<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern, wobei auf eine Grundplatte durch Verdampfen bei einem Druck von 10-3 Torr eine oder mehrere Schichten aus Selen oder aus einer Mischung von Selen und Halbleiterstoffen aufgebracht werden, den einzelnen Schichten zur Erhöhung der Leitfähigkeit Halogen bzw. Halogenverbindungen oder Mischungen davon zugesetzt werden und auf diesen Schichten mit einer Metallegierung eine Sperrschicht gebildet wird.
Nach bekannten Verfahren wird das Selen oder eine Mischung von Selen und Halbleitermaterial im Vakuum auf eine Eisen- oder Aluminiumplatte in einer oder mehreren Schichten aufgedampft und auf diese Schicht bzw. Schichten wird zur Bildung einer Sperrschicht eine Metallegierung aufgespritzt. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Selens können die einzelnen Selenschichten mit Halogenen oder Halogenverbindungen verschiedener Konzentration bzw. Art verunreinigt werden. Vor dem Auftragen je einer Schicht wird die Grundplatte bzw. werden die auf der Grundplatte bereits vorhandenen Schichten in vielen Fällen einer Wärmebehandlung unterworfen.
Die Konzentration der Halogene oder Halogenmischungen bzw. Halogenverbindungen kann einen solchen Verlauf erhalten, dass die Konzentrationen von der Grundplatte zu der Gegenelektrode hin einen monoton abnehmenden oder zunehmenden Wert ergeben.
Nach einem bekannten Verfahren wird eine gerichtet, z. B. faserförmig und senkrecht zur Flächenausdehnung des Gleichrichterelementes, kristallisierte Halbleiterschicht hergestellt, an der eine nicht gerichtet kristallisierte Halbleiterschicht so angebracht wird, dass sie der späteren Sperrschicht bzw. der Deckelektrode benachbart ist und eine Stärke von etwa 3 J. l. oder mehr erhält. Diese letztere Schicht kann dadurch erzeugt werden, dass in ihrem Halbleiter eine hohe, vorzugsweise gleichmässig verteilte Kristallisationskeimdichte durch kurzzeitiges Erhitzen der gerichtet kristallisierten Halbleiteroberfläche bis zu einer entsprechenden Schichtstärke und bis zum Schmelzen und somit bei der nachfolgenden Abkühlung eine Umkristallisation gegenüber der früheren gerichtet kristallisierten Struktur erreicht wird.
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung dieser Schicht besteht in der Anwendung besonderer keimbildender Zusatzstoffe.
Das Aufdampfen der einzelnen Selenschichten kann unter Vakuumbedingungen mit vom Beginn der Verdampfung bis zur Vollendung ständig abnehmendem Druck durchgeführt werden. Während der Verdampfung wird neben der inneren Oberfläche der Grundplatte ein Heizelement verwendet, so dass sich die Oberflächentemperatur der Grundplatte während der Verdampfung ändert.
Die mit solchen bekannten Verfahren hergestellten Selengleichrichter können die Forderungen der heutigen Industrie ohne erheblichem technischem Aufwand nicht mehr erfüllen, da die Parameter in der Sperr- und Durchlassrichtung und die Lebensdauer der ohne diesen Aufwand hergestellten Selengleichrichter nicht mehr befriedigend sind.
Nach den Ergebnissen von Versuchen, die zur Erfindung führten, liegt der Grund hiefür darin, dass die Aktivierung der im Selen befindlichen Verunreinigungen von der Grösse des im Vakuumraum während der Verdampfung herrschenden Druckes abhängt. Die Verunreinigungen können z. B. in einem höheren Vakuum, d. h. bei kleinerem Druck, auf der Oberfläche der Grundplatte zu einer Höhlenbildung führen, und diese Höhlen können so gross werden, dass sie bis zur äusseren Oberfläche der Schicht bzw. Schichten reichen, und nach dem Auftragen der Gegenelektrodenschicht können sie zwischen der Sperrschicht und der Grundplatte einen Kurzschluss verursachen.
Die eine Höhlenbildung verursachende Zersetzung der im Selen bzw. auf der Grundplatte vorhandenen Verunreinigungen ist in einem höheren Vakuum intensiver, weshalb die Anwendung von Hochvakuum während der Verdampfung nachteilig ist.
Die im Inneren der Selenschichten zufolge des höheren Vakuums, d. h. kleineren Druckes, entstehenden, nicht aufgerissenen Höhlen verkleinern den Querschnitt der Schicht, wodurch sich die Parameter in der Durchlassrichtung verschlechtern.
