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Verfahren zur Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleitersystemen
Die Erfindung behandelt die Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen
mit Halbleiterkristallen. Beispiele für derartige Systeme sind ungesteuerte und
gesteuerte Trockengleichrichter, insbesondere mittels einer weiteren Elektrode gesteuerte
Trockengleichrichter. Die Eigenschaften von Trockengleichrichtern weisen je nach
dem Herstellungsverfahren erhebliche Unterschiede auf. Bereits die Herstellung von
Trockengleichrichtern in diskontinuierlichen Verfahrensschritten stellt hohe Anforderungen
an die Verfahrenstechnik. Für eine Herstellung von Trockengleichrichtern in einem
kontinuierlichen Verfahren ergeben sich weitere Schwierigkeiten, die noch nicht
beherrscht werden.
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Weiterhin weisen besonders Halbleiter mit günstigen elektrischen Eigenschaften
wie Silizium, Germanium u. dgl. eine hohe mechanische Sprödigkeit auf, die deren
Verarbeitung zu Kristallen mit gekrümmten Begrenzungsflächen sehr erschweren. Für
die Oualität von Trockengleichrichtern mit diesen nicht leicht zu bearbeitenden
Halbleiterstoffen kommt es deshalb nicht nur auf die Beseitigung von vorhandenen
störenden Verunreinigungen an; noch wichtiger ist vielmehr, das Einschleppen von
Verunreinigungen zu vermeiden.
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Es ist bekannt, Trockengleichrichter mit Selen oder Kupferoxydul einen
stabförmigen Aufbau zu geben. Bei diesem Verfahren wird auf eine Basiselektrode
Selen durch elektrolytisches Niederschlagen aufgebracht. Bei Kupferoxydulgleichrichtern
wird auf einer Kupferelektrode das Kupferoxydul durch thermische Oxydation erzeugt.
Da das letztere, Verfahren nur bei Halbleitern wie Kupferoxydul möglich ist, können
auf diesem Wege keine Trockengleichrichter mit Halbleitern wie Silizium, Germanium
u. dgl. hergestellt werden. Auch durch elektrolytisches Niederschlagen und selbst
durch Aufdampfen können Halbleiter mit guter Kristallisation und zylinderförmiger
Gestalt überhaupt nicht oder nur sehr schwer hergestellt werden. Besonders trifft
dies beim Aufdampfen von Halbleitern wie Silizium u. a. mit einem verhältnismäßig
hohen Schmelzpunkt zu. Diese Stoffe zeigen nämlich bei den zur Handhabung erforderlichen
hohen Temperaturen eine außerordentliche Reaktionsfähigkeit. Deshalb ist eine Verunreinigung
des Halbleiters durch Reaktion mit Behältermaterial, Heizungsvorrichtungen oder
gasförmigen, z. B. erhitzten Wandungen oder Teilen dieser Vorrichtungen entstammenden,
Stoffen nur in einem unzureichenden Maße zu unterbinden.
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Auch der ebenfalls bekannte Vorschlag, Halbleiter wie Silizium, Germanium
u. dgl. durch Gießen in zylindrische Formen als Halbleiterkörper mit gekrümmten
Oberflächen herzustellen, ist mit erheblichen Mängeln behaftet. Insbesondere können
nach dieser Herstellungsweise keine ausreichend guten; insbesondere mit Einkristallen
vergleichbare Kristallisationsverhältnisse erreicht werden. Außerdem verursacht
die beim' Erstarren stattfindende Volumenvergrößerung eine Beschädigung oder meist
eine Zerstörung der gefäßartigen Formen und verhindert eine Formgebung, die keiner
mechanischen Nachbearbeitung mehr bedarf und die damit ein Einschleppen von Verunreinigungen
durch die Bearbeitung vermeidbar machen würde.
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Ziel der Erfindung ist nun ein Verfahren, das eine vorteilhafte Herstellung
von elektrisch unsymmetrisch leitenden Sy stemm mit Halbleiterkristallen ermöglicht,
und insbesondere eine vorteilhafte Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden
Systemen mit Halbleitern, die mechanisch nicht einfach zu bearbeiten sind. Weiterhin
ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung von Trockengleichrichtern mit Halbleiterkristallen
guter Kristallisation, welche schichtförmige und durch gekrümmte Flächen begrenzte
Gestalt aufweisen. Außerdem kann dieses Verfahren -besonders zur Herstellung von
Trockengleichrichtern - als kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. Auch
in der Möglichkeit einer Fließfertigung von Trockengleichrichtern nach diesem Verfahren
besteht ein besonderer Vorteil gegenüber bekannten Verfahren.
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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von elektrisch
unsymmetrisch leitenden Halbleitersystemen, bei welchen ein zylinderrnantelförmiger
Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, Germanium, halbleitenden Verbindungen,
vorzugsweise
eine halbleitende intermetallische Legierung aus Elementen
der III. und V. Gruppe des Periodi= sehen Systems oder einer Legierung aus Silizium
ui-id Germanium, auf einer kreiszylindrischen oder nahezu kreiszylindrischen Unterlage
aufgebracht und mit zvlindermantelförmigen Elektroden versehen ist. Erfindungsgemäß
wird die Unterlage mit Halbleiterstücken bedeckt und der aus diesen Halbleiterstücken
gebildete zylindermantelförmige Halbleiterkörper in gewünschter Weise dadurch kristallisiert,
daß der Halbleiterkörper in Richtung der Zylinderachse von einer flüssigen Zone
durchwandert wird.
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Als Unterlage kann vorzugsweise ein rohrförmiger Körper dienen. Dieser
Körper kann aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt werden, das bz-%v.
die solche Stoffe enthält oder aus einem solchen Stoff bzw. aus solchen Stoffen
besteht, die in einen Halbleiter, z. B. Silizium, Germanium u. dgl" eingebracht
die elektrische Leitfähigkeit dieses Halbleiters bewirken bzw. bestimmen. Beispielsweise
eignet sich zur Herstellung von Trockengleichrichtern mit einem Halbleiter wie Germanium
oder Silizium eine Unterlage aus Aluminium, also einem Metall, das in einem Halbleiter
wie Germanium oder Silizium die elektrische Leitung durch Defektelektronen hervorruft.
In vielen Ausführungen des Verfahrens gemäß der Erfindung können an Stelle mehrerer
derartiger, aber den. gleichen Leitungstyp bewirkender Stoffe nur ein einziger die
elektrische Leitung bewirkender Stoff zur Anwendung gelangen. Für die elektrische
Wirksamkeit eines solchen Stoffes genügen bereits sehr kleine Zugaben, in Germanium
z. B. das Einbringen von weniger als einem millionsten Teil.
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Zur Verwendung als Unterlage eignen sich ebenfalls Metalle oder Legierungen,
die in bezug auf die elektrische Leitung des Halbleiters neutral sind und mit solchen
Stoffen überzogen werden oder mit einem solche Stoffe enthaltenden Überzug versehen
werden, die in dem Halbleiter die elektrische Leitfähigkeit bewirken bzw. bestimmen.
Bezüglich der elektrischen Leitung eines Halbleiters neutral verhalten sich Metalle
oder Legierungen, die sich in einem Halbleiter nicht lösest oder die nach einem
Einbringen keine definierte, d. h. als Elektronen- oder Defektelektronenleitung
sich äußernde, Wirkung erkennen lassen.
