L'invention concerne un procédé de fabrication d'un corps semi-conducteur, en particulier destiné à des systèmes d'électrodes semi-conducteurs tels que des diodes à cristal, des transis-
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comportant une ou plusieurs impuretés actives. Par impuretés actives, il y a lieu d'entendre des accepteurs et des donneurs, ainsi que d'autres d'éléments ou composés qui influencent les propriétés électriques, par exemple la durée de vie des porteurs de charges minoritaires de la matière.dont est constitué le corps..
Il est connu de soumettre un tel corps à un traitement thermique dans une ambiance comportant une concentration telle de ces impuretés que celles-ci se diffusent dans le corps d'une manière telle que la concentration d e ces impuretés dans ce corps présente un gradient; voir par exemple W.C. Dunlap,"Physical Re-
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variation déterminée de ces concentration, ce dont résultent
à nouveau certaines propriétés électriques.
L'invention fournit entre autres un procédé permettant d'assurer au gradient une autre forme. Elle fournit également un procédé permettant de réaliser de manière très simple une jonction p-n dans le corps. Cette jonction peut être réalisée en un endroit du corps où la concentration des impuretés est très basse, ce qui communique au système d'électrodes une très grande résistance à la disruption.
Suivant l'invention; le corps est soumis à un traitement thermique dans une ambiance comportant une concentration si basse de l'une de ces impuretés qu'au moins une impureté se diffuse hors du corps d'une manière telle que la concentration de cette impureté dans le corps présente un gradient.
Il y a lieu de noter qu'il est connu de chauffer un tel corps dans une ambiance telle et pendant un temps tel qu'une impureté se diffuse entièrement hors du corps sans qu'il se produise donc un gradient notable de la concentration.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, on soumet au traitement thermique un corps tel qu'au moins dans une partie de son volume il comporte deux impuretés dont l'une est prédominante et détermine le type de conduction de cette partie du corps, alors qu'une des impuretés est diffusée hors du corps d'une manière telle que l'on obtienne un gradient de concen-
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diffusée hors du corps d'une manière telle que l'autre impureté prédomine dans cette partie du corps et forme une douche d'arrêt.
De plus, on peut également appliquer sur la surface du corps une matière, soumettre l'ensemble à un traitement thermique et la concentration d'impuretés dans cette matière d'une part et dans le corps d'autre part sont telles qu'une ou plusieurs impure.
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On obtient une tension d'arrêt particulièrement élevée, lorsqu'on provoque localement une basse concentration d'impuretés et qu'en cet endroit on réalise une couche d'arrêt.
Toutefois, la couche d'arrêt peut également être réalisée en un endroit où la différence des concentrations est petite. Comme il a déjà été mentionné, la diffusion de l'impureté peut s'effectuer hors du corps dans une matière qui est appliquée sur la surface, mais également directement dans l'ambiance qui peut être, par exemple, un gaz inerte ou le vide.
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fondue mais cela n'est pas nécessaire. Lorsque le corps est constitué par du germanium comportant des impuretés, la matière peut également être du germanium. Lorsque la matière est fondue, on peut introduire dans cette matière, pendant le traitement thermique une impureté qui peutae diffuser dans le corps. Cette impureté peut être amenée de l'ambiance dans la matière fondue.
L'invention concerne également des corps obtenus par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, ainsi que des dispositifs serai-conducteurs utilisant de tels corps.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant,'bien entendu, partie de l'invention-
Ces figures sont toutes des représentations graphiques
des concentrations des impuretés dans le corps semi-conducteurs; la concentration est portée en ordonnées, et en abscisses est portée la distance jusqu'à la surface du corps où s'effectue la dif-fusion.
La figure 1 est une représentation schématique d'une partie 1 d'un corps semi-conducteur à proximité d'une surface 2 qui coïncide avec l'axe Y. Le reste du corps n'est pas représenté sur le dessin et la diffusion d'impuretés peut être considérée comme s'effectuant uniquement dans une direction perpendiculaire à la surface 2. Soit le cas où le corps est constitué par du sili-
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est du type de conduction n. Les concentrations sont indiquées successivement par les lignes horizontales 3 et 4.
Le corps est chauffé dans le vide, ce qui entraîne une rapide diffusion du bismuth, dont la vitesse de diffusion est
la plus grande. Après un certain temps, les concentrations seront telles que représentées sur la figure 2. A proximité de la surface 2, il se forme une partie 5 dans laquelle la concentration du boré domine, tandis que plus profondément dans le corps, le bismuth domine encore dans la partie 6. Ces parties sont séparées par une couche d'arrêt représentée par une ligne en traits mixtes. Cet exemple sert uniquement à illustrer le principe
de l'invention. Etant donné que la diffusion d'une impureté
dans le vide n'est pas toujours possible, voici encore quelques autres possibilités.
