DE1094369B

DE1094369B - Herstellungsverfahren eines dicken, eigenleitenden Gebietes am pn-UEbergang in einem Halbleiterkoerper einer Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1094369B
Application number: DEG27055A
Authority: DE
Inventors: Erik Mauritz Pell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1958-05-15
Filing date: 1959-05-14
Publication date: 1960-12-08
Also published as: FR1228530A; US3016313A; GB902423A; US2957789A

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung umfangreicher, breiter; eigenleitender oder beinahe eigenleitender Gebiete in Halbleiterkörpern von Halbleiteranordnungen und findet ein besonderes Anwendungsgebiet bei Halbleiter- Signalübertragungsgeräten.

Es sind bereits Verfahren zur Erzielung einer bestimmten Störleitfähigkeit an der Oberfläche von Halbleitern bekannt, bei denen eine Fremdsubstanz auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht und dann z. B. durch Einwirkung eines Elektronenstrahles in die Oberflächenzone des Halbleiters eingebracht oder eingebaut wird. Während des Einbaus kann auch gleichzeitig ein elektrischer Strom auf den Halbleiter einwirken, so daß der Einbau in einer bestimmten Richtung gelenkt wird. Hieran kann sich auch eine thermische Nachbehandlung anschließen.

Es ist beim Ziehen von Halbleitereinkristallen bekannt, zur Erzeugungvon,Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps den Einbau von mindestens zwei verschiedenen; in der Schmelze gleichzeitig befindlichen Fremdsubstanzeh mit unterschiedlichen Verteilungskoeffizienten durch ein elektrisches Feld zu steuern. Der Nachteil dieser bekannten Verfahren liegt darin, daß zwar pn-Übergänge ausgebildet werden können, diese jedoch auf äußerst schmale Grenzgebiete zwischen dem p- und η-Bereich beschränkt sind. Bei der Herstellung asymmetrisch leitender Halbleiteranordnungen, z. B. von Gleichrichtern und Transistoren, wünscht man häufig sehr, daß breite eigenleitende Gebiete vorhanden sein sollen. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, daß sich bei umfangreichen eigenleitenden Gebieten in Transistoren eine niedrigere Kapazität des Kollektors und eine höhere Spitzensperrspännung ergeben. Um einer derart niedrigen Kollektorkapazität willen möchte man npin- und pnip-Transistören mit verbesserten Hochfrequenzeigenschaften herstellen. Außerdem benötigt eine ganze Klasse von Halbleiteranordnungen, nämlich die Analog-Transistoren, breite, eigenleitende Gebiete. Diese Halbleiteranordnungen sind theoretisch ausführbar und äußerst wirkungsvoll. Sie sind bisher jedoch wegen der Schwierigkeiten nicht hergestellt worden, die mit der Herstellung breiter, eigenleitender Gebiete verbunden sind.

Ein Ziel der Erfindung sind Verfahren zur Herstellung asymmetrisch leitender Halbleiteranordnungen mit einem breiten pn-übergang oder breiten eigenleitenden Gebieten und ein Verfahren zur Herstellung von Analog-Transistoren.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Herstellung eines dicken, eigenleitenden Gebietes am pn-übergang eines Halbleiterkörpers einer Halbleiteranordnung. Erfindungsgemäß wird in der einen Zone des Halbleiterkörpers auf der einen Seite des

Herstellungsverfahren eines dicken,

eigenleitenden Gebietes am pn-übergang

in einem Halbleiterkörper

einer Halbleiteranordnung

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St, A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. Mai 1958

Erik Mauritz Pell, New York, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

pn-Überganges ein in dem verwendeten Halbleitermaterial schnell diffundierender Und dotierender Fremdstoff Jm Überschuß angereichert; ürid an den pn-übergang wird dann in Sperrichtuiig eiri so starkes elektrisches Feld angelegt und gleichzeitig der Halbleiterkörper auf eine so hohe Temperatur erwärmt, daß thermisch angeregte Ionen des Fremdstöfres quer zum pn-übergang und in Richtung des pn-Überganges zu einer Wanderung veranlaßt werden.

Nach diesem Verfahren können äußerst brauchbare Gleichrichter und Transistoren mit einer hohen Spitzensperrspannung und Transistoreh rhit einer niedrigen Kollektorkapazität hergestellt werden'. Aüßerdem ist dieses Verfahren in idealer Weise für eine Bildung sehr breiter eigenleitender Gebiete geeignet, die für Analog-Transistoren benötigt werden.

Die Erfindung kann ah Hand der Beschreibung der Figuren leichter verstanden werdefi:

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Halbleiterkörper, der mit einer schnell diffundierenden Aktivatorverunreinigurig gemäß der Erfindung überzogen ist;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Teil des Halbleiterkörpers nach Fig. 1, nachdem eine Diffusion stattgefunden hat;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Konzentration eines überschüssigen Aktivators innerhalb des Halbleiterkörpers nach Fig. 2;

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Fig. 4 ist ein Querschnitt durch einen Teil des Halbleiterkörpers nach Fig. 1, nachdem die zweite Verfahrensstufe stattgefunden hat;

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Konzentration eines überschüssigen Aktivators im Körper nach Fig. 4;

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit bestimmten, oberflächennahen Gebieten, in die eine schnell diffundierende Aktivatorverunreinigung eindiffundiert ist;

Fig. 7 ist ein Querschnitt durch einen aus dem Halbleiterkörper nach Fig. 6 gemäß der Erfindung hergestellten Analog-Transistor;

Fig. 8 ist ein Schaltbild der Halbleiteranordnung nach Fig. 7, das in der Schaltung als Verstärker angeschlossen ist;

Fig. 9 ist ein weiterer Halbleiterkörper mit oberflächennahen Bereichen, in die eine schnell diffundierende Aktivatorverunreinigung hineindiffundiert ist;

Fig. 10 zeigt ein Festkörperthyratron, das aus dem Halbleiterkörper nach Fig. 9 gemäß der Erfindung hergestellt ist;

Fig. 11 bis 15 zeigen in graphischer Auftragung die Diffusionseigenschaften und die Gradienten der Konzentration eines überschüssigen Aktivators innerhalb eines Halbleiterkörpers während der verschiedenen Herstellungsstufen eines npin-Transistors gemäß der Erfindung.

