Verfahren zur Herstellung eines Flächenrichtleiters Es ist bekannt,
daß manche halbleitende Stoffe, in neuerer Zeit insbesondere Germanium und auch
Silizium, als sogenannte Richtleiter Verwendung finden können, wenn sie zusammen
mit einer Spitzenelektrode, die ihre Oberfläche berührt, in einen Stromkreis eingeschaltet
werden. Diese Gebilde besitzen in der einen Stromrichtung weit höhere Widerstände
als in der entgegengesetzten. Dieser Effekt wird beispielsweise zur Gleichrichtung
von hochfrequenten Strömen als sogenannte Detektorwirkung ausgenutzt.Process for the production of a planar directional conductor It is known
that some semiconducting substances, in recent times especially germanium and also
Silicon, as a so-called directional guide, can be used when together
put into a circuit with a tip electrode touching its surface
will. These structures have much higher resistances in one direction of the current
than in the opposite. This effect is used for rectification, for example
exploited by high-frequency currents as a so-called detector effect.
1 aturgemäß ist die Leistung einer derartigen Kristallzelle verhältnismäßig
gering, weil die Kontaktauflage der Spitzenelektrode nur eine mikroskopisch kleine
Fläche darstellt. Für viele Zwecke ist es durchaus wünschenswert, größere Leistungen
aus einer derartigen Zelle entnehmen zu können, auch wenn diese infolge der andersartigen
Aufbauweise dafür eine relativ große Kapazität besitzt. Auch dieser Weg hat schon
zu praktischen Auswirkungen geführt, indem man sogenannte Flächengleichrichter erstellte.
Bei dieser wechselt der Leitungstyp des Halbleiters innerhalb eines kompakten, homogenen
Kristalls plötzlich zum entgegengesetzten Leitungstyp. An der Übergangsstelle (vom
Überschuß- zum Mangelhalbleiter) bildet sich eine Sperrschicht aus, welche für die
Richtleiterwirkung maßgebend ist. Die bei diesen Anordnungen durchgeführten Untersuchungen
haben unter anderem auch ergeben, daß es für eine günstige Wirkung zweckmäßig ist,
auch im Übergangsgebiet das Kristallgitter möglichst ungestört zu erhalten.By nature, the performance of such a crystal cell is proportionate
low, because the contact surface of the tip electrode is only microscopic
Represents area. For many purposes it is quite desirable to have greater benefits
can be taken from such a cell, even if this is due to the different
Construction has a relatively large capacity for it. This way also has
led to practical effects by creating so-called surface rectifiers.
With this, the conductivity type of the semiconductor changes within a compact, homogeneous one
Crystal suddenly to the opposite conductivity type. At the transition point (from
Excess to deficiency semiconductor) forms a barrier layer, which for the
Directional effect is decisive. The investigations carried out on these arrangements
have shown, among other things, that it is useful for a beneficial effect,
to keep the crystal lattice as undisturbed as possible even in the transition area.
Um dies zu erreichen, hat man bisher Flächengleichrichter dadurch
hergestellt, daß man z. B. ein Stück eines Halbleiterstoffes mit bestimmtem Leitungstyp
einem Neutronenbombardernent aussetzte. Hierdurch wurde infolge der Kernumwandlung
eine Fehlordnung im Gitter hervorgerufen, wodurch sich eine Leitungstypumkehrung
ergibt. Da dieses Verfahren außerordentlich umständlich und zeitraubend ist und
nicht ohne weiteres zu reproduzierbaren Ergebnissen führt, ist man auch so vorgegangen,
daß man eine Schmelze des Halbleiterwerkstoffes herstellte und daraus einen Einkristall
zog. Während des Ziehens versetzte man die Schmelze mit solchen Zusätzen, die eine
Leitungstypumkehrung hervorrufen. Hierdurch entstand schließlich ein Einkristall,
der an einer bestimmten Stelle seinen Leitungstyp wechselt, wodurch ebenfalls ein
Flächenrichtleiter erzielbar war. Auch dieses Verfahren ist für eine fabrikatorische
Auswertung äußerst kompliziert und zunächst jedenfalls wenig geeignet.In order to achieve this, surface rectifiers have hitherto been used
produced that z. B. a piece of a semiconductor material with a certain conductivity type
exposed to a neutron bombardment. This resulted in the core transformation
caused a disorder in the lattice, resulting in a conduction type inversion
results. Since this procedure is extremely cumbersome and time consuming and
does not lead to reproducible results without further ado, the procedure was also
that a melt of the semiconductor material was produced and a single crystal from it
pulled. During the drawing, the melt was mixed with such additives that one
Cause inversion of the line type. This ultimately resulted in a single crystal,
which changes its line type at a certain point, which also causes a
Area guide was achievable. This process is also for a manufacturing process
Evaluation extremely complicated and in any case not very suitable at first.
