DE102013109031B4 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips mit den Schritten:- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1) mit einem Pixelbereich (2), der mindestens zwei verschiedene Subpixelbereiche (3) aufweist,- Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht (18) auf die Strahlungsaustrittsfläche (9) zumindest eines Subpixelbereichs (3), wobei die elektrisch leitende Schicht (18) dazu geeignet ist, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden,- Abscheiden einer Konversionsschicht (19, 19') auf der elektrisch leitenden Schicht (18) durch einen Elektrophoreseprozess.
Description
- Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
- Insbesondere wird bei dem Verfahren eine Konversionsschicht elektrophoretisch auf einem Halbleiterkörper abgeschieden. Ein Verfahren zur Aufbringung einer Konversionsschicht ist beispielsweise in der Druckschrift BELTON,C.R. et al.: New light from hybrid inorganic-organic emitters. In: J.Phys. D.: Appl. Phys., Vol. 41, Nr.9, 2008 , S.1-12 beschrieben.
- In der nachveröffentlichten Druckschrift
DE 10 2012 106 859 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrfarbigen Displays angegeben. - In der Druckschrift
DE 10 2011 111 980 A1 sind ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und eine Leuchtdiode angegeben. - Vorliegend soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem es möglich ist, eine Konversionsschicht auf vergleichsweise kleine Subpixelbereiche zur Erzeugung verschiedener Farben aufzubringen.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips wird ein Halbleiterkörper mit einem Pixelbereich bereitgestellt. Der Pixelbereich weist mindestens zwei verschiedene Subpixelbereiche auf. Bevorzugt sind die Subpixelbereiche elektrisch isoliert voneinander ausgebildet. Jeder Subpixelbereich weist bevorzugt eine aktive Schicht auf, die dazu geeignet ist, im Betrieb des Halbleiterkörpers elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs auszusenden. Besonders bevorzugt weist der erste Wellenlängenbereich blaues Licht auf oder ist aus blauem Licht gebildet.
- Die Subpixelbereiche weisen beispielsweise eine Seitenlänge von höchstens 150 Mikrometer auf. Die Subpixelbereiche können beispielsweise durch Gräben voneinander getrennt sein. Beispielsweise sind die Subpixelbereiche voneinander in einem Abstand angeordnet. Beispielsweise weist der Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Subpixelbereichen einen Wert auf, der nicht größer ist als 10 Mikrometer.
- Weiterhin wird auf die Strahlungsaustrittsfläche zumindest eines Subpixelbereiches eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht. Die elektrisch leitende Schicht ist dazu geeignet, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden.
- Besonders bevorzugt weist die elektrisch leitende Schicht ein Metall, eine Metalllegierung, ein Halbmetall oder ein Halbleitermaterial auf oder ist aus einem Metall, einem Halbmetall oder einem Halbleitermaterial gebildet. Beispielsweise weist die elektrisch leitende Schicht eines der folgenden Materialien auf oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Calcium, Magnesium, Strontium, Barium, Scandium, Titan, Aluminium, Silizium, Gallium, Zinn, Zirkonium, Zinkoxid, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinktellurid, Zinnoxid.
- Die elektrisch leitende Schicht weist besonders bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 20 Mikrometer auf. Beispielsweise weist die elektrisch leitende Schicht eine Dicke zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 300 Nanometer auf. Besonders bevorzugt weist die elektrisch leitende Schicht eine Dicke zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer auf.
- Bevorzugt weist die elektrische Schicht eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 Siemens/Meter auf. Die Leitfähigkeit der elektrisch leitenden Schicht kann auch durch eine Dotierung erhöht werden. Eine derartige elektrische Leitfähigkeit ermöglicht mit Vorteil einen ausreichenden Ladungstransport auch bei vergleichsweise dünnen elektrisch leitenden Schichten, die etwa eine Dicke zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 300 Nanometer oder zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer aufweisen.
- Die elektrisch leitende Schicht kann beispielsweise durch thermisches Aufdampfen oder Sputtern abgeschieden werden.
- Auf der elektrisch leitenden Schicht wird durch einen Elektrophoreseprozess eine Konversionsschicht abgeschieden. Die Konversionsschicht ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Mit anderen Worten ist die Konversionsschicht wellenlängenkonvertierend ausgebildet.
- Mit dem Begriff „wellenlängenkonvertierend“ ist vorliegend insbesondere gemeint, dass eingestrahlte elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines anderen, bevorzugt längerwelligen, Wellenlängenbereichs umgewandelt wird. In der Regel absorbiert ein wellenlängenkonvertierendes Element elektromagnetische Strahlung eines eingestrahlten Wellenlängenbereiches, wandelt diese durch elektronische Vorgänge auf atomarer und/oder molekularer Ebene in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereiches um und sendet die umgewandelte elektromagnetische Strahlung wieder aus.
- Die Konversionsschicht umfasst in der Regel Partikel eines Leuchtstoffs, die der Konversionsschicht die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften verleihen.
- Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone.
- Besonders bevorzugt werden vergleichsweise kleine Leuchtstoffpartikel bei dem vorliegenden Verfahren verwendet, um die vergleichsweise kleinen Subpixelbereiche zu beschichten. Besonders bevorzugt übersteigt der Durchmesser der Leuchtstoffpartikel einen Wert von 5 Mikrometer nicht.