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Eine metallische Unterlage ist häufig deshalb von Vorteil, weil die
Unterlage selbst oder ein Teil von ihr als unterlagsseitige Elektrode oder zum Anbringen
einer unterlagsseitigen Elektrode verwendet werden kann. Mittels einer metallischen
Unterlage können weiterhin unter der Mitwirkung von elektrischen Feldern und Stromwärme
die in einen Halbleiter einzubringenden Stoffe in einer gewünschten Stärke und Tiefe
leicht zum Einwandern gebracht werden.
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Geeignete Unterlagen können auch aus elektrisch isolierenden Stoffen
oder aus Halbleiterstoffen hergestellt werden. Sowohl für metallische als auch für
isolierende bzw. halbleitende Unterlagen werden Stoffe gewählt, die eine ausreichend
hohe- Temperaturbeständigkeit aufweisen.
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Da das Einbringen von bestimmten die elektrische Leitfähigkeit in
einem Halbleiter bewirkenden Stoffen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung besonders
günstig über eine oder beide der Elektroden vorgenommen werden kann, ist es bei
Unterlagen aus elektrisch isolierenden. Stoffen zweckmäßig, einen dementsprechenden
metallischen Überzug zu verwenden. Die Stärke des metallischen Überzuges kann sowohl
unter dem Gesichtspunkt bemessen werden, daß es vorteilhaft sein kann, den metallischen
Überzug vollständig aufzubrauchen, als auch in der Absicht, nach Entfernen der isolierenden
Unterlage den metallischen Überzug zu verstärken und als Elektrode zu verwenden.
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Als elektrisch isolierende Unterlage können rohrförmige Körper aus
Quarz, Aluminiumoxyd oder einem keramischen Stoff benutzt werden, die auf der äußeren
der beiden zylindermantelförmigen Flächen einen metallischen Überzug tragen. Soll
insbesondere Germanium als Halbleiter Verwendung finden, dann kann zweckmäßig die
Unterlage aus Aluminiumoxyd bestehen und mit einer metallischen Schicht aus Indium
überzogen sein.
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Weiterhin eignen sich Unterlagen aus Halbleiterstoffen wie Silizium,
Siliziumcarbid oder halbleitenden Verbindungen aus Elementen der III. und V. Gruppe
des Periodischen Systems der Elemente.
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Aus Gründen der mechanischen Festigkeit wird vielfach die Stärke einer
beispielsweise rohrförmigen Unterlage größer gewählt, als es der Aufbau eines fertigen
Trockengleichrichters erfordert. Auch für Kühlzwecke ist es meist zweckmäßig, die
Stärke der Unterlage ausreichend klein zu halten. Die Unterlage wird daher vorteilhaft
von der dem Halbleiter abgewandten Seite her durch mechanische oder/und chemische
Einwirkung vollständig oder bis auf eine verhältnismäßig dünne Schicht entfernt.
Es kann beispielsweise so viel von einer metallischen Unterlage abgetragen werden,
als mit der Elektrodenfunktion einer metallischen Unterlage verträglich ist. Die
Verringerung der Stärke der Unterlage kann mechanisch, z. B. durch Absanden, oder/und
chemisch, z. B. durch Ätzen, vorgenommen werden. Häufig ist es günstig, eine Unterlage
aus einem Isolierstoff oder einem Halbleiter zum Aufbringen eines Halbleiterkörpers
zu benutzen, welche nach dem Kristallisieren der Halbleiterrschicht vollständig
entfernt wird, um auf die so freigelegte Oberfläche eine metallische Elektrode aufzubringen.
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Gemäß der Erfindung wird die -Unterlage mit Halbleiterstücken bedeckt.
Besonders günstig ist eine angenähert lückenlose Bedeckung. Zweckmäßig wird ein
zylindermantelförmiger Halbleiterkörper aus zylindrisch kreisringförmigen Stücken
aus dem jeweiligen Halbleitermaterial gebildet, die auf der Unterlage aufgereiht
werden.
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Außerdem kann die kreiszylinderförmige Unterlage mit streifenförmigen
Halbleiterstücken bedeckt werden, die vorzugsweise so auf die Unterlage aufgebracht
werden, daß deren Längsrichtung mindestens angenähert parallel der Zylinderachse
der Unterlage verläuft. Die Streifen aus Halbleitermaterial werden zweckmäßig an
einem oder beiden der Enden der Unterlage, z. B. mit einer mechanischen. Halterung,
an der Unterlage befestigt, so daß sie auch während der Kristallisation des Halbleiterkörpers
in fester Verbindung mit der Unterlage bleiben. Zweckmäßig können die Halbleiterstücke
durch Gießen, Sintern, Ziehen. aus der Schmelze oder/und mechanische oder/ und chemische
Bearbeitung hergestellt werden.
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Weiterhin ist es möglich, an Stelle einer meist größeren Zahl von
Einzelstücken nur wenige Stücke, insbesondere ein einziges zylindermantelförrniges
Halbleiterstück, als Halbleiterkörper vorzusehen. Ein aus einem Stück bestehender
zylindennantelförmiger Halbleiterkörper kann durch Ätzen eines zylinderförmigen
Halbleiterkörpers, wie er durch das Ziehen von Halbleiterkristallen aus der Schmelze
gewonnen werden kann, erhalten werden. Ein zylindermantelförmiger
Halbleiterkörper
kann aber auch durch Ziehen aus der Schmelze mittels eines kreisringförmigen Keirnkristalles
hergestellt werden.
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Den Halbleiterstücken werden keine die elektrische Leitfähigkeit des
Halbleiters bewirkenden Stoffe zugesetzt, wenn die Kristallisation des Halbleiterkörpers
eine nachteilige Verteilung der zugesetzten Stoffe in dem Halbleiterkristall erzeugen
würde. Die Stoffe zur Beeinflussung der elektrischen Leitfähigkeit können aber auch
in den Halbleiterstücken in einer solchen Verteilung vorgesehen werden., daß die
Kristallisation eine beabsichtigte oder jedenfalls keine nachteilige Veränderung
bewirken kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung
werden für die Bildung eines Halbleiterkörpers Halbleiterstücke aus besonders gereinigtem
Halbleitermaterial verwendet. Diesem hochreinen Halbleiterkörper können nun bestimmte
die elektrische Leitung des Halbleiters bewirkende Stoffe während der Kristallisation
des Halbleiterkörpers durch Einstrahlung mittels Dampf- oder Ionenstrahl zugeführt
werden. Die Zugabe von den die elektrische Leitung im Halbleiter bewirkenden Stoffen
kann auf diesem Wege sehr genau und in großer Reinheit erfolgen.
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Eine zweckmäßige Art der Einbringung der die elektrische Leitung in
einem Halbleiter bewirkenden Stoffe besteht auch darin, unter den Halbleiterstücken
des Halbleiterkörpers aus reinem Halbleitermaterial ein Halbleiterstuck oder einige
wenige, etwa gleichmäßig verteilte Halbleiterstücke vorzusehen, die eine bestimmte
Art und Konzentration an Stoffen enthalten, die die elektrische Leitung in dem Halbleiterkristall
bewirken werden.
