Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, dessen Halbleiterkörper wenigstens zu einem Teil mittels einer Hülle luftdicht von der Umgebung ab geschlossen ist und ein Verfahren zu deren Her stellung. Mit dem Ausdruck Halbleitervorrichtung wird hier in allgemeinem Sinne jede Halbleitervorrich tung gemeint, deren Halbleiterkörper mindestens eine Elektrode enthält, welche z.B. ein Spitzenkontakt, oder eine Elektrode mit einer mehr oder weniger grossen Oberfläche, wie eine Elektrode mit einem p-n-Über- gang sein kann.
Dieser Ausdruck umfasst in diesem weiten Sinne auch die strahlungsempfindlichen halb leitenden Elektrodensysteme, wie z.B. eine Photodiode und einen Phototransistor. Das Halbleitermaterial kann in einer solchen Vorrichtung in polykristalli nischer Form vorhanden sein, vorzugsweise ist es aber in einkristallinischer Form.
Es hat sich ergeben, dass die Stabilität solcher halbleitenden Elektrodensysteme, auch wenn sie in einer luftdicht verschlossenen Hülle montiert sind, viel zu wünschen übrig lässt. Mit der Stabilität wird hier das Beibehalten der elektrischen Eigenschaften während längerer Zeit und insbesondere nach schwe rer elektrischer Belastung oder Verwendung bei hoher Umgebungstemperatur gemeint. Zwei wichtige elek trische Grössen von Transistoren sind der Stromver- stärkungsgrad a,"b und der Sperrstrom.
Mit dem Strom verstärkungsgrad aob vord hier die durch die Glei chung
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definierte Grösse gemeint, wobei A I, und 0 I,, kleine Änderungen des Kollektorstromes I, bzw. des Basisstromes Ib darstellen, die bei einem konstanten Spannungsunterschied V", zwischen der Emitter- elektrode und der Kollektorelektrode gemessen sind.
Wenn z.B. ein Transistor in bekannter Weise in eine Hülle mit einem Füllmittel, wie Silikonöl oder Silikonvakuumfett, aufgenommen wird, so ergibt sich, dass zwar a @b kurze Zeit seinen Wert beibehält, aber bei normalem Betrieb auf die Dauer immer weiter zurück geht. Dieser Rückgang macht sich sehr deut lich bemerkbar nach einer Periode schwerer elektri scher Belastung oder nach einem Betrieb oder einer Aufbewahrung bei hoher Temperatur, z.B. bei 80 C, wodurch a @b um 50<B>7,</B> oder noch mehr zurückgehen kann.
Auch der Sperrstrom eines Transistors oder einer Kristall-Diode ist mit der Zeit nicht stabil und nimmt unter gleichen Verhältnissen zu.
Die Erfindung beabsichtigt u.a. eine einfache und reproduzierbare Massnahme zu schaffen, die bei günstigen Werten der elektrischen Grössen eine hohe Stabilität sichert.
Die erfindungsgemässe Halbleitervorrichtung zeich net sich dadurch aus, dass sich im Raum zwischen der Hülle und dem Halbleiterkörper Boroxyd und/ oder eine Bor und Saurstoff enthaltende organische Verbindung als stabilisierende Substanz befindet.
Obwohl in allgemeinen der Halbleiterkörper vor zugsweise als Ganzes luftdicht von der Umgebung abgeschlossen wird, sind auch Einzelfälle möglich, in denen nur ein wirksamer Teil oder die wirksamen Teile des Halbleiterkörpers luftdicht mittels einer Hülle von der Umgebung abgeschlossen werden. Auch in letzterem Falle führt die Massnahme nach der Er findung, nämlich der Zusatz des Boroxyds, zu einer erhöhten Stabilität.
Unter einem wirksamen Teil eines Halbleiterkörpers wird im vorliegenden Fall ein an der Körperoberfläche liegender Teil verstanden, des sen Verhältnisse an der Oberfläche einen merklichen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Elek- trodensystems haben. Vielfach handelt es sich dabei um diejenige Oberflächenteile, in die Ladungsträger, insbesondere zum Betriebsstrom im Halbleiterkörper beitragende Minoritätsladungsträger, durchdringen können.
In einem Transistor z.B. sind die in der Nähe der Emitterelektrode und der Kollektorelektrode lie genden Oberflächenteile des Halbleiterkörpers als wirksame Teile zu betrachten. In einer sogenannten Hallvorrichtung, in der vom Hall-Effekt Gebrauch gemacht wird, wird praktisch die ganze Oberfläche als wirksam betrachtet, da die Ladungsträger dabei prak tisch die ganze Oberfläche erreichen können.
Die physischen Erscheinungen und Wirkungen, die dem unerwarteten günstigen Effekt der Erfindung unterliegen, sind noch nicht ganz deutlich. Mit gros- ser Wahrscheinlichkeit kann aber als Erklärung (an die die Erfindung aber keineswegs gebunden ist) an genommen werden, dass das sehr hygroskopische Boroxyd mit seinem adsorbierten Wassergehalt in der Hülle eine günstig wirkende feuchte Atmosphäre, insbesondere eine günstig wirkende Wasserbesetzung an der Oberfläche des Halbleiterkörpers bewirkt.
Obwohl aber gemäss dieser Erklärung angenommen werden könnte, dass die Funktion des Boroxyds, wel ches als ein hygroskopischer Stoff bekannt ist und wegen seiner hygroskopischen Wirkung teilweise in Form von Metaborsäure oder Borsäure vorhanden ist, nur im Schaffen der günstigen Feuchtigkeitsver hältnisse besteht, ist es noch ganz gut möglich, dass das Boroxyd selbst, in den feuchten Verhältnissen, ausserdem noch einen direkten günstigen Einfluss ausübt.
_ Im Zusammenhang mit den hygroskopischen Eigenschaften des Boroxyds ist der Ausdruck Bor oxyd daher in weitem Sinne zu verstehen.
Die Erfindung schafft neben einer Erhöhung der Stabilität im allgemeinen auch eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften. So können die Transi storen nach der Erfindung mit einem hohen Strom verstärkungsgrad und niedrigen Sperrströmen stabili siert werden.
Eine Verbesserung der Stabilität, was als eine Verbesserung gegenüber einem im übrigen ganz glei chen halbleitenden Elektrodensystem zu verstehen ist, bei dem aber das Boroxyd weggelassen ist, wird im allgemeinen bereits bei Verwendung von Boroxyd eines normalen Feuchtigkeitsgrades erzielt. Vorzugs s weise wird aber, bevor der luftdichte Abschluss erfolgt, der gewünschte Wassergehalt im zu verschliessenden Raum, insbesondere der Wassergehalt des Boroxyds, noch nachgeregelt, und dies ist insbesondere vorteil haft in einer Umgebung von niedrigem oder hohem o Feuchtigkeitsgrad.
Es hat sich nämlich ergeben, dass für ein bestimmtes halbleitendes Elektrodensystem ein optimaler Wassergehalt besteht. Dieser optimale Was sergehalt ist meistens nicht nur von der Art des Elektrodensystems abhängig sondern kann auch von den Behandlungen abhängig sein, denen das Elektro- densystem vor und nach dem luftdichten Abschluss ausgesetzt wird.
Der Wassergehalt kann erhöht wer den, z.B. mittels einer feuchten Atmosphäre, und kann herabgesetzt werden, z.B. mittels einer Erhitzung, wel che gewünschtenfalls in einem hinsichtlich seiner Feuchtigkeit kontrollierten Raum erfolgen kann.
