CS110031B5 - Pájka pro spojení destičky monokrystalického křemíku, še zpevňující' kovovou elektrodou - Google Patents

Description

' Monokrystalický vysoce čistý křemík ]e velmi výhodným polovodičovým prvkem pro výrobu usměrňovačích diod, tranzistorů a řízených polovodičových systémů typu na příklad PNPN. Uvedené systémy obsahují · jeden nebo více tzv. přechodů PN. Tyto přechody PN,. které jsou rozhraním mezi odlišnými typy elektrické vodivosti v krys- / talu křemíku, lze připravit! několika metodami. Z .nich jsou nejznámější metody » slitinová, difusní a metoda využívající vzniku PN přechodu při tažení monokrystalu.

Způsob přípravy slitinovou metodou je předmětem čs. patentu č. 99 437. Vynález navazuje na tento čs. patent s názvem „Způ- ¹⁵ sob výroby usměrňovacího polovodičového systému s přechody P+ — N — N⁺ nebo N⁺ — P — P⁺ na křemíku, pro výkonové usměrňovače“. Podstatou tohoto patentu je, že systém sestávající z monokrystalického ⁸¹¹ křemíku a příslušných elektrod s fóliemi se podrobí žíháni v inertním nebo redukčním prostředí při teplotě od 820° C do 970°

C, při kterém proběhne legování a ztavení tohoto systému v jeden celek a vytvoří tak as vlastní usměrňující přechod P — Nis přechodem ohmickým, který se zpevni kovovými elektrodami umožňujícími připájení přívodů systému. Vlastní usměrňující přechod P — Na přechod ohmický je vytvořen so na destičce ž monokrystalického křemíku 0,3—0,5 mm silné, na jedné straně nalegováním slitiny AI — Sn (5—20 % Sn] nebo

AI — In- (3—10 % In) a na druhé straně nalegováním slitiny Ag, Pb, Ge a Sb (nelméně 5 % Pb, 2,5 % Ge, 0,3 % Sb a zbytek Ag]. Slitiny se ztavují ve formě a kombinaci nejvýše dvou 0,05—0,-2 mm silných fólii z binárních slitin potřebného složení a velikosti, přičemž ztavení a legování se pro- . vádí pod mírným tlakem cca 15—25 g na cm2 účinné plochy¹ přechodu.

Difusní metoda spočívá v difusi nečistot způsobujících opačný typ vodivosti základního materiálu. Do materiálu typu N difundují akceptory (B, AI, Ga, In, TI), do . a materiálu typu P donory (P, ASj Sb]. Tyto nečistoty difundují do křemíku buď přímo z prvků, nebo ze sloučenin a látek, které je obsahují. Difuse může probíhat z fáze plynné, kapalné nebo pevné. Velmi rozšířená je difuse násobná, která využívá rozdílných difusních koeficienitů akceptorů a donorů a dále difuse přes kysličníky křemíku.

Metoda používaná při tažení monokrystalu má. několik modifikaci:,

a) změna typu vodivosti základního materiálu přídavkem vhodné legury během tažení;

o] změna původní vodivosti změnou podmínek tažení (rychlost tažení, rychlost, rotace apod.).

Obě metody, jak difusní, tak metoda tažení, umožňují získat velmi tenké přechodové vrstvy, což je důležité u složitých struktur, které obsahuií několik přechodů PN. Pro výkonové elementy ie výhódněiší, ss vzhledem k nižším elektrickým ztrátám, metoda difusní než metoda tažení.

Různé metody přípravy PN přechodů, aplikované na výchozím materiálu typu vodivosti Pnebo N, poskytují vzájemnou kom- ⁴⁰ binací několik desítek až set možných způsobů výroby složitých polovodičových struktur. Z nich uvádíme jen základní typy u diod obr. 1 a u tranzistorů — obr. 2.

Typ vodivosti, označený, křížkem, znamená « oblast s větší koncentrací aktivní nečistoty, . které se používá podle návrhu Halla a Dunlapa.