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Wird eine flüssige Zone durch den aus Halbleiterstücken gebildeten
Halbleiterkristall geführt, so erweist es sich als vorteilhaft, hierzu so vorzugehen,
daß an einem Ende eine Zone geschmolzen wird. Durch eine z. B. feststehende Heizvorrichtung
kann das Schmelzen dieser Zone vorgenommen werden. Diese flüssige Zone kann man
durch eine Translationsbewe-gung von Unterlage und Halbleiterkörper durch den Halbleiterkörper
hindurchwandern lassen. Insbesondere bei einer vertikalen Anordnung der Zylinderachse
der den Halbleiterkörper tragenden Unterlage ist es zweckmäßig, eine Halbleiterzone
zuerst am oberen Ende des Halbleiterkörpers zu schmelzen und von oben nach unten
durch den Halbleiterkörper hindurchwandern zu lassen. Das Wandern der flüssigen
Zone durch den Halbleiterkörper wird oben wie unten dadurch begrenzt, daß zweckmäßig
ein größerer Abstand von den Halterungen des Halbleiterkörpers eingehalten wird.
Dadurch ist es zu vermeiden, daß durch die Annäherung von Heizvorrichtung und Halterung
letztere zu sehr erwärmt wird und als weitere mögliche Verunreinigungsquelle wirksam
wird.
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Besonders zweckmäßig wird an dein oberen Ende des Halbleiterkörpers
ein einkristallines Halbleiterstück als Keimkristall angebracht und. von diesem
ausgehend eine flüssige Zone durch den Halbleiterkörper geführt. Derart kann der
aus Halbleiterstücken bestehende Halbleiterkörper in eine zylindermantelförmige
vorzugsweise einkristalline Halbleiterschicht überführt werden, die in guter elektrischer
und mechanischer Verbindung mit der Unterlage steht und sich in einem für Halbleiterzwecke
besonders vorteilhaften guten Kristallisationszustand befindet.
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Sowohl wenn der Halbleiterkörper aus Halbleiterstücken reinen Halbleitermaterials
aufgebaut wird und die Zuführung von bestimmten die elektrische Leitung bewirkenden
Stoffen durch Einstrahlung dieser Stoffe in die flüssige Zone vorgenommen wird als
auch dann, wenn der Halbleiterkörper aus Halbleiterstücken zusammengesetzt wird,
die bereits bestimmte die elektrische Leitung bewirkende Stoffe aufweisen, kann
das Verfahren gemäß der Erfindung mit besonderem Vorteil darauf abgestellt werden,
den Halbleiterkörper nur wenige Male, vorzugsweise nur einmal, von einer flüssigen
Zone durchwandern zu lassen. Dies geschieht zweckmäßig in allen Durchführungsbeispielen,
in welchen der Halbleiterkörper auf eine Unterlage aufgebracht wird, welche mit
bestimmten die elektrische Leitung in dem Halbleiter bewirkenden Stoffen überzogen
oder mit einem diese Stoffe enthaltenden Überzug versehen ist, die sehr leicht in
den Halbleiterkörper eindiffundieren und von denen nur eine bestimmte nicht zu große
Menge oder eine größere Menge nur bis zu einer verhältnismäßig geringen Tiefe in
den Halbleiter eingebracht werden soll.
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Zum. Schmelzen der den Halbleiterkörper durchwandernden Zonen erweist
sich die Einwirkung mit Elektronenstrahlen als besonders günstig. Zweckmäßig werden
intensive und besonders fokussierte Elektronenstrahlen - in manchen Fällen kann
bereits ein Elektronenstrahl ausreichend sein - auf eine Zone des Halbleiterkörpers
gerichtet und in Längsrichtung von Unterlage und Halbleiterkörper mit soleher Geschwindigkeit
geführt, daß die durch Elektronenstrahl geschmolzene Zone von zylindrisch kreisringförmiger
Gestalt den Halbleiterkörper durchwandert und dabei an der einen Grenze festflüssig
den Halbleiterkörper schmilzt und an der zweiten Grenze festflüssig eine Halbleiterschieht
durch Abkühlung kristallisieren läßt.
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Während bei einer Heizung mittels Elektronenstrahl die Erzeugung und
Führung der Elektronenstrahlen in einem evakuierten Raum vorgenommen wird, in dem
sich auch Unterlage und Halbleiterkörper befinden, kann eine Induktionsheizung innerhalb
oder außerhalb dieses Raumes vorgesehen werden. Weiterhin kann bei Verwendung einer
Induktionsheizung der Halbleiterraum günstig von einem Schutzgas, z. B. Argon oder
Helium, durchströmt werden.
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Für viele Ausführungen des Verfahrens gemäß der Erfindung erweist
sich die Verwendung einer Erhitzung der den Halbleiterkörper durchwandernden Zonen
durch Wärmestrahlung als geeignet. Diese kann ebenfalls außerhalb oder innerhalb
des Halbleiterraumes erzeugt werden. Im übrigen ist es sehr häufig von Vorteil,
eine Vorerhitzung des Halbleiterkörpers durch einen dieses durchfließenden elektrischen
Strom vorzunehmen. Eine Konzentration der Erhitzung auf eine Zone des Halbleiterkörpers
kann zweckmäßig dadurch vorgesehen werden, daß vor und hinter dieser Zone Strahlungsschutzbleche
angeordnet werden. Eine weitere Verbesserung läßt sich erzielen, indem eine Umlaufkühlung,
insbesondere eine Wasserumlaufkühlung, zur Unterstützung der Kühlleistung der Strahlungsschutzbleche
vorgesehen wird.
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Besonders wenn der Halbleiterkörper aus zylindrisch kreisringförmigen
Halbleiterstücken aufgebaut wird und alle diese Halbleiterstücke von angenähert
oder genau den gleichen Abmessungen sind, erweist es sich von erheblichem Vorteil,
die Höhe der flüssigen Zonen kleiner als die der zylindrischen und kreisringförmigen
Halbleiterstücke zu wählen.
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Die mittels einer flüssigen Zone kristallisierten Halbleiterschichten
besitzen, wenn nicht besondere Maßnahmen ergriffen werden, eine Schichtstärke, die
etwa
angenähert mit der Stärke oder einen mittleren Stärke dies zylindermantelförmigen
Halbleiterkörpers übereinstimmt. Eine beispielsweise für Kühlungszwecke günstige
Verringerung der Schichtstärke kann vorteilhaft durch Abätzen der kristallisierten
Halbleiterschicht, insbesondere durch Spritzen von Ätzmitteln gegen die Halbleiterschicht,
vorgenommen werden. Hierbei kann die Abtragung in einer sehr gleichmäßigen Weise
bis auf jede gewünschte Schichtstärke erzielt werden. Zweckmäßig kann die kristallisierte
Halbleiterschicht auch durch Abdampfen unter Elektronenstrahleinwirkung bis auf
eine verhältnismäßig dünne Schicht abgetragen werden.