Die Hülle besteht vorzugsweise aus Glas, was vor teilhaft ist, da Glas mit Boroxyd praktisch nicht rea giert. Man kann aber auch eine Hülle aus einem an deren Material, z.B. aus Metall anwenden, wenn wenigstens das Material nicht mit dem Boroxyd rea giert oder eine etwaige Reaktion praktisch keine schädlichen Folgen hat.
Zum Einschmelzen in einer Glashülle ist eine Erhitzung auf sehr hohe Temperatur notwendig, und im allgemeinen ergibt sich, dass die elektrischen Eigenschaften eines halbleitenden Elektro- densystems sich nach einer solchen Einschmelzbe- handlung in beträchtlichem Masse verschlechtert ha ben.
Bei den bekannten, nicht nach der Erfindung montierten Elektrodensystemen tritt ein beträchtlicher Rückgang der elektrischen Eigenschaften auf, z.B. bei Transistoren ein Rückgang des Stromverstärkungs- grads, obwohl nachher wieder eine teilweise Wieder herstellung der elektrischen Eigenschaften auftritt. Obzwar bei einem halbleitenden Elektrodensystem nach der Erfindung die elektrischen Eigenschaften durch die Einschmelzbehandlung sich ebenfalls in wesentlichem Masse verschlechtern können,
ist die spätere Wiederherstellung bei Anwendung der Erfin dung im allgemeinen grösser. So sind z.B. bei An wendung der Erfindung bei Elektrodensystemen mit einer n-p-n-Transistorstruktur die nach der Wieder herstellungsperiode erreichten elektrischen Eigen schaften im allgemeinen noch günstiger als die vor dem Einschmelzen. Auch bei den Elektrodensystemen mit einer p-n-p-Struktur ist die Wiederherstellung be trächtlich und werden sehr günstige Eigenschaften er reicht. Neben dem Boroxyd kann weiterhin noch ein Füllmittel eingebracht werden.
Beispiele solcher Füll mittel sind Siliciumoxydkörner, Sand, Lithopon , oder eine organische Verbindung. Das Füllmittel kann getrennt vom Boroxyd in der Hülle angebracht wer den, wobei entweder das Boroxyd, oder das Füllmittel sich in unmittelbarer Nähe des Halbleiterkörpers be finden kann. Vorzugsweise wird ein feinverteiltes Ge misch von Boroxyd und Füllmittel verwendet; in die sem Falle sind die Ergebnisse im allgemeinen gün stiger als in getrenntem Zustand.
Der Gehalt an Bor oxyd, obzwar nicht kritisch, wird vorzugsweise zwi schen 1 und 10 Gew.%, insbesondere zwischen 4 und 6 Gew. % des Füllmittels gewählt.
Mit einem Füllmittel wird hier in allgemeinem Sinne ein Stoff oder Gemisch gemeint, der hzw. das als Träger oder Verdünnungsmittel für das Boroxyd anwendbar ist. Als Füllmittel eignen sich organische Verbindungen, insbesondere organische Polymere.
So haben sich als sehr geeignet erwiesen die Silico-orga- nischen Verbindungen, insbesondere die Silico-orga- nischen Polymere, wie Silikonöl und Silikonvakuum- fett, und die Silico-organischen Verbindungen, die un ter dem Namen bouncing putty bekannt und käuf lich, erhältlich sind, welche Stoffe das typische Kenn zeichen aufweisen, dass sie auf schnelle Krafteinwir kungen elastisch und auf langsame Krafteinwirkungen plastisch reagieren.
Ein weiteres Beispiel einer silico- organischen Verbindung ist ein lineares Dimethylsi- likonöl, z.B. von der Art, welche bei Midland Sili- cones Ltd. unter der Bezeichnung MS 200/Viscosity 100.000 Centistokes erhältlich ist. Diesem Silikonöl können noch weitere Stoffe, wie z.B. Siliciumoxyd- körner oder Lithopon, zugesetzt sein.
Das Boroxyd kann völlig oder teilweise in che misch gebundener Form als eine Bor und Sauerstoff enthaltende organische Verbindung vorhanden sein. Die organische Verbindung ist vorzugsweise eine Si- lico-organische Verbindung, z.B. ein Silico-organisches Polymer.
Beispiele solcher Silico-organischen Poly mere sind ein Borsäurederivat von Silikonöl und ein Bor und Sauerstoff enthaltendes bouncing putty . Ein solches Silico-organisches Polymer kann z.B. da durch hergestellt werden, dass ein Gemisch einer Si- lico-organischen Verbindung, insbesondere eines Si- lico-organischen Polymers wie Silikonvakuumfett oder Silikonöl,
mit Boroxyd kurzzeitig erhitzt wird, bis das Gemisch die mechanischen Eigenschaften eines bouncing putty annimmt. So kann z.B. eine solche Verbindung dadurch erzielt werden, dass ein lineares Dimethyl-Silikonöl, das unter der Bezeichnung MS 200/Viscosity 100.000 Centistokes by Midland Sili- cones Ltd, erhältlich ist, mit 5 Gew. % Boroxyd ge mischt und das Gemisch 4 Stunden lang an Luft bei 200 C erhitzt wird.
Dem auf diese Weise hergestell ten Stoff können noch weitere Stoffe, wie Lithopon , zugesetzt werden. In einer solchen Form können diese Silico-organischen Verbindungen unter der Bezeich nung bouncing putty von Midland Silicones Ltd. bezogen werden.
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfin dung wird für den luftdichten Abschluss Boroxyd, ge gebenenfalls in Verbindung mit einem Füllmittel, zwischen der Hülle und dem Halbleiterkörper ange bracht. Das Boroxyd kann vor dem Verschluss bereits in chemisch gebundener Form als eine Bor und Sauer stoff enthaltende organische Verbindung angebracht werden. So ergaben sich ausgezeichnete Resultate bei Verwendung eines Bor und Sauerstoff enthaltenden, bouncing putty , das bei Midland Silicones Ltd. käuflich erhältlich ist.
Dabei ergab sich, dass solche Stoffe für eine grosse Gruppe verschiedener und ver schiedenartig behandelter halbleitender Elektroden systemefür einen weiten Wassergehaltbereich geeignet sind; ähnliche günstige Ergebnisse wurden auch bei Anwendung von aus organischen Füllmitteln und Boroxyd bestehenden feinverteilten Gemischen erzielt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass es an nehmbar scheint, dass neben dem günstigen Einfluss der feuchten Atmosphäre durch das Boroxyd ein weiterer günstiger stabilisierender Einfluss durch die in solchen organischen Stoffen vorhandenen Radikale erzielt wird, die sich an der Oberfläche des Halbleiter körpers haften können.
Ist die Viskosität einer organischen Verbindung bei Zimmertemperatur zu gross, so ist die Verwen dung dieses Stoffes bei Zimmertemperatur we niger günstig, da der Halbleiterkörper mit seinen Elektroden beim Einbringen in das Füllmittel Gefahr läuft, beschädigt zu werden. Wird aber eine organische Verbindung verwendet, deren Viskosität bei höherer Temperatur abnimmt, so wird der Halb leiterkörper mit seinen Elektroden vorzugsweise bei höherer Temperatur in die organische Verbindung eingebracht.
Im allgemeinen ist die Viskosität eines bouncing putty verhältnismässig hoch und im Zu sammenhang damit ist es in vielen Fällen günstiger, statt eines Bor und Sauerstoff enthaltenden bouncing putty ein feinverteiltes Gemisch eines organischen Füllmittels mit Boroxyd zu verwenden, mit dem eben falls ausgezeichnete Stabilisationsergebnisse erzielt werden.
