<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
PERE'EC:I'IONI-#rl#N:IS AIE REDRESSEURS EI.OTRI UES JI.. CRISTAL.
La présente invention se rapporte à un système d'électro- des pour un dispositif semi-conducteur comprenant un corps de matière semi-conductrice et une électrode filiforme appliquée sur la surface du' dit corps, et elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de fabrication d'un tel système d'électrode.
La présente invention est un développement compl de l'invention décrite dans le brevet belge N 532.224.
Ce brevet décrit les effets produits ,par le 'passage d'un courent de formation entre une électrode filiforme en pointe et un
Ce brevet
EMI1.2
semi-conducteur avec lequel l'électrode est en contact. Ce brevet explique que,au-dessous de l'électrode,il se produit
<Desc/Clms Page number 2>
une région de fusion qui est entourée d'une autre région de perturbations dites "en treillis" ou défauts de structure du réseau à l'ef- fet de chauffage du oourant. Ceci sera expliqué plus complètement en- suite, mais on peut noter ici que, d'après les méthodes décrites dans
EMI2.1
k-i1k11Lhi<+31±##ài#%àé±8èn mentionné ci-dessus, les dimen- sions des deux régions sont toutes deux déterminées par le passage d'un courant de formation et ne peuvent être spécifiées séparément.
Un¯des objets de la présente invention est d'étendre les raéthodes décrites. le brevet belge N 532.224- mentionné
EMI2.2
méthodes décrites dans 1:a--&era-a--<ie--e-e-iT:i:-:P-i.-ei:riT-c3:-:i:"b-:bm mentionne ci-dessus de manière à ce que les dimensions des deux régions puis- sent être contrôlées indépendamment.
Ce but est atteint, d'après la présente invention, en pré- voyant un procédé de fabrication d'un système d'électrodes pour un dispositif semi-conducteur comprenant l'application d'une électrode en pointe sur la surface d'un corps semi-conducteur .et le passage d'un courant de formation à travers le contact ainsi établi, la.
sub- stance de ladite électrode et la pression de contact entre l'électro- de et le corps étant choisies de façon à produire une aire prédéter- minée de contact, l'amplitude du dit courant étant choisie pour être suffisante pour faire fondre,le semi-conducteur dans une région du corps'-dans le voisignage du point d'électrode, et dans laquelle le dit courant est coupé avant que l'équilibre de distribution des pertt' bations en treillis produites par la chaleur dans le semi-conducteur ne soit 'atteint.
L'invention prévoit également un procédé de fabrication d'un système d'électrodes pour un dispositif semi-conducteur compre- . nant l'application d'une électrode en pointe à la surface d'un corps semi-conducteur, la substance de la dite électrode et la pression de contactentre l'électrode et le corps étant choisies de façon à fournir une aire prédéterminée de contact, et le passage d'un courant de formation'à travers le contact ainsi établi, dans lequel l'ampli- tude et la forme d'onde du courant de formation sont choisies de ma- nière à ce que le semi-conducteur soit fondu dans une première région
<Desc/Clms Page number 3>
déteminée dans le voisinage du point d'électrode,
et qu'enlèvent dans une seconde région déterminée entourant la première région dé- terminée, des perturbations en treillis soien t-produi tes par la cha- leur dans le corps, l'étendue de la seconde région étant choisie in- dépendamment de l'étendue de la première région.
La-présente invention prévoit également un procédé de fabrication d'un système d'électrodes pour un dispositif semi-conduc teur comprenant l'application d'une électrode filiforme en pointe sur la surface d'un corps semi-conducteur de manière à produire une surface prédéterminée de contact, et le passage d'une impulsion de pointe de courant à travers le contact, l'amplitude de l'impulsion de pointe étant suffisante pour fondre une partie du corps semi- conducteur dans le .voisinage de la pointe de l'électrode, et sa durée étant inférieure au temps nécessaire pour obtenir l'équilibre de distribution des perturbations "en treillis" produites par la cha leur dans le semi-eonducteur devant être atteint.
L'invention prévoit également un dispositif semi conduc- teur ayant un système d'électrode conçu suivant un des procédés men- tionnés ci-dessus.
La présente invention prévoit de plus un procédé d'élec- tro-formation d'un dispositif semi-conducteur qui comprend une élec- trode en pointe faisant contact avec la surface d'un corps semi-con- ducteur, ledit procédé comprenant le fait de laisser passer une im- pulsion de courant à travers le contact, l'amplitude de la dite im- pulsion étant choisie de façon à être suffisante pour fondre le corps semi-conducteur dans une région déterminée près de la pointe de l'électrode, et la durée de l'impulsion étant choisie de façon à être inférieure au temps nécessaire pour l'équilibre de la distri- bution des perturbations "en treillis" produites par la chaleur dans le corps semi-conducteur devant être atteint.