- Bei einem Elektrophoreseprozess werden die aufzubringenden Partikel, beispielsweise des Leuchtstoffs, mittels eines elektrischen Feldes beschleunigt, sodass eine Schicht dieser Partikel auf einer bereitgestellten Oberfläche abgeschieden wird. In der Regel wird die zu beschichtende Oberfläche in einem Elektrophoresebad bereitgestellt, das die Partikel enthält, die dazu vorgesehen sind, die Konversionsschicht zu bilden. Bei dem Elektrophoreseprozess werden die Partikel lediglich auf den Teilen der Oberfläche abgeschieden, die elektrisch leitend ausgebildet ist. Abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit dieser Bereiche findet in der Regel eine unterschiedliche Abscheidung der Partikel statt.
- Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrisch leitende Schicht auf die zu beschichtende Oberfläche aufzubringen und so immer eine gleiche Oberfläche für die elektrophoretische Abscheidung bereitzustellen.
- Ein Verfahren zur Abscheidung einer elektrophoretischen Schicht ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2012 105 691 A1 beschrieben. - Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die elektrisch leitende Schicht im Wesentlichen chemisch inert gegenüber einem organischen Lösungsmittel des Elektrophoresebads. Mit dem Begriff „chemisch inert“ ist hierbei gemeint, dass die elektrisch leitende Schicht keine wesentliche chemische Reaktion mit dem organischen Lösungsmittel eingeht, wobei in der Realität eine geringfügige chemische Reaktion zwischen zwei Materialien in der Regel nicht vollständig ausgeschlossen werden kann.
- Beispielsweise enthält das Elektrophoresebad als organisches Lösungsmittel einen der folgenden Stoffe: Alkohol, Keton, Aromat, Aldehyd.
- Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Leuchtstoffpartikel der Konversionsschicht, die mittels Elektrophorese erzeugt wird, nach dem Elektrophoreseverfahren durch ein Bindemittel fixiert. Bei dem Bindemittel kann es sich beispielsweise um ein Silikon oder ein Epoxid oder eine Mischung dieser Materialien handeln. Es können auch andere geeignete Materialien oder Beschichtungen als Bindemittel verwendet werden.
- Gemäß einer Ausführungsform weist jeder Subpixelbereich eine Strahlungsaustrittsfläche auf, die elektrisch leitend ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Strahlungsaustrittsfläche jedes Subpixelbereiches hierbei durch eine transparente elektrisch leitende Schicht gebildet. Die transparente elektrisch leitende Schicht ist besonders bevorzugt durch ein TCO-Material („TCO“ für transparentes leitendes Oxid) gebildet oder weist ein TCO-Material auf.
- Transparente leitende Oxide sind in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können weiterhin auch p- sowie n-dotiert sein.
- Auf die Strahlungsaustrittsfläche zumindest eines Subpixelbereiches wird nun eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht, wobei die Strahlungsaustrittsfläche eines weiteren Subpixelbereiches frei ist von der elektrisch leitenden Schicht.
- Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird bei der elektrophoretischen Abscheidung der Konversionsschicht der Subpixelbereich, auf den die Konversionsschicht aufgebracht wird, unabhängig von den anderen Subpixelbereichen bestromt. Auf diese Art und Weise kann die Konversionsschicht lokal nur auf dem gerade bestromten Subpixelbereich aufgebracht werden, während die übrigen nicht mit Strom beaufschlagten Subpixelbereiche frei bleiben von der Konversionsschicht.
- Sind die Subpixelbereiche zum Zeitpunkt des Abscheidens der Konversionsschicht einzeln bestrombar und ist ihre Strahlungsaustrittsfläche elektrisch leitend ausgebildet, so ist der Halbleiterkörper besonders einfach mit einer Konversionsschicht und insbesondere verschiedene Subpixelbereiche besonders einfach mit verschiedenen Konversionsschichten zu versehen.
- Sind die Strahlungsaustrittsflächen jedes Subpixelbereiches elektrisch leitend ausgebildet und ist es nicht oder nur schwierig möglich, die Subpixelbereiche einzeln mit Strom zu beaufschlagen, so wird gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens die elektrisch leitende Schicht vollflächig auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers aufgebracht. Auf die elektrisch leitende Schicht wird dann eine Fotolackschicht in mindestens einem Subpixelbereich aufgebracht, während die elektrisch leitende Schicht in einem weiteren Subpixelbereich frei zugänglich ist. Anschließend wird der Elektrophoreseprozess durchgeführt und die Konversionsschicht in der Regel vollflächig abgeschieden. Hier zu wird die elektrisch leitende Schicht bevorzugt jeweils seitlich elektrisch kontaktiert. Da die Fotolackschicht eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist, werden die Leuchtstoffpartikel bei dem Elektrophoreseprozess lediglich auf den Bereichen der elektrisch leitenden Schicht abgeschieden, die frei zugänglich sind. Nach Beendigung des Elektrophoreseprozesses wird die Fotolackschicht wieder entfernt.