Wenn das Boroxyd, oder die Boroxyd enthaltende organische Verbindung, oder das Boroxyd in Ver bindung mit einem Füllmittel einen verhältnismässig grossen Wassergehalt aufweist, z.B. nach dem Auf bewahren in einer Atmosphäre hoher relativer Feuch tigkeit, z.B. einer Atmosphäre von 50-60% relativer Feuchtigkeit, ist es vorteilhaft, den Wassergehalt des Boroxyds oder des Boroxyd enthaltenden Stoffes her abzusetzen, bevor die Hülle luftdicht verschlossen wird, z.B. mittels einer Erhitzung an Luft, da festge stellt wurde,
dass eine solche Herabsetzung die Stabi lität weiter verbessern kann und dass folglich das halbleitende Elektrodensystem im allgemeinen gegen noch höhere Temperaturen beständig ist. Die Tempe ratur und die Zeitdauer der Erhitzung sind nicht kri tisch. Es ist vorteilhaft, diese Vorerhitzung gleich vor dem luftdichten Verschluss durchzuführen, wobei das Boroxyd oder der Boroxyd enthaltende Stoff gleich zeitig und im endgültig zu verwendenden Zustand er hitzt wird, so dass keiner der Stoffe mehr die Gelegen heit hat, den Effekt der Vorerhitzung durch eine neue Wasseradsorption wieder aufzuheben.
Die Vorer- hitzung wird vorzugsweise bei einer Tempe ratur zwischen 70 C und 150 C durchgeführt. Je höher die Temperatur gewählt wird, um so kürzer kann die Zeitdauer gewählt werden. Unter den obenerwähnten Feuchtigkeitsverhältnissen ergab sich für einige Arten von Transistoren eine Temperatur von 100 C für eine Zeitdauer von 24 Stunden als sehr geeignet. Statt der obenerwähnten Regelung des Wassergehaltes, die darin besteht, dass gleich vor dem luftdichten Verschluss der Wassergehalt des Füll mittels und des Boroxyds gleichzeitig geregelt wird, kann man den Wassergehalt naturgemäss auch durch getrennte Regelung des Wassergehaltes des Boroxyds oder des Füllmittels regeln.
So kann man z.B. den Wassergehalt des Boroxyds zusätzlich herabsetzen und den gewünschten Wassergehalt zu einem beträchtlichen Teil mit dem Füllmittel zuliefern. Hinsichtlich der Re gelung des Wassergehaltes sind viele Kombinationen möglich.
Nach dem luftdichten Verschluss der Hülle wird das halbleitende Elektrodensystem vorzugsweise einer stabilisierenden Temperaturbehandlung unterworfen. Diese stabilisierende Temperaturbehandlung ist be sonders vorteilhaft, wenn das Boroxyd oder der Bor oxyd enthaltende Stoff zwecks Herabsetzung des Wasserstoffgehaltes vorerhitzt worden ist. Je niedriger der Wassergehalt in der Hülle ist, um so höher kann die Stabilisationstemperatur gewählt werden.
Vorzugs weise wird eine Stabilisationstemperatur zwischen etwa 70 C und 150 C angewendet, da eine zu niedrige Temperatur eine längere Stabilisierdauer er fordert und eine zu hohe Temperatur im Zusammen hang mit der grösseren Gefahr einer Beschädigung des Halbleiterelektrodensystems ungünstig ist.
Die Zeitdauer der stabilisierenden Temperaturbehandlung wird vorzugsweise nicht zu kurz und die Temperatur nicht zu niedrig gewählt, da festgestellt wurde, dass im allgemeinen eine gewisse Mindesttemperatur und/ oder eine gewisse Mindestzeitdauer, welche vom Was- sergehalt in der Hülle abhängig sind und für Halb leiterelektrodensystemen von verschiedenem Typ ver schieden sein können, erforderlich ist zur Erzielung optimaler Werte der elektrischen Eigenschaften und ihrer Stabilität.
Vorzugsweise wird die Stabilisations- temperatur zwischen 100 C und 150 C gewählt. Festgestellt wurde, dass für einige Type von Tran sistoren eine Temperatur von etwa 140 C bei einer Zeitdauer von 2 - 24 Stunden oder sogar noch länger zu einem besonders stabilen und günstigen Erzeugnis führte, bei dem a e,, für eine längere Zeitdauer bis auf 5 % oder sogar 1 a/o konstant war, während diese Transistoren ausserdem gegen hohe Temperaturen, wie 100 C und 140 C, gut beständig waren.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand zweier Figuren und mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Figuren 1 und 2 zeigen im Längsschnitt je eine Ausführungsform eines halbleitenden Elektroden systems nach der Erfindung.
Das halbleitende Elektrodensystem nach Fig. 1 ist ein Transistor mit einem Halbleiterkörper 1 aus ein kristallinischem halbleitendem Material, auf dem eine Emitterelektrode 2, eine Kollektorelektrode 3, und ein Basiskontakt 4 angebracht sind, welche mit den Zu leitungen 5, 6 bzw. 7 verbunden sind. Die Zuleitung 7 ist im Verhältnis zu den anderen Zuleitungen ziem lich stark und kräftig und dient gleichzeitig als me chanische Unterstützung des Halbleiterkörpers.
Das halbleitende Elektrodensystem 1, 2, 3 und 4 ist in einer vakuumdichten Hülle untergebracht, die aus einem Glasfuss 8, durch den die Zuleitungen 5, 6 und 7 nach aussen geführt sind, und einer kolben- förmigen Glashülle 9 besteht, die mit dem Glasfuss 8 verschmolzen ist. In der Nähe des Glasfusses 8 sind die Zuleitungen 5, 6 und 7 in einem Glaskügelchen eingeschmolzen. Innerhalb der Hülle ist Boroxyd oder ein Boroxyd enthaltender Stoff angebracht, was in der Figur allgemein mit 11 angegeben ist.
Das Bezugs zeichen 11 kann auf diese Weise Boroxyd, z.B. im körnigen Zustand, Boroxyd gemischt mit einem Füll mittel, z.B. mit Silikonvakuumfett, oder Boroxyd, das wenigstens teilweise in chemisch gebundener Form, z.B. als ein Bor und Sauerstoff enthaltendes uboun- cing putty vorhanden ist, darstellen. Weiterhin braucht der Raum 11 nicht aus einer gleichförmigen Masse zu bestehen.
So kann das Boroxyd oder ein Boroxyd enthaltender Stoff getrennt vom halbleiten den Elektrodensystem 1, 2, 3, 4 in der Hülle ange bracht worden, wobei dann der weitere Raum teil weise noch mit einem das halbleitende Elektroden system 1, 2, 3, 4 umgehende Füllmittel aufgefüllt sein kann. Zwischen dem Füllmittel und dem Boroxyd kann noch eine poröse Wand vorgesehen sein, die z.B. aus Quarzwolle oder Asbest besteht.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel der getrennten Füllung. In dieser Figur sind die der Fig. 1 entsprechenden Teile des halbleitenden Elektrodensystems mit ent sprechenden Bezugszeichen versehen. In diesem Falle ist das Boroxyd oder der Boroxyd enthaltende Stoff 11 mit dem halbleitenden Elektrodensystem 1, 2, 3 und 4 in Berührung und das Ganze ist mit einem Füllmittel 12 umgeben.
Der Stoff 11 kann z.B. da durch angebracht werden, dass das halbleitende Sy stem 1, 2, 3 und 4 in dem im Fuss 8 montiertem Zustand in Butylborat eingetaucht wird und das ein getauchte System anschliessend etwa eine halbe Stun de an Luft gehalten wird, so dass das Borat chemisch in feuchtes Boroxyd übergeht. Das Eintauchen und das Aussetzen an Luft kann zur Erzielung der ge wünschten Stärke der Schicht 11 mehrmals wieder holt werden.
