DE1107830B - Process for the production of electrically asymmetrically conductive systems - Google Patents

Process for the production of electrically asymmetrically conductive systems

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Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

L 16646 Vnic/21gL 16646 Vnic / 21g

ANMELDETAG: 16. SEPTEMBER 1953REGISTRATION DATE: SEPTEMBER 16, 1953

BEKANNTMACHUNGNOTICE

DER ANMELDUNGTHE REGISTRATION

UNDAUSGABE DERAND ISSUE OF

AUSLEGESCHRIFT: 31. MAI 1961 EDITORIAL: MAY 31, 1961

Es war bislang üblich, elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme, insbesondere solche mit Halbleitermaterialien mit hohen Schmelzpunkten, wie z. B. Germanium, dadurch herzustellen, daß auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitscharakters Störstellenmaterial oder Störstellenmaterial, vermischt mit reinem Halbleitermaterial der gleichen oder einer anderen Art, aufgebracht wurde und daß das System daraufhin einer thermischen Behandlung unterworfen wurde. Dabei bildet sich an der Grenze zwischen dem Halbleiterkörper und dem aufgebrachten Material durch Diffusion und/oder Legierung eine Schicht aus, die im wesentlichen eine Leitfähigkeit zeigt, die der des Halbleiterkörpers entgegengesetzt ist. Diese Systeme zeigen in diesem Zustand bereits Sperrschichten, jedoch stehen ihrer Verwendung insofern Schwierigkeiten entgegen, als das auf dem Halbleiterkörper verbleibende aufgebrachte Material, was zum überwiegenden Teil aus störstellenbildender Substanz besteht, insbesondere die Abführung der an der Sperrschicht gebildeten Wärme dadurch erschwert, daß die störstellenbildenden Substanzen verhältnismäßig schlechte Wärmeleiter sind. Desgleichen verbot die verbleibende verhältnismäßig große Menge störstellenbildender Substanz, die nicht zur Sperrschichtbildung herangezogen war, eine thermische Nachbehandlung der so hergestellten Systeme, weil bei einer solchen weiteren thermischen Behandlung die Diffusionsvorgänge nicht oder nur unzureichend gesteuert werden konnten. Desgleichen war man gezwungen, zur Her-Stellung elektrischer Kontakte das störstellenbildende Material zu schmelzen, da die zur Herstellung des sperrfreien Kontaktes an der Basis verwendbaren Lote gewöhnlich einen höheren Schmelzpunkt haben als die störstellenbildenden Substanzen.Up to now, it has been customary to use electrically asymmetrically conductive systems, in particular those with semiconductor materials with high melting points, such as B. germanium to be produced in that on a semiconductor body of a certain conductivity character impurity material or impurity material, mixed with pure semiconductor material of the same or a different type, and that the system was then subjected to a thermal treatment. This forms on the border between the Semiconductor body and the applied material by diffusion and / or alloy a layer of, which essentially exhibits a conductivity which is opposite to that of the semiconductor body. These Systems in this state already show barrier layers, but their use is insofar as possible Difficulties counteracted as the applied material remaining on the semiconductor body, which leads to predominantly consists of impurity-forming substance, in particular the removal of the at the barrier layer The heat generated is made more difficult by the fact that the substances that cause defects are relatively are poor conductors of heat. Likewise, the remaining relatively large amount of defect-forming banned Substance that was not used to form the barrier layer, a thermal aftertreatment of the systems produced in this way, because with such a further thermal treatment the diffusion processes could not or only inadequately be controlled. Likewise, one was forced to manufacture electrical contacts to melt the defect-forming material, since the production of the Non-blocking contact solders that can be used at the base usually have a higher melting point than that impurity-forming substances.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zum Herstellen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen, wie Gleichrichter oder Kristallverstärker, unter Verwendung eines Halbleiters mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Germanium, Silizium oder einer halbleitenden intermetallischen Verbindung, bei dem auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps eine kleine Menge einer Substanz aufgebracht oder erzeugt ist, die aus einem Halbleitermaterial und solchem Störstellenmaterial besteht, das entgegengesetzte Leitfähigkeit wie das in dem Halbleitergrundkörper enthaltene hervorruft, und bei dem die Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch ein Legierungs- und/oder Diffusionsverfahren erzeugt worden ist. Das erfmdungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem bisher bekannten dadurch, daß das auf dem System verbleibende Stör-Verfahren zum HerstellenThe present invention now relates to a method for producing electrically unbalanced conductive systems, such as rectifiers or crystal amplifiers, using a semiconductor with a high melting point, such as. B. germanium, silicon or a semiconducting intermetallic Compound in which a small amount of a Substance is applied or generated, which consists of a semiconductor material and such an impurity material consists of the opposite conductivity to that in the semiconductor base body contained, and in which the layer of opposite conductivity type by an alloying and / or diffusion process has been generated. The method according to the invention differs from that previously known in that the jamming process remaining on the system to manufacture