La présente invention prévoit également un dispositif se- mi-conducteur ayant un système d'électrode électro-formé suivant le
<Desc/Clms Page number 4>
dernier procédé mentionné.
L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente à une échelle agrandie une coupe d'un sytème d'électrode pour un dispositif semi-conducteur'
La/figure 2 représente à une échelle agrandie une vue en coupe d'un système d'électrode montrant les régions produites au-des- sous du contact par électro-formation;
La figure 3 montre des courbes illustrant l'élévation de température d'un système d'électrode;
La figure 4 montre schématiquement des impulsions d'élec- troformation pour représenter un procédé suivant l'invention et
Les figures 5 et 6 montrent des courbes utilisées pour aider à comprendre l'invention ;
la figure 5 montre des courbes repré- sentant comment est atteint l'équilibre de distribution de températu- res dans le semi-conducteur, et la figure 6 montre des courbes repré- sentant comment est atteint l'équilibre de la distribution des pertur- bations *en treillis" produites par la chaleur.
Dans la présente spécification, l'expression "perturba- tions en treillis" est utilisée pour désigner un défaut ou une irré- gularité dans la structure "en treillis" du cristal du semi-conducteur qui peut soit être le'siège d'un électron aisément détachable soit un trou. positif qui peut servir comme porteur de courant, ou pouvant se comporter comme un centre-de combinaison ou encore modifier les proprié tés du corps semi-conducteur.
Les perturbations "en/treillis" produites par la chaleur sont celles qui proviennent d'un chauffage approprié du corps semi conducteur suivi d'un refroidissement et elles fournissent habituellement-des trous positifs facilement détachables qui peuvent convertir lecorps semi-conducteur en corps de conductivité du type P: de plus, on suppose que la présence de Qertaines substances telles que le cuivre peut fortement augmenter une telle conversion par la chaleur dans le cas du germanium. La conversion par la chaleur n'est pas cau-
<Desc/Clms Page number 5>
sée par la présence d'un "accepteur" habituel qui signifie ijnpuretés telles qu'aluminium ou or, et peut souvent être supprimée par un re- cuit convenable.
Une perturbation "en/treillis" de ce type produite par la chaleur est quelquefois appelée "accepteur thermique".
Se -référant à la figure 1, quand un fil pointu 1 est ap- pliqué par pression sur la surface d'un corps semi-conducteur 2, la pointe devient plus ou moins aplatie, comme représenté en 3, Si une impulsion de courant passe du fil 1 à travers l'aire de contact du fil 3 au corps semi-conducteur, l'effet, si l'impulsion de courant est d'amplitude et de durée suffisantes, est triple: (1) la substance de l'extrémité du fil, ou du semi-conduc- teur dans son voisinage immédiat, ou les deux, sont fondues. Si la substance du semi-conducteur seule fond, la substance du fil s'y dissout.
En tout cas, un alliage se forme entre la substance du fil et celle du semi-conducteur; (2) La formation par la chaleur de perturbations "en treil- lis" dans la substance du semi-conducteur se produit au-delà de la région de.l'alliage; et (3) si le fil contient une impureté significative,cette impureté passe dans l'alliage et dans le semi-conducteur dans la région se trouvant, immédiatement autour de la région de l'alliage.
La figure 2 représente la condition résultante au voisi- nage de l'extrémité du fil 1.
Le premier effet mentionné ci-dessus consiste à former une région 4 de forme approximativement hémisphérique qui pendant le passage du courant est fondue. Cette région 4 contient à la fois de la substance provenant du fil 1 et de celle du semi-conducteur 2, la composition exacte dépendant de la métallurgie (diagramme de pha- se des deux composants). Cette région 4 devient un conducteur ou dégénère en un semi-conducteur. Au-delà de cette région 4 le semi- conducteur est chauffé au-dessous de son point de fusion par des isothermes formant des enveloppes plus ou moins hémisphériques, la
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
-è.Istl'lbutioll de la température dépendit de 1'utaPlitude du courant et de la surface do contact.
On a trouve que le rayon de tout iso- thenne donné est directement proportionnel au courant de formation en supposant que l'équilibre thermique a été établi.