Darauf wird der Kolben 9 etwa zur Hälfte mit einem Füllmittel 12, z.B. mit Silikonva- kuumfett, gefüllt und wird der Kolben auf dem Fuss 8 in der richtigen Lage angebracht. Das Anschmelzen kann dann auf übliche Weise dadurch erfolgen, dass mit Hilfe eines erhitzten Graphitringes die Berüh rungsfläche zwischen Kolben 9 und Fuss 8 erhitzt wird und letztere gleichzeitig mit geringem Druck aneinander gedrückt werden.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, die sich auf p-n-p-Germaniumtransistoren beziehen, be steht das halbleitende System immer aus einem Le gierungstransistor einer und derselben Herstellungs reihe, der dadurch hergestellt ist, dass eine Emitter- kugel und eine Kollektorkugel, beide aus reinem In dium, und ein aus einer Zinn-Antimonlegierung (95 Gew. % Sn;
5 Gw. a/o Sb) bestehender Basiskontakt auf eine n-Typ Germaniumscheibe in der Stärke von etwa 150 Mikron während etwa 20 Min. bei 500 C. in einer Atmosphäre von Stickstoff und Wasserstoff aufgeschmolzen wurde.
Die p-n-p-Transistoren wur-. den, wenn nicht anders erwähnt, immer in einer 30%- igen KOH-Lösung elektrolytisch nachgeätzt, wobei die Kollektorelektrode mit dem positiven Pol verbun den wurde und eine Platinelektrode die Funktion einer Kathode erfüllte.
Die nachstehend angegebenen Er- gebnis,se gelten aber hinsichtlich der Stabilität für in einer Säure geätzte Transistoren, wie sich aus ähnli chen Proben ergeben hat, wobei die p-n-p-Transisto- ren in aus einer Lösung von 48%-igem HF, 67 /0- igem HN03 und Wasser im Verhältnis 1 : 1 : 2 be stehenden Ätzbad nachgeätzt wurden.
In den nachfolgenden, n-p-n-Germaniumtransi- storen betreffenden Ausführungsbeispielen besteht das halbleitende System aus einem Legierungstran sistor, der dadurch erzielt ist, dass auf eine halb leitende Scheibe aus p-Art Germanium in der Stärke von etwa 100 Mikron bei etwa 800 C eine Emitter- kugel und eine Kollektorkugel, beide aus einer Blei- Antimonlegierung (Pb Gew. % 98;
Sb 2 Gew. %) bestehend, während etwa 10 Minuten in einer neu tralen Atmosphäre auflegiert wurden und dann auf den Umfang der Halbleiterscheibe ein ringförmiger Basiskontakt mit Hilfe von Indium bei 500 C auf gelötet wurde.
Die n-p-n-Transistoren wurden immer in einem aus einer 30%-igen KOH-Lösung bestehen den Ätzbad elektrolytisch nachgeätzt, wobei die Emit- terelektrode und die Kollektorelektrode beide mit dem positiven Pol verbunden wurden und eine Platinelek trode die Funktion einer Kathode erfüllte.
Einige durch Anwendung der Erfindung erreichte Ergebnisse sind in den nachfolgenden Ausführungs beispielen in Tabellen verzeichnet. Jede waagerechte Reihe einer solchen Tabelle bezieht sich auf einen be stimmten Transistor, dessen Nummer in der ersten Spalte angegeben ist, und zeigt den Verlauf der be treffenden Grösse, nämlich des Stromverstärkungs- grads a @,, und oder des Kollektorstromes I", wie die ser am Transistor während der auffolgenden Stadien von Behandlungen gemessen wurde, denen der Tran sistor in der Reihenfolge von links nach rechts in die ser Tabelle unterworfen wurde.
Die Art der Behand lungen ist in der oberen Reihe der Tabelle am Kopf jeder Spalte angegeben, wobei die mit A, B, C, D und E bezeichneten Spalten sich auf die nachfolgenden Behandlungen beziehen: Spalte A gibt jeweils den Wert der betreffenden Grösse nach dem Nachätzen des Transistors an; Spalte B gibt den Wert der betreffenden Grösse nach dem Einschmelzen des Transistors in der Glas hülle an;
Spalte C gibt den Wert der betreffenden Grösse nach der Temperaturbehandlung, meistens auch Sta- bilisationsbehandlung an, der der Transistor bei der bei dieser Spalte näher angegebenen Temperatur in Grad Celcius während der näher in dieser Spalte an gegebenen Zeitdauer in Stunden h oder in Tagen d unterworfen wurde.
Spalte D die meist in mehrere Spalten unterteilt ist, gibt den Wert der betreffenden Grösse an während einer weiteren Behandlung, die vielfach eine Dauer probebehandlung ist, welche z.B. in einer Tempera turbehandlung bei der näher in C angegebenen Tem peratur, oder in einer verhältnismässig schweren elek trischen Belastung von 50 Miniwatt (Kollektor-Basis- spannung 10 Volt; Emitterstrom 5 mA) bei einer näher angegebenen Umgebungstemperatur in C be steht.
Die der Messung der betreffenden Grösse bei der betreffenden Behandlung vorhergehende Zeitdauer ist bei dieser Spalte oder bei den unterteilten Spalten näher in Stunden h oder in Tagen d verzeichnet.
Spalte E gibt den Wert der betreffenden Grösse an nach einer auf die vorhergehenden Behandlungen folgenden Lagerungszeit des Transistors bei der darin näher angegebenen Temperatur in C während der da bei näher angegebenen Zeit in Tagen d oder Stunden h.
Weiterhin wird noch bemerkt, dass die nach stehend angegebenen Werte der betreffenden Grössen <B>a",</B> I", und der Rausch immer an dem auf Zimmer temperatur (20 C) abgekühlten Transistor gemessen wurden. Dabei wurde der Kollektorstrom 1"o immer bei einer Sperrspannung von 15 Volt an der Kollek- torelektrode und der Rausch bei einer Sperrspannung von 4 Volt an der Kallektorelektrode und 0,2 mA Emitterstrom gemessen.
Falls in den nachfolgenden Tabellen eine Spalte weggelassem ist, oder für einen bestimmten Transistor der Wert der Grösse in einem in der Tabelle angegebenen Zeitpunkt nicht erwähnt ist, so bedeutet dies nur, dass die diese Spalte be treffende Behandlung, oder die diesem Zeitpunkt ent sprechende Messung nicht durchgeführt wurde. <I>Beispiel 1</I> Zwei p-n-p-Germaniumtransistoren und zwei n-p-n-Germaniumtransistoren wurden je auf die Weise, wie in Figur 1 dargestellt, in einer Glashülle montiert, wobei ein Teil 11 der Glashülle mit einer Bor und Sauerstoff enthaltenden organischen.
Verbin dung, nämlich einem Bor und Sauerstoff enthaltenden < !bouncing putty ausgefüllt war, welches von Mid- land Silicones Ltd., London, unter der Bezeichnung G 4046 in den Handel gebracht wird.
Das (cbouncing putty wurde ohne weitere Behandlung aus der in einer Umgebung normaler relativer Feuchtigkeit von etwa 60 befindlichen Vorratsbuchse ohne vorher gehende Vorerhitzung in den Kolben eingebracht, worauf das Halbleitersystem des Transistors vorsich tig in das bouncing putty gedrückt und anschlies- send die Hülle dichtgeschmolzen wurde.
