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Verfahren zum Herstellen einer Diode und Anordnung zur Durchführung desselben
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Eigenschaftenstrom verstärker Verwendung.
Der Gleichstromverstärker ist mit einer aus einem ohmschen Widerstand bestehenden Rückkopplung versehen ; als Messorgan an seinem Ausgang findet ein mechanisch träges Zeigerinstrument Verwendung, das mit einem, an den Eingang einer Kippstufe, welche als Schaltautomatik Verwendung findet, geschalteten lichtgesteuerten Organ, insbesondere einer Photodiode, optisch gekoppelt ist. An den Ausgang der Kippstufe sind wenigstens zwei Relais geschaltet.
Die Kippstufe kann entweder als monostabiler oder bistabiler Trigger ausgebildet sein.
Ein Relais am Ausgang der Kippstufe ist als Schrittschaltwerk ausgebildet. Ein weiteres Relais, dessen Kontakte einerseits in einem zweiten Relaiskreis und anderseits in dem Stromkreis liegen, welcher den durch die Diode fliessenden Ätzstrom liefert, ist ebenfalls an den Ausgang der Kippstufe geschaltet.
Der zweite Relaiskreis besteht aus einer Spannungsquelle, an welche über einen Ruhekontakt das Relais im Ausgang der Kippstufe und über einen Vorwiderstand die Parallelschaltung eines Relais und eines temperaturabhängigen Widerstandes mit negativen Temperaturkoeffizienten geschaltet ist ; weiterhin liegt parallel zur Spannungsquelle über einen Arbeitskontakt ein Anzeigelämpchen.
Die Kontakte, mit deren Hilfe einerseits der Widerstand im RC-Glied und anderseits das RC-Glied an den Gleichstromverstärker angekoppelt ist, gehören zum Relais des zweiten Relaiskreises ; als Kontakt zur Überbrückung des Widerstandes des RC-Gliedes findet ein Arbeitskontakt und als Koppelkontakt zwischen RC-Glied und Gleichstromverstärker ein Wechselkontakt Verwendung.
Nähere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Ausführungsbeispiele, dargestellt in den Fig. l bis 5, erläutert.
Die Fig. l zeigt das System einer Halbleiterdiode, bestehend aus dem Halbleiterkristall 1, der beispielsweise aus n-Germanium bestehen möge und über eine Lotschicht 5 mit dem z. B. aus Nickel bestehenden Elektrodenblech 4 sperrschichtfrei verbunden ist, wobei sich die Lotrekristallisationszone 6 ausbildet. In den Basiskristall 1 wird ein an seinem unteren Ende halbkugelförmiger Golddraht 2 einlegiert ; es bildet sich dabei eine Rekristallisationszone 3 mit p-Germanium, so dass sich zwischen den Gebieten 2 und 3 ein p-n-Übergang ausbildet.
In Fig. 2, in der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Ziffern versehen sind, ist dargestellt, welche Geometrie des Basisgebietes durch den nachfolgenden Ätzvorgang anzustreben ist, um-wie oben ausgeführt-die geforderten elektrischen Kenndaten der Halbleiterdiode zu erhalten.
Es lässt sich nun zeigen, dass bei gleichzeitiger Belastung der Halbleiterdiode mit einem eingeprägten Flussstrom während des Ätzens der zeitliche Differentialquotient der Spannung an der Diode umgekehrt proportional dem Quadrat der Querschnittsfläche des zu ätzenden Gebietes ist, d. h. der zeitliche Differentialquotient der Diodenspannung ist ein sehr gutes Mass für die Querschnittsfläche und damit für die Geometrie des zu ätzenden Gebietes.
In Fig. 3 ist eine Anordnung für das Ätzen dargestellt. In das Gefäss 31 mit dem Ätzbad 32 (z. B.
30iger Kalilauge) ist das System 35, das auf die Grundplatte 34 mit denAussenzuführungen befestigt ist, der Halbleiterdiode und eine aus Nickel bestehende Gegenelektrode 33 eingetaucht. Der Ätzstromkreis wird weiterhin durch eine den Ätzstrom L liefernde Spannungsquelle U mit der eingezeichneten Polarität und durch den Widerstand R gebildet. Zusätzlich dazu wird der Diode der konstante Flussstrom 11 durch eine weitere Spannungsquelle U1 über den Widerstand R. eingeprägt. Der Wider- stand R ist so gross gewählt, dass der Flussstrom L konstant bleibt.
Da sich die Querschnittsfläche des Basisgetriebes der Halbleiterdiode (s. Fig. 2) während des Ätzens dauernd ändert, fällt auch an der Diode eine sich mit der Zeit ändernde Spannung UD ab. Diese Spannung UD wird an die Eingangsklemmen 41 und 42 der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung gelegt ; diese Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt.
An Hand der Fig. 4 wird zunächst der grundsätzliche Vorgang der Kontrolle des Fortschreitens der Ätzung erklärt.
An den Klemmen 41 und 42 wird der Schaltung die sich mit der Zeit ändernde Spannung UD an dem zu ätzenden Bauelement zugeführt. Über die Kapazität C gelangt das Signal auf den mit dem Widerstand R rückgekoppelten Gleichstromverstärker I und an den Klemmen 43 und 44 wird die in der Figur nicht dargestellte Schaltautomatik angeschlossen.
