CH406439A - Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper - Google Patents

Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper

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CH406439A
CH406439A CH1156962A CH1156962A CH406439A CH 406439 A CH406439 A CH 406439A CH 1156962 A CH1156962 A CH 1156962A CH 1156962 A CH1156962 A CH 1156962A CH 406439 A CH406439 A CH 406439A
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junction
semiconductor body
semiconductor arrangement
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CH1156962A
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Emeis Reimer Dr Dipl-Phys
Arnulf Dr Hoffmann
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Siemens Ag
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Description


  Halbleiteranordnung     mit    einem im     wesentlichen        einkristallinen     Halbleiterkörper    Halbleiteranordnungen, wie     Gleichrichter,    Transisto  ren, Fotodioden,     V.ierschichtanordnungen    u. dgl., be  stehen meistens aus einem im wesentlichen einkristalli  nen Halbleiterkörper aus Germanium, Silizium oder  den     intermetallischen    Verbindungen der     11I.    und V.  bzw. der     1I.    und     VI.    Gruppe des Periodischen Systems,  auf den Elektroden, z. B. durch Diffusion oder Legie  rung, aufgebracht sind.

      Innerhalb des Halbleiterkörpers befinden sich für  gewöhnlich mehrere Zonen unterschiedlichen     Leit-          fähigkeitstyps,    welche durch     pn-Übergänge    voneinan  der getrennt sind. Wenn derartige     pn-Übergänge        be-          triebsmässig    in Sperrichtung beansprucht werden,  muss ein elektrischer Durchschlag und an den Stellen,  an denen der     pn-Übergang    an die Oberfläche des Halb  leiterkörpers tritt, ein Überschlag verhindert werden.

    Die Halbleiterkörper werden zu diesem Zweck für ge  wöhnlich verschiedenen Behandlungsverfahren unter  worfen, durch welche Oberflächenverunreinigungen  abgetragen und schützende Schichten, beispielsweise       Oxydschichten,    aufgebracht werden, mit deren     Hilfe     ein Überschlag am     pn-Übergang    an der     Oberfläche    ver  hindert werden soll. Derartige     Ätzverfahren,    Oxyda  tionsbehandlungen u. dgl. erfordern für gewöhnlich  sehr grosse Sorgfalt und verteuern somit das End  produkt beträchtlich.

   Ausserdem liegt die Durch  bruchspannung eines     pn-Überganges    an der     Oberfläche     eines Kristalls infolge anderer Feldverteilung     erheblich     niedriger als innerhalb des     Kristallps.    Deshalb wird im  allgemeinen die Sperrfähigkeit eines gleichrichtenden  Überganges durch den Oberflächendurchbruch be-    stimmt. Die Erfindung sucht derartige     Halbleiteran-          ordnungen    zu verbessern.  



  Die Erfindung     betrifft    eine Halbleiteranordnung       mit    einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiter  körper und wenigstens zwei mit     Kontaktelektroden     versehenen Zonen verschiedenen     Leitfähigkeitstyps,     welche durch einen     pn-Übergang        getrennt    sind.     Erfin-          dungsgemäss    :ist in die Oberfläche der einen Zone min  destens eine Zone des entgegengesetzten Leitfähig  keitstyps derart eingelagert, dass sie den an die Ober  fläche tretenden Rand des     pn-Übergangs    vollständig  umschliesst.

   Ein derartiger Aufbau einer Halbleiteran  ordnung kann zu einer erheblichen Ersparnis hinsicht  lich der     Oberflächenbearbeitung    führen. Gleichzeitig  lassen sich hiermit höhere Sperrspannungen erzielen.  



  Der Grund für die Erhöhung der Sperrspannung  ist darin zu sehen, dass die Sperrspannung an der  Oberfläche des Halbleiterkörpers sich nun auf meh  rere     pn-Übergänge    verteilt. Der     Spannungsabfall    am  einzelnen     pn-Übergang    kann deshalb verhältnismässig  gering gehalten werden,     wodurch    es sich     erreichen     lässt, dass ein elektrischer Überschlag oder Durch  bruch auch bei sehr geringen Oberflächenbearbeitun  gen nicht mehr erfolgt.  



  Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Er  findung näher erläutert werden. In den Figuren 1 bis 4  sind verschiedene Halbleiterdioden im Querschnitt der       Deutlichkeit    halber vergrössert und insbesondere in  den Dickenverhältnissen stark verzerrt dargestellt.  