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Besonders günstig kann die kristallisierte Halbleiterschicht abgetragen
wenden, indem die Stärke des auf die .Unterlage aufgebrachten Halbleiterkörpers
während der Kristallisation auf eine für die. Halbleiterschicht vorgesehene Stärke
vermindert wird. Zweckmäßig kann hierzu die das Schmelzen und Flüssighalten einer
Zone bewirkende Heizvorrichtung feststehend angeordnet werden. Durch diese Heizvorrichtung
hindurch wird die Unterlage mit dem kristallisierten Teil des Halbleiterkörpers
mit einer vorzugsweise angenähert konstanten Geschwindigkeit bewegt, die größer
ist als die Geschwindigkeit, mit welcher der noch nicht kristallisierte Teil des
Halbleiterkörpers durch die Herzvorrichtung hindurch bewegt wird. Die Geschwindigkeiten
werden entsprechend dem Halbleitermaterial, der gewünschten Schichtstärke der Halbleiterschicht
und der Stärke des Halbleiterkörpers gewählt.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann neben einer
Translationsbewegung von Unterlage und Halbleiterkörper eine Drehbewegung vorgesehen
werden. Beispielsweise können Heizvorrichtung, gegebenenfalls die Vorrichtung zum
Verringern der Halbleiterschichtsärke, und die Vorrichtung zum Aufbringen einer
zylindermantelförmigen Elektrode feststehend angeordnet werden, während die Unterlage
samt Halbleiterschicht, flüssige Zone und Halbleiterkörper eine Rotationsbewegung
ausführen sollen. Auch eine hin- und hergehende Kreisbewegung von Unterlage und
-Halbleiterkörper können vorgesehen werden. Anstatt die Heizvorrichtung und die
übrigen Vorrichtungen feststehen zu lassen und eine Drehbewegung von Unterlage sowie
Halbleiterkörper vorzusehen, wird häufig eine Anordnung bevorzugt, bei welcher Unterlage
sowie Halbleiterkörper lediglich eine Translationsbewegung und beispielsweise die
Heizvorrichtung sowie die übrigen Vorrichtungen eine Drehbewegung, z. B. eine Rotationsbewegung
ausführen.
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Zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignen sich besonders
halbleitende Elemente, wie Germanium oder Silizium sowie halbleitende Verbindungen,
insbesondere intermetallische Legierungen oder halbleitende Verbindungen aus Elementen
der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente und Legierungen aus
Silizium und Germanium. Bei Verwendung von halbleitenden Verbindungen kann die chemische
Verbindung gleichzeitig mit der Herstellung der kristallinen Halbleiterschicht erzeugt
werden. Hierzu können die den Halbleiterkörper bildenden Halbleiterstücke zweckmäßig
aus den Stoffen der Komponenten der jeweiligen halbleitenden Verbindung gefertigt
werden. Beispielsweise können zur Herstellung einer halbleitenden Verbindung aus
zwei äquiatomarenKomponenten zylindrisch kreisringförmige Halbleiterstücke gleicher
Abmessung derart auf die Unterlage aufgereiht werden, daß Halbleiterstücke aus dem
Stoff der einen Komponente mit Halbleiterstücken aus dem Stoff der anderen Komponente
abwechselnd nebeneinanderzuliegen kommen. Mittels der flüssigen Zonen erfolgt die
Vermischung der beiden Komponenten im flüssigen Zustand und gleichzeitig mit dem
Durchwandern, eventuell erst nach mehrmaligem Durchwandern, die Kristallisation
der chemischen Verbindung. Die Höhe der flüssigen Zone kann insbesondere beim ersten
Durchwandern größer oder angenähert gleich der Höhe von z. B. zwei zylindrisch kreisringförmigen
Halbleiterstücken gewählt -,verden.
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Zum Aufbringen der zylindermantelförmigen Elektroden auf der unterlagsseitigen
Fläche der kristallinen Halbleiterschicht eignen sich besonders das Aufdampfen,
Aufstäuben und elektrolytische Niederschlagen eines Metalls oder einer Legierung.
Das Aufbringen der unterlagsseitigen Elektrode erfolgt insbesondere bei isolierenden
oder halbleitenden Unterlagen nach dem Entfernen der Unterlage. Zum Aufbringen der
zylindermantelförmigen Elektroden auf der der Unterlagsseite abgewandten Fläche
der kristallinen Halbleiterschicht kann außerdem das Aufspritzen eines Metalls oder
einer Legierung vorgesehen werden.
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Nach Kristallisation einer Halbleiterschicht und nach dem Aufbringen
einer oder beider Elektroden können Halbleiter und Elektroden vorteilhaft einer
Wärmebehandlung unterzogen werden. Durch diese Wärmeeinwirkung kann insbesondere
das Eindiffundieren von Stoffen vorgenommen werden, die durch die Kon.taktierung
der Elektroden mit der Halbleiterschicht durch eine oder durch beide der Elektroden
an die Halbleiterschicht herangebracht werden.
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Die Bildung einer Sperrschicht kann an der Elektrode vorgesehen werden,
welche die unterlagsseitige Fläche der Halbleiterschicht kontaktiert, und kann an
der Elektrode verhindert werden, welche die der Unterlagsseite abgewandten Fläche
der Halbleiterschicht kontaktiert. Dies kann beispielsweise auf folgende Art geschehen.
Die Halbleiterschicht kann durch eine entsprechende Stoffzugabe elektronenleitend
sein. Dann kann dem Material der auf der unterlagsseitigen Fläche der Halbleiterschicht
vorgesehenen Elektrode ein Stoff beigegeben werden, der in der Halbleiterschicht
Defektelektronenleitung bewirkt und welcher entweder beim Schmelzen der Halbleiterschicht
mittels einer flüssigen Zone oder bei einer Wärmebehandlung in die Halbleiterschicht
eingebracht wird. Hierdurch wird vor der Grenze Metall-Halbleiter ein pn-Übergang
erzeugt. Außerdem kann dem Material der zweiten Elektrode zur Verhinderung der Sperrschicht
ein Stoff beigemischt werden, welcher beim Einwandern in die Halbleiterschicht in
dieser Elektronenleitung bewirkt.
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In vielen Durchführungsbeispielen ist es günstiger, die,Bildung einer
Sperrschicht an der auf der unterlagsseitigen Fläche der kristallinen Halbleiterschicht
aufgebrachten Elektrode zu verhindern und die Bildung einer Sperrschicht an der
Elektrode vorzusehen, welche die der Unterlagsseite abgewandten Fläche kontaktiert.
Beispielsweise kann in den Anwendungsbeispielen die Sperrschicht zweckmäßig auf
der der Unterlagsseite abgewandten Fläche der kristalliner Halbleiterschicht gebildet
weiden, bei welchen, z. B-. zu Steuerungszwecken, eine Beeinflussung der Sperrschicht,
etwa durch Lichteinwirkung, vorgenommen werden soll.
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Nach dem Aufbringen der Elektroden und nach einer gegebenenfalls vorgenommenen
Wärmebehand=
Jung kann vorzugsweise eine Elektrode mit einem isolierenden
und korrosionsfesten Überzug, z. B. aus Lack oder Kunstharz, versehen werden.