Bei den im Rahmen der gekennzeichneten Aufgabenstellung durchgeführten
Untersuchungen ist man nun auf ein Verfahren gestoßen, daß ebenfalls Flächenrichtleiter
herzustellen gestattet und gleichzeitig den Vorteil bietet, daß es fabrikatorisch
gut reproduzierbar ausgewertet werden kann. Erfindungsgemäß taucht man ein einen
bestimmten Leitungstyp aufweisendes Stück eines Halbleiters, beispielsweise ein
Stäbchen aus Germanium oder Silizium od. ä., in eine Schmelze des Halbleiterstoffes,
die durch entsprechende Behandlung bzw. durch Zusatz bestimmter Substanzen entgegengesetzten
Leitungstyp aufweist, und beläßt es kurze Zeit so lange in der Schmelze, daß die
Oberfläche des eingetauchten Halbleiterstückchens an-schmilzt, und zieht es danach
aus der Schmelze heraus. Es bleibt dann an dem eingetauchten Stückchen Halbleiterstoff
etwas von der Schmelze hängen und erstarrt nun, da der im Stäbchen vorhandene Einkristall
als Kristallisationskeim wirkt, in der gleichen Kristallorientierung, wodurch der
gewünschte Einkristall mit wechselndem Leitungstyp erreicht wird. Es hat sich als
besonders zweckmäßig erwiesen, die Schmelze des Halbleiterstoffes so klein zu wählen,
daß die gesamte geschmolzene Masse am eingetauchten Halbleiterstück hängenbleibt.
Hierdurch wird erreicht, daß infolge der geringen Wärmemengen nicht zu große Teile
des eingetauchten Halbleiterstückchens in Lösung gehen und daß weiterhin die Schmelze
nicht durch laufendes weiteres Eintauchen neuer Halbleiterstückchen eine andere
Zusammensetzung annimmt.For those carried out in the context of the identified task
Investigations one has now come across a method that also surface guide
allowed to manufacture and at the same time offers the advantage that it is manufacturing
can be evaluated in a reproducible manner. According to the invention, one immerses one
A piece of a semiconductor having a certain conductivity type, for example a
Rods made of germanium or silicon or the like, in a melt of the semiconductor material,
the opposite by appropriate treatment or by adding certain substances
Has conductivity type, and leaves it for a short time so long in the melt that the
The surface of the dipped semiconductor chip melts and then pulls it
out of the melt. It then remains on the immersed piece of semiconductor material
something hanging from the melt and now solidifies because the single crystal present in the rod
acts as a seed crystal, in the same crystal orientation, whereby the
desired single crystal with alternating conductivity type is achieved. It turned out to be
proved particularly expedient to choose the melt of the semiconductor material so small,
that the entire molten mass adheres to the immersed semiconductor piece.
This ensures that parts are not too large due to the small amount of heat
of the immersed semiconductor piece go into solution and that the melt continues
not another by continuously dipping new semiconductor pieces
Composition assumes.
Um den Einfluß der Atmosphärilien bei diesem Vorgang auszuschalten,
d. h. insbesondere einen Abbrand und Oxydationserscheinungen bei dem Halbleiterstoff
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Tauchoperation im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre
durchzuführen.
Der nach dem gekennzeichneten Verfahren hergestellte
Flächenrichtleiter kann dann in bekannter Weise zu einem Schaltelement, beispielsweise
durch Anlöten von Stromzuführungsdrähten und gegebenenfalls Einbau in dichte Behälter,
weiterverarbeitet werden. Je nach der Größe des eingetauchten Hall)-leiterstückes
treten dabei, wie bereits erwähnt, gewisse Kapazitäten auf, die bei den nach dem
gekennzeichneten Verfahren hergestellten Richtleitern in der Größenordnung von 10
bis 40 pF liegen. Die elektrischen Werte derartiger Richtleiter liegen außerordentlich
günstig, und zwar wurden Sperrspannungen bis zu 100 Volt bei 1 mA Sperrstrom erreicht,
während sich Ströme in der Flußrichtung von 50 mA bei 1 Volt ergeben. Die seit längerer
Zeit im Dauerversuch beobachteten, nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten
Flächenrichtleiter zeigen eine außerordentlich gute Konstanz.In order to eliminate the influence of the atmosphere during this process,
d. H. in particular a burn-off and oxidation phenomena in the semiconductor material
To avoid it, it is advisable to carry out the immersion operation in a vacuum or in a protective gas atmosphere
perform.
The one produced according to the marked process
Surface directional conductor can then in a known manner to a switching element, for example
by soldering power supply wires and, if necessary, installing them in sealed containers,
are further processed. Depending on the size of the immersed Hall) conductor section
As already mentioned, certain capacities occur in the process, which are
directional ladders manufactured in the order of magnitude of 10
up to 40 pF. The electrical values of such directional guides are extraordinary
cheap, namely reverse voltages of up to 100 volts at 1 mA reverse current were achieved,
while there are currents in the direction of flow of 50 mA at 1 volt. For a long time
Time observed in the endurance test, produced by the method according to the invention
Surface guide shows an extraordinarily good consistency.