von elektrisch unsymmetrisch leitendenof electrically asymmetrically conductive

SystemenSystems

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent Administration - G. m. B. H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dipl.-Ing. Reiner Thedieck, Belecke/Möhne,
ist als Erfinder genannt worden
Dipl.-Ing. Reiner Thedieck, Belecke / Möhne,
has been named as the inventor

Stellenmaterial auf mechanischem, chemischem oder thermischem Wege entfernt und darüber eine sperrfreie Elektrode mit großer Wärmekapazität aus einem gut leitenden Material, z. B. Kupfer, angebracht wird. Die oben angegebenen Schwierigkeiten werden also durch die Entfernung des verbleibenden Störstellenmaterials überwunden und die weiteren Erleichterungen und Verbesserungen können durchgeführt werden.Site material removed mechanically, chemically or thermally and a lock-free one Electrode with a large heat capacity made of a highly conductive material, e.g. B. copper is attached. Thus, the above-mentioned difficulties are alleviated by the removal of the remaining impurity material overcome and the further simplifications and improvements can be carried out.

So ist es z. B. von besonderem Vorteil, das System nach dem Entfernen der störstellenbildenden Substanz einer thermischen Nachbehandlung zu unterwerfen. Dadurch kann unter Verwendung einer definierten Menge störstellenbildender Substanz die Eindiffusion in einem vorbestimmbaren und kontrollierbaren Maße weitergetrieben werden. Dadurch werden die elektrischen Eigenschaften des Systems wesentlich verbessert und können gegebenenfalls dem beabsichtigten Verwendungszweck angepaßt werden.So it is z. B. of particular advantage, the system after the removal of the impurity-forming substance to be subjected to a thermal aftertreatment. This allows using a defined Amount of impurity-forming substance diffuses in a predeterminable and controllable degree be driven on. This significantly improves the electrical properties of the system and can, if necessary, be adapted to the intended use.

Bei Verwendung von Indium als störstellenbildender Substanz hat es sich bewährt, die Abtragung des Indiums mit Hilfe eines chemischen Lösungsmittels, vorzugsweise mit Salzsäure, vorzunehmen. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die thermische Nachbehandlung im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre erfolgt.When using indium as an impurity-forming substance, it has proven useful to remove the Indium with the help of a chemical solvent, preferably hydrochloric acid. aside from that it is advantageous if the thermal aftertreatment takes place in a vacuum or in an inert atmosphere he follows.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich besonders zur Herstellung von steuerbaren Systemen, vorzugsweise Kristallverstärkern oder Transistoren, bewährt. Es werden dabei mit besonderem Vorteil zwei gegenüberliegende Flächen des Halbleiterkörpers behandelt. Nach dem Entfernen des verbleibenden Störstellenmaterials kann die thermische Nachbehandlung dann so geführt werden, daß sich die durch Diffusion gebildeten Zonen gleichen LeitfähigkeitscharaktersThe process according to the invention has proven particularly useful for the production of controllable systems, preferably Crystal amplifiers or transistors, proven. It is particularly advantageous that there are two Treated opposite surfaces of the semiconductor body. After removing the remaining impurity material the thermal aftertreatment can then be carried out in such a way that the diffusion formed zones of the same conductivity character

109»609/420109 »609/420

bis auf eine für den gewünschten Verwendungszweck besonders günstigen Abstand einander nähern.approach each other except for a distance that is particularly favorable for the desired purpose.