Quand un semi-conducteur est chauffé, la structure "en treillis" devient de plus en plus irrégulière quand la température le brevet belge N 532.224 mentionné
EMI6.2
s'élève. Suivant .L-c.-...ac+=-cr-.'r'cL't: mentionné ci-dessus, le courant de formation est appliqué au moyen d'une impul- sion relativement longue avec un temps rapide de disparition de l'impulsion, et l'irrégularité du treillis produite par l'impulsion est stabilisée par le refroidissement rapide lors de la cessation de l'impulsion et les deux effets se produisent : (a) les perturba- tions "en treillis" peuvent agir comme centres avec des taux de re- combinaison et de production de porteur de courant minoritaire éle- vés et ainsi la durée du porteur de courant est réduite et (b) les perturbations convenables agissent comme"accepteurs", chacune pro- duisant un trou.
Dans le cas d'une substance semi-conductrice 2, de type N, tel que le germanium type N, la substance à l'origine contient un excès net d'impurestés "donneuses" (produisant des électrons). Ain- si, les "accepteurs" produits par la chaleur peuvent annuler partiel- lement ou complètement les "donneurs" si les "accepteurs" thermiques produits excèdent en concentration les "donneurs" présents à l'ori- gine, alors la conversi'on du semi-conducteur en type P ce produit.
La température nécessaire pour convertir un semi-conducteur de type N en un semi-conducteur de type P est généralement la plus élevée, la conductivité du semi-conducteur initial de type N étant la plus grande.
Le système d'électrode résultant du passage d'une impul- sion de durée et d'amplitude suffisantes et dont la durée de dispa- d'un
EMI6.3
rition est suffisamment rapide, dans le cas semi-conducteur du type N et d'un fil contenant une impureté "donneuse", est représenté
<Desc/Clms Page number 7>
sur la figure 2.
Des modifications dans la structure "en. treillis" se pro- duiront à travers une certaine région limitée par une enveloppe isotheimique hémisphérique 5 entourant la région 4, et jusqu'à une certaine enveloppe isothermique 6, la conversion du type N en type
P se. produira. L'enveloppe isothermique 6 constitue alors une jonc- tion P-N; au-delà de cette jonction le germanium est encore du type
N.
Néanmoins, des modifications se sont produites au-delà de cette jonction comme montré dans la figure 3 par suite du fait que l'enve- loppe 5 est à l'extérieur de l'enveloppe 6; les taux de recombinaison et de production de trous sont augmentés de sorte que c'est seulement à une distance au-delà de cette jonction 6, c'est-à-dire jusqu'à un isotherme correspondant à, par exemple, 300 C dans le cas du germa- nium, qu'aucun effet appréciable n'est évident.
Le ràyon de l'enve- loppe hémisphérique 5 sera mentionné dans la suite de la description sous la référence r2
Comme déjà mentionné, on croit que la présence d'une subs- tance (telle que du cuivre), mais aucune des impuretés significatives habituelles n'est nécessaire pour la conversion thermique d'un semi- conducteur de type N en un semi-conducteur de type P. On a trouvé des différences dans les effets de courant direct et inverse dans la formation du germanium, et du silicium, et ceci peut être du à des atomes d'une substance telle.que du cuivre se comportant comme des ions chargés et étant transportés dans une direction dépendant du sens de l'impulsion de formation.
Si la substance du fil 1 contient une impureté significa- tive, cette impureté sera présente dans la région 4 se composant d'un alliage de la. substance du fil et de la substance du semi-conducteur, et cette impureté significative se déplacera dans une région pratique ment hérisphérique 7 entourant la région 4, le transfert de l'impu- reté se produisant par diffusion, qui est soit aidée, soit empêchée par conduction électrolytique, dépendant du sens de l'impulsion de formation. La distance à laquelle la concentration tombe à une va-
<Desc/Clms Page number 8>
leur donnée dépend de la concentration initiale dans la substance du fil 1.
Dans le cas d'une impureté "donneuse", une jonction N-P se produira dans la région 7 à une distance telle du point du fil 1 que la concentration de Impureté "donneuse" obtenue du fil 1 est égale à la concentration des "accepteurs" présents dans la région 7.
Le rayon de la région 4 sera désigné par la référence r1 dans la suite de la deseription.
Dans le cas d'un semi-conducteur du type N avec un fil 1 contenant une impureté "accepteuse", les conditions générales repré- sentées dans la figure 2 s'appliquent encore mais aucune jonction ne se produira dans la région 7 qui est formée par un seni-conduceur de type P à conductivité élevée. L'effet du courant de formation est alors d'augmenter le changement de conductivité du semi-conduc- teur de la quantité de courant direct y passant du fait que quand le courant direct passe .(pendant le fonctionnement normal suivant du dis. positif) ce courant est transmis par des trous passant à travers la jonction 6 et ainsi la conductivité de l'ensemble du semi-conducteur de type N est augmentée par la présence de ces trous.