Das Bauelement wird während des Ätzens mit einem konstanten Durchlassstrom flussbelastet. Der Bahnwiderstand und damit der Spannungsabfall an der Diode wird während des Ätzens grösser. Dieser Spannungsabfall wächst etwa quadratisch mit der Zeit, da der Durchmesser an der geätzten Stelle proportional mit der Zeit und daher die Fläche, welche für den Bahnwiderstand bestimmt ist, mit dem Quadrat der Zeit abnimmt.
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Die zeitliche Änderung der Spannung kann mit Hilfe des Ladestromes der Kapazität C gemessen werden, da der Ladestrom gleich dem Produkt aus dem Wert der Kapazität C und dem Differentialquotienten der Spannung UD nach der Zeit ist.
Dieser Strom wird nun dem Eingang des über den Widerstand R gegengekoppelten Gleichstromverstärkers eingeprägt. Bei dieser Ausführung des Verstärkers bleibt der Eingang praktisch auf gleichem Potential, das durch entsprechende Massnahmen zu Null gemacht werden kann. Am Ausgang tritt eine Spannung auf, welche mit guter Näherung abhängig von der Verstärkung des Produktes aus Ladestrom und Widerstand R ist.
Beim Ätzvorgang treten nun zwei besondere Effekte auf ; erstens ergeben sich beim Einschalten (Beginn des Ätzvorganges) Spannungssprünge und zweitens sind dem langsamen Spannungsanstieg während des Ätzens kleine Spannungssprünge überlagert, die im Ätzvorgang begründet sind. Diese Sprünge sollen aber die Automatik nicht beeinflussen.
In Fig. 5 ist die gesamte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung dargestellt, in der besondere Schaltmassnahmen zur Unterdrückung der Spannungssprünge vorgesehen sind.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 wird an den Klemmen 41 und 42 mit der an dem zu ätzenden Bauelement (welches in der Figur nicht dargestellt ist) abfallenden zeitlich veränderlichen Spannung angesteuert. Der Kapazität C ist ein regelbarer ohmscher Widerstand R1 nachgeschaltet, welcher durch den Kontakt b überbrückbar ist. Über den Kontakt b2 ist der über den Widerstand R rückgekoppelte Gleichstromverstärker I angeschlossen, in dessen Ausgang das Messinstrument M liegt. Dieses ist optisch mit der im Eingang der Kippstufe II liegenden Photodiode D gekoppelt ; am Ausgang der Kippstufe liegen die Relais A und E. Ferner ist an der Kippstufe II die Starttaste T vorgesehen.
Die Kontakte al - as des Relais A liegen einerseits in einem weiteren Relaiskreis und anderseits im Stromkreis, aus dem der während des Ätzvorganges durch das Bauelement fliessende Strom geliefert wird.
Der Ruhekontakt al liegt dabei in dem Kreis, welcher aus der Spannungsquelle U, dem Widerstand
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lais B.
Es wurde schon dargelegt, dass während des Ätzens - zunächst beim Einschalten und dann während des Ablaufes des Ätzvorgangs-Spannsprünge im Bauelement auftreten, welche die Automatik nicht beeinflussen sollen.
Wird der Ätzvorgang durch Betätigen der Starttaste T ausgelöst, so kippt die bistabile Kippstufe II um, das Relais A fällt ab und schaltet über den Kontakt as den Strom durch das Bauelement ein ; über den Kontakt al fällt das Relais B verzögert ab, da ihm parallel der Heissleiter Rs liegt, der das Relais B erst nach einer bestimmten Anheizzeit kurzschliesst. Daher ist zunächst der Widerstand
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Masse liegt. Es ist also gewährleistet, dass der Spannungsstoss nach dem Einschalten sich auf die gesamte Automatik nicht auswirken kann.
Nach einer gewissen Zeit fällt das Relais B ab, wodurch der Kurzschluss des Widerstandes Rl auf-
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Bauelement überlagerten Spannungssprünge ausgeschaltet werden, denn es wird nur noch die Tendenz des Spannungsanstieges während eines jeweils kleinen Zeitabschnittes gemessen.
Ein weiterer Vorteil, welcher sich aus dem quasi-integrierenden Verhalten des Systems ergibt, ist die Unterdrückung von Brummstörungen, welche die Verstärkereinheit durch ihr Prinzip gegenüber der langsamen Spannungsänderung am Eingang stark hervorheben würde.
Ist der Grenzwert des Spannungsanstieges erreicht, so wird durch die optische Kopplung des Messinstrumentes M mit der Photodiode D ein Umkippen der bistabilen Kippstufe II erreicht. Das Relais A fällt ab und die gesamte Anordnung wird in den Ausgangszustand zurückgeschaltet. Das Ätzende wird sichtbar durch das Anzeigelämpchen L angezeigt.
Ein entscheidender Vorteil ist nun weiterhin, dass die Ausgangsspannung an der Verstärkereinheit mit einem mechanisch trägen Messinstrument M gemessen wird. Durch die Massnahme wird eine vollständig unabhängige und anders geartete Zeitkonstante zur Brummunterdrückung in das System gebracht.
Mit der beschriebenen Anordnung kann eine vollständig automatisierte Ätzung vieler Bauelemente vorgenommen werden. Es wird in diesem Fall die bistabile Kippstufe durch eine monostabile ersetzt. Der
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