DE1131324B - Legierungsverfahren zur Herstellung von Gleichrichtern und Transistoren - Google Patents
Legierungsverfahren zur Herstellung von Gleichrichtern und TransistorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Legierungsverfahren zur Herstellung von Gleichrichtern und Transistoren, bei
welchem dem Legierungsmaterial ein eine erhöhte Rekombination der Ladungsträger bewirkendes Element
zugesetzt wird.
Bei aus Germanium aufgebauten Halbleiteranordnungen wurde die Lebensdauer der Minoritätsträger
durch Einführung von bestimmten chemischen Verunreinigungen in das Germanium verringert. Die zur
Erhöhung der Rekombinationsgeschwindigkeit der Träger wirksamste Verunreinigung stellt nach dem
jetzigen Stand der Kenntnisse Nickel dar.
Ein Verfahren, um kleine Mengen einer Verunreinigung in das Germanium einzubringen, besteht darin,
diesen Zusatz direkt der Schmelze zuzusetzen, aus der sich der Germanium-Kristall bilden soll. Ferner ist
bereits ein Verfahren zur beliebigen Verringerung des Sperrwiderstandes einer Legierungselektrode vorgeschlagen,
bed dem die Legierungselektrode aus einem mit dem aus Germanium, Silizium oder anderen
Halbleitern bestehenden Halbleiterkörper legierenden Grundmaterial hergestellt und ihr ein Element
bestimmter Wirkungsweise in bestimmter Dosierung zugesetzt wird. Das Zusatzelement wird hierbei der
Schmelze des Legierungsmaterials zugesetzt. Nach einer weiteren bekannten Methode wird die Verunreinigung
in engen Kontakt mit der Germanium-Oberfläche gebracht, etwa durch galvanische Aufbringung
einer dünnen Schicht; anschließend wird dieses Zweistoffsystem bei solcher Temperatur und
in solchem Zeitraum getempert, daß der Zusatzstoff in das Germanium diffundiert. Diese bekanntgewordenen
Verfahren können keine befriedigenden Resultate geben, insbesondere dann nicht, wenn es sich
bei dem Zusatzstoff um Nickel handelt, da die erforderliche genaue Dosierung des Zusatzes nicht erreicht
werden kann, so daß sich auch bei diesen bekannten Verfahren unerwünschte Nebeneffekte
ergeben. So kann sich beispielsweise bei einer Diode der Widerstand in der Durchlaßrichtung verstärkt
oder in der Sperrichtung verringert werden, was sich als erheblicher technischer Nachteil darstellt. Das
erfindungsgemäße Verfahren vermeidet diese nachteiligen, auf Grund ungenauer Dosierung des Zusatzes
sich ergebenden Nebeneffekte, da es eine genaue Dosierung in der Zugabe des Zusatzmittels ermöglicht.
Das Legierungsverfahren eignet sich vor allem für die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit
einer hohen Grenzfrequenz.
Das erfindungsgemäße Legierungsverfahren besteht darin, daß das Legierungsmaterial mit einem Überzug
des Zusatzelementes versehen und dann von dem Legierungsverfahren
zur Herstellung von Gleichrichtern
und Transistoren
Anmelder:
Postal Administration of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland
represented by
Her Majesty's Postmaster General, London
Her Majesty's Postmaster General, London
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm, Westfalendamm 10
Schwelm, Westfalendamm 10
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Februar 1956 (Nr. 5706)
Großbritannien vom 23. Februar 1956 (Nr. 5706)
John Isaac Carasso und Eric Alfred Speight,
London,
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
einzulegierenden Material ein angemessenes Stück abgeschnitten und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre
zwecks Bildung einer Kugel erhitzt wird und daß die Kugel anschließend auf den Halbleiter aufgebracht
und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 600 bis 850° C erhitzt wird.
Bei Germanium als Halbleitermaterial und Indium als Legierungssubstanz ist Nickel für den genannten
Zweck brauchbar. Das Indium wird zweckmäßig z. B. in Form einer flachen Scheibe mit Nickel elektroplattiert,
wobei die Dicke der Nickelschicht 0,1 bis 1,0 % der Dicke der Indiumschicht beträgt; der
in Kugelform übergeführte Abschnitt wird in Berührung mit dem; Germanium ,in einer Wasserstoffatmosphäre
1 bis 15 Minuten lang erhitzt und dann schnell auf Raumtemperatur abgekühlt. Bei diesem
Verfahren diffundiert in das z. B. η-leitende Stück Germanium eine ausreichende Menge des Nickels
aus dem nickelhaltigen Indium ein. Danach besteht die Anordnung aus einem Stück Germanium, dessen
η-leitender Grundkörper zumindest in unmittelbarer Nähe der p-leitenden Rekristallisationszone von
Nickel-Atomen durchsetzt ist. Der Halbleiterkörper wird anschließend an der Gegenseite mit einem nicht
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gleichrichtenden Anschluß dadurch versehen, daß er
mit einem auf diese Seite aufgebrachten Stückchen Lot und eine Elektrode erhitzt wird, wobei die Temperatur
unter der bei der ersten Temperung erreichten bleibt.