Die Kristallkernbildung des Selens wird auch durch den im Vakuumraum während der Verdampfung herrschenden Druck beeinflusst. Bei den bekannten Verfahren verwendeter niedriger Druck ermöglicht nicht die optimale Beeinflussung der Kristallkernbildung, die sich wieder schädlich in den Werten der Parameter in der Durchlassrichtung auswirkt.
Die Erhitzung der inneren Fläche der Grundplatte ruft in den Beginnperioden des Ablaufes der bekannten Verfahren einen schädlichen Temperaturgradienten zwischen der Grundplatte und der aufgedampften Selenschicht hervor, der den Ablauf der Kristallkernbildung schädlich beeinflusst. Dieser Temperaturgradient verschwindet bei den bekannten Verfahren kurz nach dem Beginn der Verdampfung, da die Temperaturdifferenz zwischen der Grundplatte und der abgelagerten Schicht sich ausgleicht.
Es sind auch Verfahren bekannt, bei welchen zur Verbesserung der Parameter in der Durchlassrichtung die Temperatur der Grundplatte auf einen niedrigen Wert eingestellt wird. Mit diesem Verfahren können bei gleicher Verunreinigung des Selens bessere Durchlassparameter erreicht werden, als wenn die Grundplatte eine verhältnismässig höhere Temperatur besitzen würde, jedoch neigen solche Selengleichrichterplatten zur Kurzschlüssen bzw. verschlechtern sich die Parameter derselben in der Sperrichtung. Obwohl es üblich ist, die Kurzschlussstellen mit hoher Stromstärke durch"Kurzschlussschlag"zu vernichten, ist dieser Kurzschlussschlag nicht in jedem Fall erfolgreich ; z.
B. an sogenannten schwachen Stellen, wo kein Kurzschluss besteht, da die
<Desc/Clms Page number 2>
Höhlen die Sperrschicht oder die Gegenelektrode nicht vollständig mit der Grundplatte verbinden, nutzt der "Kurzschlussschlag"nicht. Solche schwache Stellen verursachen eine Konzentration des Rückstromes, der das Arbeiten der Selengleichrichter schädlich beeinflusst.
Die Häufigkeit der Kurzschluss- und schwachen Stellen kann zwar durch Vergrösserung der Zahl und der Dicke der Schichten herabgesetzt werden, doch wird hiedurch ein grösserer Materialaufwand verursacht, der sich aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nachteilig auswirkt, ferner wird dadurch die Verschlechterung einiger Parameter, so z. B. die des Bahnwiderstandes, verursacht.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines solchen Verfahrens zur Herstellung von Selengleichrichtern, durch welches die Selengleichrichter im Vergleich zu den bekannten mit wesentlich besseren Parametern in der Durchlass- und Sperrichtung, mit einem kleineren Bahnwiderstand und Materialaufwand hergestellt werden können, und deren Lebensdauer grösser ist als der mit bekannten Verfahren hergestellten Selengleichrichtern.
Nach der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art in dem die vorbereitete Grundplatte enthaltenden abgeschlossenen Raum der Druck bis zur Vollendung der Verdampfung stetig um mehr als eine Grössenordnung erhöht wird und dass die Grundplatte während der Verdampfung in an sich bekannter Weise die Grundplatte fortwährend gekühlt und die Selenseite erhitzt wird, wobei zwischen der Aussenseite der Selenschicht oder Selenschichten und der Grundplatte stets ein 500 C/cm übersteigender Temperaturgradient aufrechterhalten wird.
Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass während der Verdampfung der Druck im abgeschlossenen Raum im Bereich zwischen 10-4 und 2 X 10-1 Torr stetig erhöht wird und dass das Verhältnis der Drücke am Anfang und am Ende der Verdampfung auf einen höheren Wert als 10 eingestellt wird.
Ferner kann von der Sperrschicht bis zum ohmschen Kontakt der Verlauf der Verunreinigungskonzentration an Halogenen, Halogenmischungen oder Halogenverbindungen wachsend eingestellt werden, wobei jedoch wenigstens eine Strecke mit abnehmender Konzentration so eingeschaltet wird, dass die Halogenkonzentration innerhalb dieser Strecke zwischen 10-3% und 1, 5 X 10-1% beträgt.
Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die mit dem ohmschen Kontakt versehene Platte auf einer bei dem Verdampfen benutzten Haltevorrichtung befestigt und auf eine höhere als die Verdampfungstemperatur erhitzt. Hienach wird die Grundplatte samt der Haltevorrichtung in den abgeschlossenen Verdampfungsraum gebracht und in diesem Raum Luftleere erzeugt. Mit der Verdampfung wird begonnen, sobald im abgeschlossenen Raum mindestens 10-2 mm Hg Vakuum erreicht wird. Während der Verdampfung wird die innere Oberfläche der Grundplatte mit einer nach irgendeiner bekannten Art arbeitenden Kühlvorrichtung kräftig gekühlt und die Selenseite mit einer nach irgendeiner bekannten Art arbeitenden Erwärmungsvorrichtung erhitzt.