Wenn auch bei der Halbleiterherstellung es in mehreren Fällen äußerst wünschenswert ist, breite, eigenleitende oder beinahe eigenleitende Gebiete für Dioden mit einer hohen Spitzensperrspannung, für pnip- und npin-Transistoren, für Analog-Transistoren und andere Zwecke herzustellen, ist die tatsächliche Anfertigung dieser Bereiche bislang äußerst schwierig gewesen. Bei der Herstellung von Analog-Transistoren sind die Schwierigkeiten z. B. so groß, daß niemand es bisher fertiggebracht hat, einen erfolgversprechenden Analog-Transistor herzustellen. Bisher versucht man, das Problem, ein breites, eigenleitendes oder beinahe eigenleitendes Gebiet auszubilden, dadurch zu lösen, daß man mit einem Halbleiterkörper arbeitet, der so stark gereinigt ist, daß er als eigenleitend bezeichnet werden kann, oder daß man die Donatorverunreinigung mit der Akzeptorverunreinigung kompensiert und dadurch der spezifische Widerstand des Halbleitermaterials eine derartige Größe erreicht, daß das Material als eigenleitend zu bezeichnen ist. Bei beiden Versuchen besteht die größte Schwierigkeit darin, einen Halbleiter mit äußerster Reinheit oder einen exakt kompensierten Halbleiter beizubehalten, während gleichzeitig andere Verfahrensschritte an dem Halbleitermaterial ausgeführt werden, die zur Fertigung brauchbarer Halbleiteranordnungen erforderlich sind. Bei Verwendung dieser beiden Verfahren jedoch, mit denen man einen Maximalwert von 10¹³ Atomen Aktivatorverunreinigungen je cm³ Halbleiter erhält, beträgt die Breite des maximal erhältlichen eigenleitenden Gebiets nur etwa 10~³cmbei einer angelegten Spannung von 100 V.

Breite, eigenleitende oder beinahe eigenleitende Gebiete können in monokriställinen, elektronisch leitenden Halbleiterkörpern durch das neue Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden. Wenn ein pn-übergang, der durch Diffusion einer schnell diffundierenden Aktivatorverunreinigung, die die eine Leitfähigkeitsart erzeugt, in einen Bereich der entgegengesetzten Leitfähigkeitsart hinein gebildet wird, einem relativ starken elektrischen Feld in der Sperrichtung unterworfen und der Halbleiterkörper gleichzeitig erhitzt wird, so wandern, wie man gefunden hat, die unmittelbar am Übergang diffundierten Akivatorionen aus dem einen Bereich in den gegenüberliegenden Bereich hinein, so daß ein relativ breites, eigenleitendes oder beinahe eigenleitendes Gebiet verursacht wird. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff »schnell diffundierendeAktivatorverunreinigung« eine Aktivatorverunreinigung für ein Halbleitermaterial,

ίο die einen Diffusionskoeffizienten in dem speziellen Halbleitermaterial von annähernd 10¹² cm²/sec bei einer Temperatur aufweist, bei der die Gleichrichtereigenschaften des pn-Überganges im Halbleiter aufrechterhalten werden können, wenn der pn-übergang einem elektrischen Feld in der Sperrichtung von ungefähr 10⁵ V/cm unterworfen wird. Wenn es auch möglich ist, Übergänge gemäß der Erfindung mit Aktivatoren herzustellen, deren Diffusionsgeschwindigkeiten geringer sind, spielt die Zeit für eine solche

ao Ausbildung eine hemmende Rolle.

Gemäß der Erfindung werden die Aktivatorionen auf eine erhöhte Temperatur gebracht, um ihre Beweglichkeit zu steigern, und einem äußerst starken elektrischen Feld in der Nähe des Überganges unterworfen, um sie zu einer Wanderung zu veranlassen. Sobald sie gewandert sind und ein äußerst breites, eigenleitendes oder beinahe eigenleitendes Gebiet entstanden ist, wird der Halbleiterkörper gekühlt und das angelegte elektrische Feld beseitigt. Das Verfahren ist nicht in dem Sinne umkehrbar, daß bei einer normalen Arbeitsweise einer solchen Halbleiteranordnung durch ein starkes elektrisches Feld in der Durchlaßrichtung die Ionen quer zum Übergang zurückgetrieben werden. Sobald die schnell diffundierenden Ionen in den Bereich mit der entgegengesetzten Leitfähigkeit hinein zur Diffusion gebracht sind, um einen breiten pn-übergang oder ein eigenleitendes Gebiet zu bilden, werden die Ionen außerdem sehr wahrscheinlich durch die Coulombsche Anziehung mit den Verunreinigungsatomen, die die entgegengesetzte Leitfähigkeit injizieren, durch die Erscheinung der »Ionenpaarung« an ihrem Platz festgehalten.

Wenn auch die Erfindung mit einem beliebigen, elektronisch leitenden Halbleitermaterial zur Ausführung kommen kann, sei sie doch aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung in Verbindung mit der Herstellung breiter, eigenleitender Gebiete in Silizium unter Verwendung von Lithium als schnell diffundierende Aktivatorverunreinigung erläutert. Die Halbleiterkörper in der Beschreibung der Fig. 1 bis 15 sollen daher aus Silizium und die schnell diffundierende Aktivatorverunreinigung aus Lithium sein, das in Silizium ein Donator ist.

In Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper 1 zu sehen, der zweckmäßigerweise ein 6,5 · 6,5 · 1,3 mm großer monokristalliner Siliziumkörper sein kann, der mit annähernd 10^1β Atomen je cm³ Bor imprägniert ist, so daß ein Körper mit p-Leitfähigkeitseigenschaften vorliegt. Um den Körper 1 für den ersten Verfahrensschritt bei der Bildung eines breiten, eigenleitenden Gebietes gemäß der Erfindung vorzubereiten, kann eine dünne Schicht 2 von etwa einigen Mikron Dicke aus Lithium auf dem Körper zweckmäßig durch ein Oberflächenlegierungs- oder ein anderes Verfahren aufgebracht werden. Der Körper 1 wird dann einer erhöhten Temperatur so lange ausgesetzt, bis das Lithium der Schicht 2 in den Körper 1 hinein in genügender Tiefe eindiffundiert ist, so daß nur ein Abschnitt in·' Silizium mit η-Leitfähigkeit umgewandelt ist. Dies kann z. B. durch eine Erwärmung des Körpers 1 auf

eine Temperatur von 300 bis 700° C während 1 bis 60 Minuten erfolgen, was sich nach der Größe der Plattet und der gewünschten Lage des pn-Überganges richtet. Für andere Materialien als Silizium und Lithium sind die allgemeinen Bedingungen zur thermischen Bildung des pn-Überganges dem Fachmann geläufig. Zu diesen gehören Legierungs- und Diffusionsverfahren und weitere thermische Verfahren, bei denen ein Aktivator im gasförmigen, flüssigen oder

die zu diffundierenden Ionen der Verunreinigung so weit beweglich werden, daß sie unter der Wirkung des angelegten Feldes zu wandern beginnen und den Übergang durchqueren, um auf der entgegengesetzten Seite des Überganges die entsprechenden Aktivatorverunreinigungen zu neutralisieren, die die entgegengesetzte Leitfähigkeit herbeiführen. Die Temperatur, auf die der Körper gebracht wird, soll jedoch nicht so groß sein, daß die Gleichrichtereigenschaften des pn-Über-

festen Zustand in Berührung mit einem Halbleiter- io ganges durch die thermische Aktivität der Atome

material erwärmt wird, so daß ein pn-Übergang entsteht. des Halbleiterkristallgitters gestört oder vernichtet

In Fig. 2 ist ein vertikaler Querschnitt durch einen werden.