Zweckmäßig wird für das erfindungsgemäße Legierungsverfahren
das mit dem Überzug zu versehende Legierungsmaterial in Form eines Stabes oder
Drahtes verwendet. Solche Indiumdrähte können von 25 bis 100 Mikron Durchmesser haben. Die Drähte
werden mit organischen Lösungsmitteln entfettet durch kurzzeitiges Eintauchen in eine Lösung von
gleichen Teilen konzentrierter Salpeter- und Salzsäure, gebeizt, gewaschen und mit einem dünnen Nickelüberzug
versehen, dessen Dicke 0,1 bis 1 % des Drahtdurchmessers beträgt. Dieser Überzug wird
nach den üblichen Methoden aufgebracht. Der nikkelplattierte Indiumdraht wird sodann in Stücke gewünschten
Gewichts (für die meisten Anwendungen in der Schwachstrom-Technik 0,1 bis 10 mg) zerschnitten,
die durch Erhitzen auf 850° C in einer reinen Wasserstoff-Atmosphäre in Kugelform übergeführt
werden. Eine solche Indium-Nickel-Kugel wird auf ein Stück Germanium aufgebracht und auf die
gewünschte Temperatur zwischen 600 und 850° C je nach dem Widerstand des Germaniums und der gewünschten
Lebensdauer der Träger erhitzt. Nach 1 bis 15 Minuten wird die Anordnung dann schnell
auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Gegenseite des Germaniumkörpers erhält dann einen nicht gleichrichtenden
metallischen Kontakt durch Aufbringen eines Antimon-Lots in Form eines Drahtes mit einem
Durchmesser von 25 bis 50 Mikron.
Mit dem Lot wird ein Draht oder eine Scheibe aus Nickel oder Kovar ausgelötet. Die beiden Elektroden
werden dann in bekannter Weise mit Zuführungen versehen, und anschließend wird das ganze Bauelement
durch chemische oder elektrolytische Behandlung mit einem Außenschutz umgeben.
Eine Anzahl Halbleiter-Dioden, die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung bei 740° C behandelt
wurden und bei denen Germanium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 2 Ohm cm zum Einsatz
gelangte, zeigte einen durchschnittlichen Sättigungsstrom von 3 Mikroampere, während andere
Dioden, die bei 600° C nach den bisher bekannten Methoden legiert wurden, einen durchschnittlichen
Sättigungsstrom von nur 0,3 Mikroampere aufwiesen. Da der spezifische Widerstand des Materials durch
die Behandlung nicht wesentlich geändert wird, ist offensichtlich, daß eine beträchtliche Herabsetzung
der Lebensdauer der Minoritätsträger bei den Elementen der bei 740° C legierten Partie gegenüber
denen der anderen Gruppe stattgefunden hatte. Diese Reduktion scheint etwa zwei Größenordnungen zu
betragen, soweit sich auf diese sehr kleinen Lebensdauern die Theorie von W. Shockley (Bell System
Technical Journal, 88, 1949, S. 101) quantitativ anwenden läßt.
Claims (3)
1. Legierungsverfahren zur Herstellung von
Gleichrichtern und Transistoren, bei welchem dem Legierungsmaterial ein eine erhöhte Rekombination
der Ladungsträger bewirkendes Element zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Legierungsmaterial mit einem Überzug dieses Elementes versehen und dann von dem
einzulegierenden Material ein angemessenes Stück abgeschnitten und in einer nicht oxydierenden
Atmosphäre zwecks Bildung einer Kugel erhitzt wird und daß die Kugel anschließend auf einen
Halbleiterkörper aufgebracht und in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur
von 600 bis 850° C erhitzt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Germanium
besteht, daß Indium mit Nickel elektroplattiert wird, wobei die Dicke der Nickelschicht
0,1 bis 1% der Dicke der Indiumschicht beträgt, und daß der in Kugelform übergeführte Abschnitt
in Kontakt mit dem Germanium in einer Wasserstoffatmosphäre 1 bis 15 Minuten lang erhitzt und
danach schnell auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines mit
dem Überzug zu versehenden Legierungsmaterials in Form eines Stabes oder Drahtes.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Bell Laboratories Record«, Juli 1955, S. 260 bis 263;
»Bell Laboratories Record«, Juli 1955, S. 260 bis 263;
»Electronics«, Oktober 1953, S. 134.
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