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Verfahren zum Anbringen von Streifen aus Kontaktwerkstoff an einem
Widerstandskörper Zum Kontaktieren von dünnen Halbleiterplättchen werden verschiedene
Verfahren, z. B. auch elektrolytische Auftragung, angewendet. Hierbei ergeben sich
vor allem Schwierigkeiten wegen der Kleinheit der Plättchen. Das Aufbringen der
Kontaktorgane auf die Plättchen ist sehr zeitraubend.
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Bei einem bekannten Verfahren zum Kontaktieren von Widerstandskörpern
wird die Oberseite und Unterseite einer größeren Platte oder eines Stabes auf galvanischem
Wege zur Gänze mit einem Kontaktbelag versehen. Sodann werden von der Widerstandsplatte
bzw. dem Stab einzelne Plättchen durch Zertrennen in Längs- und Querrichtung erzeugt.
Die auf diese Weise erhaltenen Widerstandsplättchen sind in ihrer geometrischen
Form bzw. ihren elektrischen Eigenschaften nicht gleich. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten
beim Abtrennen der Plättchen, da die galvanisch aufgebrachten Kontaktwerkstoffe,
auf die nachträglich noch Kontaktstreifen aufgelötet werden, keine unter allen Umständen
sichere mechanische Verbindung zwischen Kontaktstreifen und Halbleiterkörper gewährleisten.
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Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung des Verfahrens
zum Anbringen von Streifen aus Kontaktwerkstoff an zwei gegenüberliegenden Längsseiten
eines stabförmigen Widerstandskörpers, von dem hierauf quer zu seiner Erstreckungsrichtung
Plättrahen abgetrennt werden. Sie ist bei allen schmelzbaren Widerstandskörpern,
insbesondere bei solchen zur Herstellung von Hallgeneratoren, anwendbar.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Widerstandskörper mit aufgelegten Streifen in eine Haltevorrichtung nach Art einer
geteilten Form gelegt wird, die durch ihr Eigengewicht die Streifen an den Widerstandskörper
andrückt, und daß die gefüllte Haltevorrichtung hierauf erhitzt wird, bis Verschmelzung
zwischen den Streifen und dem Widerstandskörper eintritt.
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Die nach diesem Verfahren hergestellten Widerstandsplättchen haben
geometrisch und elektrisch übereinstimmende Eigenschaften. Dies ist für die Austauschbarkeit
von Widerstandskörpern, die als magnetfeldabhängige Widerstände, insbesondere als
Hallgeneratoren verwendet werden, von besonderer Bedeutung.
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Es ist zwar an sich bekannt, in fertige Halbleiterplättchen Stromzuführungen
sperrfrei einzulegieren. Diese Herstellungsart erfordert jedoch einen relativ hohen
Aufwand, da die Kontaktierung an jedem Plättchen einzeln vorgenommen werden muß.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung dagegen wird eine große Anzahl von Widerstandsplättchen
in einem einzigen Arbeitsgang kontaktiert.
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Mit der verwendeten Haltevorrichtung können die Kontakte am Widerstandskörper
mit großer Genauigkeit an bestimmten Stellen angebracht werden. Bei der Herstellung
von Hallspannungserzeugem läßt sich dadurch die Nullkomponente der Hallspannung
besonders klein halten.
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In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen von nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Widerstandskörpern sowie von Anordnungen
zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht eines Widerstandskörpers in Stabform, Fig. 2 einen stabförmigen Widerstandskörper,
auf dem vier Kontaktstreifen angeordnet sind, Fig. 3 den in Fig. 2 dargestellten
Gegenstand mit gestrichelten Linien, entlang der Widerstandsplättchen abgetrennt
werden; Fig.4 zeigt ein abgetrenntes Widerstandsplättchen; in Fig.5 sind an das
Widerstandsplättchen nach Fig. 4 Anschlußleitungen angelötet;
Fig.