Darauf wur den diese Transistoren einer Temperaturbehandlung und einer elektrischen Belastungsprobe unterworfen, welche für die n-p-n und p-n-p-T'ransistoren prak tisch gleich, jedoch nur im Zeitpunkt der Messung in einigen Punkten verschieden war. Der Verlauf des Stromverstärkungsgrads a @,, während der verschiede nen Behandlungen ist in nachstehender Tabelle 1 an gegeben, in der die p-n-p-Transistoren mit den Num mern 11 und 12, und die n-p-n-Transistoren mit den Nummern 13 und 14 bezeichnet sind.
EMI0006.0001
TABELLE <SEP> I
<tb> C <SEP> D <SEP> o, <SEP> <U>g</U>
<tb> 100 c <SEP> 0 <SEP> mw <SEP> 0 <SEP> 20 0
<tb> 200h <SEP> 2vJh <SEP> 500h <SEP> 1000h <SEP> 200Uh <SEP> 2500h <SEP> 200h
<tb> 11 <SEP> 174 <SEP> 120 <SEP> 103 <SEP> 124 <SEP> 112 <SEP> 116 <SEP> 120 <SEP> 116
<tb> 12 <SEP> 178 <SEP> <B>öd</B> <SEP> 83 <SEP> <B>881! <SEP> 81</B> <SEP> 87 <SEP> 87 <SEP> 84
<tb> 13 <SEP> 46 <SEP> 44 <SEP> 62 <SEP> 62 <SEP> 64-^" <SEP> =\ <SEP> 65 <SEP> 63 <SEP> <B>64</B>
<tb> 14 <SEP> 63 <SEP> 80 <SEP> 100 <SEP> 103 <SEP> <B>94</B> <SEP> , <SEP> 88 <SEP> 75 <SEP> 74 Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, haben die p-n-p=1'ransistoren bereits nach dem Einschmelzen einen praktisch stabilen Wert von a en erreicht,
und auch die n-p-n-Transistoren weisen nach der Stabili- sationsbehandlung C eine gute Stabilität auf. Eine stabilisierende Temperaturbehandlung C, obzwar be sondere günstig zum Beschleunigen des Stabilisie rungsvorgangs ist, nicht notwendig, wenigstens be stimmt nicht bei dem gegebenen relativ hohen Feuch tigkeitsgrad des Boroxyd enthaltenden Füllmittels. Auch der Kollektorstrom 1"o und der Rauschpegel dieser Transistoren hatten einen günstigen niedrigen und stabilen Wert.
Für die p-n-p-Transistoren betrug l"0 2 bis 3 [,A und für die n-p-n-Transistoren 1 bis 2 f,A, während der Rauschpegel der beiden Type von "transistoren etwa 4 bis 5 dB betrug.
Eine Erhitzung dieser Transistoren über 100 C ist beim gegebenen relativ hohen Feuchtigkeitsgrad des nicht vorerhitzten bouncing putty unerwünscht im Zusammenhang mit einer Zunahme des Kollektorleckstromes I"o während einer solchen Behandlung. Unter 100 C ist die Sta bilität aber gut.
Aus der Tabelle 1 ist weiterhin ersichtlich, dass für die n-p-n-Transistoren (13 und 14) der Wert von a w nach der Stäbilisierung sogar höher ist als der Wert von a e,, nach dem Nachätzen. Der zuletztge- nannte Effekt tritt in nahezu allen Fällen bei An wendung der Erfindung bei n-p-n-Transistoren auf.
Während die Erfindung auch bei p-n-p-Transistoren eine gute Stabilität bei einem hohen a en sichert, macht sie es bei n-p-n-Transistoren ausserdem noch möglich, diese auf einem höheren a en als der Nachätz- wert zu stabilisieren.
<I>Beispiel 11</I> Zwei p-n-p-Germaniumtransistoren und zwei n-p-n-Germäniumtransistoren wurden in nahezu glei cher Weise wie im Beispiel I angegeben, in einer Glas hülle angebracht und eingeschmolzen, nur mit dem Unterschied, dass das bouncing putty nach dem Einbringen in den Kolben und vor dem Dichtschmel zen der Hülle 24 Stunden lang, bei 100 C an Luft vorerhiizt wurde, so dass sein Feuchtigkeitsgrad her abgesetzt wird.
In nachstehender Tabelle 2 ist der Verlauf von a "b der mit 21 und 22 bezeichneten p-n-p-Transistoren und der mit 23 und 24 bezeichne ten n-p-n-Transistoren angegeben, wie dieser nach den verschiedenen Behandlungen gemessen wurde.
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TABELLE <SEP> 2
<tb> .\. <SEP> h <SEP> 8 <SEP> 140C <SEP> _0 <SEP> mri <SEP> C
<tb> 200h <SEP> 500h <SEP> 1000h <SEP> 2000h <SEP> 2500h
<tb> 21 <SEP> 276 <SEP> 36 <SEP> 170 <SEP> _ <SEP> 186 <SEP> 174 <SEP> 17d <SEP> 173
<tb> 22 <SEP> 148 <SEP> 29 <SEP> 100 <SEP> e97 <SEP> 88 <SEP> 92 <SEP> 92
<tb> 23 <SEP> 51 <SEP> 16 <SEP> 72 <SEP> 74 <SEP> 78 <SEP> 78 <SEP> 75
<tb> 24 <SEP> 71 <SEP> 26 <SEP> 55 <SEP> 49 <SEP> 53 <SEP> j <SEP> 53 <SEP> 58 Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, ist die Stabilität dieser Transistoren nach der stabilisierenden Tempe raturbehandlung C gut.
Auch die Rausch- und Kol- lektorstrommessung ergaben ähnliche günstige stabile Werte und zwar betrug ho für die p-n-p-Transistoren und die n-p-n-Transistoren 2 bis 3 [,A bzw. 1 bis 2 [,A, während der Rausch für die beiden Type etwa 4 bis 5 dB betrug.
Bei Vergleich der Messergebnisse der Tabelle 2 mit denen der Tabelle 1 ergibt sich, dass beim vorer- hitzten bouncing putty zwar der Wert von a,.,, nach dem Einschmelzen, gegenüber dem nach dem Nachätzen, beträchtlich niedriger ist als beim nicht vorerhitzten bouncing putty , dass aber durch eine stabilisierende Temperaturbehandlung bei einer hohen Temperatur, welche vorzugsweise über 70 C durch geführt wird, wieder ein hoher stabiler a "" erreicht wird.
Diese verhältnismässig grössere Abnahme von x @,, beim Einschmelzen wird im allgemeinen bei Transistoren nach der Erfindung festgestellt, in denen ein vorerhitztes Boroxyd oder ein vorerhitztes Bor oxyd enthaltender Stoff verwendet wird, und diese Abnahme ist im allgemeinen grösser, je nachdem die Zeitdauer und/oder die Temperatur der Vorerhit- zung grösser bzw. höher ist. Die Abnahme ist aber nur zeitweise; mittels einer stabilisierenden Tempe raturbehandlung kann in verhältnismässig kurzer Zeit wieder ein hoher stabiler Wert erreicht werden.
Die Stabilität der Halbleitervorrichtungen nach der Er findung mit einem vorerhitzten Boroxyd oder einem vorerhitztes Boroxyd enthaltenden Stoff ist dann nach einer solchen stabilisierenden Temperaturbe handlung im allgemeinen besser als die der Halbleiter vorrichtungen nach der Erfindung mit nicht-vorer- hitzter Füllung, wobei aber zu bemerken ist, dass eine zu lange dauernde Vorerhitzung wieder weniger gün stig sein kann.