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Vorteilhaft können nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte
elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme, insbesondere Trockengleichrichter, mit
einer besonders wirksamen Kühlung ausgestattet werden. Insbesondere kann eine Kühlflüssigkeit
vorgesehen werden, welche durch das zylindermantelförmige System hindurchströmt,
wobei eine hervorragende! Kühlung dann erzielt wird, wenn die Sperrschicht an der
unterlagsseitigen Fläche der Halbleiterschicht vorhanden ist. Weiterhin kann eine
Kühlung dadurch bewirkt «-erden, daß eine Kühlflüssigkeit das zylindermantelförmige
System umströmt, insbesondere wenn die Sperrschicht an der Elektrode ausgebildet
ist, welche die von der Unterlagsseite abgewandte Fläche kontaktiert. Eine besonders
kräftige Kühlung wird durch die Verwendung von zwei Kühlflüssigkeiten erreicht,
eine für die Kühlung der Unterlagsseite und eine für die Kühlung der dieser abgewandten
Seite. Hierbei kann Wasser als Kühlflüssigkeit für die Seite des Systems vorgesehen
werden, deren Elektrode durch einen isolierenden und korrosionsfesten Überzug geschützt
ist. Zum Umspülen der nicht mit geschützter Elektrode versehenen Seite des Systems
können isolierende und auf die Elektrode nicht korrodierend einwirkende Kühlflüssigkeiten
verwendet werden.
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Mit besonderem Vorteil kann das Verfahren gemäß der Erfindung zur
kontinuierlichen Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen gehandhabt
werden. Die Heizvorrichtung zum Schmelzen einer Zone und die Spritzvorrichtung zum
Aufbringen einer Elektrode auf die der Unterlagsseite abgewandte Fläche der Halbleiterschicht
können vorzugsweise übereinander und feststehend angeordnet werden. Die Unterlage
wird zweckmäßig aus mindestens nahezu kreiszylindrischen Stücken zusammengepreßt
und mit Halbleiterstücken bedeckt. Unterlage sowie Halbleiterkörper werden durch
die Heizvorrichtung und die Spritzvorrichtung hindurchgeführt und zuletzt in zur
Verwendung vorgesehene Teile zerlegt, welche an der unterlagsseitigen Fläche der
Halbleiterschicht von der Unterlage frei gemacht und mit einer weiteren Elektrode
versehen werden.
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Zur Verringerung der Stärke der Halbleiterschicht kann die Unterlage
zusammen mit dem kristallisierten Teil des Halbleiterkörpers mit einer Geschwindigkeit
durch die Heizvorrichtung hindurchhewegt werden, die größer ist als die Geschwindigkeit,
mit welcher der noch nicht kristallisierte Teil des Halbleiterkörpers hindurchbewegt
wird.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Halbleiterkristalle
eignen sich vorzüglich zur Verwendung in ungesteuerten oder gesteuerten Trockengleichrichtern,
insbesondere mittels einer weiteren Elektrode gesteuerten Trockengleichrichtern.
Die Steuerung derartiger Trockengleichrichter kann zweckmäßig mittels einer Raumladungsschicht
beeinflussenden oder/und einer Minoritätsladungsträger injizierenden Elektrode erfolgen.
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In den Fig. 1 bis 4 sind zur Erläuterung von vorteilhaften Ausführungsbeispielen
der Erfindung in zum Teil schematischer Darstellung Beispiele für Anordnungen zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung gezeichnet.
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Fig. 1 zeigt eine Anordnung, die z. B. für die Herstellung von Trockengleichrichtern
mit elektronenleitendem Germanium verwendet werden kann. Als Unterlage 1 wird ein
Rohr aus Tantal vorgesehen, das beispielsweise einen Durchmesser von etwa 10 bis
20 mm und eine Wandstärke von etwa 1 mm besitzen kann. Das Tantalrohr kann als Trägerelektrode
verwendet werden und soll mit einem sehr dünnen, z. B. elektrolytisch oder durch
Aufdampfen aufgebrachten, Überzug aus Indium versehen worden sein, Durch eine einfache
Versuchsreihe über die Eindiffusion bzw. das Einlegieren des Indiums in das Germanium
kann eine optimale Schichtstärke für den Indiumüberzug ermittelt werden.
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Die Unterlage 1 wird zweckmäßig so angeordnet, daß ihre Zylinderachse
eine mindestens angenähert vertikale Lage einnimmt. An dem unteren Ende der Unterlage
1 befindet sich eine Abschlußplatte 2, von welcher an z. B. zylindrisch kreisringförmige
Halbleiterstücke 3 aus elektronenleitendem Germanium, die zweckmäßig durch Ziehen
aus der Schmelze hergestellt werden können, auf der Unterlage 1 aufgereiht werden.
An dem oberen Ende von Unterlage 1 und dem aus Halbleiterstücken gebildeten Halbleiterkörper
3 soll ein Keimkristall 4 aus einkristallinem Germanium angebracht sein, von welchem
zunächst ein mit dem Halbleiterkörper 3 in Berührung stehender Teil verflüssigt
wurde und von welchem ausgehend der Halbleiterkörper 3 von einer flüssigen Zone
5 von oben nach unten durchwandert wird. Die mittels dieser flüssigen Zone 5 bewirkte
Kristallisation des Halbleiterkörpers 3 ergibt eine mit der Unterlage 1 fest verbundene
Halbleiterschicht 6 aus elektronenleitendem und einkristallinem Germanium. Bei dem
Schmelzen und Kristallisieren des Halbleiterkörpers 3 wird zufolge des Indiumüberzuges
der Ta,n@ talträgerelektrode Indium in das elektronenleitende Germanium eingebracht
und hierbei die Ausbildung eines pn-Überganges oder zumindest eines eine Sperrschicht
aufweisenden Kontaktes mit der Trägerelektrode aus Tantal bewirkt.
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Zum Schmelzen und Flüssighalten der den Halbleiterkörper 3 durchwandernden
flüssigen Zone 5 kann eine Heizvorrichtung 7 bis 9 dienen, von welcher z. B. lediglich
ein induktiv erhitzter Metallring 7 - oder statt dessen eine- in dem Halbleiterkörper
3 eine Zone 5 erhitzende Induktionsspule 7 -, Strahlungsschutzbleche 8 und ein Behälter
9 für eine Umlaufkühlung gezeichnet wurden. Der neben der Heizvorrichtung 7 bis
9 eingetragene gerade Pfeil kennzeichnet die in dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens
gemäß der Erfindung gewählte Bewegungsrichtung der Heizvorrichtung 7 bis 9. Unterlage
1 und Halble,iterkörper 3 bzw. Halbleiterschicht 6 sollen keine Translationsbewegung
ausführen, sondern lediglich eine Rotationsbewegung, deren Drehsinn durch einen
über der Unterlage 1 und dem Halbleiterkörper 3 bzw. der Halbleiterschicht 6 gezeichneten
gekrümmten Pfeil angegeben wird.
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Vor dem Aufbringen einer zylindermantelförmigen Elektrode 10 wird
zweckmäßig die Halbleiterschicht 6 durch Ätzen mit einem mittels einer Spritzvorrichtung
auf die Halbleiterschicht 6 gebrachten Ätzmittels abgetragen und ihre Stärke etwa
auf die Größe der Diffusionslänge vermindert; beispielsweise wird die elektronenleitende
Germaniumschicht 6 bis auf eine Schichtstärke von -etwa 0,5 mm abgetragen. Dieser
Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung ist zur Vereinfachung der Darstellung
in Fig. 1 nicht zum Ausdruck gebracht worden. Es lassen sich außerdem ohne weiteres
Beispiele angeben, bei denen die Stärke des Halbleiterkörpers 3 so gewählt werden
kann, daß aus diesem eine Halbleiterschicht 6 hervorgeht, die
die
gewünschte Stärke von etwa der Größe der Diffusionslänge aufweist.