6 zeigt einen Querschnitt einer Haltevorrichtung mit darin angeordnetem stabförmigem
Widerstandskörper und Kontaktstreifen, Fig. 7 den unteren Teil der nach Art einer
zweiteiligen Form ausgebildeten Haltevorrichtung nach Fig. 6 in perspektivischer
Ansicht, Fig.8 eine andere Haltevorrichtung in perspektivischer Darstellung und
schließlich Fig. 9 den in Fig. 8 dargestellten Gegenstand mit einem Widerstandskörper
und Kontakten im Querschnitt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auf einen stabförmigen
Widerstandskörper 10 an zwei gegenüberliegenden Längsseiten Streifen
14, 12
aus einem Kontaktwerkstoff aufgelegt und gehaltert. Sodann wird der
Widerstandskörper 10 mit den Kontaktstreifen 12, 14 erhitzt, bis Verschmelzung
an den Berührungsstellen eintritt. Hierauf werden quer zur Erstreckungsriohtung
des stabförmigen Widerstandskörpers Plättchen 110 abgetrennt. Das Haltern
der Kontaktstreifen auf dem stabförmigen Körper erfolgt durch eine nach Art einer
mehrteiligen Form ausgebildete Haltevorrichtung 130 bzw. 136, welche die Kontaktstreifen
212, 214, 216, 218 bzw. 312,
314, 316, 318 an den Widerstandskörper
210 bzw. 310 andrückt.
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In Fig. 1 ist ein stabförmiger Widerstandskörper dargestellt. Er besitzt
rechteckförmigen Querschnitt und besteht vorteilhaft aus einem halbleitenden Material,
beispielsweise aus einem Stoff der Gruppe Silizium und Germanium, aus einer Verbindung
von Stoffen der Gruppe IH und V, wie Indiumarsenid, Indiumantimonid oder Indiumantimonid-Indiumphosphid
In Fig. 2 ist ein stabförmiger Körper 10 aus einem halbleitenden Material mit an
den vier Seiten angebrachten Kontaktstreifen dargestellt. Die Kontaktstreifen
12 und 14, die an gegenüberliegenden Flächen des Widerstandskörpers
10 angeordnet sind, bedecken jeweils die ganze Fläche. Die an beiden Seitenflächen
angeordneten elektrischen Kontaktstreifen 16 und 18 sind in der Mitte angebracht
und erstrecken sich über die ganze Länge des Körpers 10. Die elektrischen Kontaktstreifen
12, 14, 16 und 18 können aus irgendeinem geeigneten elektrisch leitenden
Metall, z. B. aus Gold, Silber, Zinn, Blei und Mischungen aus zwei oder mehreren
dieser Stoffe, z. B. Silber-Zinn-, Süber-Blei- und Gold-Silber-Zinn-Legierungen,
bestehen.
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Nach dem Aufschmelzen der elektrischen Kontaktstreifen auf den Körper
10 wird dieser, wie in der Fig. 3 dargestellt, in eine Anzahl von im wesentlichen
gleichen Segmenten abgeteilt und beispielsweise entlang der Linien 20 abgetrennt.
Auf diese Weise erhält man pro Zentimeter Länge des Körpers acht bis zwanzig Plättchen
oder Scheiben.
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In Fig.4 ist eine von dem stabförmigen Körper nach Fig.3 abgetrennte
Scheibe aus halbleitendem Material dargestellt. Die Halbleiterscheibe
110 ist mit elektrischen Kontaktorganen 112 und 114, welche die untere und
obere Seitenfläche der Halbleiterscheibe bedecken, sowie mit Kontaktorganen 116
und 118, die in der Mitte der beiden Seitenflächen angeordnet sind, versehen.
Die elektrischen Kontaktorgane 112, 114, 116 und 118 erstrecken sich
über die ganze Tiefe des Plättchens.
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In Fig. 5 ist das in Fig. 4 dargestellte Plättchen gezeigt, an dessen
Kontaktorganen 112, 114, 116 und 118 elektrische Zuführungsleitungen
122, 124, 126
und 128 angebracht sind. Die elektrischen Zuführungsleitungen
können durch Löten oder durch Zusammenbringen der durch Erhitzen weich gemachten
Kontaktorgane und der Zuführungsleitungen aufgebracht werden.