Das Ausmass der Kühlung und Erhitzung wird so eingestellt bzw. geregelt, dass während der Verdampfung in der Selenschicht bzw. in den Selenschichten stets ein mindestens 500 C/cm betragender Temperaturgradient in dem Sinn vorhanden ist, dass die Aussenoberfläche der Selenschicht wärmer und die Innenoberfläche der Grundplatte kühler ist.
Die Verdampfung des Selens erfolgt in bekannter Weise in Luft, Edelgasen, in Sauerstoff- bzw.
Stickstoffatmosphäre, usw. Unabhängig von der Beschaffenheit der Atmosphäre und nach Beginn der Verdampfung wird die Luftleere im abgeschlossenen Raum fortwährend ermässigt bzw. der Druck erhöht. Der Unterschied zwischen den Vakuum- bzw. Druckwerten in den Augenblicken des Beginns und der Vollendung der Verdampfung entspricht mindestens einer Grössenordnung.
Durch diese Kombination der Operationen vermindert sich erheblich die Zahl der Kurzschlussstellen und anderer schwacher Stellen und demzufolge können auch ohne Veränderung von Konstruktionsparametern, wie z. B. Schichtdicken, Verunreinigungskonzentration, Schichtzahl, usw., vorteilhaftere Eigenschaften in der Sperrichtung erreicht werden bzw. es kann durch das Zusammenwirken der Parameter in der Durchlass- und Sperrichtung eine Herabsetzung des Bahnwiderstandes erreicht werden.
Ausser den obigen vorteilhaften Eigenschaften der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Selengleichrichter kann auch ihre Lebensdauer dadurch erhöht werden, dass für die Regelung der Diffusion gegen die Sperrschicht der Verlauf der Verunreinigungskonzentration so ausgebildet wird, dass im Verlauf der Verunreinigungskonzentration gegen den ohmschen Kontakt zu an einer geeigneten Stelle eine den gewünschten Parametern entsprechend gewählte Strecke oder Strecken mit abnehmender Konzentration eingeschaltet werden, so dass die Halogenkonzentration zwischen 10-3% und 1, 5 X 10-1% fällt.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend an Hand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel l : In einem mit bekannten Hilfseinrichtungen ausgerüsteten Vekuumverdampfer wird nach Einlegen der Grundplatten die aus Rotation- (Ruvac-) und Diffusionsluftpumpen bestehende Pumpvorrichtung in Betrieb gesetzt und das Pumpen bis zum Erreichen eines Vakuums von 10-3 Torr fortgesetzt.
Die Kühlvorrichtungen an der Innenseite (mit Selen nicht zu versehende Seite) der Grundplatten und die an der Aussenseite befindlichen Heizvorrichtungen werden so geregelt, dass während der Verdampfung ein
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
lBeispiel 2 : In einem mit bekannten Hilfseinrichtungen und Pumpvorrichtungen ausgerüsteten Vakuumverdampfer wird nach Erreichen eines Druckes von 5 X 10-4 Torr mittels eines Nadelventils ein Druckanstieg hervorgerufen, während mit den Kühl- bzw. Heizvorrichtungen ein Temperaturgradient von
EMI3.1
und/oder BR enthaltende Selenschicht und zum Schluss eine 3 X 10-2% Br und/oder J enthaltende Selenschicht so aufgedampft wird, dass am Ende der Verdampfung der Druck 5 X 10-2 Torr beträgt.
Mit dem Verfahren nach Beispiel 2 erhält man Selengleichrichter mit guten Parametern, deren Lebensdauer ebenfalls besser ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern, wobei auf eine Grundplatte durch Verdampfen bei einem Druck von 10-3 Torr eine oder mehrere Schichten aus Selen oder aus einer Mischung von Selen und Halbleiterstoffen aufgebracht werden, den einzelnen Schichten zur Erhöhung der Leitfähigkeit Halogen bzw.
Halogenverbindungen oder Mischungen davon zugesetzt werden und auf diesen Schichten mit einer
EMI3.2
vorbereitete Grundplatte enthaltenden abgeschlossenen Raum der Druck bis zur Vollendung der Verdampfung stetig um mehr als eine Grössenordnung erhöht wird und dass während der Verdampfung in an sich bekannter Weise die Grundplatte fortwährend gekühlt und die Selenseite erhitzt wird, wobei zwischen der Aussenseite der Selenschicht oder der Selenschichten und der Grundplatte ständig ein mehr als 500 C/cm betragender Temperaturgradient aufrechterhalten wird.
EMI3.3