- Anschließend ist es möglich, erneut eine Fotolackschicht aufzubringen und hierbei die elektrisch leitende Schicht eines anderen Subpixelbereiches freizulassen. In einem nachfolgenden Elektrophoreseprozess wird dann eine weitere Konversionsschicht auf der frei zugänglichen elektrischen Schicht abgeschieden. Die weitere Konversionsschicht ist hierbei bevorzugt dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
- Weiterhin ist es auch möglich, dass die Oberfläche der Subpixelbereiche des Halbleiterkörpers zunächst durch eine Passivierungsschicht gebildet ist. Die Passivierungsschicht ist beispielsweise elektrisch isolierend ausgebildet und dazu vorgesehen, den Halbleiterkörper vor äußeren Einflüssen zu schützen. Beispielsweise ist die Passivierungsschicht aus einem Oxid oder einem Nitrid gebildet oder weist eines dieser Materialien auf. In der Regel ist die Passivierungsschicht vollflächig auf eine Vorderseite des Halbleiterkörpers aufgebracht. Die Vorderseite des Halbleiterkörpers umfasst hierbei die Strahlungsaustrittsflächen der Subpixelbereiche.
- Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird durch Entfernen der Passivierungsschicht, die auf dem Subpixelbereich aufgebracht ist, eine elektrisch leitende Strahlungsaustrittsfläche erzeugt.
- Weiterhin ist es auch möglich, dass die Passivierungsschicht auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers und damit auf den Strahlungsaustrittsflächen der Subpixelbereiche verbleibt. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird die elektrisch leitende Schicht vollflächig auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers aufgebracht. In einem nächsten Schritt wird eine Fotolackschicht auf die elektrisch leitende Schicht in mindestens einem Subpixelbereich aufgebracht, während die elektrisch leitende Schicht in einem weiteren Subpixelbereich frei zugänglich ist.
- Besonders bevorzugt wird eine vollflächig aufgebrachte elektrisch leitende Schicht während des Elektrophoreseprozesses seitlich elektrisch kontaktiert.
- Wird ein Halbleiterkörper bereitgestellt, bei dem die Strahlungsaustrittsfläche jedes Subpixelbereichs durch eine Passivierungsschicht gebildet ist, so kann die Passivierungsschicht von der Strahlungsaustrittsfläche des Subpixelbereichs auch entfernt werden, so dass die Strahlungsaustrittsfläche elektrisch leitend ausgebildet wird, während die Passivierungsschicht auf der Strahlungsaustrittsfläche zumindest eines Subpixelbereiches erhalten bleibt. Auf die elektrisch leitende Strahlungsaustrittsfläche wird dann die elektrisch leitende Schicht aufgebracht, während die Strahlungsaustrittsflächen der Subpixelbereiche, die durch die Passivierung gebildet werden, frei bleiben von der elektrisch leitenden Schicht. Auf die elektrisch leitende Schicht wird dann mittels eines Elektrophoreseprozesses die Konversionsschicht aufgebracht.
- Die Konversionsschicht wird hierbei nur auf die Bereiche aufgebracht, von denen zuvor die Passivierung entfernt wurde, die restliche Oberfläche bleibt frei von der Konversionsschicht, da diese nicht elektrisch leitend ausgebildet ist.
- Bevorzugt werden bei dieser Ausführungsform des Verfahrens die in dem obigen Abschnitt beschriebenen Schritte zur Aufbringung einer weiteren Konversionsschicht auf einen weiteren Subpixelbereich wiederholt. Hierzu wird die Passivierungsschicht im Bereich der Strahlungsaustrittsfläche eines weiteren Subpixelbereichs entfernt und auf diesen freigelegten Bereich die elektrisch leitende Schicht aufgebracht. Auf die elektrisch leitende Schicht wird dann mittels eines weiteren Elektrophoreseprozesses die weitere Konversionsschicht aufgebracht. Die weitere Konversionsschicht ist hierbei dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
- Bevorzugt weist jeder Pixelbereich genau drei Subpixelbereiche auf. Beispielsweise ist einer der drei Subpixelbereiche dazu vorgesehen, grünes Licht auszusenden, während ein weiterer Subpixelbereich dazu vorgesehen ist, rotes Licht zu erzeugen und der dritte Subpixelbereich blaues Licht abstrahlen soll. Weist beispielsweise der erste Wellenlängenbereich blaues Licht auf, so ist ein Subpixelbereich hierbei besonders bevorzugt frei von einer Konversionsschicht. Ein weiterer Subpixelbereich weist bevorzugt eine Konversionsschicht auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten blauen Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, wobei der zweite Wellenlängenbereich bevorzugt grünes Licht aufweist oder aus grünem Licht besteht. Der dritte Subpixelbereich weist bevorzugt eine weitere Konversionsschicht auf, die dazu geeignet ist, blaue Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, der besonders bevorzugt rotes Licht aufweist oder aus rotem Licht besteht.
- Die Konversionsschicht ist besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass sie Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs möglichst vollständig in Strahlung des zweiten beziehungsweise des dritten Wellenlängenbereichs umwandelt.
- Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die elektrisch leitende Schicht nach dem Elektrophoreseprozess in den protischen Reaktionspartner eingebracht, sodass die elektrisch leitende Schicht zumindest teilweise ein Salz mit dem protischen Reaktionspartner ausbildet. Dies bietet den Vorteil, dass eine zumindest teilweise in ein Salz umgewandelte elektrisch leitende Schicht für sichtbares Licht in der Regel besser durchlässig ist, als die elektrisch leitende Schicht selber. Ist die elektrisch leitende Schicht somit auf einer Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht, so behindert sie die Lichtauskopplung aus der Strahlungsaustrittsfläche nach Umwandlung in ein Salz nur geringfügig. Weiterhin ist es auch möglich, das Salz aus dem fertigen Bauteil möglichst vollständig wieder auszuwaschen.
- Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Salz zumindest teilweise aus dem Halbleiterchip herausgewaschen.
- Hierbei wird das Salz besonders bevorzugt von der Oberfläche des Halbleiterkörpers entfernt.
- Das Material M der elektrisch leitenden Schicht wird hierbei mit einem protischen Reaktionspartner der allgemeinen Formel ROH in der Regel wie folgt umgesetzt:
M+ROH→M (OR) +H2 - Weist die elektrisch leitende Schicht beispielsweise Aluminium auf, so bildet das Aluminium mit Wasser als protischen Reaktionspartner wie folgt ein Salz aus:
2Al+6H2O→2AL (OH)3+2H2 - Das Wasser als protischer Reaktionspartner kann hierbei als Flüssigkeit oder gasförmig als Wasserdampf vorliegen.
- Alternativ könnte beispielsweise auch Salzsäure als protischer Reaktionspartner für eine Aluminum-haltige elektrisch leitende Schicht verwendet werden. Die Salzbildung würde dann beispielsweise nach folgendem Schema ablaufen:
A1+HCl→A1Cl3+H2 - Weist die elektrisch leitende Schicht beispielsweise Natrium auf, so bildet das Natrium mit Wasser als protischen Reaktionspartner in der Regel wie folgt ein Salz aus:
2Na+4H2O→2Na (OH)2+2H2 - Weist die elektrisch leitende Schicht beispielsweise Silizium auf, so bildet das Silizium mit Salzsäure als protischen Reaktionspartner in der Regel wie folgt ein Salz aus:
Si+3HCl→HSiCl3+H2 - Die chemische Reaktion zwischen dem Material der elektrisch leitenden Schicht und dem protischen Reaktionspartner kann in der Regel durch Zugabe von Basen oder Laugen vorteilhafterweise beschleunigt werden. Die chemische Reaktion zwischen dem Material der elektrisch leitenden Schicht und dem protischen Reaktionspartner kann weiterhin direkt in dem protischen Reaktionspartner stattfinden oder aber auch in einem aprotischen Lösungsmittel, dem der protische Reaktionspartner in einer entsprechenden Menge hinzugefügt ist.
- Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist der protische Reaktionspartner in einer Flüssigkeit oder einem Gas enthalten oder liegt als Flüssigkeit oder als Gas vor.
- Beispielsweise ist der protische Reaktionspartner Wasser, ein Alkohol, eine Carbonsäure, eine Mineralsäure, ein Amin, ein Amid oder eine Mischung mindestens zweier solcher Materialien.
- Die elektrophoretisch aufgebrachte Konversionsschicht kann Poren aufweisen, durch die der protische Reaktionspartner in flüssiger oder gasförmiger Form, aber auch das Lösungsmittel zum Herauswaschen des Salzes zu der elektrisch leitenden Schicht beziehungsweise zu dem gebildeten Salz gelangen kann. Auf diese Art und Weise kann die chemische Reaktion zwischen dem protischen Reaktionspartner und der elektrisch leitenden Schicht erfolgen. Weiterhin kann auch das gebildete Salz in das Lösungsmittel zum Auswaschen hinein diffundieren.
- Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
- Die
1 und2 zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterkörpers gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel, wie sie bei einem hier beschriebenen Verfahren bereit gestellt werden können. - Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der
3 bis9 wird ein Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel erläutert. - Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der
10 und11 wird ein Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert. - Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der
12 bis19 wird ein Verfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel erläutert. - Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
- Der Halbleiterkörper
1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der1 weist einen Pixelbereich2 mit drei Subpixelbereichen3 auf. Jeder Subpixelbereich3 weist eine Halbleiterschichtenfolge4 mit einer aktiven Schicht5 auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu erzeugen. Vorliegend ist die aktive Schicht5 dazu geeignet, sichtbares blaues Licht zu erzeugen. Jeweils zwei direkt benachbarte Subpixelbereiche3 sind durch einen Graben6 voneinander getrennt. Der Graben6 durchtrennt hierbei die aktive Schicht5 jeweils vollständig. Weiterhin durchtrennt der Graben6 vorliegend auch die Halbleiterschichtenfolge4 vollständig. Auf diese Art und Weise bildet die Halbleiterschichtenfolge4 jedes Subpixelbereiches3 einen Vorsprung aus. - Der Halbleiterkörper
1 umfasst weiterhin ein Trägerelement7 , auf dem der Pixelbereich2 angeordnet ist. Zwischen dem Trägerelement7 und der Halbleiterschichtenfolge4 ist eine spiegelnde Schicht8 angeordnet. Die spiegelnde Schicht8 ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Schicht5 erzeugt wird, zu einer Strahlungsaustrittsfläche9 des Subpixelbereiches3 zu reflektieren. Weiterhin ist die spiegelnde Schicht8 elektrisch leitend ausgebildet, sodass jeder Subpixelbereich3 rückseitig über das Trägerelement7 elektrisch kontaktiert werden kann. Bei dem Trägerelement7 kann es sich beispielsweise um ein Aktivmatrixelement eines Displays handeln. - Auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge
4 ist eine Passivierungsschicht10 aufgebracht. Die Passivierungsschicht10 bedeckt die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge4 vorliegend vollständig. Weiterhin ist die Passivierungsschicht10 auch in den Gräben6 zwischen jeweils benachbarten Subpixelbereichen3 ausgebildet. Die Passivierungsschicht10 erstreckt sich ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche9 auf der Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge4 über den Graben6 und die Seitenfläche des benachbarten Subpixelbereiches3 bis zu dessen Strahlungsaustrittsfläche9 . Die der Strahlungsaustrittsfläche9 zugewandte Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge4 eines jeden Subpixelbereichs3 ist jedoch frei von der Passivierungsschicht10 . - Auf einer Hauptfläche des Trägerelementes
7 , die zu der Halbleiterschichtenfolge4 weist, sind Bereiche11 angeordnet, die elektrisch isolierend ausgebildet sind. Die elektrisch isolierenden Bereiche11 erstrecken sich entlang der Hauptfläche zwischen zwei direkt benachbarten Subpixelbereichen3 , während sie jeweils im Bereich eines Subpixelbereichs3 eine Aussparung12 aufweisen, die mit einem elektrisch leitenden Material des Trägerelements7 gefüllt ist. Die elektrisch isolierenden Bereiche11 des Trägerelementes7 bewirken im Zusammenspiel mit der Passivierungsschicht10 auf den Seitenflächen der Subpixelbereiche3 und in den Gräben6 , dass die Subpixelbereiche3 jeweils elektrisch isoliert voneinander sind. Durch die Aussparungen12 zwischen den elektrisch isolierenden Bereichen11 sind die Subpixelbereiche3 jeweils rückseitig elektrisch kontaktiert. - Weiterhin weisen die Subpixelbereiche
3 auf ihren Strahlungsaustrittsflächen9 eine transparente elektrisch leitende Schicht13 auf, über die die Subpixelbereiche3 vorderseitig elektrisch kontaktiert sind. Die transparente elektrisch leitende Schicht13 ist hierbei vollflächig über eine Vorderseite des Pixelbereichs2 aufgebracht, die die Strahlungsaustrittsflächen9 der Subpixelbereiche3 umfasst. Die transparente elektrisch leitende Schicht13 bedeckt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Strahlungsaustrittsflächen9 der Subpixelbereiche3 sowie die Seitenflächen der Subpixelbereiche3 vollständig. - Auf der transparenten leitenden Schicht
13 sind in den Gräben6 zwischen den Subpixelbereichen3 jeweils wiederum metallisch leitende Bahnen14 aufgebracht, die zur äußeren Kontaktierung der Subpixelbereiche3 dienen. - Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in den Figuren zwar beispielhaft jeweils nur ein Pixelbereich
2 mit drei Subpixelbereichen3 dargestellt ist, der Halbleiterkörper1 jedoch in der Regel eine Vielzahl derartiger Pixelbereiche2 aufweist. Die Pixelbereiche2 sind hierbei besonders bevorzugt alle gleichartig ausgebildet. - Der Halbleiterkörper
