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Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für den ohmschen Kontakt eines symmetrischen Thyristors, nach welchem auf die Oberfläche einer Siliziumstruktur des Thyristors vom n-p-n-p-n-Typ von der der die Steuerelektrode tragenden Seite gegenüberliegenden Seite zuerst eine Zwischenschicht aus einem Material, das in der Lage ist, eine eutektische Verbindung mit Silizium zu bilden, und dann eine Temperaturkompensationsschicht aufgebracht wird, worauf die erzeugte Struktur auf eine Temperatur erhitzt wird, die gleich der eutektischen Temperatur des Systems Zwischenlagenmaterial-Silizium ist oder sie etwas überschreitet. Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der DE-OS 1803489 bekannt.
Das Auftragen der Zwischenschicht geschieht wie folgt : Auf die mindestens zwei Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (p-und n-leitendes Gebiet) aufweisende Kontaktfläche der Siliziumstruktur wird eine 10 bis 40 um dicke Aluminiumschicht und auf die Kontaktfläche des als Temperaturkompensator ausgebildeten Trägerkörpers eine 30 bis 80) im dicke Schicht einer Aluminium-Silizium-Legierung im Vakuum aufgedampft. Dann werden die Kontaktflächen der Siliziumstruktur und des Trägerkörpers mit den aufgetragenen Schichten aneinandergedrückt und auf eine Temperatur von 577 bis 6000C erwärmt. Hiebei wird zwischen dem p-leitenden Gebiet der Siliziumstruktur und dem Trägerkörper eine ohmsche Verbindung mit einem niedrigen Widerstand gebildet.
Zwischen dem n-leitenden Gebiet der Siliziumstruktur und dem Trägerkörper bildet sich eine ohmsche Verbindung mit einem erhöhten Widerstand aus, weil im Legierungsprozess eine teilweise Auflösung des Materials des n-leitenden Gebiets der Siliziumstruktur stattfindet und an die Grenze mit der Legierung der Zwischenschicht Siliziumschichten mit einer geringeren Störstellenkonzentration treten. Das Vorhandensein der ohmschen Verbindung erhöhten Widerstandes auf dem Flächenabschnitt unter der Steuerelektrode erfordert erhöhte Steuerstrom- und Steuerspannungswerte zur Umschaltung des symmetrischen Thyristors im Sperrbereich der Stromspannungskennlinie, was seinerseits unvertretbare Leistungsverluste im Steuerkreis des symmetrischen Thyristors zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Herstellungsverfahren für den ohmschen Kontakt eines symmetrischen Thyristors zu entwickeln, bei dem die Störstellen-Oberflächenkonzentration im n-leitenden Gebiet unter der Steuerelektrode des Thyristors erhalten bleibt, damit die Steuerstrom- und Steuerspannungswerte der Stromspannungskennlinie im Sperrzustand des symmetrischen Thyristors vom n-p-n-p-n-Typ die Steuerstrom- und Steuerspannungswerte der Kennlinie im Durchlasszustand unterschreiten.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Zwischenschicht derart aufgetragen wird, dass der Flächenabschnitt unter der Steuerelektrode freigelassen wird, dessen Durchmesser nicht kleiner ist als der Durchmesser der Zone der Steuerelektrode, und dann dieser freigelassene Abschnitt mit einem eine Auflösung von Silizium darin bei Erwärmungstemperaturen ausschliessenden Material gefüllt wird, oder dass auf die Zwischenschicht eine zusätzliche Zwischenschicht aus einem Material aufgebracht wird, das in der Lage ist, mit dem Material der Grundschicht der Zwischenlage bei Erwärmungstemperaturen eine flüssige Schmelze zu bilden, welche in den freigelassenen Abschnitt hineinfliesst.
Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren für den ohmschen Kontakt eines symmetrischen Thyristors bietet die Möglichkeit, bei den hergestellten symmetrischen Thyristoren eine starke Reduzierung von Steuerstrom und-Spannung im Sperrzustand der Stromspannungskennlinie zu gewährleisten, was eine Verringerung der Leistungsverluste im Steuerkreis des symmetrischen Thyristors bewirkt.
Das Verfahren ermöglicht eine hohe Reproduzierbarkeit unter den Verhältnissen der industriellen Produktion.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand einer ihrer Ausführungsvarianten an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen im Schnitt Fig. 1 eine Siliziumstruktur eines symmetrischen Thyristors mit einer Zwischenschicht, in der ein freier Abschnitt gelassen ist, Fig. 2 die gleiche Struktur wie in Fig. 1 mit einem gefüllten freien Abschnitt ; Fig. 3 die gleiche Struktur wie in Fig. 2 mit einem Trägerkörper als Thermokompensator ; Fig. 4 die gleiche Thyristorstruktur wie Fig. 1 mit einer zusätzlichen Zwischenschicht und einem Trägerkörper, Fig. 5 eine Thyristorstruktur wie Fig. 1 mit einer zusätzlichen Zwischenschicht und einem Trägerkörper nach der Erwärmung und Fig. 6 Thyristorkennlinien.