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Auf die Halbleiterschicht 6 von einer gewünschten Stärke kann zweckmäßig
eine Elektrode 10 aus Zinn mittels eines oder mehrerer Dampfstrahlen einer
Aufdampfvorrichtung 11-12 aufgebracht werden. Die Aufdampfvorrichtung 11-12 besteht
z. B. aus zwei oder vier symmetrisch angeordneten Verdampfungsöfen 11 und diesen
zur Bündelung der Dampfstrahlen vorgesetzten Blenden 12. Den Dampfstrahlen aus Zinn
werden z. B. in solchen kleinen Mengen Antimon zugesetzt, daß die auf der Halbleiterschicht
6 erzeugte Elektrode 10 einen Gehalt von etwa 1 % Antinion enthält.
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Weiterhin ist es möglich, Antimon in gesonderten Dampfstrahlen aufzudampfen.
Beispielsweise kann mit einer Aufdanipfvorrichtung zur Erzeugung von fünf Dampfstrahlen
einer dieser Dampfstrahlen aus Antiino?i bestehen und die übrigen vier aus Zinn
und die Bemessung sämtlicher Dampfstrahlen so vorgenommen werden, daß die aufgedampfte
Elektrode 10 etwa 11/e Antimon aufweist. Die Aufdampfvorrichtung 11-12 soll sich
in Richtung des neben einen Verdampfungsofen 11 gezeichneten Pfeiles bewegen,
und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, daß im Zusammenhang mit der Rotationsbewegung
von Unterlage 1 und Halbleiterkörper 3 bzw. Halbleiterschicht 6 eine Bedeckung der
Halbleiterschicht 6 mit einer insbesondere lückenlosen zylindermantelförmigen Elektrode
10 von ausreichender StäAze erzielt wird. Beispielsweise können für Stromzuführungszwecke
verstärkte Bereiche etwa kreisringförmiger Gestalt vorgesehen «-erden.
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Die Elektrode 10 kann aber auch z. B. in Gestalt vcn mehreren sich
längs der Zylinderachse der Unterlage 1 ausdehnenden kreisringförmigen Abschnitterz
aufgebracht werden. Die in dein Halbleiter oder/und in der Sperrschicht an der Tantalelektrode
zwischen den Elektroden 10 und der Trägerelektrode 1 zu erzeugenden Wechselwirkungen
können in gesteuerten Trockengleichrichtern ausgenutzt werden. Dieselbe Aufteilung
der Elektrode 10 kann ebenfalls zur Herstellung von gesteuerten Trockengleichrichtern
vorgesehen werden, wenn an der die Trägerelektrode abgebenden Unterlage 1 eine Sperrschichtbildung
verhindert und an den aufgedampften Elektrodenabschnitten 10 eine Sperrschichthildung
bewirkt wird. Weiterhin können einige Elektrodenabschnitte 10 sperrfrei und andere,
z. B. elektrisch untereinander zu verbindende, Elektrodenabschnitte- 10 unter Sperrschichtbildung
aufgebracht werden, während für die Trägerelektrode 1 die Bildung einer Sperrschicht
oder aber deren Verhinderung bewirkt werden kann.
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Bei der Herstellung einer sperrschichtfreien Elektrode 10 kann zweckmäßig
Zinn bei erhöhter Temperatur auf die Halbleiterschicht 6 aufgebracht werden. Diese
Temperaturerhöhung kann gleichzeitig als eine Wärmebehandlung für die Trägerelektrode
1 und die Halbleiterschicht 6 vorgesehen werden. Die Elektrode 10 kann auch bei
Zimmertemperatur aufgedampft werden. Hieran kann dann eine in ihrer Wirkung sowohl
auf die Trägerelektrode 1 aus Tantal und den Indiurnüberzug als auch auf die Elektrode
10 aus Zinn und deren Antimonzugabe abgestellte Wärmebehandlung angeschlossen werden.
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Nachdem auf der Trägerelektrode 1 die Halbleiterschicht 6 aus elektronenleitendem
Germanium erzeugt und mit einer zylindermantelförmigen Elektrode 10 versehen wurde,
wird die Abschlußplatte 2 entfernt und an der Trägerelektrode 1 sowie an der Elektrode
10 eine bzw. mehrere Stromzuführungen angebracht.
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Die zylindermantelförmige Unterlage 1 aus Tantal kann, soweit es die
mechanische Festigkeit zuläßt; z. B. durch Ätzen oder Elektrolyse abgetragen wer=
den, um die Wärmeabführung von der an dieser Elektrode 1 vorliegenden Sperrschicht
zu begünstigen: Nunmehr kann die Tantalelektrode 1 weiterhin mit einem elektrisch
isolierenden und gegen Korrosion schützenden Überzug versehen werden und derart
eine sehr intensive Kühlung, z. B. mit umlaufendem Wasser, ermöglicht werden. Soll
aber kein Schutzüberzug vorgesehen werden, dann kann durch besonders gereinigtes
Öl, vorzugsweise in einem Umlauf bewegtes Öl, sehr günstig gekühlt werden.
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Weitere Einzelheiten bzw. Ergänzungen oder sinnfällige Abwandlungen
des an Hand von Fig. 1 erläuterten Durchführungsbeispieles des Verfahrens gemäß
der Erfindung wurden zur Vereinfachung der Beschreibung nicht besonders erwähnt;
sie können jedoch ohne weiteres aus den weiteren Durchführungsbeispielen oder dem
übrigen Teil der Beschreibung entnommen. werden.
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So kann z. B. an Stelle von elektronenleitendem Germanium defektelektronenleitendes
Germanium verwendet werden. Hierdurch werden insbesondere die Verhältnisse an den
Elektrodenkontakten gerade vertauscht. Zufolge des Indiumüberzuges der Tanta1-elektrode
1 ergibt diese in Berührung mit elektronenleitendem Germanium einen Sperrschichtkontakt,
aber in Berührung mit defektelektronenleitendem Germanium einen sperrschichtfreien
Kontakt, während die Zinnelektrode 10 zufolge der Antimonzugabe einen sperrschiehtbildenden
Kontakt bewirkt.
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Ebenso ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei der Verwendung von elektronenleitendem
Germanium der Überzug der Tantalelektrode 1 anstatt aus Indium aus einem anderen
Element aus der III. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente oder aus einer
Indiunilegierung hergestellt oder/und die Zugabe von Antimon zu der Zinnelektrode
10 durch Zugabe eines anderen Elements der V. Gruppe des Periodischen Systems der
Elemente oder einer Antimonlegierung ersetzt werden kann.
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Fig. 2 zeigt in teilweiser Ansicht und teilweisem Schnitt ein weiteres
Beispiel, in zum Teil schematischer Darstellung, einer Anordnung zur Ausführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung. Durch eine strichpunktierte und mit A-A bezeichnete
Linie wird ein in Fig.3 gezeichneter Schnitt der Anordnung nach Fig. 2 angegeben.
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Eine aus Quarz gefertigte Unterlage 1 von kreiszylindrischer oder
angenähert kreiszylinderförinige1 Gestalt wird senkrecht angeordnet und an ihrem
unteren Ende von einer Abschlußplatte 2 begrenzt. Auf die Quarzunterlage 1 werden
z. B. streifenförmige Halbleiterstücke 3 aus elektronenleitendem Germanium nebeneinanderliegend
aufgebracht. Hierbei sollen die streifenförmigen Halbleiterstücke 3 an die Abschlußplatte
2 anstoßen und so auf der Unterlage 1 angeordnet werden, daß sie mit ihrer Längsachse
min, destens angenähert parallel zur Zylinderachse der Unterlage 1 zu liegen kommen.
