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Halbleitervorrichtung, insbesondere photoempfindliche
Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, insbesondere eine photoempfindliche Vorrichtung, mit einem Halbleiterkörper bzw. photoempfindlichen Körper, der wenigstens teilweise aus einem n-lei- tenden Chalkogenid eines zweiwertigen Metalles besteht, wobei eine oder mehrere ohmsche Elektroden auf einem solchen n-leitenden Teil angebracht sind. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Ver- fahren zur Herstellung einer solchen Halbleitervorrichtung bei der eine oder mehrere ohmsche Elektroden auf einem n-leitenden Chalkogenid eines zweiwertigen Metalles angebracht werden.
Die unter dem Namen"Chalkogenide"zusammengefassten Halbleiterverbindungen, worunter übli- cherweise die Sulfide, Selenide oder Telluride oder deren Mischkristalle verstanden werden, sind in Halbleitervorrichtungen, wie z. B. Halbleiterdioden verwendbar. Die Chalkogenide der zweiwertigen Metalle sind aber insbesondere zur Anwendung in photoempfindlichen Vorrichtungen, wie z. B. in Photowiderständen oder im photoempfindlichen Teil eines Feststoff-Bildverstärkers von Bedeutung, bei dem die elektrische Impedanz zwischen einer Zahl von Elektroden durch die auffallende Strahlung gesteuert wird.
Bei diesen Anwendungen sind meist eine oder mehrere ohmsche Elektroden erwünscht, die in bekannter Weise durch Aufdampfen, elektrolytischen Niederschlag oder Aufschmelzen eines dazu geeigneten Kontaktmaterials auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden können. So ist es z. B. üblich, ohmsche Elektroden auf solchen n-leitenden Körpern durch Aufdampfen von Edelmetallen, wie Gold oder Silber, herzustellen. Auch ist es bereits bekannt, dass ohmsche Elektroden auf einem n-leitenden Chalkogenid durch das Aufbringen von Indium erzielt werden können.
Es hat sich aber ergeben, dass das ohmsche Verhalten dieser Edelmetallkontakte insbesondere von Goldkontakten, nicht befriedigend ist, und dass der Übergangswiderstand bei diesen Kontakten verhältnismässig hoch ist, wodurch im betreffenden Stromweg eine für die Wirkung nachteilige Reihenimpedanz vorhanden ist. Weiterhin haben die Indiumelektroden den Nachteil, dass das Indium bei grosser Feldstärke in der Elektrodenumgebung längs der Oberfläche wandert. Dies ist insbesondere für solche Anwendungen störend, bei denen auch der Abstand zwischen einer solchen Elektrode und einer andern Elektrode für die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung massgebend ist, da sich infolge der Wanderung des Indiums die Eigenschaften beim Betrieb ändern und nach längerem Betrieb sogar Kurzschluss zwischen den Elektroden auftreten kann.
Die Erfindung bezweckt unter anderem, für eine Halbleitervorrichtung mit einem n-leitenden Chalkogenid eine besonders geeignete ohmsche Elektrode zu schaffen, welche die obenerwähnten Nachteile nicht oder wenigstens in viel geringerem Masse aufweist. Weiterhin schafft die Erfindung ein äusserst geeignetes und zweckmässiges Verfahren zum Anbringen einer derartigen ohmschen Elektrode auf einem solchen Halbleiterkörper.
Bei einer Halbleitervorrichtung, insbesondere einer photoempfindlichen Vorrichtung, mit einem halbleitenden bzw. photoempfindlichen Körper, der wenigstens teilweise aus einem n-leitenden Chalkogenid eines zweiwertigen Metalles besteht, wobei eine oder mehrere ohmsche Elektroden auf einem solchen n-leitenden Teil angebracht sind, besteht nach der Erfindung wenigstens eine ohmsche Elektrode im wesentlichen aus Gold und/oder Silber, welches mit einem oder mehreren der Elemente Indium, Gallium oder Aluminium aktiviert ist.
Überraschenderweise hat sich nämlich ergeben, dass einerseits die zuletzt-
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genannten Elemente Indium, Gallium oder Aluminium bereits in verhältnismässig geringer Konzentration eine gute ohmsche Kontaktwirkung gewährleisten und anderseits die zuerstgenannten Elemente Silber und
Gold, wahrscheinlich durch Bindung in der Legierung, die Auswanderung der Elemente Indium, Gallium und Aluminium verhüten. Zur Erzielung einer guten Bindung wird der Gehalt an den Elementen Indium,
Gallium und Aluminium vorzugsweise nicht grösser als 30 At. -0/0 gewählt. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einem Gehalt an diesen Elementen zwischen etwa 1 und 15 At. -0/0 erzielt. Sowohl in elektrischer als auch, in technologischer Hinsicht ist eine Elektrode aus mit Indium aktiviertem Gold vorzuziehen.
Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung hat die Elektrode in einer Richtung senkrecht zur Grenzfläche zwischen der Elektrode und dem n-leitenden Chalkoge- nid eine inhomogene Zusammensetzung, wobei eine an der Grenzfläche angrenzende Schicht der Elek- trode vorwiegend aus einem oder mehreren der Elemente Indium, Gallium oder Aluminium besteht und der Gehalt an Gold und/oder Silber, von dieser Schicht ausgehend, in der erwähnten Richtung zunimmt.
Die vorerwähnten Vorzugskonzentrationen sind in diesem Zusammenhang auf die ganze Elektrode bezo- gen. Infolge des inhomogenen Aufbaues werden äusserst geeignete Elektroden mit einem niedrigen, gut ohmschen Übergangswiderstand und einer hohen Stabilität erzielt. Die Elektroden können auf vielerlei Weise durch Anwendung der für die beueffendenElemente üblichenAnbringungstechniken, wie Aufdampfen, Kathodenzerstäubung, elektrolytischen Niederschlag, Aufschmelzen u. dgl. angebracht werden. Das Aufdampfverfahren hat sich für eine Elektrode aus mit Indium aktiviertem Gold besonders geeignet erwiesen. Beim Aufdampfen kann man von einer Legierung eines Elementes aus einer Gruppe mit einem Element aus der andern Gruppe in der gewünschten Zusammensetzung ausgehen.
Bei einer weiteren Durch- führungsform des Verfahrens nach der Erfindung besteht beim Aufdampfen das zu verdampfende Ausgangsmaterial vorzugsweise aus einem inhomogenen Körper, z. B. einem Draht, dessen Inneres, z. B. dessen Kem, im wesentlichen aus Gold und/oder Silber, und dessen äusserer Teil, z. B. dessen Mantel, im wesentlichen aus einem oder mehreren der Aktivierungselemente, vorzugsweise Indium, besteht. Durch Anwendung dieses Verfahrens lassen sich in einfacher und zweckmässiger Weise Elektroden mit der gewünschen inhomogenen Zusammensetzung erzielen, wobei auf die Grenzfläche des Halbleiterkörpers zunächst eine vorwiegend aus einem Aktivierungselement, wie Indium, bestehende dünne Schicht niedergeschlagen wird.
Auch durch Kathodenzerstäubung mit einem Ausgangskörper der gewünschten inhomogenen Zusammensetzung lassen sich Elektroden mit einer inhomogenen Zusammensetzung in einfacher Weise anbringen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Photozelle nach der Erfindung und Fig. 2 eine Draufsicht des photoleitenden Körpers, der in der Photozelle nach Fig. 1 verwendet ist.
In der Glashülle 1 der Photozelle nach Fig. l befindet sich auf zwei Halterungsdrähten 2, die gleichzeitig als Zuleitungsdrähte dienen und über eine Glasperle 3 durch den Fuss 4 der Hülle nach aussen geführt sind, der photoleitende Körper 5 aus einem hochohmigen, n-leitenden CdS. Auf den photoleitenden Körper 5 sind in kurzem Abstand voneinander, z. B. in einem Abstand von 0, 25 mm, zwei ohmsche Elektroden in Form von dünnen Schichten 6 aufgebracht, welche nach der Erfindung aus Gold und/oder Silber, das mit einem oder mehreren der Elemente Indium, Gallium oder Aluminium aktiviert ist, z. B. aus einer aufgedampften Gold-Indium-Legierung mit einem Gehalt von etwa 9 At.-% an Indium bestehen.
Statt einer homogenen Gold-Indium-Legierung wird vorzugsweise zwecks weiterer Verbesserung der ohmschen Kontaktwirkung und Herabsetzung des Übergangswiderstandes eine inhomogene Verteilung in den Elektroden 6 angewendet, wobei die Elektroden 6 in einem direkt an der Grenzfläche 7 angrenzenden Schichtteil im wesentlichen aus Indium bestehen und in einer Richtung senkrecht zur Grenzfläche 7, z. B. über eine Gold-Indium-Legierung, an der Oberseite in Gold übergehen. In einem solchen Falle wird die Indiumschicht vorzugsweise nicht zu stark gewählt, um das Indium stellenweise stark genug binden zu können.
Durch Verwendung einer Elektrodenzusammensetzung nach der Erfindung ergibt sich ein äusserst niedriger ohmscher Übergangswiderstand und eine Auswanderung des Aktivierungselementes, d. h. des Indiums wird verhütet, was für photoleitende Vorrichtungen, bei denen zur Erzielung einer hohen Empfind- lichkeit eine sehr hohe Spannung und Feldstärke zwischen den Elektroden angewendet wird, von grösster Bedeutung ist.