1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der2 weist ebenfalls einen Pixelbereich2 mit drei verschiedenen Subpixelbereichen3 auf. Jeder Subpixelbereich3 weist eine Halbleiterschichtenfolge4 mit einer aktiven Schicht5 auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs, bevorzugt blaues Licht, auszusenden. Die Subpixelbereiche3 sind vorliegend wiederum durch Gräben6 voneinander getrennt, wobei die Gräben6 die aktive Schicht5 und auch die Halbleiterschichtenfolge4 vollständig durchdringen. Der Halbleiterkörper1 umfasst wiederum ein Trägerelement7 , wie bereits oben beschrieben. Beispielsweise ist das Trägerelement7 als Aktivmatrixelement ausgebildet. Ein derartiges Aktivmatrixelement weist beispielsweise Silizium auf oder ist aus Silizium gebildet. - Zwischen dem Trägerelement
7 und der aktiven Halbleiterschichtenfolge4 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel der1 eine spiegelnde Schicht8 aufgebracht, die elektrisch leitend ausgebildet ist. - Im Unterschied zu dem Halbleiterkörper
1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der1 ist jedoch auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der2 vollflächig eine Passivierungsschicht10 ausgebildet. Die Passivierungsschicht10 ist hierbei durch ein elektrisch isolierendes Material gebildet, wie beispielsweise ein Oxid oder ein Nitrid. Die Passivierungsschicht10 bedeckt vorliegend die Strahlungsaustrittsfläche9 jedes Subpixelbereiches3 , die Seitenflächen jedes Subpixelbereiches3 sowie den Boden der Gräben6 zwischen den Subpixelbereichen3 vollständig. - Da die Strahlungsaustrittsflächen
9 der Subpixelbereiche3 bei dem Halbleiterkörper1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der2 durch das elektrisch isolierende Material der Passivierungsschicht10 gebildet sind, können diese Subpixelbereiche3 nicht über ihre Strahlungsaustrittsfläche9 elektrisch kontaktiert werden. Aus diesem Grund ist zwischen dem Trägerelement7 und der spiegelnden Schicht8 eine weitere metallische, elektrisch leitende Schicht8' aufgebracht, die eine Durchkontaktierung15 durch die aktive Schicht5 aufweist. Die Durchkontaktierung15 dient zur vorderseitigen elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge4 . Die weitere metallische Schicht8' und die Durchkontaktierung15 sind von der spiegelnden Schicht8 , der aktiven Schicht5 und dem Bereich der Halbleiterschichtenfolge4 , die dem Trägerelement7 zugewandt ist, mittels einer elektrisch isolierenden Schicht16 getrennt. - Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der
3 bis9 wird ein Halbleiterkörper1 bereitgestellt, wie er bereits anhand von1 im Detail beschrieben wurde. Auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers1 wird vollflächig eine Fotolackschicht17 aufgebracht (3 ). Durch Fotostrukturierung der Fotolackschicht17 werden die Strahlungsaustrittsflächen9 zweier Subpixelbereiche3 freigelegt, während die Strahlungsaustrittsfläche9 des dritten Subpixelbereiches3 vollständig von der Fotolackschicht17 bedeckt ist. Auch der Graben6 zwischen den beiden freigelegten Subpixelbereichen3 ist mit der Fotolackschicht17 gefüllt (4 ). - In einem nächsten Schritt wird vollflächig über die Vorderseite des Halbleiterkörpers
1 eine elektrisch leitende Schicht18 aufgebracht (5 ). Die elektrisch leitende Schicht18 ist dazu geeignet, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden. - In einem nächsten Schritt, der schematisch in
6 dargestellt ist, wird die strukturierte Fotolackschicht17 entfernt. Es befindet sich nun auf den frei zugänglichen Strahlungsaustrittsflächen9 der Subpixelbereiche3 eine elektrisch leitende Schicht18 . Die Strahlungsaustrittsfläche9 des Subpixelbereiches3 , der mit der Fotolackschicht17 bedeckt war, ist hingegen frei zugänglich. Auch die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolgen4 und die Gräben6 zwischen den Subpixelbereichen3 sind frei von der elektrisch leitenden Schicht18 . Mit anderen Worten sind lediglich die Strahlungsaustrittsflächen9 zweier Subpixelbereiche3 mit der elektrisch leitenden Schicht18 bedeckt, während die restliche Vorderseite des Pixelbereiches2 frei ist von der elektrisch leitenden Schicht18 . - In einem nächsten Schritt wird mittels eines Elektrophoreseprozesses eine Konversionsschicht
19 auf der elektrisch leitenden Schicht18 eines Subpixelbereiches3 abgeschieden (7 ). Die Konversionsschicht19 ist hierbei dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereiches umzuwandeln. Der zweite Wellenlängenbereich ist hierbei aus grünem Licht gebildet. Die Konversionsschicht19 ist derart ausgebildet, dass sie die elektromagnetische Strahlung, die von der Strahlungsaustrittsfläche9 des Subpixelbereichs3 ausgesandt wird, möglichst vollständig in grünes Licht umwandelt. - Bei der elektrophoretischen Abscheidung der Konversionsschicht
19 wird hierbei lediglich der Subpixelbereich3 , auf den die Konversionsschicht19 aufgebracht werden soll, mit Strom beaufschlagt. Dadurch lagern sich lediglich auf diesem Subpixelbereich3 Leuchtstoffpartikel bei dem Elektrophoreseprozess an. - In einem nächsten Schritt wird dann eine weitere Konversionsschicht
19' auf den weiteren Subpixelbereich3 aufgebracht, dessen Strahlungsaustrittsfläche9 mit einer elektrisch leitenden Schicht18 bedeckt ist (8 ). Die weitere Konversionsschicht19' ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, der von dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist. Besonders bevorzugt ist die weitere Konversionsschicht19' dazu geeignet, blaues Licht, das in der aktiven Schicht erzeugt wird, möglichst vollständig in rotes Licht umzuwandeln. - In einem nächsten Schritt wird nun das Material der elektrisch leitenden Schicht herausgelöst, indem zumindest die elektrisch leitende Schicht in den protischen Reaktionspartner eingebracht wird, sodass die elektrisch leitende Schicht zumindest teilweise ein Salz mit dem protischen Reaktionspartner ausbildet. In einem weiteren Schritt wird das gebildete Salz aus dem Halbleiterchip ausgewaschen (