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In den Fig. 6 und 7 ist die Haltevorrichtung zum Anbringen der Kontaktorgane
auf einem stabförmigen Körper dargestellt. Die Haltevorrichtung, die aus Graphit
oder einem anderen inerben Material bestehen kann, besitzt einen Grundkörpet 132,
der in Fig. 7 in perspektivischer Ansicht dargesfist, sowie einen gleichen Deckkörper
134. Grund- und Deckkörper besitzen je eine Aussparung. Die Aussparungen
des Deckkörpers und des Grundkörpers entsprechen einander und überdecken sich; wenn
Deck- und Grundkörper vereint sind Die Wände 131 und 133 der Aussparung besitzen
in Fig. 6 eine Neigung von beispielsweise 45° gegen die Horizontale. Über die Mitte
der Wand 133 zieht sich eine Vertiefung 135 mit rechteckförmigem Querschnitt.
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Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird ein stabförmiger
Körper aus einem Halbleitermaterial 210 in der Aussparung des Grundkörpers 132 der
Haltevorrichtung angeordnet. Ein elektrischer Kontaktstreifen 214 ist an
einer Längsseite des Körpers 210 angeordnet. Der Streifen 214
erstreckt sich
über die ganze Fläche und berührt diese. Ein wesentlich schmalerer elektrischer
Kontaktstreifen 216, der eine Seite des Halbleiterkörpers 210 berührt,
ist in der Vertiefung 135 der Wand 133
innerhalb der Vertiefung der
Haltevorrichtung des Grundkörpers angeordnet. Ein elektrischer Kontaktstreifen
212, der sich über die gesamte Fläche erstreckt, liegt an dem stabförmigen
Körper gegenüber dem Streifen 214 an. Ein relativ schmaler Streifen aus elektrischem
Kontaktmaterial 218 ist in der Vertiefung 139 der Wand 137 des Deckkörpers
134 angeordnet. Er liegt der den Kontakt 216 tragenden Fläche gegenüber.
Der Deckkörper 134 der Haltevorrichtung ist so ausgebildet, daß die Kontaktstreifen
212 und 218 ihre vorherbestimmte Lage beibehalten. Das Gewicht des
Deckkörpers der Haltevorrichtung und das Gewicht des Halbleiterkörpers selbst reichen
aus, um einen genügenden Druck zwischen dem Halbleiterkörper und den Streifen zu
erzeugen, und so die Verschmelzung der Körper sicherzustellen. Es wurde gefunden,
daß hierbei ein Druck von etwa 3 bis 78 g/cm2 ausreicht.
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Die gefüllte Einspannvorrichtung 130 wird dann in einen Ofen
gegeben und auf Temperaturen erhitzt, die ein Anschmelzen der Kontaktstreifen 212,
214, 216 und 218 auf die entsprechenden Seiten des Halbleiterkörpers 210 bewirken.
Die Temperatur, bei der der Anschmelzvorgang vorgenommen wird, hängt von dem verwendeten
Material der Kontaktstreifen ab. Bei Verwendung von Zinn als Kontaktmaterial konnte
bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 600° C günstiges Anschmelzen erreicht werden.
Bei Verwendung einer Legierung mit 60% Zinn und 401% Blei lag die Anschmelztemperatur
bei 300 bis 500° C. Für Kontaktstreifen aus einer Legierung mit 99 % Gold und 1%
Antimon konnten bei Temperaturen von 500 bis 800° befriedigende Ergebnisse erzielt
werden. Zur Verhinderung einer Oxydation ist im Ofen zweckmäßig eine Sehutzgasatmosphäre,
beispielsweise Argon, mit dem sich gute Ergebnisse erzielen lassen, vorgesehen.
Nach
dem Anschmelzen und Auskühlen des Halbleiterkörpers und den daran befestigten Kontakten
wird dieser von der Haltevorrichtung entfernt und in eine Vielzahl von gleichen
Scheiben zerschnitten, wie dies in Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Sodann werden elektrische
Zuführungsleitungen in der vorbesohriebenen Weise angebracht.
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In den Fig. 8 und 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine
Haltevorrichtung 136 dargestellt. Die Haltevorrichtung 136, die aus einem
inerten Material, beispielsweise Graphit, besteht, besitzt einen Grundkörper 138,
in dem eine Aussparung 139 vorgesehen ist. Die Wände 141 und 142 der Ausnehmung
haben Vertiefungen 143 und 144. Die Aussparung 139 dient zur
Aufnahme eines stabförmigen Halbleiterkörpers und der elektrischen Kontaktstreifen.