La figure 3 représente une partie d'un corps 11 constituée par du germanium du type n avec une concentration d'antimoine indiquée(par la ligne 13 et une concentration d'indium telle que représentée par la ligne 14. A proximité de la surface 12 se trouve une couche 15 constituée par du germanium à même concentration d'indium 14, voir la figure 4. Cette couche 15 sera enlevée par la suite, de sorte que la structure cristalline n'a guère d'importance.
Le corps 11 et la couche 15 sont ensuite chauffés, ce qui provoque la diffusion de l'antimoine hors du corps dans la couche 15, tendis que la concentration de l'indium reste constante Le résultat est représenté sur la figure 5. La couche 15 peut
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biance n'exerce pratiquement aucune influence sur la concentration d'indium. Lorsqu'on utilise une couche 15 plus mince, il peut être désirable d'admettre dans l'ambiance une certaine quantité d'indium à l'état de vapeur.
Il se produit, dans ce cas, dans le corps, deux parties
16 et 17, qui sont séparés par une couche d'arrêt 18. Comme le montre la figure 6, cette couche d'arrêt se trouve à proximité
de la surface 12. La figure 7 montre un corps 21 constitué par du germanium du type. p comportant une concentration de gallium indiquée par la ligne en pointillés 23 et une concentration d'antimoine
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partie du plomb se dissout dans le germanium et se cristallisesous forme d'une couche 26. La. concentration d'antimoine 24 diminue progressivement dans la direction de la surface limite 27 entre la couche 26 et le corps original. La concentration- de gal-
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nait du gallium, la. diffusion est faible. Une déformation de la ligne.2$ se produit uniquement après la solidification de la couche 26. La partie 28 du corps 21, qui n'est pas fondue, est donc du type de conduction n. On constate que la différence des concentrations 23 et 24, indiquée par la. distance 29, diminue à mesure que la distance jusqu'à la couche de plomb 25 augmente. De ce fait la résistivité de la matière, qui est proportionnelle à, l'inverse de cette différence, augmente avec la distance jusqu'à la couche
25.
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poids 1% d'arsenic. Ce contact n'est pas représenté sur le dessin. Il, est appliqué par fusion, par un chauffage pendant 5 minutes à
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la disruption, étant donné que la résistivité du germanium est élevée à proximité du contact plomb-arsenic, tandis que la résistance en série de la diode est néanmoins basse, vue que la résisti
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La figure 9-montre uns partie 31 d'un corps constitué par du germanium du type n avec une concentration d'antimoine indiquée par la ligne 33 et une concentration de gallium indiquée par la ligne 34. Sur la surface 32 est appliquée une certaine quantité de plomb pur 35 et on chauffe pendant une heure, dans <EMI ID=13.1>
manium, qui, pendant le refroidissement, se cristallise en une couche 36 (voir la fig.10). La ligne 33, qui représente la concentration d'antimoine, est progressivement tombante tandis que la concentration 34 du gallium, qui se diffuse beaucoup moins vite,
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couche une partie 39 du type p. La couche recristallisée 36 tend vers le type n, mais, lorsqu'une tension positive est appliquée au plomb 35, il se produit, dans cette couche 36, lé phénomène di
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active.
La figure 11 montre une modification du procédé décrit à l'aide des figure 9 et 10. Pendant que le plomb 35 et le germanium y dissous sont encore liquides, on introduit de la vapeur d'arse- <EMI ID=16.1>
cure. Cet arsenic se diffuse dans le plomb fondu et dans le germenium. La concentration de l'arsenic est indiquée par la ligne
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The invention relates to a method of manufacturing a semiconductor body, in particular for semiconductor electrode systems such as crystal diodes, transistors.
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comprising one or more active impurities. By active impurities, it is necessary to understand acceptors and donors, as well as other elements or compounds which influence the electrical properties, for example the lifetime of the minority charge carriers of the matter. made up the body.
It is known practice to subject such a body to heat treatment in an environment comprising such a concentration of these impurities that they diffuse into the body in such a way that the concentration of these impurities in this body exhibits a gradient; see for example W.C. Dunlap, "Physical Re-
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determined variation of these concentrations, which results in
again some electrical properties.
The invention provides, among other things, a method making it possible to provide the gradient with another shape. It also provides a method for making a p-n junction in the body very simply. This junction can be made in a place of the body where the concentration of impurities is very low, which gives the electrode system a very high resistance to disruption.
According to the invention; the body is subjected to heat treatment in an environment with such a low concentration of one of these impurities that at least one impurity diffuses out of the body in such a way that the concentration of this impurity in the body presents a gradient.
It should be noted that it is known practice to heat such a body in such an environment and for a time such that an impurity diffuses entirely outside the body without therefore producing a significant gradient in the concentration.
According to another embodiment of the invention, a body is subjected to the heat treatment such that at least in part of its volume it comprises two impurities, one of which is predominant and determines the type of conduction of this part of the body. , while one of the impurities is diffused out of the body in such a way that a gradient of concentration is obtained.