Dans ces con- ditions, l'effet du courant de format,ion est d'améliorer la conducti- vité directe.du système d'électrode sans détériorer la caractéristi- que inverse.
Dans le cas d'un semi-conducteur de type P, la conversion thermique se produisant dans 1!enveloppe 5 accroît la conductivité de type P du semi-conducteur et il n'y a aucune jonction correspon- dant à la limite 6. Le fil 1 ¯peut, dans ce cas, contenir une impure- té de type N et une jonction redresseuse correspondant à 7 existe seulement. Un tel système d'électrode convient pour le système d'é- lectrode émettrice d'un transistor, par exemple.
'La description ci-dessus en se référant aux figures 1 et
2 est faite à partir de la spécification du brevet belge ? 532.224 déjà mentionné. Ladite Spécification montre également comment les
<Desc/Clms Page number 9>
propriétés du système d'électrode dépendent des amplitudes relatives de r1 et r2 et comment ces amplitudes relatives peuvent être contrô- lées par l'amplitude du courant de formation de façon à produire,avec un degré élevé de reproductibilité, dos dispositifs semi-cenducteurs ayant diverses caractéristiques désirées.
On montrera ici que l'amplitude du courant de formation nécessaire dépend, dans certaines limites, de la surface de contact établie à l'origine entre l'électrode filiforme ct le semi-conducteur (cette surface de contact dépend de la dureté relative du fil et du semi-conducteur, et de la pression de contact entre le fil et le se- mi-conducteur), de ce que le semi-conducteur est du type P ou du type
N, dë ce que l'électrode filiforme contient une impureté significa- tive et du type ("donneur" outlaccepteur") de ladite impureté.
Dans le procédé de fabrication d'un système d'électrode suivant l'invention décrite dans ladite spécification, il était pos- sible de contrôler la-différence entre 1'2 et 1'1' mais il n'était pas possible de.les contrôler indépendamment l'un de l'autre. Un des pri cipaux objets de la présente inversion est de supprimer cette restrio- tion.
Quand une impulsion de courant entre l'électrode filiforme 1 et le serai-conducteur 2 (fig.l) est appliquée, la température d'un point tel que 8 près du contact 3 commence à s'élever et après un cer tain temps défini, dépendant de l'amplitude du courant, de la surface du contact et des conductivités thermiques de l'électrode et du semi- conducteur, une température d'équilibre constante sera atteinte. Pour de faibles valeurs de courant de formation l'élévation vers la tempé- rature d'équilibre est continue, mais pour des valeurs plus élevées la température s'élève d'abord au-dessus de la température d'équilibre et ensuite descend, comme représenté dans la figure 3, courbes A et B respectivement.
Dans le cas des dispositifs en germanium, pour une impul- sion d'amplitude donnée, suffisante pour produire une récion fondue, et d'une durée de, par exemple, 3 millisecondes, dépendant de l'ampli
<Desc/Clms Page number 10>
tude du courant, les régions représentées dans la figure 2 sont tou- tes complètement établies et toute augmentation supplémentaire de la durée de l'impulsion a peu d'effet. Au-dessous de cette durée, le rayon r2 de la région des perturbations "en treillis" dépend non seu lement de l'amplitude mais également de la durée de l'impulsion. Au- dessous d'une durée beaucoup plus petite, par exemple 1 microseconde, le rayon r1 de la région fondue dépend également de la durée de l'im- pulsion.
Suivant le procédé de la présente invention, une impulsion -de courant très courte passe à travers le contact 3 (figure 1), d'amplitude et de dur.ée suffisantes pour produire une région fondue sur au moins la surface totale du contact. La durée de l'impulsion est cependant si courte que l'équilibre dans la production des per- turbations "en treillis" n'est pas atteint. La durée de l'impulsion peut également être si courte -que l'équilibre dans la distribution des températures n'a pas été atteint. Cette très courte impulsion de courant¯sera appelée "impulsion de pointe", pour la distinguer des impulsions de formation beaucoup plus longues utilisées suivant le procédé de la spécification qui a déjà été mentionné, ces impulsions étant assez longues pour que'les deux sortes d'équilibre soient at- teints.
Ces points seront plus complètement expliqués par la suite en se référant aux figures-5 et 6.
La limite .supérieure de l'amplitude de l'impulsion de pointe.est établie principalement à la condition que le système d'é- lectrode résultant soit électriquement et mécaniquement sûr après formation.