Die streifenförmigen Halbleiterstücke 3 können z. B. mittels eines ringförmigen
Bandes 13 fest auf der Unterlage 1 oder/und a der Abschlußplatte 2 befestigt werden.
Mittels einer Heizvorrichtung 7 bis 9, von welcher lediglich ein wärmeabstrahlender
Körper 7, Strahlungsschutzbleche- 8 und ein zur Aufnahme eines beispielsweise umlaufenden
Kühlmittels vorgesehener Behälter 9 gezeichnet
wurden, kann am
oberen Ende von Unterlage 1 und dem aus streifenförmigen Halbleiterstücken gebildeten
Halbleiterkörper 3 eine flüssige Zone 5 geschmolzen und durch den Halbleiterkörper
3 geführt werden, wobei zweckmäßig die Kristallisation des Halbleiterkörpers 3 von
einem einkristallinen Keimkristall 4 eingeleitet wird. Die flüssige Zone 5 durchwandert
den Halbleiterkörper 3, beispielsweise in Richtung des rechts neben die Halbleiterschicht
6 eingetragenen geraden Pfeiles, und bewirkt die Kristallisation der mit der Unterlage
1 fest verbundenen Halbleiterschicht 6.
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Während die flüssige Zone 5 den Halbleiterkörper 3 in eine einkristalline
Halbleiterschicht 6 überführt, können zweckmäßig die Unterlage 1, die mit dieser
verbundenen Abschlußplatte 2, der Halbleiterkörper 3, die Halbleiterschicht 6 sowie
die Elektrode 10 gemeinsam eine Drehbewegung ausführen, die durch einen gekrümmten
Pfeil gekennzeichnet wird.
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Eine Verminderung der Starke der Halbleiterschicht 6 ist wie bei Fig.
1 in die Darstellungen der Fig. 2 und 3 nicht aufgenommen worden. Zweckmäßig kann
das Abtragen der Halbleiterschicht 6 auf eine vorgegebene Stärke durch Abätzen einer
der Unterlagsseite abgewandten Schicht der Halbleiterschicht 6 vorgenommen werden.
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Vor einer gegel>erienfalls vorzunehmenden Verringerung der Stärke
der Halbleiterschicht 6 kann das vollständige Entfernen der Unterlage 1 aus Quarz
erfolgen. Die Ouarzunterlage kann zweckmäßig durch Ätzen mit einem Ätzmittel entfernt
werden. welches das elektronenleitende Germanium nicht angreift. Dann kann auf die
von der Unterlage 1 freigelegte 11- läche der Halbleiterschicht 6 insbesondere Indium
::ufgedainpft und durch eine nachfolgende Wärmebehandlung zur Eindiffusion bzw.
pn-Übergangsbildung gebracht werden. Besonders günstig wird nun an die Stelle der
Unterlage 1 ein rohrförmiger Körper aus Kupfer gebracht und mit Indium oder einer
Indiumlegierung mit der bereits mit Indium behandelten Halbleiterschicht 6 aus Gerinaniuni
verlötet.
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Nachdem die Halbleiterschicht 6 aus Germanium finit einer unterlagsseitigen
Elektrode aus Kupfer verselieui wurde, kann die zweite Elektrode 10 aufgebracht
werden. Die zylindermantelförmige Elektrode 10 kann auch auf die der Unterlagsseite
abgewandten Fläche der Halbleiterschicht 6 aufgebracht werden, bevor die Ouarzunterlage
entfernt wird. Eine zur Einwirkung auf den Kontakt von Halbleiterschicht 6 und Elektrode
10 vorgesehene Wärmebehandlung kann dann mit der Erwärmung beim Anlöten der rohrförinigen
Kupferelektrode an der un.terlagsseitigen Fläche der Halbleiterschicht 6 vereinigt
werden. In diesem Fall wird die Elektrode 10 auf die Halbleiterschicht 6 aufgebracht,
bevor oder- in Einzelfällen -nachdem die Quarzunterlage entfernt wurde. Eine Wärmebehandlung
der Verbindung der Halbleiterschicht 6 und der Elektrode 10 kann auch in zwei Schritten
ausgeführt werden, indem die Elektrode 10 zu einem "Zeitpunkt aufgebracht wird,
zu dein der praktisch sehr dünne Indiuinüberzug der Halbleiterschicht 6 noch nicht
zur Eindiffusion gebracht wurde, und daher außerdem die un.terlagsseitige Elektrode
aus Kupfer noch nicht angelötet wurde. Beide Vorgänge erfordern eine Wärmeeinwirkung
auf die Halbleiterschicht 6.
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Zweckmäßig kann die zylinderinante:lförinige Elektrode 10 durch Aufdampfen
mittels einer Anzahl von Verdarnpfungsöfen 11 und zugehörigen Bleiiden 12 aufgebracht
werden. Für die Elektrode 10 eignet sich beispielsweise Zinn, dem etwa 1% Antimon
zugegeben wird. Die Zugabe des Antimonanteiles kann dadurch bemessen werden, daß
vor oder/und während des Aufdampfens des Zinns auf die Halbleiterschicht 6 bzw.
auf die mit Schichten Zinn von zunehmender Stärke bedeckte Halbleiterschicht 6 Antimon
aufgedampft wird.
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Nach dem an Hand von Fig, 2 und 3 erläuterten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens gemäß der Erfindung erhält man einen zy lindermantelförmigen Trockengleichrichter
mit elektronenleitendem Germanium als Halbleiter und einer an der Kupferelektrode
liegenden Sperrschicht und einer sperrfreien Zinnelektrode. Die Kühlung eines solchen
Trockengleichrichters ist besonders günstig zu bewirken, indem durch die rolirförinige
Kupferelektrode ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel geleitet wird. Für die
Kupferelektrode ist es nicht nötig, besondere Schutzmittel vorzusehen; außerdem
übertrifft die Wärmeableitfähigkeit einer Kupferelektrode die der meisten übrigen
Elektrodenstoffe.
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Weitere Einzelheiten bzw. Ergänzungen oder sinnfällige Abwandlungen
des' an Hand der Fig. 2 und 3 erläuterten Durchführungsbeispieles wurden zur Vereinfachung
der Beschreibung nicht besonders erwähnt. Sie können jedoch ohne weiteres aus den
weiteren Durchführungsbeispielen oder dem übrigen Teil der Beschreibung entnommen
werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht insbesondere eine kontinuierliche
Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleitersystemen, beispielsweise,
Trockengleichrichtern, die an Hand von Fig. 4 durch ein Beispiel einer Anordnung
zur Durchführung dieses Verfahrens erläutert werden soll. Das kontinuierliche Herstellungsverfahren
enthält: die Bedeckung der Unterlage 1 mit Halbleiterstücken 3, die Kristallisation
des aus diesen Halbleiterstücken gebildeten Halbleiterkörpers 3 und das Aufbringen
zylindermantelförmiger Elektroden in ähnlicher Weise wie die übrigen Beispiele.
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In Fig. 4 ist in zum Teil schematischer Darstellung ein Anordnungsbeispiel
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung gezeichnet, bei dem eine Heizvorrichtung
7 bis 9 zum Schmelzen einer Zone 5 und eine Spritzeinrichtung 14-15 zum Aufbringen
einer zylindermantelförmigen Elektrode 15 auf der der Unterla_gsseite abgewandten
Fläche der Halbleiterschicht 6 übereinander und feststehend angeordnet ist. Die
Unterlage 1 wird aus Stücken 1 von rohrförmiger Gestalt zusammengesetzt und mit
zylindrisch kreisringförmigen Halbleiterstücken 3 bedeckt. Unterlage 1 und Halbleiterkörper
3 werden durch die Heizvorrichtung 7 bis 9 und die Spritzeinrichtung 14-15 hindurchbewegt
und zuletzt in zur Verwendung vorgesehene Stücke zerlegt.
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Besonders günstig ist es zu dem kontinuierlichen Herstellen von elektrisch
unsymmetrisch leitenden Halbleitersystemen, die Unterlage 1 und finit ihr den kristallisierten
Teil des Halbleiterkörpers 3, d. h. die Halbleiterschicht 6, und die aufgespritzte
Elektrode 10 mit einer Geschwindigkeit durch die Heizvorrichtung 7 bis 9 und die
Spritzeinrichtung 14-15 hindurchzubewegen, die größer ist als die Geschwindigkeit,
mit welcher der noch nicht kristallisierte Teil des Halbleiterkörpers 3 bewegt wird.
Die Bewegung der Unterlage 1 wird in ihrer Richtung und Größe durch zwei gerade
übereinander und neben die Unterlage 1 gezeichnete Pfeile angedeutet, während die
Bewegung des aus zylindrisch kreisringförmigen Halbleiterstücken zusammengesetzten
Halbleiterkörpers 3 durch
einen geraden und neben den Halbleiterkörper
3 gezeichneten Pfeil von kleiner Länge-- charakterisiert sein soll.
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In diesem Beispiel zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
soll die Heizvorrichtung 7 bis 9 ebenfalls durch einen wärmeabstrahlenden kreisringförmigen
Körper 7, Strahlungsschutzbleche 8 und einem zur Aufnahme eines beispielsweise umlaufenden
Kühlmittels bestimmten Behälter 9 und ferner die Spritzeinrichtung 14-15 durch Spritzdüsen
14 und Blenden 15 gekennzeichnet sein. Die Heizvorrichtung 7 bis 9 sowie die Spritzeinrichtung
14-15 werden zweckmäßig feststehend angeordnet. Während die Heizvorrichtung 7 bis
9 beispielsweise sowohl in Bezug auf eine Translationsbewegung als auch in Bezug
auf eine Drehbewegung als feststehend vorgesehen werden soll, kann es sich als -zweckmäßig
erweisen, die Spritzeinrichtung 14-15 nur in Bezug auf eine Translationsbewegung
feststehend anzuordnen, dagegen eine Drehbewegung, z. B. eine durch zwei neben die
Spritzdüsen 14 gezeichnete gekrümmte Pfeile angedeutete Rotationsbewegung, vorzusehen.
Durch diese Maßnahme können weniger Spritzeinrichtungen 14-15 vorgesehen werden
als erforderlich wäre, wenn keine Drehbewegung der Spritzeinrichtung 14-15 oder
keine Drehbe-,vegung der Unterlage 1 und der Halbleiterschicht 6 um die Zvlinderachse
der Unterlage 1 vorgesehen wird.
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In Fig.4 wurde die Darstellung in dem unteren Teil abgebrochen, d.
h. in dem Teil, in welchem der aus zylindrisch kreisringförmigen Halbleiterstücken
3 gebildete und auf der Unterlage 1 zusammengesetzte Halbleiterkörper 3 auf die
Heizvorrichtung 7-9 zu bewegt wird. An diesem Eingang des kontinuierlichen Verfahrens
erfolgt das Zusammenfügen und Nachführen der die Unterlage 1 bildenden rohrförmigen
Stücke aus z. B. Quarz. Die Unterlage 1 wird mit praktisch konstanter Geschwindigkeit
in Richtung der beiden geraden und übereinander gezeichneten Pfeile bewegt.
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An dem Eingang werden auf die derart fortlaufend ergänzte Unterlage
1 beispielsweise zylindrisch kreisringförmige Halbleiterstücke 3 aus z. B. elektronenleitendem
Silizium aufgereiht und sich gegenseitig berührend mit einer gegenüber der Unterlage
1 kleineren Geschwindigkeit auf die Heizvorrichtung 7 bis 9 zu bewegt. Unterlage
1 und Halbleiterkörper 3 gleiten daher übereinander, während die aus dem Halbleiterkörper
3 mittels der flüssigen Zone 5 hervorgehende Halbleiterschicht 6 mit der Unterlage
1 fest verbunden ist.
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Durch die Verschiedenheit der Geschwindigkeiten von Unterlage 1 und
Halbleiterkörper 3, wie sie in dem Beispiel der kontinuierlichen Herstellung angegeben
ist, kann eine Halbleiterschicht 6 mit einer solchen Stärke hergestellt werden,
die gegenüber der Stärke bzw. einer mittleren Stärke des Halbleiterkörpers 3 vermindert
ist. Die Verringerung ergibt sich aus der für die Halbleiterschicht 6 gewünschten
Stärke von der Größe der Diffusionslänge und der Stärke bzw. einer mittleren Stärke
des Halbleiterkörpers 3. Entsprechend der Verringerung der Stärke des Halbleiterkörpers
3 wird die Geschwindigkeit der Bewegung der Unterlage 1 und die der Bewegung des
Halbleiterkörpers 3 gewählt. Eine besondere Verminderung der Stärke der Halbleiterschicht
6, z. B. durch Abdampfen mittels Elektronenstrahleinwirkung, ist daher in dem erläuterten
Beispiel der kontinuierlichen Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden
Halbleitersystemen nicht vorzunehmen. An dem Ausgang des kontinuierlichen Verfahrens,
d. h. in dem Teil der Darstellung, in welchem die mit Halbleiterschicht 6 und Elektrode
10 versehene Unterlage l von der Heizvorrichtung 7 bis 9 und der Spritzeinrichtung
14-15 weg bewegt werden, ist die Darstellung abgebrochen. An dieser Stelle erfolgt
das Zerlegen der Unterlage 1, die fortlaufend mit der kristallinen Halbleiterschicht
6 und mit der Elektrode. 10 aus z. B. Zinn mit einem kleinen Zusatz Antimon versehen
wird. Die Zerlegung wird in dem Verwendungszweck entsprechende Stücke vorgenommen,
die nach dem Entfernen der Quarzunterlage 10 an der dadurch freigelegten Fläche
der Halbleiterschicht 6 mit einer beispielsweise Aluminium in geringen Mengen enthaltenden
Elektrode, z. B. aus Kupfer, versehen werden.
-
Weitere Einzelheiten bzw. Ergänzungen oder sinnfällige Abwandlungen
des an Hand von Fig. 4 läuterten Durchführungsbeispieles des Verfahrens gemäß der
Erfindung werden zur Vereinfachung der Beschreibung nicht besonders erwähnt: sie
können jedoch ohne weiteres aus den vorhergehenden Durchführungsbeispielen oder
dem übrigen Teil der Beschreibung entnommen werden.