Abschnitt des Halbleiterkörpers nach Fig. 1 zu sehen, Wie bereits erwähnt, ist das Ion derart beweglich, nachdem der Körper z. B. auf eine Temperatur von daß es quer zum pn-übergang unter der Wirkung des annähernd 500° C 2 Minuten lang erhitzt ist, so daß 15 angelegten elektrischen Feldes von annähernd 10⁵ V/cm das Lithium bis zu einer Tiefe von 0,127 mm diffun- wandert, wenn die Diffusionskonstante in der Größendiert ist und einen pn-übergang mit dem Hauptkörper Ordnung von 10¹² cm²/sec liegt. Die zur Aufrechtaus mit Bor imprägniertem Silizium in dieser Tiefe erhaltung eines solchen Feldes notwendige Spannung gebildet hat. Nach Fig. 2 ist ein p-Bereich 3 von einem nimmt im allgemeinen zu, wenn das bewegliche Ion n-Bereich 4, in den das Lithium diffundiert ist, durch 20 diffundiert, kann aber derart genau eingestellt werden, einen schmalen pn-übergang 5 getrennt. daß ein konstanter Stromdurchgang durch den Über-In Fig. 3 ist die Konzentration des überschüssigen gang beibehalten wird. Während z. B. das Lithium in Aktivators entsprechend dem Querschnitt des Silizium- das Silizium hineindiffundiert, wird ein Strom von körpers nach Fig. 2 aufgetragen, in dem das Lithium 10 mA/cm² aufrechterhalten. Wenn das bewegliche, diffundiert ist. In Fig. 3 gibt die Abszisse mit dem 35 diffundierende Ion Lithium und das Halbleitermaterial Pfeil X den Abstand von einer Oberfläche 7 (Fig. 2) Silizium ist, kann die Diffusionstemperatur zweckaus in den Siliziumkörper hinein an. Die Ordinaten- mäßigerweise etwa 100 bis 175° C betragen. Wie in achse mit einem nach oben gerichteten Pfeil N_d und Fig. 2 angegeben ist, diffundieren Lithiumionen 9 quer einem nach unten gerichteten Pfeil N_a bezeichnet die zum pn-übergang 5. Die Diffusion der beweglichen Konzentration der überschüssigen (unkompensierten) 30 Lithiumionen besitzt eine zweifache Wirkung. Durch Donatoren bzw. Akzeptoren. Wenn der Halbleiter- Beseitigung der beweglichen negativen Ladung, die körper an einer vorgegebenen Stelle η-Leitfähigkeit den positiven Ionen 9 zugeordnet ist, aus dem Bereich 4 besitzt, verläuft die Kurve an diesem Punkt oberhalb in der Nähe des Überganges 5 wird der Bereich 4 in der Abszissenachse und gibt einen Überschuß an Do- der Nähe des Überganges weniger stark n-leitfähig natorverunreinigungen an. Falls andererseits der 35 und stärker eigenleitend. Wenn diese Ionen den Über-Halbleiterkörper an einem vorgegebenen Punkt ρ -Leit- gang durchqueren und in den p-Bereich 3 in der Nähe fähigkeitseigenschaften aufweist, verläuft die Kurve des Überganges eintreten, wird dieser Bereich weniger an diesem Punkt unterhalb der Abszissenachse und stark p-leitfähig und stärker eigenleitend. Wenn eine zeigt einen Überschuß an Akzeptorverunreinigungen ausreichende Zahl Lithiumionen den pn-Übergang 5 an. Wie man aus der Kurve in Fig. 3 erkennen kann, 40 durchquert haben, ist das Gebiet unmittelbar neben wird der n-Bereich 4 des Körpers nach Fig. 2 durch diesem Übergang in den Bereichen 3 und 4 eigeneinen Überschuß an Donatorverunreinigungen wiedergegeben, der allmählich an der Stelle X = 0 bis auf 0
abnimmt, wie durch den pn-Übergang 5 in Fig. 2 angezeigt ist. In einem gewissen Abstand weiter von der 45
Stelle X = 0 in den Halbleiterkristall hinein besitzt
er nach Fig. 2 p-Leitfähigkeitseigenschaften, die dem
p-Bereich 3 entsprechen.

Sobald der schmale pn-Übergang 5 nach Fig. 3 hergestellt ist, wird eine Gleichspannungsquelle, im allge- 50 eigenleitende Gebiet 5, das bisher durch eine Linie anmeinen eine Batterie 6, nach Fig. 2 zwischen den gegeben und als pn-Übergang bezeichnet ist, nun ganz gegenüberliegenden Oberflächen 7 und 8 des Kristalls breit und trennt den n-Bereich 4 um ein beträchtliches angeschlossen, so daß der pn-Übergang5 einer starken Stück vom p-Bereich 3 ab.