In Fig. 9 ist eine Haltevorrichtung 136 dargestellt, in deren Aussparung
139 ein stabförmiger Halbleiterkörper 310 angeordnet ist. Elektrische Kontaktstreifen
312 und 314 sind an der Ober- und Unterseite des stabförmigen Körpers
310 angeordnet. Die Kontakte 312 und 314 erstrecken sich über
die gesamte obere und untere Fläche. Ein zweites Paar Streifenkontakte 316 und 318
ist in Vertiefungen 143 und 144 entlang der seitlichen Flächen
139 und 142 des Grundkörpers 138 der Haltevorrichtung angebracht.
Nachdem der stabförmige Halbleiterkörper 310 und die zugehörigen Kontakte
in die Haltevorrichtung eingebracht sind, wird die Haltevorrichtung durch einen
Deckkörper 140 abgeschlossen. Die Haltevorrichtung wird dann in einen Ofen
gegeben und auf eine Temperatur erhitzt, die ein Anschmelzen des elektrischen Kontaktmaterials
312, 314, 316
und 318 auf den Halbleiterkörper 310 bewirkt. Nach dem Anschmelzen
wird der stabförmige Körper 310
mit den daran befestigten Kontakten aus der
Haltevorrichtung genommen und, wie oben beschrieben, in gleiche Scheiben zerteilt.
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Im folgenden sind praktische Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Beispiel I Ein stabförmiger Körper aus Indiumarsenid mit den Maßen
von etwa 69X 0,3 X 5,1 cm wurde in eine Graphithaltevorrichtung, wie sie in den
Fig. 6 und 7 dargestellt ist, eingebracht.
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An den vier Seiten des Körpers wurden, wie dies in Fig.6 dargestellt
ist, Kontaktstreifen aus 60 Gewichtsprozent Zinn und 40 Gewichtsprozent Blei angeordnet.
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Die Anordnung wurde unter Beibehaltung einer Temperatur von etwa 400°
C einige Minuten hindurch erhitzt, wobei die Zinn-Blei-Legierung an die entsprechenden
Körper anschmolz. Während des Anschmelzvorganges wurde ein Druck von etwa 31 g/cm2
Kontaktfläche aufrechterhalten.
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Nach dem Auskühlen wurde der Indium-Arsenid-Körper mit den daran befestigten
Zinn-Blei-Kontakten aus der Haltevorrichtung herausgenommen und in Scheiben von
0,051 cm Dicke zertrennt.
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Die Indium-Arsenid-Scheiben mit den Zinn-Blei-Kontakten wurden mit
Anschlußleitungen versehen und sind als Hallgeneratoren verwendbar. Beispiel 1I
Das Verfahren nach dem Beispiel I wurde wiederholt, um Kontakte aus 99 Gewichtsprozent
Gold und 1 Gewichtsprozent Antimon auf einem stabförmigen Siliziumkörper anzubringen.
Der Anschmelzvorgang wurde bei 600° C und mit einem Kontaktdruck von 15,5 g/cm2
vorgenommen. Der Siliziumkörper wurde in Scheiben von 0,033 cm Dicke abgetrennt
und dann mit Aluminiumoxyd geläppt bis auf eine Dicke von 0,01 cm. Die auf diese
Weise hergestellten Plättchen ergeben gute Hallgeneratoren.
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Beispiel III Das Verfahren nach BeispielI wurde wiederholt, um auf
einem stabförmigen Germaniumkörper reine Zinnkontaktorgane anzubringen. Der Anschmelzvorgang
wurde bei einer Temperatur von 500° C und einem Kontaktdruck von 7,75 g/cm2 durchgeführt.
Der kontaktierte Germaniumkörper wurde dann in Scheiben von 0,039 cm Dicke zerteilt,
diese dann mit feinem Siliziumkarbid bis auf eine Dicke von 0,015 cm geläppt. Die
auf diese Weise hergestellten Scheiben wurden mit Anschlußdrähten versehen und ergaben
ausgezeichnete Hallgeneratoren.
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Das beschriebene Verfahren ist in gleicher Weise zur Herstellung von
Kontakten auf Halbleiterkörpern verwendbar, bei denen der magnetische Widerstandseffekt
oder der Ettinghausen-Effekt ausgenutzt ist.