Besonders große Vorteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Kontaktierung. Diese geht besonders gut vonstatten, wenn die behandelte Fläche mit Kupfer überzogen und die Elektrode auf dieser Kupferschicht mit einem Lot hoher Wärmeleitfähigkeit aufgelötet wird. Es wird dabei erreicht, daß die an der Sperrschicht entstehende Wärme unter Vermeidung überflüssiger Wärmewiderstände besonders gut abgeführt werden kann, was wiederum zu einer höheren Belastbarkeit des Systems führt.The method according to the invention offers particularly great advantages with regard to the contacting. These works particularly well if the treated area is coated with copper and the electrode is on this copper layer is soldered with a solder of high thermal conductivity. It is achieved that the heat generated at the barrier layer is particularly important while avoiding superfluous thermal resistances can be dissipated well, which in turn leads to a higher load capacity of the system.

Zum Beispiel wird bei einem Verfahren gemäß der Lehre der Erfindung an eine einkristalline Germaniumscheibe mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 2 Ohm-cm eine geringe Menge Indium angeschmolzen. Während dieses Vorganges löst sich eine im wesentlichen durch die maximal erreichte Temperatur bestimmte Menge Germanium in dem Indium. Während der Abkühlung dieses Systems scheidet sich das gelöste Germanium in feinkristalliner Form in dem Indium ab. Ferner scheidet sich das Germanium in Form von Schuppen, deren kristalline Orientierung im wesentlichen von der des Grundkörpers abhängt, auf dem Halbleitergrundkörper ab. Das so erhaltene Gebilde wird nunmehr einer chemischen Nachbehandlung unterworfen, vorzugsweise wird mit HiKe eines Lösungsmittels, z. B. Salzsäure, das auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers lagernde überschüssige Indium so weit entfernt, daß die obenerwähnte Schuppendichte freigelegt wird. Nach Spülung und Trocknung des Gebildes wird diese nunmehr einer thermischen Nachbehandlung unterworfen. Diese besteht beispielsweise darin, daß das Gebilde in einer Edelgasatmosphäre, vorzugsweise Argon, für die Dauer von etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 500° C getempert wird. Die Bedingungen der thermischen Nachbehandlung werden so gewählt, daß sie den verwendeten Materialien und dem vorgesehenen Verwendungszweck der Systeme entsprechen. Die behandelten Gebilde werden daraufhin beispielsweise mit Hilfe eines elektrolytischen oder eines Aufdampfverfahrens mit einem metallischen Überzug, beispielsweise aus Kupfer oder Silber, versehen, und zwar so, daß dieser Überzug maximal die mit den obenerwähnten Schuppen bedeckten Flächen des Halbleiterkörpers überdeckt. Hierauf wird unter Verwendung eines Lotmetalls hoher Wärmeleitfähigkeit eine vorzugsweise flächenhafte Elektrode mit großer Wärmekapazität als elektrische Zuleitung zum Sperrschichtbereich angelötet.For example, in a method according to the teaching of the invention, a single crystal germanium wafer melted a small amount of indium with a resistivity of at least 2 ohm-cm. During this process, a temperature that is essentially reached by the maximum temperature dissolves certain amount of germanium in the indium. As this system cools down, it separates the dissolved germanium in finely crystalline form in the indium. The germanium also separates in the form of scales, the crystalline orientation of which essentially depends on that of the base body, on the semiconductor body. The structure obtained in this way is now subjected to a chemical aftertreatment subjected, preferably with HiKe of a solvent, e.g. B. hydrochloric acid that is on the surface of the semiconductor base body stored excess indium so far away that the above-mentioned Dandruff is exposed. After rinsing and drying the structure, this is now subjected to a thermal aftertreatment. This is, for example, that the structure in a Noble gas atmosphere, preferably argon, for a period of about 2 hours at a temperature of about 500 ° C is annealed. The conditions of the thermal aftertreatment are chosen so that they correspond to the materials used and the intended use of the systems. the treated structures are then, for example, with the help of an electrolytic or a vapor deposition process provided with a metallic coating, for example made of copper or silver, as follows, that this coating maximally covers the surfaces of the semiconductor body covered with the above-mentioned flakes covered. Then, using a solder metal of high thermal conductivity, one is preferable Flat electrode with a large heat capacity as an electrical lead to the barrier layer area soldered on.