Vorspannung in Sperrichtung unterworfen wird. Ein In Fig. 5 ist die Konzentration der überschüssigen pn-Übergang soll dann unter einer Vorspannung in 55 Donator- und Akzeptorverunreinigung innerhalb des Sperrichtung liegen, wenn die Polung der an einem Siliziumkörpers 1 entsprechend der Ausbildung des vorgegebenen Bereich auf einer besonderen Seite des eigenleitenden Gebietes 5 in Fig. 4 aufgetragen. Wie Überganges angelegten Spannung zum Vorzeichen der man aus der Fig. 5 erkennen kann, ist der eigenleitende Majoritätsträger in diesem Bereich des Körpers ent- Abschnitt des Körpers nicht mehr auf das Gebiet, also gegengesetzt ist. Um an dem pn-Übergang 5 eine Vor- 60 die Stelle Z = O, beschränkt, sondern dehnt sich von spannung in Sperrichtung anzulegen, wird der positive X' bis X" aus. Dieses Gebiet ist infolge der Abwan-PoI der Batterie 6 an der Fläche 7 mit dem n-Bereich 4 derung der Lithiumionen aus einem Bereich 10 unter- und der negative Pol an der Fläche 8 mit dem p-Be- halb der Kurve nach links von X = 0 in einen Bereich 3 verbunden. Die von der Spannungsquelle 6 zu- reich 11 oberhalb der Kurve nach rechts von X = 0 geführte Spannung wird derart eingestellt, daß die 65 hinein entweder eigenleitend oder beinahe eigenleitend. Größe des elektrischen Feldes am Übergang annähernd Die Dicke des Gebietes X' bis X" hängt von der Be-10⁵ V/cm beträgt, was in diesem Fall einem Wert von handlungszeit ab. Je langer die Wanderung der beetwa 100 V entspricht. Während die Sperrspannung weglichen Ionen erfolgt, desto breiter ist dieses Gean dem pn-Übergang aufrechterhalten wird, wird der biet. Es ist jedoch nicht möglich, daß dieses Gebiet Siliziumkörper auf eine Temperatur erwärmt, bei der 70 Abweichungen von der Eigenleitfähigkeit dadurch er

leitend bzw. im wesentlichen eigenleitend. Der Halbleiterkörper besitzt dann einen sehr breiten pn-Übergang oder ein eigenleitendes Gebiet.

Die Fig. 4 zeigt einen senkrechten Querschnitt, an dem einige Teile weggebrochen sind, durch einen Abschnitt des Siliziumkörpers nach Fig. 2, nachdem die Diffusion des Lithiums bei der hohen Temperatur erfolgt ist. Wie man aus Fig. 4 erkennen kann, ist das

hält, daß infolge einer übermäßigen Wanderung der beweglichen Lithiumionen quer zur Sperrschicht ein Wechsel von der einen Leitfähigkeit zur anderen stattfindet. Der Grund hierfür besteht darin, daß der hohe Feldgradient an der Sperrschicht, der zur Diffusion der beweglichen Lithiumionen von der η-Seite der Sperrschicht zur p-Seite der Sperrschicht erforderlich ist, verschwindet, wenn eine übergroße Zahl Lithiumionen die Sperrschicht durchquert. Außerdem verringert sich die Kraft, die die Lithiumionen quer zur Sperrschicht zu treiben sucht, wenn sich das eigenleitende Gebiet bei einer gegebenen Spannung verbreitert.

Eine Diode mit einer hohen Spitzensperrspannung wird gemäß dem Verfahren der Erfindung folgendermaßen angefertigt. Eine monokristalline p-Siliziumplatte, die mit Bor imprägniert ist und bei Raumtemperatur einen spezifischen Widerstand von 20 Ohm · cm, einen Durchmesser von 18 mm und eine Dicke von 1,65 mm hat, wird auf der einen Außen- ao fläche mit einem Tröpfehen von 3,3 mm Durchmesser und etwa 0,38 mm Dicke in Berührung gebracht, das aus etwa 30 Gewichtsprozent Lithium in Mineralöl zusammengesetzt ist. Die Platte wird dann auf eine Temperatur von 500° C während P/s Minuten erwärmt, so daß sich ein schmaler pn-Übergang unter dem Lithiumfleck bildet. An den Fleck wird dann in Sperrrichtung eine konstante Gleichspannung von 75 V gelegt. Der Fleck wird dann bei 170° C 100 Minuten lang erwärmt. Wenn die Erwärmung andauert, zeigt der Strom durch den Übergang die Neigung abzunehmen, man erhöht jedoch die Spannung, die schließlich einen Wert von 2400 V erreicht, so daß ein konstanter Übergangsstrom von 1 mA aufrechterhalten wird, der ein konstantes Feld von annähernd 10⁵V/cm herstellt. Nach dieser Behandlung nimmt die Diode über 3000 V in der Sperrichtung auf, wobei ein Verluststromm von etwa 1 mA fließt.

In den Fig. 6 bis 8 sind die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte bei der Bildung eines Trioden-Analog-Transistors zu sehen. In Fig. 6 weist ein Halbleiterkörper 12 aus p-Silizium, der mit etwa 10¹⁶ Atomen je cm³ Bor imprägniert ist und einen spezifischen Widerstand von etwa 1 Ohm-cm besitzt, eine scheibenförmige Vertiefung 13, die aus der einen größeren Außenfläche 14 ausgeschnitten ist, und eine kegelförmige Vertiefung 15 auf, die in der anderen gegenüberliegenden Außenfläche 16 herausgeschnitten ist. Die Innenflächen des Halbleiterkörpers an den beiden Vertiefungen 13 und 15 werden dann mit einer dünnen Schicht Lithium überzogen, das zweckmäßig durch eine Oberflächenlegierung aufgebracht werden kann. Der Siliziumkörper 12 wird dann in einer reaktionsunfähigen Atmosphäre z.B. IV2 Minuten lang bei etwa 500° C erwärmt, so daß sich n-Bereiche 17 und 18, in die Lithium eindiffundiert ist, unmittelbar an den Vertiefungen 13 bzw. 15 im Siliziumkörper 12 bilden. Der n-Bereich 17 ist vom Siliziumkristall 12 durch einen pn-Übergang 19 getrennt, während der n-Bereich 18 vom Siliziumkörper 12 durch einen weiteren pn-Übergang 20 abgesondert ist.

Zur Herstellung eines Analog-Transistors aus dem Siliziumkörper 12 nach Fig. 6 legt man nach der zuerst stattgefundenen Diffusion an beide pn-Übergänge 19 und 20 eine Vorspannung in Sperrichtung, wie es beim pn-übergang 5 nach Fig. 2 der Fall ist; es wird eine solch große Spannung an den Übergängen angelegt, daß ein Feld von etwa 10⁵ V/cm auftritt. Bei dieser Ausführungsform reicht eine konstante Spannung von 75 V aus. Während an den pn-Übergängen diese Vorspannung in Sperrichtung liegt, wird der gesamte Körper in einen Ofen gebracht und auf eine Temperatur von annähernd 170° C Va Stunde lang erwärmt. Während dieser Zeitspanne bewegen sich die Lithiumionen unmittelbar auf der η-Seite beider pn-Ubergänge 19 und 20 quer zum Übergang und hinterlassen einen Bereich von geringerer η-Leitfähigkeit an dieser Seite des Übergangs, so daß ein Bereich von geringerer p-Leitfähigkeit auf der anderen Seite des Übergangs entsteht. Nachdem die beweglichen Lithiumionen genügend diffundiert sind, ergeben sich ein breites eigenleitendes oder beinahe eigerileitendes Gebiet Il am pn-Übergang 19 und ein breites eigenleitendes oder beinahe eigenleitendes Gebiet 22 am pn-Ubergang 20 in Fig. 7. Die eigenleitenden öder beinahe eigenleitenden Gebiete 21 und 22 treffen sich an einer Stelle 23. Die Stelle 23 bildet eine kreisförmige oder beinahe kreisförmige Öffnung in dem p-Bereich 12. Da die öffnung an der Stelle 23 beinahe kreisförmig symmetrisch um eine axiale Linie vom Scheitelpunkt der Vertiefung 15 zum Mittelpunkt der Vertiefung 13 ist, ist sie in idealer Weise als Torelektrode geeignet. Der Halbleiterkörper ist also aus einem p-Hauptkörper 12 mit zwei n-Bereichen 17 und 18 aufgebaut, die voneinander durch ein relativ breites, eigenleitendes Gebiet getrennt sind, das aus, den Gebieten 2l und 22 besteht, die eine schmale öffnung 23 an ihrer Verbindungsstelle aufweisen. Wenn auch bei der Herstellung der Halbleiteranordnung nach Fig. 7 bestimmte Zeiten, Temperaturen usw. angegeben sind, so können doch ähnliche Veränderungen wie an der Halbleiteranordnung nach den Fig. 1 und 2 erfolgen.