Uvedené, struktury jsou obsaženy v destičkách křemíku silných jen několik desetin mm. ‘ Z důvodů zvýšení mechanické pevnosti proti otřesům a tepelným dila- tacím a pro snadné pájeni přívodních kontaktů' jsou tyto destičky přitavovány vhod- _M nou slitinou k elektrodám z molybdenu, tantalu nebo wolframu.

Podle předloženého vynálezu je tento úkol řešen použitím slitiny Ag, Pb, Ge a X .{nejméně: 5 % Pb; 2,5 °/ó Gě; 0,1 θ/ο X a eo zbytek Ag). která vznikne během legování ztavením dvou fólií binárních, po případě termálních slitin vhddného složení. X je donorová (P, As, Sb, Bij.nebo akceptorová příměs (B, AI, Ga, In, Ťl), zesilující typ _M vodivosti příslušné rekrystalisované vrstvy křemíku. Vzniklá slitina je volena tak, aby. dokonale smáčela á spojovala a měla potřebné legújící vlastnosti. Elektroda je na druhé volné straně předem pokovena po- _n mocí vhodného kovu, na příklad slitiny stříbra s germaniem. ' . Žíháním systémů podle uspořádání na obr. 3 až 5 při teplotě od. 820 do 970° C proběhne přitavení. křemíku k elektrodě. « Legování lze provádět ve vakuu, inertní nebo redukční atmosféře.

Příklady provedení podle vynálezu:

1. Na obr. č. 3 je schematicky znázorněno uspořádání jednotlivých' vrstev v případě . využití vynálezu pro výrobu prvku PNPN.

Destička 1 ze Si typu P, obsahující na příklad difusní vrstvy 2,3 (N) a 4 (P), je přitavena podle vynálezu k molybdenové elektrodě 5 slitinou 6 z Ag, Pb, Ge a Sb. Kontakty 7 — slitina Ag, Ge á 8 — měděný, po případě hliníkový drátek nebo dracoun slouží jako přívody elektrického proudu. Řídicí elektroda je označena 9.

2. Na obr. 4 je schematicky znázorněno uspořádání jednotlivých vrstev v případě , využití vynálezu pro výrobu tranzistoru ⁷

NPNN+. Destička 10 ze Si typu N, s difusními vrstvami 12 (P) a 13 (N), je přitavena podle vynálezu k molybdenové elektrodě 14 slitinou 15 z Ag, Pb. Ge a Sb. Rekrystalisací během legování vznikne silně dotovaná vrstva. N⁺ 11. Části . 16, 17 a 18 slouží jako vývody kolektoru, emitoru a báze.

3. Na obr. 5 je schematicky znázorněno uspořádání jednotlivých vrstev v případě využití vynálezu pro výrobu difusních diod. Destička 20 ze Si typu N, s nadifundovanou vrstvou 22 typu P, je přitavena podle vynálezů k molybdenové elektrodě 23 slitinou 24 z Ag, Pb, Ge a Sb, Rekrystalisací během, legování vznikne nízkoohmová vrstva N⁺. 21. Části 25 a 26 slouží opět k připojení elementu do elektrického obvodu.

Výhodou, vynálezu je, že obvykle používané drahé a deficitní zlato je. nahrazeno slitinou stříbra, která je mnohem dostupnější. Další výhodou je, že křemík je nataven při použití vynalezené slitiny do menší hloubky než při použití stejně silné zlaté nebo hliníkové fólie. To umožňuje použití slabších výchozích destiček drahého křemíku a dále nedojde tak snadno k protavěňí slabých difusních vrstév.

Claims (3)

1. . i. Pájka- pro spojení destičky monokryštalického křemíku, se zpevňující kovovou elektrodou, tvořená slitinou nejméně 5 % olova Pb, 2,5 °/o germania Ge., další složkouX a stříbrem Ag, vyznačená tím, že X je nejméně 0,1 % příměsi posilující typ vodivosti pájené strany křemíkové destičky.

   PATENTU ,
2. 2. Pájka podle bodu 1 vyznačená tím, že íb «příměs je donorová a je tvořena fosforem

   P nebo aršeneiii As nebo vizmutem Bi.
3. 3. Pájka podlé bodu 1 vyznačená tím, že příměs je akceptorová a je tvořena borem B nebo hliníkem AI nebo galiem Ga nebo ss indiem In.