  Eine Halbleiterdiode, wie sie beispielsweise in       Fig.    1 dargestellt ist, kann z. B. in folgender Weise  hergestellt werden: Auf eine     Molybdänscheibe    von      etwa 22 mm Durchmesser und etwa 2 mm Dicke wird  eine Aluminiumscheibe von etwa 19 mm Durchmesser  und etwa 50     [t    Dicke aufgelegt. Auf diese Aluminium  scheibe wird ein Plättchen aus     p-leitendem    Silizium  mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1000  Ohm cm und einem Durchmesser von etwa 18 mm  aufgelegt. Das Plättchen kann z. B. 300     #t    Dicke haben.

    Darauf folgt eine     Gold-Antimon-Folie    mit beispiels  weise     0,5%        Antimongehalt,    die einen kleineren Durch  messer, z. B. 14 mm, als die     Siliziumscheibe    und eine  Dicke von etwa 80     ut,    aufweist. Eine ringscheibenförmi  ge Folie aus dem gleichen Material und mit der glei  chen Dicke, welche z. B. einen Innendurchmesser von  15 mm und einen Aussendurchmesser von 17 mm be  sitzt, wird ebenfalls auf die Oberseite des Halbleiter  plättchens aufgelegt, und zwar in der Weise, dass sie  die erste Folie überall mit gleichem Abstand umgibt.  



  Das Ganze wird in ein mit diesen Materialien nicht  reagierendes, nicht schmelzendes Pulver, beispielsweise       Graphitpulver,    eingepresst und auf etwa 800 C unter  Anwendung von Druck erhitzt. Die Erwärmung kann  beispielsweise in einem Legierungsofen durchgeführt  werden, welcher evakuiert bzw. mit einem Schutzgas  gefüllt ist.  



       Fig.    1 zeigt das Ergebnis. Auf einer     Molybdän-          scheibe    2 ruht eine     Aluminium-Silizium-Legierung    3,  an welche ein     Siliziumkörper    angrenzt, welcher auf der  der Aluminiumlegierung zugewendeten Seite eine mit  Aluminium hochdotierte     p-leitende    Zone 4 aufweist.  Danach folgt eine schwach     p-leitende    Zone 5, welche  aus dem ursprünglichen Halbleitermaterial der in den  Legierungsofen eingebrachten     Siliziumscheibe    besteht.

    Auf der Oberfläche liegt eine im wesentlichen aus dem       Gold-Silizium-Eutektikum    bestehende Ronde 6 auf  einer mit Antimon dotierten und demzufolge     n-leiten-          den    Zone 7 auf. Eine Ringscheibe 8, die ebenfalls im  wesentlichen aus dem     Gold-Silizium-Eutektikum    be  steht, ruht auf einer weiteren     n-leitenden    Zone 9,  welche ebenfalls die Form einer Ringscheibe aufweist.  Die     Molybdänscheibe    2 ist mit einem Kontakt 10 ver  sehen, welcher in der Zeichnung symbolisch als Zu  führungsleiter dargestellt ist. Die Kontaktelektrode 6  besitzt ebenfalls einen Kontakt 11. Die Ringscheibe 8  kann, z. B. durch     fitzen,    entfernt werden.

   Sie kann  aber auch auf dem Halbleiterkörper belassen werden.  



  Der Abstand der Ringelektrode 8 von der Ronde  6 beträgt etwa 500     Et.    Durch den Legierungsvorgang  werden die Grössenverhältnisse der einzelnen Teile der  Anordnung nur unwesentlich verändert, so dass sich  durch die Bemessung der aufgebrachten Folie bereits  eine Bemessung der fertigen Halbleiteranordnung er  gibt. Der Abstand der Ringelektrode 8 bzw. der Zone  9 von dem an die Oberfläche tretenden     pn-Übergang     (äussere Grenze der Zone 7) wird     zweckmässigerweise     so gewählt, dass er eine oder mehrere Diffusionslängen  der     Minoritätsträger    beträgt.