Ausserdem sind die Halbleitervorrich tungen nach der Erfindung mit vorerhitztem Boroxyd oder einem vorerhitztes Boroxyd enthaltenden Stoff im allgemeinen besser gegen höhere Temperaturen, z.B. gegen 140 C oder noch höher beständig.
<I>Beispiel 1l1</I> Drei p-n-p-Germaniumtransistoren wurden alle auf die Weise, wie in Figur 1 dargestellt, in einer Glashülle montiert, wobei der Kolben der Hülle vor dem Dichtschmelzen zum grössten Teil 11 mit Bor oxydkörnern gefüllt war, die durch zweistündige Er hitzung von Borsäure (H3B03) bei 250 C erzielt wurden. Die Atmosphäre in der Hülle bestand aus Luft. In der nachstehenden Tabelle 4 ist der Verlauf des a lb dieser drei mit den Nummern 31 bis 33 an gegebenen p-n-p-Transistoren während der verschie denen Behändlüngen und der darauffolgenden sta bilisierenden Temperaturbehandlung und Dauerprobe verzeichnet.
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Aus der Tabelle 3 ist ersichtlich, dass auch die ausschliesslich mit Boroxyd stabilisierten Halbleiter vorrichtungen nach der Erfindung eine gute Stabilität aufweisen. Auch der Rausch und der Kollektorstrom I,." hatten eine entsprechende günstige Stabilität bei einem günstigen niedrigen Wert. So betrug der Kol- lektorstrom 1" 2 bis 3 LiA und der Rausch 4 bis 5 dB. Es ergab sich, dass auch diese Transistoren gegen hohe Temperaturen, wie z.B. 140 C, gut beständig waren.
<I>Beispiel IV</I> Drei p-n-p-Germaniumtransistoren und drei n-p-n- Germanium-Transistoren wurden auf die Weise, *- wie in Figur 11 dargestellt, in einer Glashülle einge schmolzen, wobei der Kolben der Hülle zuvor zum grössten Teil 11 mit einem feinverteilten Gemisch eines organischen Füllstoffes mit Boroxyd im Ge wichtsverhältnis 19 : 1 ausgefüllt worden war.
Der organische Füllstoff bestand aus einem Silico-orga- nischen Polymer, das unter der Bezeichnung Dow Corning High vacuum grease in den Handel gebracht und nachfolgend, wie allgemein üblich, als Silicon- vakuumfett bezeichnet wird. Das Boroxyd war durch 10-tätige Vorerhitzung von Borsäure (H3B03) bei 140 C erzielt. Die Zeitdauer dieser Erhitzung ist nicht wesentlich.
Darauf wurde das Boroxyd mit dem erwähnten Siliconvakuumfett von normalem Feuchtig keitsgrad gemischt und in den Kolben eingebracht, worauf das Gemisch 24 Stunden bei 100 C vorer- hitzt wurde. Inzwischen wurde das Halbleitersystem des Transistors einige Stunden bei 100 C getrocknet und in warmem Zustand in das Siliconvacuumfett ge bracht, worauf die Hülle sofort dichtgeschmolzen wurde. Der Varlauf des a "b dieser Transistoren wäh rend dieser Behandlungen und der darauffolgenden Temperaturbehandlungen ist in nachstehender Ta- belle 4 angegeben.
Darin sind die p-n-p-Transistoren mit den Nummern 41 bis 43 und die n-p-n-Transi- storen mit den Nummern 44 bis 46 bezeichnet.
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TABELLE <SEP> 4
<tb> D <SEP> E
<tb> A <SEP> 8 <SEP> 140 C <SEP> 100 <SEP> C <SEP> 200C
<tb> 100h <SEP> 200h <SEP> 500h <SEP> 1000h <SEP> 1500h <SEP> 2000h <SEP> 200h
<tb> 41 <SEP> 208 <SEP> 48 <SEP> 142 <SEP> 152 <SEP> 147 <SEP> 145 <SEP> 142 <SEP> 150
<tb> 42 <SEP> 182 <SEP> 51 <SEP> 129 <SEP> 144 <SEP> 140 <SEP> 136 <SEP> 132 <SEP> 140
<tb> 43 <SEP> 221 <SEP> 43 <SEP> 146 <SEP> 156 <SEP> 154 <SEP> 150 <SEP> 146 <SEP> 154
<tb> 44 <SEP> 71 <SEP> 17 <SEP> 72 <SEP> 74 <SEP> 7E <SEP> 76 <SEP> 76 <SEP> 73
<tb> 45 <SEP> 95 <SEP> 18 <SEP> 86 <SEP> 87 <SEP> 86 <SEP> 88 <SEP> 88 <SEP> 86
<tb> 46 <SEP> 95 <SEP> 20 <SEP> 88
<SEP> 93 <SEP> 89 <SEP> 86 <SEP> 86 <SEP> 83 Wie aus der Tabelle folgt, sind die auf diese Weise nach der Erfindung montierten Transistoren beson ders stabil. Sie sind auch gut gegen hohe Tempera turen beständig, was aus den Dauerprobeergebnissen D bei 100 C hervorgeht. Die Vorerhitzung des Bor oxyds ist nicht kritisch, da der Feuchtigkeitsgrad auch durch den Feuchtigkeitsgrad des Siliconvakuumfetts bedingt wird, welches sich im vorliegenden Falle län gere Zeit in einer Atmosphäre mit einer normalen relativen Feuchtigkeit von 60 % befunden hatte, und ausserdem noch eine Erhitzung des Gemisches folgt.
Bei einer solchen relativen Feuchtigkeit wird vorzugs weise eine Vorerhitzung des Gemisches durchge führt, insbesondere wenn es erwünscht ist, dass die betreffenden Transistoren gegen hohe Temperaturen über 100 C, z.B. 140 C, gut beständig sein müssen. Die Zeitdauer der Vorerhitzung ist nicht kritisch, muss aber doch einigermassen dem Feuchtigkeitsgrad des Ausgangsgemisches und der Empfindlichkeit der betreffenden Halbleitervorrichtung angepasst werden. Die Temperatur wird vorzugsweise über 75 C und unter 150 C gewählt.
Statt der Anwendung der Vor erhitzung kann man auch von einem Füllstoff und/ oder einem Boroxyd ausgehen, der bzw. das in einem hinsichtlich des Feuchtigkeitsgrads kontrollierten Raum aufbewahrt wird, oder die Vorerhitzung mit einem solchen genauer definierten Feuchtigkeitsgrad kombinieren.
Auch kann man gewünschtenfalls von einem Boroxyd oder einem Boroxyd enthaltenden Stoff ausgehen, das bzw. der einen zu niedrigen Feuchtigkeitsgrad besitzt, und dessen Feuchtigkeits grad steigern, indem der betreffende Stoff in eine feuchtere Atmosphäre eingebracht wird, oder ihm ein weiterer Stoff mit einem grösseren Feuchtigkeitsgrad zugesetzt wird.
Im vorliegenden Falle und in ähn lichen Fällen, in denen das Gemisch doch noch vor erhitzt wird, ist der Feuchtigkeitsgrad des Boroxyds, von dem ausgegangen wird, wenig kritisch. So wurden ähnliche günstige Ergebnisse erreicht, wenn nicht vor erhitzte Borsäure (H,B03), oder Borsäure verwendet wurde, die sogar einige Stunden an Luft bei 1000 C geschmolzen und dann pulverisiert wurde.