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Verfahren zum Herstellen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen, wie Gleichrichter oder Kristallverstärker, unter Verwendung eines Halbleiters mit hohem Schmelzpunkt, wie z.B. Germanium, Silizium oder einer halbleitenden intermetallischen Verbindung, bei dem auf einen Halbleiterkörper eines bestimmten Leitfähigkeitstyps eine kleine Menge einer Substanz aufgebracht oder erzeugt ist, die aus einem Halbleitermaterial und einem solchen Störstellenmaterial besteht, das entgegengesetzte Leitfähigkeit wie das in dem Halbleitergrundkörper enthaltene hervorruft, und bei dem die Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch ein Legierungs- und/oder Diffusionsverfahren erzeugt worden ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das auf dem System verbleibende Störstellenmaterial auf mechanischem, chemischem oder thermischem Wege entfernt und darüber eine sperrfreie Elektrode mit großer Wärmekapazität aus einem gut leitenden Material, z. B. Kupfer, angebracht wird.1. Process for the production of electrically asymmetrically conductive systems, such as rectifiers or crystal amplifiers, using a semiconductor with a high melting point, such as germanium, silicon or a semiconducting intermetallic compound, in which a small amount of a substance is applied to a semiconductor body of a certain conductivity type or is generated, which consists of a semiconductor material and such an impurity material that causes opposite conductivity as that contained in the semiconductor base body, and in which the layer of opposite conductivity type has been generated by an alloying and / or diffusion process, characterized in that the on the system remaining impurity material removed mechanically, chemically or thermally and a barrier-free electrode with a large heat capacity made of a highly conductive material, e.g. B. copper is attached. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System nach dem Entfernen der störstellenbildenden Substanz einer thermischen Nachbehandlung unterworfen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the system after removal the impurity-forming substance is subjected to a thermal aftertreatment. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Herstellen eines Systems mit Indium als störstellenbildender Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung des Indiums mit HiEe eines chemischen Lösungsmittels, vorzugsweise Salzsäure, erfolgt. 3. The method according to claim 1 or 2 for producing a system with indium as the impurity-forming Substance, characterized in that the ablation of the indium with HiEe of a chemical Solvent, preferably hydrochloric acid, takes place. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Nachbehandlung im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre, vorzugsweise in einer Edelgasatmosphäre, erfolgt.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the thermal aftertreatment in a vacuum or in an inert atmosphere, preferably in a noble gas atmosphere, he follows. 5. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der folgenden zum Herstellen von steuerbaren Systemen, vorzugsweise Kristallverstärker oder Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Flächen des Halbleiterkörpers behandelt werden und die thermische Nachbehandlung so geführt wird, daß sich die durch Diffusion gebildeten Zonen gleichen Leitfähigkeitscharakters bis auf den gewünschten Abstand einander nähern.5. The method according to claim 2 or one of the following for the production of controllable systems, preferably crystal amplifiers or transistors, characterized in that two opposite Areas of the semiconductor body are treated and the thermal aftertreatment is guided so that the zones formed by diffusion of the same conductivity character approach each other to the desired distance. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anbringen der Elektrode die behandelte Fläche mit Kupfer überzogen und die Elektrode auf diese Kupferschicht mit einem Lot hoher Wärmeleitfähigkeit aufgelötet wird.6. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that for attachment of the electrode, the treated area is coated with copper and the electrode on this Copper layer is soldered with a solder of high thermal conductivity. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 829 018, 851527;
britische Patentschrift Nr. 571 905;
USA.-Patentschriften Nr. 2 375 353, 2 644 852;
»Der Radio-Markt«, Beilage in der »Elektro-Technik«, Coburg, 9. 2.1951, S. 14 bis 16.
Considered publications:
German Patent Nos. 829 018, 851527;
British Patent No. 571,905;
U.S. Patent Nos. 2,375,353, 2,644,852;
»Der Radio-Markt«, supplement in the »Elektro-Technik«, Coburg, January 9, 1951, pp. 14 to 16.
© 109 609/429 5.51© 109 609/429 5.51
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