In Fig. 8 ist die Halbleiteranordnung nach der Wanderung der beweglichen Ionen nach Fig. 7 mit Elektroden und einer entsprechenden Schaltung ausgestattet, in der es als Stromverstärker arbeitet. In Fig. 8 befindet sich ein Kathoden- oder Quellenanschluß 24 am n-Bereich 18, ein Anoden- oder Senkenanschluß 25 am n-Bereich 17 und ein Gitter- oder Toranschluß 26 am p-Bereich des Kristalls 12. Der Gitter- oder Toranschluß 26 liegt an einer Vorspannung der negativen Klemme einer Gleichspannungsquelle, die im allgemeinen eine Batterie 27 ist. Ein positives Potential wird dem Anodenanschluß 25 von einer Gleichspannungsquelle, im allgemeinen einer Batterie 28, geliefert. Beide Potentiale sind auf den Kathodenanschluß 24 bezogen. Während des Betriebs werden vom n-Bereich 18 Elektronen emittiert, die durch die eigenleitenden Gebiete 21 und 22 hindurchgehen und vom n-Bereich 18 gesammelt werden. Wenn dem Gitteranschluß 26 elektrische Signale zugeführt werden, moduliert das elektrische Feld an der öffnung 23 den Elektronenstrom zwischen der Kathode 24 und der Anode 25, wie es bei einer üblichen Vakuumröhre der Fall ist. Die Eingangssignale werden an einem Eingangswiderstand 29 zugeführt. An einem Ausgangswiderstand 30 wird ein Ausgangssignal abgenommen. Die Arbeitsweise des Analog-Transistors wird nicht im einzelnen beschrieben, da sie dem Fachmann geläufig ist.

Die Halbleiteranordnung nach den Fig. 7 und 8 ist aus einer monokristallinen Siliziumscheibe von 10 mm Durchmesser und 2,5 mm Dicke hergestellt, die mit Bor imprägniert ist und einen spezifischen Widerstand von 1 Ohm · cm besitzt. Die Vertiefung 13 hat einen Durchmesser von 5 mm und eine Tiefe von 0,5 mm. Die Vertiefung 15 zeigt einen öffnungswinkel von 90° und dringt bis zu einer Tiefe von 1,6 mm ein, so daß ein innerer Kristallbereich von 0,4 mm Dicke übrigbleibt.

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In die Bereiche 17 und 18 wird Lithium bei einer unten zur Herstellung einer ersten Steuerelektrode beTemperatur von 500° C während 1 ¹Zz Minuten aus wirkt wird.

einer 30%igen Suspension von Lithium in Mineralöl Der p-Bereich 41 bildet selbt eine zweite Steuerelekeinlegiert. Die Wanderung der beweglichen Ionen läuft trode, die wie die erste Steuerelektrode in der Strombei einer Temperatur von 170° C und einer konstanten 5 bahn zwischen der Kathode 35 und der Anode 40 liegt. Spannung von 75 V ab. Wenn eine Gittervorspannung Beim Betrieb arbeitet das Gerät nach Fig. 10 als Anavon — 3 V und ein Anodenpotential von 100 V nach log-Thyratron. An die Steuerelektroden 34 und 41 Fig. 8 angeschlossen sind, läßt sich eine Leistungsver- wird jeweils eine Sperrspannung von Batterien 44 Stärkung von 17 db und eine Spannungsverstärkung bzw. 45 über einen Widerstand 46 bzw. 47 geliefert, von 4 erzielen. Allgemeine Halbleiteranordnungen die- io Diese Vorspannungen bauen innerhalb der Steuerelekset Art werden von Ionen durchwandert, bis von der trodenöffnungen ein elektrisches Feld auf, das die Entäußeren Schaltung nach Fig. 8 Elektronen von der stehung eines elektrischen Feldes in Durchlaßrichtung Kathode zur Anode hindurchgeschickt werden können. zwischen der Kathode 35 und der Anode 40 verhindert, Dies zeigt an, daß sich die beiden eigenleitenden wenn eine Spannung in Durchlaßrichtung angelegt Gebiete an den beiden Übergängen durch den 15 wird, wie angegeben ist. Die Vorspannungen verhintrennenden p-Bereich hindurchgeschoben und getroffen dem dann wie bei einem Thyratron den Stromdurchhaben, gang durch das Gerät. Wenn jedoch ein entgegenge-