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Das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren für den ohmschen Kontakt eines symmetrischen Thyristors besteht darin, dass auf die Oberfläche einer Siliziumstruktur-l- (Fig. l) eine Zwischenschicht --2-- auf die der die Steuerelektrode --3-- tragenden Seite gegenüberliegende Seite aufgetragen wird. Die Silizium struktur --1-- eines symmetrischen Thyristors setzt sich aus beispielsweise in einem Diffusionsverfahren erzeugten, einander abwechselnden Gebieten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zusammen, wobei es auf der Oberfläche der Siliziumstruktur --1-- auf der der die Steuerelektrode --3-- tragenden Seite gegenüberliegenden Seite sowohl p- als auch n-leitende Gebiete gibt.
Die Zwischenschicht --2-- stellt eine 10 bis 30 11m dicke Scheibe mit einer Öffnung --4-- dar, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des Gebiets der Steuerelektrode --3-ist oder ihn etwas übertrifft. Die Öffnung --4-- beschränkt den freien Abschnitt der Siliziumstruktur-l-unter der Steuerelektrode --3--. Als Werkstoff der Zwischenschicht --2-- kommen Elemente, beispielsweise Al, Ag, Au, oder Legierungen auf der Basis dieser Elemente in Frage, die in der Lage sind, eutektische Verbindungen mit Silizium zu bilden. Dann wird die Öffnung --4-- in der Zwischenschicht --2-- mit einem Material-5- (Fig. 2) gefüllt, das ein Eindringen bzw.
Einlegieren von Silizium in diesem bei Temperaturen ausschliesst, die gleich der eutektischen Temperatur des Systems Zwischenschichtmaterial-Silizium sind oder sie etwas überschreiten. Als solch ein Material --5-- kommen Wolfram, Molybdän oder übereutektische Legierungen von AI, Ag, Au mit Silizium in Frage, die in Form einer 10 bis 30 11m dicken Scheibe mit einem Durchmesser gleich dem der Öffnung --4-- geformt sind. Dann wird auf die Zwischenschicht --2-- und auf
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Legierungen auf deren Basis verwendet werden.
Der Zusammenbau der Bestandteile eines symmetrischen Thyristors ist bequem in einer (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Formkassette zu verwirklichen, in die der Reihe nach Träger- körper --6--, Zwischenschicht --2--, Material --5-- und Siliziumstruktur --1-- eingesetzt werden. Das restliche Volumen der Formkassette wird mit Graphitpulver gefüllt, das zur Erreichung eines innigen Kontaktes der Bestandteile des symmetrischen Thyristors gepresst wird. Die zusammengebaute Formkassette wird in einem Ofen zum Legieren gegeben. Der Legierungsprozess wird unter Vakuum, Wasserstoff oder einem andern Schutzgas bei einer Temperatur durchgeführt, die gleich der eutektischen Temperatur des Systems Zwischenschiehtmaterial-Silizium ist oder sie etwas überschreitet.
Im Legierungsprozess erfolgt eine Benetzung der Kontaktfläche der Siliziumstruktur --1-- und
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--2--.- festen Zustand, wobei es das Gebiet der Siliziumstruktur-l-unterhalb der Steuerelektrode - benetzt, ohne die Siliziumstruktur-l-aufzulösen, weil das Material --5-- mit Silizium übersättigt ist. Falls die Öffnung --4-- mit einem beispielsweise aus Wolfram oder Molybdän bestehenden Material --5-- gefüllt ist, erfolgt gleichfalls keine Auflösung der Siliziumstruktur--1unter der Steuerelektrode --3--, weil diese Materialien bei den angewendeten Legierungstemperaturen das Silizium nicht auflösen.
Infolgedessen ergibt sich die Struktur eines symmetrischen Thyristors, bei dem die Steuerstrom- und Steuerspannungswerte der Stromspannungskennlinie im Sperrzustand die Steuerstromund Steuerspannungswerte der Stromspannungskennlinie im Durchlasszustand unterschreiten.
Fig. 6 zeigt Thyristorkennlinien des Steuerstromes. Mit J4 (2) ist eine Kennlinie gemäss dem
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(l)Zwischenschicht --2-- möglich. Bei dieser Variante des Verfahrens wird auf die erste Zwischenschicht --2-- eine zusätzliche Zwischenschicht --7-- aus einem Material aufgetragen, das in der Lage ist, eine eutektische Verbindung mit Silizium und mit dem Material der ersten Zwischenschicht --2-- eine flüssige Schmelze bei Erwärmungstemperaturen zu bilden. Die zusätzliche Zwi- schenschicht --7-- stellt eine 10 bis 30 11m dicke Scheibe dar. Als Material der zusätzlichen Zwi- schenschicht --7-- kommen beispielsweise übereutektische Legierungen von AI, Ag, Au mit Silizium
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in Frage.