Der blockförmige photoempfindliche Körper 5 t : 1it seinen ohmschen Elektroden 6 ist weiterhin an den beiden Enden in z. B. aus Nickel bestehenden winkelförmigen oder behälterförmigen Platten 8 gefasst, die einerseits durch eine Schweissverbindung an den Halterungsdrähten 2 befestigt und anderseits mit der be- treffendenElektrodenschicht über eine thermisch und elektrisch gut leitende Masse 9, z. B. aus Silberpaste, leitend verbunden sind.
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In Fig. 2 ist der photoempfindliche Körper mit den Elektrodenschichten 6 in Draufsicht dargestellt und aus dieser Figur ist weiterhin die Befestigung in den winkelförmigen Platten 8 ersichtlich.
Bei der Aufbringung durch Aufdampfen wird vorzugsweise wie folgt verfahren :
Als Ausgangsmaterial wird ein etwa 7 cm langer Golddraht mit einem Durchmesser von etwa 0, 5 mm verwendet, der an seinem Umfang galvanisch homogen mit einer dünnen Indiumschicht bedeckt ist, die etwa 5 Gew.-% des vorhandenen Goldes bildet. Dieser Draht wird um einen Wolframglühdraht gewickelt und darauf wird das Ganze in eine Vakuumglocke gesetzt, in der sich auch die zu bedampfenden CdSStreifen mit Abmessungen von etwa 3 X 30 X 1 mm befinden. Diese Streifen sind derart in einem Halter angebracht, dass sie nur einseitig dem Aufdampfen ausgesetzt werden, wobei zur Erzielung des gewünsch- ten Raumes zwischen den Elektroden auf der Mitte jedes Streifens und in dessen Längsrichtung ein Mas- kierungsdraht in der Breite von etwa 0, 25 mm angebracht ist.
Nach Entlüftung der Glocke wird der Glühdraht langsam auf die zum Überdampfen gewünschte Temperatur erhitzt und diese Erhitzung wird fortgesetzt, bis das Ausgangsmaterial praktisch völlig verdampft ist.
Auf diese Weise wird auf die CdS-Streifen zunächst eine im wesentlichen aus Indium bestehende dünne Schicht aufgedampft, welche über eine Gold-Indium-Legierung an der Aussenfläche in eine vorwiegend aus Gold bestehende Schicht übergeht. Nach dieser Bearbeitung sind einseitig bedampfte CdSStreifen erzielt, die mit Ausnahme einer sich in der Längsrichtung des Streifens erstreckenden, nicht bedampften Strecke von etwa 0, 25 mm homogen mit dem Elektrodenmaterial bedeckt sind. Aus jedem Streifen können dann durch Sägeschnitte senkrecht zu seiner Längsrichtung mehrere blockförmige CdSPhotowiderstandskörper einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten Form hergestellt werden.
Statt des obenbeschriebenen inhomogenen Ausgangsmaterials lässt sich auch eine homogene GoldIndium-Legierung der gewünschten Zusammensetzung verwenden. Da diese homogenen Legierungen aber verhältnismässig spröde sind, lassen sie sich nicht, oder nur sehr schwer zu Draht verarbeiten, so dass man beim Überdampfen statt eines Glühdrahtes einen Behälter als Halter für das Ausgangsmaterial anwenden wird.
Schliesslich wird noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung naturgemäss nicht auf die im Beispiel gegebene Zusammensetzung des Elektrodenmaterials beschränkt ist. So wurden gleichfalls günstige Ergebnisse mitElektrodenmaterialien erzielt, in denen das Indium durch Gallium oder Aluminium, und das Gold durch Silber ersetzt war. Weiterhin schafft die Erfindung auch gute ohmsche Elektroden für andere n-leitende Chalkogenide als CdS, wie z. B. für CdSe oder CdTe, oder für Chalkogenide anderer zweiwertiger Metalle, wie z. B. Zink und Quecksilber. Zum Anbringen der Elektroden können auch andere für die betreffenden Elemente geeignete Verfahren verwendet werden, wie z. B. elektrolytischer Niederschlag, Kathodenzerstäubung usw.
Obwohl die Anwendung der Erfindung von besonderem Interesse bei photoempfindlichen Vorrichtungen ist, bei denen meist hohe elektrische Feldstärken verwendet werden, kann sie auch bei andern Halbleitervorrichtungen mit einem n-leitenden Chalkogenid eines zweiwertigen Metalles Anwendung finden, für welche eine niederohmige ohmsche Elektrode gleichfalls vorteilhaft ist.
PATENTANSPRÜCHE :.
1. Halbleitervorrichtung, insbesondere photoempfindliche Vorrichtung, mit einem Halbleiterkörper bzw. photoempfindlichen Körper, der wenigstens teilweise aus einem n-leitendem Chalkogenid eines zweiwertigen Metalles besteht, wobei eine oder mehrere ohmsche Elektroden auf einem solchen n-leitenden Teil angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine ohmsche Elektrode im wesentlichen aus mit einem oder mehreren der Elemente Indium, Gallium oder Aluminium aktivierten Gold und/oder Silber besteht.