   Hierdurch lässt sich ver  hindern, dass die     zusätzlich    aufgebrachte Zone einen  Transistoreffekt     zeigt.    Im Falle eines Transistors ist zu  fordern, dass der Abstand des     Emitters    von der Basis  kleiner oder gleich     Y3    der Diffusionslänge beträgt.    Wenn man den Transistoreffekt also verhindern will,  so wird man den Abstand der zusätzlich eingelagerten  Zone von dem     pn-Übergang    grösser oder gleich einer  Diffusionslänge wählen.  



  Im vorliegenden Fall eines     p-s-n-Gleichrichters    be  deutet dies, dass der Abstand der Ringelektrode 8 von  der Ronde 6 etwa im Bereich von 0,5 bis 5 Basisdicken  liegen sollte, da die Basisdicke, nämlich der lineare  Abstand zwischen den Zonen 4 und 7, bei optimaler  Dimensionierung eines     p-s-n-Gleichrichters    etwa 2 Dif  fusionslängen betragen soll.  



  Im Betrieb der Halbleiterdiode liegt an den Kon  takten 10 und 11 eine Wechselspannung. Die Diode  lässt lediglich einen     Durchlassstrom    in Richtung von  dem Kontakt 10 zu dem Kontakt 11 fliessen, während  sie bei umgekehrter     Polung    der Wechselspannung an  dem zwischen den Zonen 5 und 7 befindlichen       pn-Übergang    sperrt. Diese Sperrspannung ist durch  verschiedene Umstände begrenzt, insbesondere durch  die Dotierung des Materials sowie durch die Dicke der  Zone 5. An der Oberfläche des Halbleiterkörpers ist  die Sperrspannung, wie bereits beschrieben, durch       Oberflächenverunreinigungen,    wie z. B. Feuchtigkeit,  und die Feldstärke begrenzt.

   Durch die Aufteilung der  Sperrspannung an der Oberfläche auf mehrere       pn-Übergänge    wird erreicht, dass der einzelne     pn-Über-          gang    wesentlich geringer beansprucht ist und damit im  Ganzen die Sperrspannung erheblich höher getrieben  werden kann, z. B. auf 2000 V oder höher.  



  In dem Ausführungsbeispiel gemäss     Fig.    1 wird  der Spannungsabfall der Sperrspannung zwischen den  Kontakten 11 und 10 an der Oberfläche des Halbleiter  körpers im wesentlichen durch den     pn-Übergang    zwi  schen den Zonen 5 und 7 und durch den     pn-Übergang     am Aussenrand der Zone 9 getragen.  



  In     Fig.    2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der  Erfindung dargestellt, welches in ähnlicher Weise wie  das gemäss     Fig.    1 hergestellt werden kann und welches  im wesentlichen auch den gleichen Aufbau aufweist.  Für gleiche Teile wurden die gleichen Bezeichnungen  gewählt.  



  Lediglich die Herstellung der in die Oberfläche des  Halbleiterkörpers eingelagerten Zonen entgegengesetz  ten     Leitfähigkeitstyps    wurde bei diesem Beispiel in  anderer Weise bewirkt. In die schwach     p-leitende    Zone  5 wurde nämlich von der Oberseite des Halbleiter  körpers her ein     n-dotierender    Stoff, beispielsweise  Phosphor, eindiffundiert, wodurch eine dünne     n-leiten-          de    Zone entsteht, die z. B. 1 bis 10     [    stark sein kann.  Diese     n-,leitende    Zone wird durch das Einarbeiten von  Unterbrechungen 12 und 13 in einzelne ringscheiben  förmige Zonen 14, 15 und 16 aufgeteilt. Die Vertiefun  gen 12 und 13 können z.

   B. durch Einätzen oder  durch     mechanische    Einarbeitung hergestellt werden.  Im Betriebsfall finden sich bei Beanspruchung der  Halbleiterdiode in     Sperrichtung    drei hintereinander  geschaltete     pn-Übergänge    an der Oberfläche des Halb  leiterkörpers, welche zu der gewünschten Aufteilung  der Sperrspannung führen.  



  Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfin-           dung    können die zusätzlich aufgebrachten Zonen mit       e'ner    der Kontaktelektroden über einen Widerstand  verbunden sein. Hierdurch ist ihr Potential im Be  triebsfall eindeutig festgelegt und die gleichmässige Be  lastung der einzelnen     pn-Übergänge    gesichert. Der  artige Widerstände sind     zweckmässigerweise    mit im  Gehäuse der gekapselten Halbleiteranordnung unterge  bracht.  