Danach wird auf die zusätzliche Zwischenschicht --7-- der Trägerkörper --6-- aufgebracht. Zum Zusammenbau der Bestandteile des symmetrischen Thyristors werden in die Formkassette in nachstehender Reihenfolge eingebracht: Trägerkörper --6--, zusätzliche Zwischenschicht --7--, erste Zwischenschicht --2--, Siliziumstruktur --1--, Belastung. Als Belastung können Scheiben von Trägerkörpern verwendet werden. Im weiteren geht der Legierungsvorgang in der gleichen Weise vor sich, wie dies oben beschrieben wurde. Im Legierungsvorgang erfolgen eine Benetzung der Kontaktfläche der Siliziumstruktur-l-und deren teilweise Auflösung in den Gebieten unter der ersten Zwischenschicht --2--.
Die zusätzliche Zwischenschicht --7-- bildet mit dem Material der ersten Zwischenschicht --2-- eine flüssige Schmelze, die unter der Wirkung der Belastung die Öffnung --4-- füllt. Es ergibt sich die in Fig. 5 dargestellte Form des Transistors. Infolgedessen ergibt sich ein symmetrischer Thyristor, bei dem die Steuerstrom- und Steuerspannungswerte eine gleiche Grössenordnung mit den nach der ersten Ausführungsvariante erhaltenen Steuerstromund Steuerspannungswerten aufweisen.
Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung werden nachstehend konkrete Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Verfahrens angeführt.
Beispiel l : (Fig. l bis 3)
Zur Herstellung des ohmschen Kontaktes wurde eine Siliziumstruktur-l-des symmetrischen Thyristors mit einem Durchmesser von 30 mm verwendet. Als Material der ersten Zwischenschicht - wurde eine Aluminiumfolie mit einem Durchmesser von 30 mm, einer Dicke von 12 bis 15 11m, mit einer zentralen Öffnung --4-- von 8 mm Durchmesser verwendet. Das die Öffnung --4-- fül- lende Material --5-- wird in Form einer Legierung aus 80% Al mit 20% Si mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Dicke von 12 bis 15 11m eingesetzt. Als Material des Trägerkörpers-6- wurde Wolfram mit einem Durchmesser von 30 mm, einer Dicke von 1, 8 bis 2, 0 mm verwendet.
Die Formkassette wurde zum Legieren mit den einzelnen Bestandteilen in nachstehender Reihenfolge beschickt; Trägerkörper --6-- aus Wolfram, Zwischenschicht --2-- aus Aluminium mit der Öffnung --4--, Material --5-- für die Öffnung --4-- aus der Legierung aus 80% Al mit 20% Si, Siliziumstruktur --1--. Das restliche Volumen der Formkassette wurde mit Graphitpulver beschickt, das mit einer Kraft von 1962 N gepresst wurde. Nach dem Pressen wurde die Formkassette in einen Vakuumofen zum Legieren eingesetzt.
Der Legierungsvorgang wurde bei einer Temperatur von 590 C durchgeführt.
Nach der Herstellung und Verarbeitung des symmetrischen Thyristors wiesen die Steuerströme und-Spannungen der Stromspannungskennlinie jeweils folgende Werte auf.
Im Durchflussbereich
I = 100 bis 120 mA, U = 1 bis 1, 5 V
Im Sperrbereich
I = 500 bis 800 mA, U = 8 bis 10 V
Beispiel 2 : (Fig. 4)
In die Formkassette wurden zum Legieren in der nachfolgenden Reihenfolge eingebracht : Trägerkörper aus Wolfram mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 1, 8 bis 2, 0 mm, zusätzliche Zwischenschicht --7-- aus einer Legierung aus 80% Al mit 20% Si mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 20 bis 25 m, erste Zwischenschicht --2-- aus Aluminium
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und deren teilweise Auflösung in den Gebieten unter der ersten Zwischenschicht --2--. Die zusätzliche Zwischenschicht --7-- bildet mit dem Material der ersten Zwischenschicht --2-- eine flüssige Schmelze, die unter der Wirkung der Belastung die Öffnung --4-- füllt. Es ergibt sich die in Fig. 5 dargestellte Form des Transistors.
Infolgedessen ergibt sich ein symmetrischer
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Thyristor, bei dem die Steuerstrom- und Steuerspannungswerte eine gleiche Grössenordnung mit den nach der ersten Ausführungsform erhaltenen Steuerstrom- und Steuerspannungswerten aufweisen. nach der Herstellung und Bearbeitung des symmetrischen Thyristors waren die Steuerstromund Steuerspannungswerte von der gleichen Grössenordnung wie die Steuerstrom-und Steuerspan- nungswerte der Stromspannungskennlinie bei den Mustern der nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellten symmetrischen Thyristoren.