Il est désirable pour atteindre une efficacité maximum de fournir de l'énergie au système si rapidement que la conduction de la chaleur.est trop lente pour réduire les températures atteintes qui sont alors déterminées principalement par la capacité thermique du contact.
La température de pointe atteinte pendant l'impulsion de pointe dépend, en partie, de la résistance du contact initial.
<Desc/Clms Page number 11>
L'importance d'assurer une surface de contact prédéterminée est in- diquée dans la spécification mentionnée ci-dessus. D'après une ca- ractéristique subsidiaire de la présente invention, un courant faible peut passer à travers le contact 3 pour stabiliser ou contrôler la résistance de contact avant l'opération de formation véritable. Le courant qui peut être un courant continu, ou une onde, ou un train d'impulsions, est augmenté jusqu'à ce que la résistance de contact se stabilise à une valeur prédéterminée.
L'impulsion de pointe peut être répétée, si nécessaire, suivant les caractéristiques et l'application désirées.
Suivant la présente invention, l'impulsion de pointe est utilisée principalement dans le but de contrôler le rayon r1 et la composition de la région fondue 4 (figure 2). Quand on désire éga- lement obtenir une région de conversion thermique, son rayon r peut être déterminé par l'application d'une longue impulsion de formation convenable, suivant le procédé de la précédente spécification déjà mentionnée. La longue impulsion de formation peut être appliquée avant ou après l'application de l'impulsion ou des impulsions de poin. te, ou bien elle peut suivre immédiatement une impulsion de pointe.
La figure 4 représente schématiquement une succession de courants de formation qui peuvent être utilisés pour produire un sys- tème d'électrode dans un cas particulier. Elle est seulement donnée à titre explicatif, et elle n'est pas représentée à l'échelle.
Le procédé commence par l'application d'un train de cour- tes impulsions de stabilisation 9 de faible et croissante amplitude.
Ces impulsions peuvent être d'une milliseconde chacune séparément, par exemple. A l'instant t1' la résistance du contact est stabilisée à la valeur désirée et les impulsions 9 prennent fin. A l'instant t2' l'impulsion de pointe 10'.est appliquée. L'impulsion de pointe peut avoir une durée d'une microseconde, et une amplitude de plusieurs ampères, par exemple.
Immédiatement après ltimpulsion de pointe la, ¯une longue impulsion de formation 11 est appliquée, l'amplitude et la
<Desc/Clms Page number 12>
durée étant de l'ordre de plusieurs centaines de milli-smpères et de 25 millisecondes respectivement, par exemple. Le bord arrière/de l'impulsion 11 est représenté incurvé exponentiellement de sorte que le courant n'est pas coupé trop brusquement : ceci empêche un refroi- dissement trop rapide. On comprendra que la figure 4 représente seu- lement un exemple de procédé qui peut être appliqué; il peut, par exenple, y avoir un intervalle de temps appréciable entre les impul- sions 10 et 11, ou encore l'impulsion 10 peut être appliquée après l'impulsion 11.
De manière à ce que l'action de l'impulsion de pointe puisse être bien comprise, il est nécessaire d'expliquer que le temps pris pour établir l'équilibre dans la distribution des perturbations "en treillis" est beaucoup plus grand que le temps nécessaire pour l'équilibre de distribution des températures. C'est la raison pour laquelle une très courte impulsion de pointe peut être utilisée sans affecter d'une manière appréciable la distribution des perturbations "en treillis". Ces phénomènes sont représentés dans les figures 5 et 6.
La courbe A en trait plein dans la figure 5 montre la relation entre la tension entre l'électrode filiforme et le semi-conducteur, et la durée, quand,un courant d'amplitude constante de 400 milliampè- res est appliqué d'une façon continue dans la direction avant à tra- vers le contact. La tension s'élève en pente rapide jusqu'à 50 volts en-0,1 microseconde, cette élévation étant déterminée par le bord avant de l'impulsion de formation. La région autour du point du fil est rapidement chauffée et la température s'élève, ce qui entraîne la chute de la résistivité de la région chauffée du semi-conducteur.
La tension à travers le contact-commence ainsi à descendre, comme indiqué par la courbe A, et atteint 20 volts en 1,5 microseconde en- viron. La réduction de la tension se continue pendant environ 5 mi- crosecondes jusqu'à ce qu'elle ait atteint une valeur contante d'en- viron 16 volts, ce qui indique que la distribution des températures a atteint l'équilibre,.