In den Fig. 9 und 10 ist die Anfangs- und Endstufe setzt gepolter Impuls oder ein entgegengesetzt gepoltes der Fertigung eines Festkörperthyratrons zu sehen. In Signal an der betreffenden Steuerelektrode angelegt Fig. 9 enthält ein zvlinderförmiger monokristalliner 20 wird, werden Majoritätsträger von der zugehörigen Körper 31 aus Silizium, das mit 10¹⁶ Atomen je cm³ Bor Hauptelektrode, also entweder von der Anode oder imprägniert ist, so daß er p-Leitfähigkeitseigenschaften von der Kathode, aus in das eigenleitende Gebiet hin- und einen spezifischen Widerstand von annähernd ein injiziert. Diese Majoritätsträger werden von der 1 Ohm · cm aufweist, nach einer Ätzung oder einer übrigbleibenden Steuerelektrode angezogen und verBearbeitung mit einem Sandstrahl an seinem Umfang 25 mindern beim Durchgang durch den äußeren Kreis eine ringförmige Vertiefung 32 mit einer flachen die Vorspannung in Gegenrichtung, so daß Majoritäts-Unterseite und einer konkaven Oberseite. Auf diesen träger, die gegenüber den ursprünglichen Majoritätsbeiden Seitenflächen wird z. B. durch Oberflächen- trägem ein entgegengesetztes Vorzeichen besitzen, in legierung mit einer Suspension von Lithium in einem das eigenleitende Gebiet von der zugehörigen Haupt-Mineralöl eine dünne, mehrere Mikron dicke Schicht 30 elektrode aus injiziert werden. Diese Träger werden aus Lithium aufgebracht. Eine halbkugelförmige Ver- dann von der ersten Steuerelektrode angezogen; hiertiefung 33 wird auf ähnliche Weise an dem einen Ende durch schaukelt sich der Vorgang von selbst so weit des Körpers 31 nahe an der flachen Außenseite der auf, bis ein bedeutender Anteil an Majoritätsträgern ringförmigen Rille 32 hergestellt. Eine Lithiumschicht zwischen der Kathode und der Anode ausgetauscht wird zweckmäßig durch Oberflächenlegierung über der 35 wird. Die Steuerelektroden geben dann ihre Steuerung halbkugelförmigen Außenfläche der Vertiefung 33 auf- auf, und das Gerät arbeitet weiterhin mit einer niedgebracht. Der Körper 31 wird dann in einen Ofen ge- rigen Impedanz in Durchlaßrichtung. Die Eingangslegt und in einer nicht zu Reaktionen fähigen Atmo- Signalspannung, bei der die Steuerung aufhört, kann Sphäre etwa 2 Minuten lang bei einer Temperatur wie bei einer Vakuumröhre durch eine passende Konvon etwa 500° C erwärmt, so daß das aufgebrachte 40 struktion im voraus ausgewählt werden.
Lithium zur Bildung eines n-Bereiches 34 an der Die Herstellung der Geräte nach den Fig. 8 bis 10 Rille 32 und eines weiteren n-Bereiches 35 an der ist für eine fast unbegrenzte Anzahl abgeänderter halbkugelförmiigen Vertiefung 33 bis zu einer ein- Ausführungsformen typisch, die die Festkörper-Anastellbaren Tiefe eindifrundiert. Ein pn-übergang loga für eine große Zahl Vakuumröhren in der Praxis 36 trennt den n-Bereich 34 und ein weiterer pn-Über- 45 bilden können. Zur Herstellung dieser Geräte gemäß gang 37 den n-Bereich 35 vom p-Hauptbereich des der Erfindung kann man eine allgemeine Richtschnur Kristalls 31. geben. In allen Fällen werden mindestens zwei Be-

Die pn-Übergänge 36 und 37 erhalten in derselben reiche eines Halbleiters mit entgegengesetzter Leit-

Weise wie der pn-übergang 5 nach Fig. 2 in Sperr- fähigkeit durch Imprägnierung dieser Bereiche mit

richtung eine Vorspannung. Dann wird der gesamte 50 einem äußerst beweglichen Aktivator ausgebildet, der

Kristall in einen Ofen gelegt und z. B. auf eine Tem- die entgegengesetzte Leitfähigkeit induziert, so daß

peratur von annähernd 170° C etwa 30 Minuten lang der Hauptkörper die eine Leitfähigkeit aufweist. Diese

erwärmt, so daß die Lithiumionen sich quer zu den pn- Ionen werden dann unter dem Einfluß erhöhter Tem-

Übergängen bewegen und ein breites, eigenleitendes peraturen und eines starken angelegten elektrischen

Gebiet bilden können, das die n-Bereiche 34 und 35 55 Feldes im allgemeinen in der Größenordnung von

umgibt. Bei Benutzung der geometrischen Anordnung 10⁵ V/cm quer zu den pn-Übergängen zur Wanderung

nach Fig. 9 zur Herstellung des Geräts nach Fig. 10 veranlaßt, bis sich die breiten eigenleitenden Gebiete,

werden am pn-Bereich eine Elektrode 38, die mit der die rund um die betreffenden pn-Übergänge ausgebil-

gesamten, oberen Außenfläche des zylindrischen Kör- det sind, mindestens an einem Punkt treffen, wodurch

pers 31 in Kontakt steht, und eine Elektrode 39 ange- 60 ein eigenleitendes Gebiet entsteht, das von beiden

schlossen, die ein Band ist, das die gesamte untere Seiten aus durch einen dünnen Bereich der einen Leit-

Umfangsfläche des Körpers 31 umgibt. Infolge der fähigkeitsart hindurchdringt. Die Ionenwanderung

Wanderung des Lithiums quer zu den hergestellten wird im allgemeinen zum Stillstand gebracht, sobald

pn-Übergängen 36 und 37 bei der Bildung breiter, dieser Zustand eintritt. Der Grund hierfür besteht

eigenleitender Gebiete ergibt sich die Anordnung nach 65 darin, daß das eigenleitende Gebiet dann einen Weg

Fig. 10. für die Leitungsträger bildet. Der Bereich der einen

In Fig. 10 sind p-Bereiche 40 und 41 gegenüber den Leitfähigkeitsart, in dem ein Loch ausgebildet ist,

n-Bereichen 34 und 35 durch ein breites, eigenleitendes kann dann als Gitter- oder Torelektrode zur Steuerung

Gebiet 42 getrennt, das eine Öffnung 43 aufweist, die des Leistungsträgerstroms durch die Öffnung in dem

durch eine Einschnürung des n-Bereiches 34 nach 70 Halbleiterbereich mit der einen Leitfähigkeitsart aus-

genutzt werden. Dieses Merkmal findet bei der Herstellung der öffnung 23 nach Fig. 7 und der öffnung im p-Bereich 41 des Geräts nach Fig. 10 Anwendung.

Nach dem zuvor beschriebenen Verfahren wird ein Triodengerät hergestellt. Andererseits kann auch eine Tetrode oder eine Halbleiteranordnung mit mehreren Elektroden durch Bildung von Löchern in mehreren als einem dünnen Bereich der einen Leitfähigkeitsart hergestellt werden.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines ana- ίο logen Triodengerätes besteht darin, eine Gitter- oder Torelektrode nach der zur Herstellung der Steuerelektrode 34 beim Gerät nach Fig. 10 verwendeten Verfahrenstechnik auszubilden. Hierbei wird ursprünglich eine Zone entgegengesetzter Leitfähigkeit, die mit äußerst beweglichen Ionen imprägniert ist, mit einer ziemlich engen öffnung hergestellt, so daß mit Beginn der Ionenwanderung das in dieser öffnung enthaltene Halbleitermaterial eigenleitend wird und sich in der Bahn zwischen der Quellen- und Senken- ao elektrode befindet. Auf diese Weise wird der Bereich mit der entgegengesetzten Leitfähigkeit die Gitteroder Torelektrode, wie es die Elektrode 34 in Fig. 10 ist. Dieses Verfahren kann auch zur Bildung zweier oder mehrerer Gitter- oder Torelektroden entgegengesetzter Leitfähigkeit benutzt werden, so daß eine Halbleiteranordnung mit noch mehr Elektroden entsteht.