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diffused out of the body in such a way that the other impurity predominates in that part of the body and forms a stop shower.
In addition, it is also possible to apply a material to the surface of the body, subject the whole to a heat treatment and the concentration of impurities in this material on the one hand and in the body on the other hand are such that one or more several unclean.
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A particularly high stopping voltage is obtained when a local low concentration of impurities is caused and a stop layer is produced here.
However, the barrier layer can also be made in a place where the difference in concentrations is small. As already mentioned, the diffusion of the impurity can take place outside the body in a material which is applied to the surface, but also directly in the environment which can be, for example, an inert gas or a vacuum. .
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fondue but this is not necessary. When the body consists of germanium comprising impurities, the material can also be germanium. When the material is melted, an impurity can be introduced into this material during the heat treatment which can diffuse into the body. This impurity can be brought from the environment into the molten material.
The invention also relates to bodies obtained by implementing the method according to the invention, as well as semi-conductive devices using such bodies.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be carried out, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of the invention.
These figures are all graphic representations
concentrations of impurities in the semiconductor body; the concentration is plotted on the ordinate, and on the abscissa is the distance to the surface of the body where the diffusion takes place.
Figure 1 is a schematic representation of a part 1 of a semiconductor body near a surface 2 which coincides with the Y axis. The rest of the body is not shown in the drawing and the diffusion d 'impurities can be considered as occurring only in a direction perpendicular to the surface 2. Let the case where the body consists of sili-
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is of conduction type n. The concentrations are indicated successively by horizontal lines 3 and 4.
The body is heated in a vacuum, resulting in rapid diffusion of bismuth, the diffusion rate of which is
the biggest. After a while, the concentrations will be as shown in Fig. 2. Near surface 2, a part 5 forms in which the borate concentration dominates, while deeper in the body bismuth still dominates in the body. part 6. These parts are separated by a stop layer represented by a dashed line. This example serves only to illustrate the principle
of the invention. Since the diffusion of an impurity
in a vacuum is not always possible, here are a few more possibilities.
FIG. 3 represents a part of a body 11 constituted by germanium of type n with an antimony concentration indicated (by line 13 and an indium concentration such as represented by line 14. Near the surface 12 There is a layer 15 consisting of germanium with the same concentration of indium 14, see FIG. 4. This layer 15 will be removed later, so that the crystal structure is of little importance.
The body 11 and the layer 15 are then heated, which causes the diffusion of the antimony out of the body into the layer 15, while the concentration of the indium remains constant. The result is shown in figure 5. The layer 15 can
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biance has virtually no influence on the indium concentration. When using a thinner layer, it may be desirable to admit some vapor indium into the environment.
It occurs, in this case, in the body, two parts
16 and 17, which are separated by a barrier layer 18. As shown in Figure 6, this barrier layer is located near
of the surface 12. FIG. 7 shows a body 21 constituted by germanium of the type. p comprising a concentration of gallium indicated by the dotted line 23 and a concentration of antimony
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part of the lead dissolves in germanium and crystallizes as a layer 26. The concentration of antimony 24 gradually decreases in the direction of the boundary surface 27 between the layer 26 and the original body. The concentration- of gal-
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arises from gallium, the. diffusion is low. A deformation of the 2 $ line only occurs after the solidification of the layer 26. The part 28 of the body 21, which is not melted, is therefore of the n conduction type. It can be seen that the difference in the concentrations 23 and 24, indicated by the. distance 29, decreases as the distance to the lead layer 25 increases. Therefore the resistivity of the material, which is proportional to the inverse of this difference, increases with the distance to the layer
25.
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weight 1% arsenic. This contact is not shown in the drawing. It is applied by fusion, by heating for 5 minutes at
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disruption, given that the resistivity of germanium is high near the lead-arsenic contact, while the series resistance of the diode is nevertheless low, as the resisti
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Figure 9-shows part 31 of a body consisting of n-type germanium with an antimony concentration indicated by line 33 and a gallium concentration indicated by line 34. On the surface 32 is applied a certain amount of pure lead 35 and heated for one hour, in <EMI ID = 13.1>
manium, which, during cooling, crystallizes into a layer 36 (see fig. 10). Line 33, which represents the concentration of antimony, is gradually falling while the concentration 34 of gallium, which diffuses much less quickly,
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layer a portion 39 of the p type. The recrystallized layer 36 tends towards the n type, but, when a positive voltage is applied to the lead 35, there occurs in this layer 36 the phenomenon of di
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active.
Figure 11 shows a modification of the process described with the aid of Figures 9 and 10. While the lead 35 and germanium dissolved therein are still liquid, iron vapor is introduced <EMI ID = 16.1>
priest. This arsenic diffuses in the molten lead and in the germenium. The concentration of arsenic is indicated by the line
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