<Desc/Clms Page number 13>
La courbe B en trait pointillé montre le résultat obtenu quand le courant de 400 milliampères est immédiatement précédé d'une impulsion de pointe dont l'amplitude est d'un ampère et la durée d'une microseconde. La courbe B est de caractère similaire à la courbe A, mais la tension initiale maximum est maintenant d'environ 60 volts ; etla valeur constante finale d'environ 16 volts est plus rapidement atteinte par suite du chauffage plus rapide. On notera que l'impulsion de pointe cesse longtemeps avant que l'équilibre de distribution des températures ait été atteint.
La courbe C en trait mixte montre l'effet obtenu en augmen. tant l'amplitude de l'impulsion de pointe de 2 ampères. La tension initale maximum est d'environ 150 volts, mais elle décroît plus vite et tombe au-dessous, de sa valeur finale, montrant que l'impulsion de pointe a augmenté la grandeur de la région fondue pendant une cow te période de temps.
La figure 6 montre l'effet de l'application de longuse im- pulsions de formation de durée croissante à un système d'électrode similaire à celui auquel la figure 5 se rapporte. Après l'applica- tion de chaque impulsion de formation, le courant inverse à 30 volts est mesuré et est porté en ordonnées, figure 6, en se référant à la durés.de l'impulsion de formation correspondante portée en abscisses,
Les courbes A et B dans,la figure 6 montrent les résultats obtenus en utilisant une longue impulsion de formation de 500 milli- ampères dans la direction avant et de 300 milliapères dans la direc- tioninverse, respectivement. Une échelle de temps logarithmique est utilisée de façon que la forme des courbes puisse être plus aisément appréciée.
Les courbes montrent que le oourant inverse n'atteint pas un minimum tant que la durée de l'impulsion de formation est 10 millisecondes ou plus. Quand on atteint ce minimum, cela indique que la distribution des perturbations "en treillis" produites par la longue impulsion de formation atteint l'équilibre. En conséquence, en comparant les figures 5 et 6,'on verra que la distribution des
<Desc/Clms Page number 14>
perturbation "en treillis" demande, pour attendre l'équilibre, un temps de l'ordre d'un millier de fois plus long que la distribu- tion des températures.
D'après la figure 6, on verra que l'inpul- sion de pointe, d'une durée de l'ordre d'une microseconde, cesse longtemps avant que l'équilibre de la distribution des perturbation "en treillis" ne soit atteint, et peut avoir peu d'effet sur ceLte distribution. On peut élément voir, d'après lu figure 6, que l'augmentation de la durée de la longue impulsion de formation de plus d'environ 10 millisecondes ne produit aucun autre effet, de sorte que si l'on choisit une durée ds, par exemple, 25 millisecon- des, l'équilibre de la distribution des perturbations "en treillis* sera atteint avec une bonne marge, et les résultats obtenus peuvent se reproduire.
On doit noter que plus d'une impulsion de pointe peuvent être appliquées à travers le contact entre 'l'électrode filiforme et le semi-conducteur, selon les caractéristiques que l'on désire ob- tenir. Ces impulsions de pointe n'ont pas besoin d'être toutes de la même amplitude ou de la même polarité. Lorsqu'une impulsion de pointe a cessé, les régions près du contact peuvent mettre jusqu'à 30 microsecondes pour refroidir quand l'amplitude des impulsions de pointe est élevée, et pendant ce temps une petite région de pertur- bations "en treillis" peut se produire.
Cette région s'étendra seu- lement à une légère distance au-delà de la région initiale fondue 4 (figure 2) quand la durée de l'impulsion de pointe est petite per comparaison avec la durée du temps d'équilibra de trois ou quatre millisecondes; par exemple, la région des perturbations tien treillis" pourrait être similaire à la région 7. Une ou plusieurs répétitions de l'impulsion de pointe servent à intégrer les perturbations "en treillis". En/conséquenece, par l'application répétée de l'impulsion de pointe, une petite région significative de perturbations "en treillis" peut être créée sous contrôle convenable, indépendamment de la région fondue, sans utilisation aucune de lalongue impulsion
<Desc/Clms Page number 15>
de formation.
Une belle petite région de perturbations "en treillis" peut conventir pour certains dispositifs, de sorte que, bien que la longue impulsion de formation puisse souvent être nécessaire, son utilisation n'est pas essentielelle on ce qui concerne le. présente in- vontion.
On a vérifié par expérience que les rayons r1 et r (fi- gure 2) peuvent être contrôlés 'indépendamment. Ainsi, dans le cas d'un système d'électrode collectrice pour un transistor utilisant du germanium de type N, dans lequel l'électrode collectrice était un fil pointu d'alliage argent-arsenic\ une longue impulsion de forma- tion de 300 milliampères d'amplitude et de 25 millisecondes de durée était appliquée dans le sens avant, produisant ainsi un système de contact collecteur normal suivant la pratique établie.