9 ). Insbesondere wird das Salz von einer Oberfläche des Halbleiterkörpers1 durch Auswaschen entfernt. - Bei dem Verfahren gemäß der
3 bis9 ist ein Halbleiterkörper1 verwendet, dessen Subpixelbereiche3 einzeln mit Strom beaufschlagt werden können. Es ist daher möglich, einzelne Subpixelbereiche3 bei dem Elektrophoreseprozess mit Strom zu beaufschlagen und so nur auf den mit Strom beaufschlagten Subpixelbereichen3 die Konversionsschicht19 ,19' abzuscheiden. Ist es nicht möglich oder nicht gewünscht, die Subpixelbereiche3 einzeln mit Strom zu beaufschlagen, so wird vor dem elektrophoretischen Abscheiden der Konversionsschicht19 ,19' jeweils der Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers1 mit einer Fotolackschicht17 bedeckt, der nicht mit der Konversionsschicht19 ,19' versehen werden soll. Lediglich der zu beschichtende Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers1 bleibt frei zugänglich während des Elektrophoreseprozesses. - Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der
10 und11 wird in einem ersten Schritt ein Halbleiterkörper1 bereitgestellt, wie er bereits anhand von2 im Detail beschrieben wurde (10 ). In einem nächsten Schritt wird die Passivierungsschicht10 mittels eines fotolithografischen Verfahrens von der Strahlungsaustrittsfläche9 der Subpixelbereiche3 entfernt. Auf diese Art und Weise werden die Strahlungsaustrittsflächen9 der Subpixelbereiche3 elektrisch leitend ausgebildet (11 ). Sind die Subpixelbereiche3 einzeln bestrombar, so werden nun, wie bereits anhand der3 bis9 im Detail beschrieben, zwei verschiedene Konversionsschichten19 ,19' auf die elektrisch leitenden Strahlungsaustrittsflächen9 zweier Subpixelbereiche3 aufgebracht, während die Strahlungsaustrittsfläche9 eines Subpixelbereiches3 frei bleibt von den Konversionsschichten19 ,19' (nicht dargestellt). - Ist es nicht möglich, die Subpixelbereiche
3 einzeln mit Strom zu beaufschlagen, so werden nacheinander selektiv nur die zu beschichtenden Subpixelbereiche freigelegt und entsprechend dem Verfahren gemäß der3 bis9 jeweils mit einer Konversionsschicht19 ,19' versehen (nicht dargestellt). - Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der
12 bis19 wird ebenfalls ein Halbleiterkörper1 bereitgestellt, wie er bereits anhand der2 im Detail beschrieben wurde (siehe12 ). Allerdings soll bei diesem Halbleiterkörper1 im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß der10 und11 die Passivierungsschicht10 auf dem Halbleiterkörper1 vollständig erhalten bleiben. - In einem ersten Schritt wird auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers
1 , die die Strahlungsaustrittsflächen9 der Subpixelbereiche3 umfasst, vollflächig eine elektrisch leitende Schicht18 aufgebracht, die dazu geeignet ist, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden (13 ). - Dann wird eine strukturierte Fotolackschicht
17' auf die elektrisch leitende Schicht18 aufgebracht. Die Fotolackschicht17' bedeckt zwei Subpixelbereiche3 , während die elektrisch leitende Schicht18 in einem weiteren Subpixelbereich3 frei zugänglich ist (14 ). - Dann wird mittels eines Elektrophoreseprozesses in dem Bereich, in dem die elektrisch leitende Schicht
18 frei zugänglich ist, eine Konversionsschicht19 abgeschieden (15 ). Für den Elektrophoreseprozess wird die elektrisch leitende Schicht18 jeweils seitlich des Halbleiterkörpers1 elektrisch kontaktiert (nicht dargestellt). - In einem nächsten Schritt wird die Fotolackschicht
17' wieder entfernt (16 ). Auf der Strahlungsaustrittsfläche9 eines der Subpixelbereiche3 ist nun eine Konversionsschicht19 angeordnet, während die anderen Subpixelbereiche3 frei sind von der Konversionsschicht19 (16 ). - Nun wird wiederum eine strukturierte Fotolackschicht
17' aufgebracht, die die bereits aufgebrachte Konversionsschicht19 sowie einen der direkt benachbarten Subpixelbereiche3 abdeckt. Lediglich ein Subpixelbereich3 ist frei zugänglich (16 ). - Dann wird erneut ein Elektrophoreseprozess durchgeführt, um auf der elektrisch leitenden Schicht
18 über der Strahlungsaustrittsfläche9 des frei zugänglichen Subpixelbereiches3 eine weitere Konversionsschicht19' abzuscheiden (18 ). - In einem weiteren Schritt wird zunächst die Fotolackschicht
17' entfernt und daraufhin der Halbleiterkörper1 in einem protischen Reaktionspartner eingebracht, sodass auch die elektrisch leitende Schicht18 in ein Salz umgewandelt und anschließend ausgewaschen wird (19 ).
Claims (17)
- Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips mit den Schritten: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1) mit einem Pixelbereich (2), der mindestens zwei verschiedene Subpixelbereiche (3) aufweist, - Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht (18) auf die Strahlungsaustrittsfläche (9) zumindest eines Subpixelbereichs (3), wobei die elektrisch leitende Schicht (18) dazu geeignet ist, mit einem protischen Reaktionspartner zumindest teilweise ein Salz auszubilden, - Abscheiden einer Konversionsschicht (19, 19') auf der elektrisch leitenden Schicht (18) durch einen Elektrophoreseprozess.
- Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Subpixelbereiche (3) elektrisch isoliert voneinander ausgebildet sind und jeder Subpixelbereich (3) eine aktive Schicht (5) aufweist, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs auszusenden.
- Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - eine Strahlungsaustrittsfläche (9) jedes Subpixelbereiches (3) elektrisch leitend ausgebildet ist, und - der Subpixelbereich (3), auf den die Konversionsschicht (19, 19') aufgebracht wird, bei dem Elektrophoreseprozess unabhängig von dem anderen Subpixelbereich (3) bestromt wird.
- Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis2 , bei dem - eine Strahlungsaustrittsfläche (9) jedes Subpixelbereiches (3) elektrisch leitend ausgebildet ist, - die elektrisch leitende Schicht (18) vollflächig auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers (1) aufgebracht wird, - eine Fotolackschicht (17, 17') auf die elektrisch leitende Schicht (18) in mindestens einem Subpixelbereich (3) aufgebracht wird, während die elektrisch leitende Schicht (18) in einem weiteren Subpixelbereich (3) frei zugänglich ist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 3 bis4 , bei dem die elektrisch leitende Strahlungsaustrittfläche (9) der Subpixelbereiche (3) durch eine transparente elektrisch leitende Schicht (13) gebildet ist, die ein TCO-Material aufweist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 3 bis4 , bei dem die elektrisch leitende Strahlungsaustrittsfläche (9) durch Entfernen einer Passivierungsschicht (10), die auf dem Subpixelbereich (3) aufgebracht ist, erzeugt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis2 , bei dem - eine Strahlungsaustrittsfläche (9) jedes Subpixelbereichs (3) durch eine Passivierungsschicht (10) gebildet ist, - die elektrisch leitende Schicht (18) vollflächig auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers (1) aufgebracht wird, - eine Fotolackschicht (17, 17') auf die elektrisch leitende Schicht (18) in mindestens einem Subpixelbereich (3) aufgebracht wird, während die elektrisch leitende Schicht (18) in einem weiteren Subpixelbereich (3) frei zugänglich ist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 4 bis7 , bei dem die elektrisch leitende Schicht (18) seitlich während des Elektrophoreseprozesses elektrisch kontaktiert wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis2 , bei dem - eine Strahlungsaustrittsfläche (9) jedes Subpixelbereichs (3) durch eine Passivierungsschicht (10) gebildet ist, - bei dem die Passivierungsschicht (10) im Bereich der Strahlungsaustrittsfläche (9) mindestens eines Subpixelbereichs (3) entfernt wird, so dass die Strahlungsaustrittsfläche (9) des Subpixelbereichs (3) elektrisch leitend ausgebildet wird, während die Passivierungsschicht (10) in zumindest einem Subpixelbereich (3) erhalten bleibt. - Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die Passivierungsschicht (10) in einem weiteren Subpixelbereich (3) entfernt wird, so dass die Strahlungsaustrittsfläche (9) des Subpixelbereichs (3) elektrisch leitend ausgebildet wird, - Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht (18) auf die Strahlungsaustrittsfläche (9) dieses Subpixelbereichs (3), - Abscheiden einer weiteren Konversionsschicht (19, 19') auf der elektrisch leitenden Schicht (18) durch einen Elektrophoreseprozess.
- Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem ein Pixelbereich (2) jeweils genau drei Subpixelbereiche (3) aufweist, wobei - ein erster Subpixelbereich (3) frei bleibt von einer Konversionsschicht (19, 19'), - ein zweiter Subpixelbereich (3) mit der Konversionsschicht (19, 19') versehen wird, die dazu geeignet ist, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, und - ein dritter Subpixelbereich (3) mit einer weiteren Konversionsschicht (19, 19') versehen wird, die dazu geeignet ist, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
- Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der erste Wellenlängenbereich blaues Licht, der zweite Wellenlängenbereich grünes Licht und der dritte Wellenlängenbereich rotes Licht aufweist.
- Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zumindest die elektrisch leitende Schicht (18) in den protischen Reaktionspartner eingebracht wird, so dass die elektrisch leitende Schicht (18) zumindest teilweise ein Salz mit dem protischen Reaktionspartner ausbildet.
- Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Salz aus dem Halbleiterchip zumindest teilweise herausgewaschen wird.
- Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die elektrisch leitende Schicht (18) eines der folgenden Materialien aufweist: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Calcium, Magnesium, Strontium, Barium, Scandium, Titan, Aluminium, Silizium, Gallium, Zinn, Zirkonium, Zinkoxid, Zinksulfid, Zinkselenid, Zinktellurid, Zinnoxid.
- Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die elektrophoretisch abgeschiedenen Schicht Poren aufweist.
- Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die abgeschiedene Konversionsschicht (19, 19') Poren aufweist, und der protische Reaktionspartner in flüssiger oder gasförmiger Form auf die elektrisch leitende Schicht (18) über die Poren der Konversionsschicht (19, 19') eingebracht wird, so dass die elektrisch leitende Schicht (18) zumindest teilweise ein Salz mit dem protischen Reaktionspartner ausbildet.
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