Auch der Kollektorstrom 1", und der Rausch hatten eine ähnliche günstige Stabilität und günstige niedrige Werte. So betrug der Kollektorstrom I" für die p-n-p-Transistoren 1 bis 2 [,A und für die n-p-n- Transistoren 0,1 bis 0,5 [.A. Der Rausch betrug für die beiden Type etwa 4 bis 5 dB. <I>Beispiel V</I> Drei p-n-p-Germaniumtransistoren und drei n-p-n- Germaniumtransistoren,
die in völlig ähnlicher Weise wie im Beispiel IV angegeben, in einer Glashülle an gebracht und anschliessend derselben stabilisierenden Temperaturbehandlung unterworfen waren, wiesen ein ähnliches günstiges Verhalten der elektrischen Eigen schaften bei einer Dauerprobe auf, die in einer 50 mW elektrischen Belastung in einer Umgebung von 55 C bestand, wie es aus der nachfolgenden Tabelle 5 er sichtlich ist, in der der Verlauf des 2 l6 dieser Tran sistoren verzeichnet ist. Die p-n-p-Transistoren sind darin mit den Nummern 51 bis 53 und die n-p-n- Transistoren mit den Nummern 54 bis 56 bezeichnet.
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Der Kollektorstrom I" und der Rausch hatten ähnliche günstige niedrige stabile Werte wie im Bei spiel IV angegeben.
Im Zusammenhang mit der Anwendung eines Ge misches eines organischen Füllstoffes mit Boroxyd wird bemerkt, dass es möglich ist, dass nach der Durchführung einer längeren Temperaturbehandlung bei 140 C in der Hülle ein Teil des Boroxyds che misch am organischen Füllstoff gebunden wird.
So wurde beim Aufbrechen der Hülle solcher Tran sistoren, die längere Zeit bei 140 stabilisiert wurden, festgestellt, dass das Silikonvakuumfett-Boroxyd-Ge- misch ähnliche mechanische Eigenschaften wie das abouncing putty aufwies, d.h. auf schnelle Kraftein wirkungen elastisch und auf langsame Krafteinwir kungen plastisch reagierte.
<I>Beispiel</I> V1 Um zu prüfen, welche Stabilisierungstemperatur bei Anwendung eines vorerhitzten Boroxyd-Silikon- vakuumfett-Gemisches am zweckmässigsten ist, und wie der Verlauf des u,b und ho während der ver schiedenen Temperaturbehandlungen ist, wurden drei p-n-p- und drei n-p-n-Germaniumtransistoren, auf die in Figur 1 dargestellte Weise, in einer Glashülle ange bracht,
wobei der Kolben zum grössten Teil mit einem feinverteilten Gemisch von Silikonvakuumfett und Boroxyd mit einem -Gehalt von 5 Gew. % an Bor oxyd aufgefüllt war. Für die Herstellung des Silikon vakuumfett-Boroxydgernisches und das Montieren des Transistors in der Hülle wurde wie folgt ver fahren Stücke B03, die durch 1-stündiges Schmelzen von Borsäure H"B03 an Luft bei 1000 C erzielt waren, wurden -an Luft pulverisiert, wobei das hygrosko pische BI,O,-wiedei etwas Wasser aufnimmt.
Das Pul ver wird an .Luft mit Silikonvakuumfett des normalen Feuchtigkeitsgrads gemischt. Mit diesem Gemisch wird der Kolben teilweise vollgespritzt, worauf letztere 24 Stunden bei 100 C an Luft erhitzt wird. Die Tran sistoren werden, nachdem sie inzwischen einige Zeit bei 100 C an Luft getrocknet wurden, in diesem war men Zustand in das heisse Fett-Gemisch eingedrückt, worauf gleich das Einschmelzen an Luft folgt.
Der Verlauf des 2,b und I", während der verschie denen Behandlungen ist in nachstehender Tabelle 6 angegeben. in der die p-n-p-Transistoren mit den Nummern 61 bis 63 und die n-p-n Transistoren mit den Nummern 64 bis 66 bezeichnet sind. I", ist in [,A angegeben.
Die unter E in der Tabelle 6 angegebenen Werte von , Ib und I" ergaben sich auch bei weiteren Dauer proben als praktisch konstant. Der Rauschpegel die ser Transistoren war gleichfalls niedrig und stabil und betrug etwa 4 bis 5 dB. Aus der Tabelle 6 folgt weiter hin, dass für die p-n-p-Transistoren bei der 3-tätigen Temperaturbehandlung bei 100 C für den Kollektor strom I,. bereits sehr günstige hohe, praktisch stabile Werte erzielt wurden, dass aber diese Temperatur behandlung hinsichtlich des anb nicht effektiv war,
da die optimalen stabilen Werte von o,,,, erst bei der Temperaturbehandlung auf 140 C erzielt wurden, wobei auch -der I"- noch eine weitere geringe Ver besserung erfuhr. Bei den n-p-n-Transistoren wurde bei der Temperaturbehandlung bei 100 C sowohl für den a..b als. auch für den I" bereits eine geringe Verbesserung gegenüber dem Wert nach dem. Ein schmelzen erreicht. Auch für die n-p-n-Transistoren wurden die optimalen Werte von c,,b und I" erst bei der Temperaturbehandlung bei 140 C erreicht.
Aus ähnlichen Proben könnte die allgemeinere Regel ab geleitet werden, dass; um bei einem Transistor nach der Erfindung mit einer vorerhitzten Füllung die sta bilisierende Temperaturbehandlung vorzugsweise
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TABELLE <SEP> 6
<tb> j <SEP> C <SEP> D <SEP> E
<tb> 1000C <SEP> 140 C <SEP> 20 0
<tb> 3d <SEP> 3d <SEP> 200h
<tb> 206 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 34 <SEP> 104 <SEP> 101
<tb> bc
<tb> <B>1</B>5 <SEP> 14 <SEP> 1,5 <SEP> 1,2 <SEP> 1,2
<tb> a, <SEP> bc <SEP> 1E0 <SEP> 42 <SEP> 31 <SEP> 93 <SEP> 94
<tb> r <SEP> <B>r</B>
<tb> <B>r</B>
<tb> <B>ICO</B> <SEP> 16 <SEP> 14 <SEP> 1,4 <SEP> 1,0 <SEP> 1,0
<tb> bc <SEP> 16<B>6</B> <SEP> 41 <SEP> 32 <SEP> 102 <SEP> 99
<tb> 1J
<tb> <B>ICO</B> <SEP> 12 <SEP> 9 <SEP> 2 <SEP> 1,2 <SEP> 1,
2
<tb> 64 <SEP> <B>a</B> <SEP> be <SEP> 112 <SEP> 37 <SEP> 50 <SEP> 152 <SEP> <B>Z</B>149
<tb> <B>ICO</B> <SEP> 0,3 <SEP> 2,2 <SEP> 2,0 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2
<tb> 4 <SEP> eb <SEP> 100 <SEP> 32 <SEP> 38 <SEP> 123 <SEP> 129
<tb> E.
<tb> <B>ICO</B> <SEP> 0,4 <SEP> 2,5 <SEP> 1,1 <SEP> 0,2 <SEP> 0,2
<tb> cb <SEP> 27 <SEP> 20 <SEP> 22 <SEP> 72 <SEP> 73
<tb> E
<tb> 1<B><U>00</U></B> <SEP> 2,9 <SEP> 2,9 <SEP> 2,8 <SEP> 0,4 <SEP> 01,4 um so intensiver gewählt werden muss, d.h. von län gerer Dauer und/oder bei höherer Temperatur, je niedriger der Feuchtigkeitsgrad der Füllung ist, d.h. die Vorerhitzung intensiver war.