       Fig.    3 zeigt eine praktische Ausführungsform. Es  handelt sich um eine Halbleiteranordnung entspre  chend     Fig.    1. Hinzu kommt lediglich ein Widerstand  17 von einigen k     S2,    der     zwischen    die Kontaktelektro  den 6 und 8 geschaltet ist. Gemäss einer weiteren Aus  führungsform (siehe     Fig.    4) kann dieser Widerstand als  dünne     Widerstandsschicht    18 ausgebildet sein, welche  auf der Halbleiteroberfläche aufliegt und die einzelnen  Zonen miteinander verbindet. Hierfür geeignet sind  z. B. eine aufgedampfte Metallschicht, eine Oxyd  schicht, Graphit oder ein metallhaltiger Lack.  



  Derartige an     die        Oberfläche    tretende     pn-Über-          gänge    ringförmig umgebende, in die eine Zone einge  lagerte Zonen des entgegengesetzten     Leitfähigkeits-          typs    können auch in anderer Weise hergestellt werden,  beispielsweise durch Diffusion mit Hilfe von Masken,  wobei durch derartige Masken die Oberfläche mit  Ausnahme eines ringförmigen Teils bedeckt ist. Eine  weitere Herstellungsweise kann darin bestehen, dass  ein dotierender Stoff in Form einer Paste auf die  Halbleiteroberfläche in der gewünschten Form auf  gebracht und anschliessend durch einen Erwärmungs  vorgang in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

    Eine derartige Diffusion mit Hilfe einer Paste kann  beispielsweise beim     Einlegieren    der Kontaktelektroden  3 und 6 erfolgen.  



  Selbstverständlich .ist die Erfindung nicht auf die  beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. So kann  z. B. bei einem anderen Aufbau der Halbleiterdiode  eine     p-leitende    Zone in das     n-leitende    Halbleitermate  rial eingelagert werden, welche dann ebenfalls den an  die Oberfläche tretenden     pn-Übergang        ringförmig        um-          schliesst.    Zwecks Erhöhung der Sperrspannung kann  die Zahl der hintereinander geschalteten     pn-Übergänge     praktisch beliebig gesteigert werden.  



  Auch andere Halbleiteranordnungen mit sperren  den     pn-Übergängen    können in der erfindungsgemässen  Weise aufgebaut sein; z. B. kann bei Transistoren :in    der Nähe des     Kollektor-pn-Überganges    eine derartige  eingelagerte und den     pn-Übergang    umschliessende zu  sätzliche Zone     angebracht    werden. Bei     Vierschichtan-          ordnungen,    welche z. B. als Stromtore verwendet wer  den, können ebenfalls, insbesondere am mittleren       pn-Übergang,    derartige zusätzliche Zonen in dem  Halbleiterkörper angebracht werden.  



  Eine weitere Möglichkeit zur     Anbringung    einer  zusätzlichen Zone besteht darin, dass ein beispiels  weise     stabförmiger    Halbleiterkörper eines Leitfähig  keitstyps mit einer     Oberflächenschicht    des entgegen  gesetzten     Leitfähigkeitstyps,    z. B. durch     Diffusion,    ver  sehen wird. Nach dem Aufteilen in scheibenförmige  Körper durch Schnitte senkrecht zur     Stabachse    sind  die so gewonnenen Halbleiterscheiben gleich mit einer  Randzone des entgegengesetzten     Leitfähigkeitstyps     versehen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und wenigstens zwei mit Kontaktelektroden versehenen Zonen unterschied lichen Leitfähigkeitstyps, welche durch einen pn-Über- gang getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche der einen Zone mindestens eine Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps derart einge lagert ist, dass sie den an die Oberfläche tretenden Rand des pn-Übergangs vollständig umschliesst. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Halbleiteranordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die eingelagerte Zone mit einer der Kontaktelektroden durch einen elektrischen Widerstand verbunden ist. 2. Halbleiteranordnung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Widerstand ein auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachter metallhaltiger oder graphithaltiger Lack ist. 3. Halbleiteranordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die eingelagerte Zone von dem an die Oberfläche tretenden pn-Übergang einen linearen Abstand von mindestens der Diffusionslänge der Minoritätsträger hat.
CH1156962A 1962-01-26 1962-10-02 Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper CH406439A (de)

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