich das Einschmelzen an Luft erfolgt.
Der Verlauf des Ctcb und Ico während der verschiedenen Behandlungen ist in nachstehender Tabelle 6 angegeben, in der die p-n-p-Transistoren mit den Nummern 61 - 63 und die n-p-n-Transistoren mit den
Nummern 64-66bezeichnetsind. ICOistin Aangegeben.
Tabelle 6
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<tb>
<tb> C <SEP> D <SEP> E <SEP>
<tb> A <SEP> B <SEP> 100 C <SEP> 140 C <SEP> 20 C
<tb> 3d <SEP> 3d <SEP> 200h
<tb> cfc <SEP> abc <SEP> 206 <SEP> 43 <SEP> 34 <SEP> 104 <SEP> 101
<tb> Ico <SEP> 15 <SEP> 14 <SEP> 1,5 <SEP> 1,2 <SEP> 1,2
<tb> < x. <SEP> IM <SEP> 42 <SEP> 31 <SEP> 93 <SEP> 94
<tb> 62 <SEP> bc
<tb> Ico <SEP> 16 <SEP> 14 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> abc <SEP> 166 <SEP> 41 <SEP> 32 <SEP> 102 <SEP> 99 <SEP>
<tb> 63 <SEP> pc
<tb> Ico <SEP> 12 <SEP> 9 <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 1,2
<tb> abc <SEP> 112 <SEP> 37 <SEP> 50 <SEP> 152 <SEP> 149
<tb> 64 <SEP> ICO <SEP> 0,3 <SEP> 2,2 <SEP> 2,0 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2
<tb> acb <SEP> 100 <SEP> 32 <SEP> 38 <SEP> IM <SEP> 129
<tb> 65
<tb> Ico <SEP> 0,4 <SEP> 2,5 <SEP> 1,1 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2
<tb> α
ch <SEP> 27 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 72 <SEP> 73
<tb> 66 <SEP> cp <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -- <SEP> -I <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
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ist, da bei höherer Temperatur durch vielerlei andere störende Einflüsse die Ausschussmöglichkeit für den Transistor meistens grösser ist. Die Transistoren nach der Erfindung mit vorerhitzter Füllung sind gewöhnlich stabiler und besser gegen höhere Temperaturen beständig als die Transistoren nach der Erfindung mit nicht vorerhitzter Füllung. Es hangt unter anderem von den an die Halbleiter Vorrichtung zu stellenden Stabilitätsanforderungen ab, welches Stabilisierverfahren bei Anwendung der Erfindung vorgezogen wird.
Es folgen nunmehr noch einige Ergebnisse mit p-n-p-Siliziumtransistoren, welche dadurch hergestellt wurden, dass auf eine halbleitende Scheibe aus n-Typ Silizium in einer Stärke von etwa 130 Mikron eine Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode, beide aus Aluminium, und ein Basiskontakt aus einer GoldAntimonlegierung (99 Gew.-% Au und 1 Gew.-%Sb) bei einer Temperatur von etwa 800 C etwa 5 min in einer Wasserstoffatmosphäre auflegiert wurden. Die auf diese Weise erzielten Transistoren wurden in einem aus einer
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trolytisch nachgeätzt. Beim Ätzen wurden die Emitterelektrode und die Kollektorelektrode mit dem positiven Pol verbunden und eine Platinelektrode wurde als Kathode verwendet. Nach dem Ätzen wurden die Transistoren noch in Wasser nachgespült.
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Beispielen wurden die Grössen a, bgebenen Verhältnissen.
Beispiel 7 : Drei p-n-p-Siliziumtransistoren wurden alle auf die in Fig. 1 dargestellte Weise in einer Hülle angebracht, die vorher zu einem Teil mit einem Barium und Sauerstoff enthaltenden"boun- cing putty" aus einer Vorratsbuchse mit "bouncing putty" gefüllt worden war, die längere Zeit in einer Umgebung mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 60% aufbewahrt war. Das "bouncing putty" wurde ohne weitere Vorbehandlung angewendet, und nach dem Füllen des Kolbens wurde das halbleitende System des Transistors vorsichtig in das"bouncing putty"gedrückt, worauf die Hülle dichtgeschmolzen wurde.