Eine zu intensive Vorerhitzung hat wenig Sinn, ebenso wenig wie eine zu intensive stabilierende Temperaturbehandlung er wünscht ist, da bei höherer Temperatur durch vielerlei andere störende Einflüsse die Ausschussmöglichkeit für den Transistor meistens grösser ist. Die Tran sistoren nach der Erfindung mit vorerhitzter Füllung sind gewöhnlich stabiler und besser gegen höhere Temperaturen beständig als die Transistoren nach der Erfindung mit nicht-vorerhitzter Füllung.
Es hängt unter anderem von den an die Halbleitervorrichtung zu stellenden Stabilitätsanforderungen ab, welches Stabilisierverfahren bei Anwendung der Erfindung vorgezogen: wird.
Es folgen nunmehr noch einige Ergebnisse mit p-n-p-Siliciumtransistoren, welche dadurch hergestellt wurden, dass auf eine halbleitende Scheibe aus n-Typ Silicium in einer Stärke von etwa 130 Mikrön eine Emitterelektrode und eine Kollektorelektrode, beide aus Aluminium, und ein Basiskontakt aus einer Gold- Antimonlegierung (99 Gew. % Au und 1 Gew. % Sb)
bei einer Temperatur von etwa 800 C etwa 5 Min. in einer Wasserstoffatmosphäre auflegiert wurden. Die auf diese Weise erzielten Transistoren wurden in einem aus einer wässrigen 40%-igen HF-Lösung und Äthylalkohol in einem Volumenverhältnis 4 : 1 beste henden Ätzbad elektrolytisch nachgeätzt. Beim Ätzen wurden die Emitterelektrode und die Kollektor elektrode mit dem positiven Pol verbunden und eine Platinelektrode wurde als Kathode verwendet. Nach dem Ätzen wurden die Transistoren noch in Wasser nachgespült.
Auch in den nachfolgenden Beispielen wurden die Grössen a,b und 1"o bei Zimmertemperatur (20 C) gemessen und die Verhältnisse beim Messer waren ähnlich den oben für die Germaniumtransistoren an gegebenen Verhältnissen.
<I>Beispiel V11</I> Drei p-n-p-Siliciumtransistoren wurden alle auf die in Figur 1 dargestellte Weise in einer Hülle ange bracht, die vorher zu einem Teil 11 mit einem Bor und Sauerstoff enthaltenden bouncing putty aus einer Vorratsbuchse mit bouncing putty gefüllt wor den war, die längere Zeit in einer Umgebung mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 60 % aufbe wahrt war.
Das bouncing putty wurde ohne weitere Vorbehandlung angewendet und nach dem Füllen des Kolbens wurde das halbleitende System des Tran sistors vorsichtig in das bouncing putty gedrückt, worauf die Hülle dichtgeschmolzen wurde. Die Tran sistoren wurden anschliessend einer stabilisierenden Temperaturbehandlung und einer Dauerprobe bei einer verhältnismässig schweren elektrischen Belastung von 150 mW bei einer Umgebungstemperatur von 75 C ausgesetzt. Der Verlauf des a"b dieser Tran sistoren ist in nachstehender Tabelle 7 verzeichnet.
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TABELLE <SEP> 7
<tb> C <SEP> D
<tb> A <SEP> B <SEP> 1500C <SEP> 1 <SEP> 0 <SEP> m!'' <SEP> <B><U>72</U></B><U> <SEP> 0C</U>
<tb> 2h <SEP> 7d <SEP> 14d- <SEP> _ <SEP> 21d <SEP> _- <SEP> 42d
<tb> 71 <SEP> 3F <SEP> 35 <SEP> 49 <SEP> 49 <SEP> 49 <SEP> 50 <SEP> 48
<tb> 72 <SEP> 13 <SEP> 22 <SEP> 26 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> 73 <SEP> 34 <SEP> 33 <SEP> 38 <SEP> 38 <SEP> 38 <SEP> 38 <SEP> 37 Wie aus dieser Tabelle ersichtlich, erreichten diese Transistoren einen günstigen stabilen Wert des a"" nach der stabilisierenden Temperaturbehandlung C. Der Leckstrom 1"o wurde nach der stabilisierenden Temperaturbehandlung und nach jedem Stadium der Dauerprobe D gemessen.
Nach der Stabilisierung be trug für den Transistor 71 der 1"0 80 Millimikroamp. und für die übrigen Transistoren lag der Wert noch unter 20 Millimikroamp., welche Werte während der Dauerprobe D konstant blieben.
<I>Beispiel V111</I> Sechs p-n-p-Siliciumtransistoren wurden auf gleiche Weise wie im Beispiel VII beschrieben, in gleichen bouncing putty eingeschmolzen. Drei dieser Tran-
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sistoren wurden, nach einer Stabilisierungsbehand lung, bis 150 C 19 Stunden lang erhitzt. Der Verlauf des a,b dieser drei Transistoren ist in nachstehender Tabelle 8 (1) angegeben TABELLE 8 (1) Aus der Tabelle 8 (1) ist ersichtlich,
dass vorzugs weise eine längere Stabilisierungsdauer als 2 Stunden bei 150 C durchgeführt werden soll. Es wurde auch festgestellt, dass nach einer Stabilisierung von 4 Stun den bei 150 C die Stabilität bei 150 C besonders gut war, da die Werte von a..b nach 4 Stunden prak tisch gleich den unter E angegebenen Werten waren. Wenn die Stabilitätsanforderungen nicht so hoch ge stellt werden und z.B. nur eine Stabilität bei einer niedrigeren Temperatur als 150 C gewünscht wird, so genügt im allgemeinen eine zweistündige Stabili sierung.
Auch die Werte von 1"o waren praktisch stabil und niedriger als 20 Millimikroamp. für alle drei Transistoren.
Die anderen drei Transistoren wurden nach einer stabilisierenden Temperaturbehandlung folgender Temperaturbehandlung ausgesetzt 20 Minuten bei 150 C, worauf 10 Minuten bei 20 C, dann 20 Minuten bei -55 C und schliesslich noch 10 Minuten bei 20 C.
Innachstehender Tabelle 8 (2) sind die Werte von d"b verzeichnet, wie sie nach der Stabilisierbehand- lung und nach dieser Temperaturbehandlung gemes sen wurden.
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TABELLE <SEP> 8 <SEP> (2)
<tb> <U>D</U>
<tb> o <SEP> nach <SEP> <B>den <SEP> angegebenen</B>
<tb> 2h <SEP> 150 <SEP> c <SEP> <B>Temperaturzyklen</B>
<tb> <B>84 <SEP> 4'i</B> <SEP> 45
<tb> 85 <SEP> 42 <SEP> 45
<tb> eE <SEP> 42 <SEP> 45 Auch der 1"o ergab sich als stabil und war in allen drei Fällen niedriger als 20 Millimikroamp.
Schliesslich wird noch bemerkt, dass die Erfindung naturgemäss nicht auf die Anwendung bei Tran sistoren beschränkt ist, sondern auch von Anwendung auf andere halbleitende Elektrodensysteme ist, deren Halbleiterkörper wirksame Teile enthält, z.B. Kri stalldioden, bei denen sie günstige niedrige und stabile Werte der Sperrströme sichert. Die Erfindung ist ebensowenig auf die Halbleiter Germanium und Sili cium beschränkt. Sie ist auch vorteilhaft anwendbar bei anderen Halbleitern, z.B. den halbleitenden Ver bindungen, wie den AIitBv-Verbindungen, z. B.
GaAs und InP und dergleichen, die eine mit Ger manium und Silicium nahe verwandte Struktur be sitzen und für welche die Erfindung gleichfalls den Vorteil einer stabilen günstigen Atmosphäre in der Hülle sichert.