In den Fig. 11 bis 15 ist in einem vertikalen Querschnitt ein Abschnitt eines Siliziumkristalls dargestellt, der forlaufend zu einem npin-Gerät ausgebildet wird, das als Transistor für sehr hohe Frequenzen Anwendung findet. Den vertikalen Querschnitten sind Konzentrationsdiagrammella bis 15a zugeordnet, die die Konzentration der überschüssigen Donatoren und Azeptoren in den zugehörigen Querschnitten zeigen, wenn man das Verfahren vom Anfang bis zum Ende verfolgt.

In Fig. 11 ist ein p-Siliziumkörper 50 zu sehen, der mit annähernd 10^le Atomen je cm³ einer langsam diffundierenden Akzeptorverunreinigung, z. B. Indium, zur Erzielung einer geringen Leitfähigkeit imprägniert ist und durch die Angabe p_w oder einen schwachen p-Leitungstyp gekennzeichnet ist. In diesen Körper wird von einer Außenfläche 51 aus eine allmählich abnehmende Konzentration an Boratomen eindiffundiert, die bis zu einem Maximalwert von etwa 10²² Atomen je cm³ an der Oberfläche 51 ansteigt. An der Oberfläche 51 wird z. B. Bor in einen Bereich 52 eindiffundiert, so daß sich ein starker p-Bereich p_s durch Erwärmung des Siliziumkörpers in einer gesättigten Atmosphäre von B₂O₃ bei einer Temperatur von etwa 1200° C zur Diffusion des Bors während etwa 2 Stunden bildet. Die Grenzschicht zwischen den Bereichen 50 und 52 bildet einen p_s p_w-Übergang 53.

In Fig. 11a, die die Konzentration des Aktivators in Fig. 11 angibt, ist die Konzentration des Bors im Bereich 52 und die Konzentration des Indiums im Bereich 50 der Fig. 11 angegeben. Wie man aus der Figur erkennen kann, liegt der />_s/vÜbergang 53 an einem Punkt X₀ in Fig. 11a.

In Fig. 12 ist derselbe monokristalline Siliziumkörper wie in Fig. 11 zu sehen, nachdem der nächste Verfahrensschritt ausgeführt ist. Bei diesem wird zuerst der Körper nach Fig. 11 in eine Ätzflüssigkeit, z.B. die bekannte CP4-Ätzlösung, eingetaucht, um sämtliches Bor an der Oberfläche 51 zu entfernen, und gewaschen. Dann wird der Körper in eine nicht zu Reaktionen fähige Atmosphäre gelegt und auf eine Temperatur von annähernd 1200° C etwa 10 Stunden lang erwärmt, um den oberflächennahen Bereich 52 mit starken p-Leitfähigkeitseigenschaften durch eine weitere Diffusion der hohen Borkonzentration nach Fig. 11 a zu verbreitern, so daß der ganze, ausgedehnte Bereich 52 nach Fig. 12 eine geringere, aber dennoch hohe Konzentration von etwa 10¹⁸ Atomen je cm³ an Boratomen erhält. Wenn sich der starke p-Bereich 52 ausdehnt, verschiebt sich auch der />_S/>_W-Übergang 53 in das Innere des Kristalls hinein, also von der Oberfläche 51 weg. Die zuvor angegebene Konzentration ist in Fig. 12 a aufgetragen, aus der zu erkennen ist, daß der ursprünglich starke p-Bereich breiter, aber weniger stark p-leitfähig geworden ist. Der /^/»„-Übergang liegt nun an der Stelle Z₀'.

In Fig. 13 ist ein senkrechter Querschnitt durch den Siliziumkristall nach den Fig. 11 und 12 zu sehen, nachdem der dritte Verfahrensschritt ausgeführt ist. Bei diesem diffundiert eine konzentrierte Menge Phosphor durch die Oberfläche 51 hindurch. Dies kann durch Erwärmung des Siliziumkristalls bei annähernd 1200° C in einer Argonatmosphäre während etwa 5 Stunden geschehen, die mit P₂O₅-Dampf bei einer Temperatur von etwa 500° C gesättigt ist, so daß der Phosphor in den Kristall hinein zur Diffusion gebracht wird, von dem ein oberflächennaher Bereich 54 mit n-Leitfähigkeitseigenschaften gebildet wird. Nach der Diffusion wird der Kristall an allen Seiten, außer an der Seitenfläche 51, abgeschliffen, um alle Bereiche, in die der Phosphor eingedrungen ist und die durch die Phosphoratmosphäre entstanden sind, zu entfernen.

Wie sich aus der Fig. 13 a erkennen läßt, ist innerhalb des Bereichs 54 ein Überschuß an Donatorverunreinigungen vorhanden; an der Stelle X₁ wird ein pn-Übergang 54 gebildet, der eine Grenzschicht zwischen dem n-Bereich 54 und dem p-Bereich 52 ist. Während der Phosphordiffusion tritt eine Abflachung der Konzentration an Akzeptoratomen innerhalb des Bereiches 52 ein, so daß sich der />_s/>u,-Übergang 53 weiter von der Oberfläche 51 entfernt und die Konzentration der Borverunreinigungen innerhalb des Bereiches 52 auf einen noch geringeren Betrag abnimmt.