Die Transistoren wurden anschliessend einer stabilisierenden Temperaturbehandlung und einer Dauerprobe bei einer verhältnismässig schweren elektrischen Belastung von 150 mW bei einer Umgebungstemperatur
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Tabelle 7
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<tb>
<tb> C <SEP> D
<tb> A <SEP> B <SEP> 1500C
<tb> 2h <SEP> 150 <SEP> mW <SEP> 75 C
<tb> 7d <SEP> 14d <SEP> 21d <SEP> 42d
<tb> 71 <SEP> 36 <SEP> 35 <SEP> 49 <SEP> 49 <SEP> 49 <SEP> 50 <SEP> 48
<tb> 72 <SEP> 23 <SEP> 22 <SEP> 26 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> 73 <SEP> 34 <SEP> 33 <SEP> 38 <SEP> 38 <SEP> 38 <SEP> 38 <SEP> 37
<tb>
Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, erreichten diese Transistoren einen günstigen stabilen Wert des acb nach der stabilisierenden Temperaturbehandlung C. Der Leckstrom Ico wurde nach der stabilisierenden Temperaturbehandlung und nach jedem Stadium der Dauerprobe D gemessen.
Nach der Stabilisierung betrug für den Transistor 71 der Ico 80 Millimikroampere und für die übrigen Transistoren lag der Wert noch unter 20 Millimikroampere, welche Werte während der Dauerprobe D konstant blieben.
Beispiel 8: Sechs p-n-p-Siliziumtransistoren wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 7 beschrieben in gleichen "boundcing putty" eingeschmolzen.Drei dieser Transistoren wurden, nach einer Stabilisierungsbehandlung, bis 1500C 19 Stunden lang erhitzt. Der Verlauf des acb dieser drei Transistoren ist in nachstehender Tabelle 8 (1) angegeben :
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Tabelle 8 (1)
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<tb>
<tb> C <SEP> E <SEP>
<tb> A <SEP> B <SEP> 1500C <SEP> 1500C
<tb> . <SEP> 2h <SEP> 19h
<tb> 81 <SEP> 50 <SEP> 47 <SEP> 55 <SEP> 51
<tb> 82 <SEP> 19 <SEP> 18 <SEP> 22 <SEP> 21
<tb> 83 <SEP> 34 <SEP> 33 <SEP> 47 <SEP> 39
<tb>
Aus der Tabelle 8 (1) ist ersichtlich, dass vorzugsweise eine längere Stabilisierungsdauer als Z Stunden
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den bei 150 C die Stabilität bei 150 C besonders gut war, da die Werte von < x nach 4 Stunden praktisch gleich den unter E angegebenen Werten waren. Wenn die Stabilitätsanforderungen nicht so hoch gestellt werden and z.
B. nur'eine Stabilität bei einer niedrigeren Temperatur als 1500C gewünscht wird, so ge- nügt im allgemeinen eine 2stündige Stabilisierung. Auch die Werte von Ico waren praktisch stabil und niedriger als 20 Millimikroampere für alle drei Transistoren.
Die ändern drei Transistoren wurden nach einer stabilisierenden Temperaturbehandlung folgender
Temperaturbehandlung ausgesetzt :
20 min bei 150OC, darauf
10 min bei 20OC, dann
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<tb>
<tb> C <SEP> D
<tb> 1500C <SEP> nach <SEP> den <SEP> angegebenen
<tb> 2h <SEP> Temperaturzyklen
<tb> 84 <SEP> 43 <SEP> 45 <SEP>
<tb> 85 <SEP> 42 <SEP> 45
<tb> 86 <SEP> 42 <SEP> 45
<tb>
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ren beschränkt ist, sondern auch auf andere halbleitende Elektrodensysteme angewendet werden kann, deren Halbleiterkörper wirksame Teile enthält, z.B.Kristalldioden, bei denen sie günstige niedrige und stabile Werte der Sperrströme sichert. Die Erfindung ist ebensowenig auf die Halbleiter Germanium und Silizium beschränkt. Sie ist auch vorteilhaft anwendbar bei andern Halbleitern, z. B. den halbleitenden Verbindungen, wie den AIIIBV-Verbindungen. z. B.
GaAs und InP u. dgl., die eine mit Germanium und Silizium nahe verwandte Struktur besitzen und für welche die Erfindung gleichfalls den Vorteil einer stabilen günstigen Atmosphäre in der Hülle sichert.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.