Les impulsion de pointe étaient alors appliquées en succession, également dans le sens avant, permettant au contact de se refroidir entre les impul- sions adjacentes, leur amplitude étant augmentée graduellement jus- qu'à ce que la résistance collectrice soit brusquement réduite à une faible valeur.
La raison de cette réduction en ce qui concerne la résistance est que les impulsions de pointe avaient augmenté le rayon 1'1 de la région 4 (figure 2) jusqu'à ce que la jonction intérieure N-P dans la région 7 devint si proche de la jonction extérieure P-N en 6 que les électrons puissent passer à travers la région étroite de'type P restant sans recombinaison, On avait trouvé que la résis- tance collectrice pouvait alors être ramenée à une valeur normale élevée en appliquant une longue impulsion de formation dont l'ampli- tude était de 500 milliampères, qui augmentait le rayon r de la ré-
2 gion convertis par la chaleur, éloignant ainsi la jonction extérieu- re P-N de la jonction intérieure N-p.
Ceoi montre clairement que 1'1 et r2 peuvent être réglés séparément.
On a trouvé qu'un système d'électrode collectrice satis- faisant pour un transistor ne peut pas toujours être obtenu par les procèdes de formation connus lorsqu'on utilise du fil de bronze phos-
<Desc/Clms Page number 16>
phoreux produit pour le commerce pour l'électrode collectrice, Ceci parait être dû à la distribution irréulière du phosphore dans ce fil. Des essais ont été faits sur un transistor utilisant du géra- nium de type N dans lequel l'électrode émettrice était forcée par un fil en alliage platine-ruthénium, et l'électrode collectrice était formée par du fil de bronze au phosphore, l'espacement entre les poin- tes des électrodes étant de 0,025 mm (0,001 inch).
Quand de longues impulsions de,formation vers l'avant dont la gamme d'amplitude se trouve entre 150 milli-ampères et 1,5 ampères étaient appliquées au contact de l'électrode collectrice, aucun signe de l'action du tran- sistor ne pouvait être obtenu. Aucun succès n'était obtenu en appli- quant d'une façon répétée une longue impulsion de formation d'une amplitude de 500 milliampères et d'une durée de 10 millisecondes.
Il semblait probable que l'échec était dû au fait que le fil conte- nait insuffisamment de phosphore pour produire la région de type N intérieure nécessaire par le procédé de formation ordinaire. On espé- rait cependant que si le manque de phosphore notait pas trop grand, l'application d'une impulsion de pointe remédierait à cet ennui en fondant momentanément une plus grande quantité de fil de l'électrode collectrice que cela n'est possible avec la longue impulsion de for- mation, introduisant ainsi plus de phosphore sans affecter sérieuse- ment la région des perturbations "en treillis" produites par la Ion- gue impulsion.
Des impulsions de pointe, de 5 ampères d'amplitude et d'une durée de 1 microseconde, et suffisamment espacées pour per- mettre au contact de refroidir entre les impulsions successives, étaient en conséquence appliquées dans le sens direct au contact col- lecteur, et le gain.de courant du transistor était mesuré après l'ap- plication de .différentes impulsions de pointe, comme indiqué par le tableau suivant.
L'action du transistor était obtenue après l'appli- cation d'une seule impulsion de pointe :
N des impulsions) 1 3 5 24 44 64 104 de pointe ,)
Gain de courant ) 0,5 1,0 1,5 1,6 1,8 2,2 2,9
<Desc/Clms Page number 17>
Après que le transistor était monté convenablement, le gain de courant se trouvait être maintenu à 2,8 alors que la tension de polarisation du collectour était de 7 et 28 volts, et à cette der- nière valeur il était surchargé.
Une impulsion de pointe peut également être utilisée pour remettre en état le système d'électrode collectrice d'un transistor qui a été rendu inutilisable par l'application d'une longue impulsion de formation normale d'amplitude excessive. Ainsi, dans un cas, on trouvait qu'après l'application d'une longue impulsion de formation dont l'amplitude est de 1,5 ampère et la durée de 10 millisecondes, le contact de l'électrode collectrice était abimé; mais l'application ultérieure d'une impulsion de pointe dont l'amplitude est de 15 ampè- res et la durée d'une microseconde rétablit l'action du transistor et un gain de courant de 3 est atteint.
On doit également noter que la présente invention peut avoir pour résultat la production de dispositifs qui ne seront pas aussi sérieusement perturbés dans les effets utiles obtenus par les surtensions de courant élevé que l'on rencontre quelquefois au cours du fonctionnement. Ceci est dû à ce que les impulsions de pointe sont elles-mêmes de grandes surtensions de courant utilisées dans le traitement de formation.