Fig. 14 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt desselben Siliziumkristalls, nachdem der nächste Verfahrensschritt ausgeführt ist. Die Fig. 14 a ist eine Auftragung der Konzentration des überschüssigen Donators und Akzeptors innerhalb desselben Kristalls nach diesem Verfahrensschritt. Dieser Verfahrensschritt besteht in der Diffusion äußerst beweglicher Lithiumionen durch eine Außenfläche 49, durch die ein oberflächennahes Gebiet 56 mit einem Überschuß an Donatorverunreinigungen entsteht, das n-Leitfähigkeitseigenschaften aufweist. Die Diffusion dieser konzentrierten Menge Lithium geschieht im wesentlichen in der folgenden Weise. Eine dünne Lithiumschicht wird als etwa 0,4 mm dicke Schicht einer 30%igen Lösung von Lithium in einem Mineralöl aufgetragen. Der Siliznimkristall wird dann auf eine Temperatur von 500° C in einer reaktionsfähigen Atmosphäre, z. B. Argon, während etwa 3 Minuten gebracht. Während dieser Zeit verdampft das Mineralöl, und das Lithium diffundiert in den Kristall hinein. Die Grenzschicht zwischen dem Bereich 56 und dem p-Bereich 50 ist ein weiterer pn-übergang 57. Nach Fig. 14 a besitzt der Bereich 56 einen Überschuß an Donatorverunreinigungen, während der Bereich 50 eine geringe Konzentration an überschüssigen Akzeptorverunreinigungen beibehält. Der Bereich 52 besitzt dabei eine starke Konzentration an überschüssigen Akzeptorverunreinigungen. Die Diffusion der äußerst beweglichen Lithiumionen in den Bereich 56 hinein

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beeinflußt die Lage des />, ^-Überganges 53 und die Lage der Bereiche 52 und 54 und des pn-Überganges 55 innerhalb des Kristalls nicht wesentlich.

Fig. 15 ist ein Querschnitt durch denselben Siliziumkristall, nachdem der nächste Verfahrensschritt ausgeführt ist. In Fig. 15 a ist die Konzentration der überschüssigen Aktivatorverunreinigung entsprechend der Fig. 15 aufgetragen, nachdem der nächste Verfahrensschritt ausgeführt ist. Bei diesem wird der Kristall auf eine mäßig hohe Temperatur erwärmt, während eine Sperrspannung am pn-übergang 57 aufrechterhalten wird, damit die äußerst beweglichen Lithiumionen am Übergang 57 vom Bereich 56 in den schwach p-leitenden Bereich 50 diffundieren, so daß dieser in ein Gebiet umgewandelt wird, das Eigenleitfähigkeitseigenschaf ten besitzt. Auf diese Weise wird ein breites eigenleitendes Gebiet zwischen dem p-Bereich 52 und dem n-Bereich 56 hergestellt. Wie man aus der Fig. 15 a erkennen kann, besitzt der Bereich 56 einen Überschuß an Donatorverunreinigungen, die durch die ursprüngliche Diffusion des Lithiums hervorgerufen sind. Das Gebiet 50 besitzt weder einen Überschuß an Donator- noch an Akzeptorverunreinigungen und ist daher eigenleitend. Der Bereich 52 besitzt eine relativ hohe Konzentration an überschüssigen Akzeptorverunreinigungen aus Bor. Der Bereich 54 weist eine relativ starke Konzentration an Donatorverunreinigungen aus Phosphor auf. Die Grenzfläche zwischen den Bereichen 52 und 54 ist der pn-übergang 55, der als Emitterübergang für einen Hochfrequenztransistor Verwendung finden kann. Das eigenleitende Gebiet 50 bildet einen Kollektorübergang für dasselbe Hochfrequenzgerät. Zur Herstellung eines npin-Transistors aus der Siliziumplatte wird ein Emitterkontakt am Bereich 54, ein Basiskontakt am Bereich 52 und ein Kollektorkontakt am Bereich 56 hergestellt.

Wenn auch das Verfahren der Erfindung in erster Linie unter Verwendung von Lithium als schnell diffundierende Aktivatorverunreinigung in Silizium, das den Halbleiterkörper bildet, beschrieben ist, so besitzt es doch einen weiteren Anwendungsbereich und kann mit elektronisch leitenden, gleichwertigen Halbleitermaterialien, z. B. Germanium, Siliziumkarbid, Bor und den bereits genannten intermetallischen Mischungen oder Verbindungen, zur Ausführung kommen. Außerdem können andere schnell diffundierende Aktivatoren, die eine Diffusionskonstante von 10¹²ctn²/sec bei einem angelegten Feld von etwa 10⁵ V/cm in einem vorgegebenen Halbleiterkörper und einer Temperatur aufweisen, die zur Zerstörung eines pn-Überganges innerhalb dieses Halbleiterkörpers durch die thermische Aktivität nicht ausreicht, beim Verfahren gemäß der Erfindung für diesen Halbleiterkörper zur Anwendung kommen. Die zuvor erwähnten, üblichen Donatoren und Akzeptoren für Hochtemperaturhalbleiter mit einer Bandlücke von 1,4 eV, z. B. Siliziumkarbid, Indiumantimonid, Galliumarsenid, Aluminiumantimonid und Bor, besitzen hohe Diffu

sionskonstanten. Diese Tatsache und der Umstand, daß pn-Übergänge bei hohen Temperaturen in Halbleitern mit einer Bandlücke, die größer als 1,4 eV ist, aufrechterhalten werden können, machen diese Hochtemperaturhalbleiter gemeinsam mit ihren üblichen Aktivatoren in idealer Weise zu einem geeigneten Hilfsmittel zur praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Die Benutzung von Lithium in Siliziumkarbid, Bor und in den intermetallischen ίο Mischungen oder Verbindungen der Gruppe III bis V des Periodischen Systems paßt ebenfalls in idealer Weise.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines dicken, eigenleitenden Gebietes am pn-übergang des Halbleiterkörpers einer Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Zone des Halbleiterkörpers auf der einen Seite des pn-Überganges ein in dem verwendeten Halbleitermaterial schnell diffundierender und dotierender Fremdstoff im Überschuß angereichert wird und daß an den pn-Übergang in Sperrichtung ein so starkes elektrisches Feld angelegt wird und gleichzeitig der Halbleiterkörper auf eine so hohe Temperatur erwärmt wird, daß thermisch angeregte Ionen des Fremdstoffes quer zum pn-übergang und in Richtung des pn-Überganges zu einer Wanderung veranlaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur kleiner als diejenige gewählt wird, bei der eine Zerstörung der Gleichrichtereigenschaften des pn-Überganges stattfindet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld kleiner als dasjenige gewählt wird, bei dem ein Durchschlag des pn-Überganges stattfindet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld etwa in der Größenordnung von 10⁵ V/cm gewählt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die eine Zone des Halbleiterkörpers die Form eines langgestreckten Zylinders und für die andere Zone die Form eines Ringes auf dem Zylinder gewählt wird.

6. Transistor nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pi-Halbleiterkörper an einer Stelle der i-Zone zur Steuerung so verengt ist, daß der Querschnitt der Verengung klein im Vergleich zu den Flächen der pi- und ni-Übergangsflächen des Halbleiterkörpers ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung L 10130 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 18. 12. 1952);

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 025 994, S 37207 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 18. 10. 1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen