DE1077789B

DE1077789B - Kuehleinrichtung fuer ein in einem Behaelter eingeschlossenes scheibenfoermiges Halbleiterelement mit mindestens einem pn-UEbergang

Info

Publication number: DE1077789B
Application number: DES41876A
Authority: DE
Inventors: Hans Nagorsen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-12-09
Filing date: 1954-12-09
Publication date: 1960-03-17

Description

Kühleinrichtung für ein in einem Behälter eingeschlossenes scheibenförmiges Halbleitetelement mit mindestens einem pn-Übergang Gegenstand des Hauptpatents ist eine Kühleinrichtung für ein in einem Behälter eingeschlossenes scheibenförmiges Halbleiterelement mit mindestens einem pn-Übergang unter Ausnutzung der natürlichen Konvektion eines im Inneren des Behälters befindlichen flüssigen Kühlmittels. Dabei ist der zu kühlende ebene Teil der Oberfläche des Halbleiterelementes vertikal angeordnet, und innerhalb der Kühlflüssigkeit sind wärmeisolierend ausgebildete, im wesentlichen vertikale Zwischenwände derart angeordnet, so daß eine natürliche Konvektion um sie herum vorwiegend zwischen den Randzonen des bzw. der pn-Übergänge des Halbleiterelementes und der Gehäusewand stattfindet. Innerhalb des Behälters ist ein solcher Gasdruck vorgesehen, daß der Verdampfungspunkt des Kühlmittels unterhalb der zulässigen höchsten Temperatur der zu kühlenden Stellen der Halbleiteranordnung liegt, so daß eine zusätzliche Kühlung der Halbleiteranordnung durch die Verdampfung des Kühlmittels erfolgt. Nach einer Lösung gemäß dem Hauptpatent kann die Randzonenoberfläche des bzw. der pn-Übergänge einen Überzug aus einem elektrisch isolierenden Stoff mit einer Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, die geeignet ist, den Siedeverzug des Kühlmittels herabzusetzen.
Bei Anwendung einer solchen Schicht, die z. B. vorzugsweise aus einem porösen Quarzüberzug bestehen kann, ist es immerhin noch erforderlich zur Erzielung einer einwandfreien Wirkung, daß dieser Überzug eine bestimmte relativ große Schichtdicke in der Größenordnung von etwa 1 µ aufweist. Eine Schicht dieser Stärke hat aber den Mangel, daß der Wärmeübergang von der Randzone der pn-Schicht an das Kühlmittel noch relativ schlecht ist. Es wäre daher erwünscht, die auf diese Weise erreichte Wirkung noch wesentlich steigern zu können.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich gemäß einer Weiterbildung des Gegenstandes des Hauptpatents diese Aufgabe dadurch lösen läßt, daß der Überzug aus einer radioaktiven Substanz, z. B. einem radioaktiven Isotop, besteht.
Eine solche radioaktive Substanz braucht nur eine Dicke aufzuweisen, die mindestens eine Größenordnung kleiner ist und gegebenenfalls auch zwei Größenordnungen kleiner sein kann als die erwähnte, aus einem isolierenden Stoff bestehende Substanz, wie z. B. Quarz. Daraus ist zu erkennen, daß naturgemäß durch einen solchen neuartigen Überzug ein wesentlich besserer Wärmeübergang von der Randzone der pn-Schicht an das Kühlmittel stattfindet. Die Funktion der radioaktiven Substanz besteht dabei darin, daß die von ihr durch Strahlung ausgesandten Teilchen, die bekanntermaßen den Charakter z. B. einer α-Strahlung oder ß-Strahlung haben, insbesondere durch ihren ionisierenden Einfluß als Keimbildner wirken. für das Hervorrufen von Dampfblasen in der Umgebung der radioaktiven Substanz, so wie es bei der Nebelbildung geläufig ist. Auf diese Weise wird das Flüssigkeitssystem, sobald in diesem die Neigung zur Dampfbildung besteht, z. B. beim Überschreiten des Siedepunktes der Flüssigkeit, an der Randzone der pn-Schicht zur Bildung der Dampfblasen angeregt, so daß diese dann zufolge ihres Auftriebes von der zu kühlenden Stelle weggetrieben werden, nachdem sie in der erwünschten. Weise durch ihre Bildung aus der flüssigen Phase des Kühlmittels und die dabei übernommene Wärme an der Randzone der pn-Schicht den erwünschten Kühleffekt hervorgerufen haben. Als geeignete radioaktive Stoffe für diese Zwecke kommen z. B. in Frage Thoriumoxyd oder, ein radioaktives Kohlenstoffisotop vom Charakter des symbolisch gekennzeichneten C14. Das Aufbringen dieser radioaktiven Schicht erfolgt vorzugsweise im Vakuum durch Kathodenzerstäubung oder durch einen Aufdampfprozeß. Es kann sich gegebenenfalls empfehlen, nach dem Aufdampfen, die radioaktive Schicht einer thermischen. Behandlung zu unterwerfen im Sinne eines Temperungsprozesses, damit sie auf diese Weise sich bereits in einem kristallinen Endzustand befindet und die Substanz also ein stabiles Verhalten zeigt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Kühleinrichtung für ein in einem Behälter eingeschlossenes scheibenförmiges Halbleiterelement mit mindestens einem pn-Übergang unter Ausnutung der natürlichen Konvektion eines im Innern des Behälters befindlichen flüssigen Kühlmittels, bei der der zu kühlende ebene Teil der Oberfläche -des Halbleiterelementes vertikal angeordnet ist, bei der innerhalb der Kühlflüssigkeit wärmeisolierend ausgebildete, im wesentlichen vertikale Zwischenwände derart angeordnet sind, daß eine natürliche Konvektion um sie herum vorwiegend zwischen den Randzonen des bzw. der pn-Übergänge des Halbleiterelementes und der Gehäusewand stattfindet, bei der ein solcher Gasdruck innerhalb des Behälters vorgesehen ist, daß der Verdampfungspunkt des Kühlmittels unterhalb der zulässigen Höchsttemperatur der zu kühlenden Stellen der Halbleiteranordnung liegt, so daß eine zusätzliche Kühlung der Halbleiteranordnung durch die Verdampfung des Kühlmittels erfolgt, und bei der die Randzonenoberfläche des bzw. der pn-Übergänge einen Überzug aus einem elektrisch isolierenden Stoff mit einer Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die geeignet ist, den Siedeverzug des Kühlmittels herabzusetzen, nach Patent 1063 715, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer radioaktiven Substanz, z. B. einem radioaktiven Isotop, besteht.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substanz für den Überzug Thoriumoxyd vorgesehen ist.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substanz für den Überzug radioaktiver Kohlenstoff vorgesehen ist. _
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Überzugsschicht in der Größenordnung von etwa 10-5 cm oder weniger liegt.
5. Verfahren zur Herstellung einer Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Kathodenzerstäubung oder durch einen Aufdampfprozeß an der Randzonenoberfläche des betreffenden pn-Überganges erzeugt wird.