Grâce à la.présente invention, il est également possible de'construire des redresseurs de systèmes d'électrodes qui ne pouvaien antérieurement donner des résultats utiles, ou de construire des re- dresseurs perfectionnés traités par d'autres méthodes de formation.
Par exemple, on peut produire des diodes à partir de germanium type N de résistance spécifique égale à 0,4 ohm cm avec une surface soigneusement meulée et gravée et un fil de duralumin en pointe dont la surface ,de contact à un diamètre de 0,125 mm (0,005 inch) en appli- quant des impulsions de pointe d'une microseconde de 0,75 ampère d'amplitude dans la direction avant. Les diodes ainsi formées ont une résistance inverse de 25 mégohms à -12 volts et laisse passer 70 milliampères,à +1 volt. La tension de fonctionnement inverse ma-
<Desc/Clms Page number 18>
ximdum est d'environ 20 volts. Dans un autre exemple, des diodes étaient réalisées en germanium de type P dont les caractéristiques peuvent être comparées favorablement avec celles réalisées en germa- nium de type N.
Les chiffres pour les durées et les amplitudes des impul- sions indiqués ci-dessus ont été donnés pour du germanium. L'inven- tion est également applicable à d'autres substances semi-conductrices Par exemple en utilisant du silicium de type P avec une électrode fi- ou liforme en argent contenant 0,1 d'arsenic%de phosphore, on a réali- sé des redresseurs en appliquant une impulsion de pointe d'une ampli- tude de 0,5 ampère et d'une durée d'une microseconde. Ceux-ci avaient une résistance inverse de 10 mégohms à + 12 volts et laissaient pas- ser un courant direct de ± milliampères à -2 volts.
En utilisant une électrode en argent recouverte de bismuth, la même impulsion de pointe produisait des redresseurs ayant une résistance inverse plus faible, mais un courant direct plus élevé.
On a mentionné ci*-dessus, en se référant à la figure 3, que dans le cas d'une impulsion de formation d'amplitude plus élevée qu'un certain minimum, la température au contact peut, très peu de temps après le commencement de l'impulsion, si élever au-dessus de la température d'équilibre thermique. Cette élévation peut être impor.. tante si le Point de fusion de l'électrode filiforme est plus élevé que celui du semi-conducteur eh augmentant l'injection d'impuretés significatives du fil dans le semi-conducteur, et.l'effet peut être accru en faisant précéder immédiatement la longue impulsion de for- nation d'une impulsion de pointe sans aucun intervalle de temps entre ces impulsions, comme montré par.exemple dans la figure 4.
D'autre part, on peut désirer réduire l'élévation excessive de température pour minimiser la fusion de l'électrode filiforme, et dans ce cas aucune impulsion de pointe n'est utilisée et le taux initial d'aug- mentation du courant de formation peut être réduit en formant conve- nablement le bord avant de la longue impulsion de formation.
Des déplacements ou dislocations conduisant à la formâ-
<Desc/Clms Page number 19>
tion d'une petite région de défauts "en treillis" autour de la ré- gion fondue peuvent se produire pendant le refroidissement rapide après la cessation d'une longue impulsion de formation. De telles dislocations peuvent étre réduites en densité'en fanant cesser l'im- pulsion à une valeur telle qu'on peut supposer que l'équilibre ther- mique existe à n'importe quel moment, et néanmoins assez rapidement pour assurer que la durée de l'impulsion n'est pas accrue d'une fa- çon appréciable. Ceci est indiqué par le bord arrière incurvé 12 de la,longue impulsion de formation 11 représentée dans la figure 4.
Dans le cas de germanium, une durée convenable pour le bord arrière 12 peut être de 2 millisecondes par exemple. La réduction de la den- site des dislocations est utile car elle réduit les bruits électri- ques dans le dispositif terminé.
Bien qu'un des effets de l'impulsion de pointe soit d'a- mener un matériau (qui peut comprendre des impuretés significatives¯ du fil dans une région autour du contact initial entre le fil et le semi-conducteur, une impulsion de pointe peut également être utili- sée avec une électrode filiforme qui ne doit pas fondre et/ou ne doit pas contenir d'impuretés significatives, si d'utiles changements peuvent être produits en fondant et en refroidissant une région du semi-conducteur.
Bien que l'invention ait été décrite en détail en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il est clair qu'elle n'y est pas limitée mais' qu'au contraire, elle'est susceptible de variantes ou modifications sans sortir de son domaine.