DE1131811B - Method for non-blocking contacting of the collector of germanium transistors - Google Patents
Method for non-blocking contacting of the collector of germanium transistorsInfo
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Description
Verfahren zum sperrfreien Kontaktieren des Kollektors von Germanium-Transistoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sperrfreien Kontaktieren des Kollektors von Germanium-Transistoren mit pnp-Schichtenfolge, bei denen in einer dünnen auf dem p-leitenden Kollektorkörper aufgebrachten n-leitenden Basisschicht je eine sperrende Emitterelektrode aus p-leitendem Material und eine sperrfreie Basiselektrode aus n-leitendem Material angeordnet sind, die nach dem Kontaktieren des Kollektors mittels eines Bleches, das mit einer Aluminium- oder Aluminium-Germanium-Schicht plattiert ist, ihrerseits unter Anwendung von Druck und Wärme mit Hilfe von dünnen Golddrähten kontaktiert werden.Method for non-blocking contacting of the collector of germanium transistors The invention relates to a method for contacting the collector without blocking of germanium transistors with pnp layer sequence, where in a thin on n-conductive base layer applied to the p-conductive collector body, one blocking each Emitter electrode made of p-conductive material and a non-blocking base electrode n-conductive material are arranged, which after contacting the collector by means a sheet metal clad with an aluminum or aluminum-germanium layer is, in turn, using pressure and heat with the help of thin gold wires to be contacted.
Es sind sogenannte Mesa-Transistoren bekannt, bei denen eine Oberfläche eines halbleitenden Körpers, z. B. aus p-leitendem Germanium, mit einer dünnen n-leitenden Basisschicht versehen wird. Durch geeignete Diffusions- und Ätzbehandlung wird ein sogenannter Mesa-Berg erzeugt, der im vorliegenden Fall im wesentlichen aus der n-leitenden Basisschicht besteht. Auf der freien Oberfläche dieser Basisschicht werden je eine sperrfreie Basiselektrode und eine Emitterelektrode mit gleichrichtendem pn-übergang zur Basiszone hergestellt. Die Erzeugung dieser Elektroden ist ebenfalls bekannt. Die Basiselektrode wird z. B. durch Aufdampfen und Einlegieren von Gold-Antimon erzeugt. Für die Herstellung der Emitterelektrode kann z. B. eine dünne Schicht Aluminium aufgedampft und einlegiert werden.So-called mesa transistors are known in which a surface a semiconducting body, e.g. B. of p-type germanium, with a thin n-type Base layer is provided. A suitable diffusion and etching treatment results in a so-called mesa mountain, which in the present case essentially consists of the N-type base layer consists. On the free surface of this base layer are each a non-blocking base electrode and an emitter electrode with rectifying pn junction made to the base zone. The creation of these electrodes is also known. The base electrode is z. B. by vapor deposition and alloying of gold-antimony generated. For the production of the emitter electrode, for. B. a thin layer Aluminum can be vapor-deposited and alloyed.
Zum Anschluß der Halbleiteranordnung müssen die Elektroden sowie der Kollektorkörper sperrfrei kontaktiert werden. Zur Kontaktierung der Emitter-und Basiselektrode wird häufig das bekannte Thermo-Kompressionsverfahren angewendet. Dieses besteht im wesentlichen darin, daß ein feiner Golddraht unter Anwendung von Druck und Wärme mit der Emitter- bzw. Basiselektrode kontaktiert wird. Es werden dazu Temperaturen von 300'C angewendet. Der Kollektorkörper wird sperrfrei kontaktiert, indem man die Transistoranordnung mit der Kollektorseite auf ein Metallblech, z. B. aus einer Eisen-Nickel-Verbindung unter Zwischenschaltung einer Schicht aus einem Material, das den gleichen Leitfähigkeitstyp erzeugt wie ihn der Kollektorkörper besitzt, auflegiert. Um die relativ empfindlichen Kontakte der Emitter- und Basiszone nicht nachträglich zu zerstören, wird das Kollektorblech gewöhnlich vor der Kontaktierung dieser beiden Zonen aufgebracht.To connect the semiconductor arrangement, the electrodes and the collector body must be contacted without blocking. The known thermo-compression method is often used to make contact with the emitter and base electrodes. This essentially consists in contacting a fine gold wire with the emitter or base electrode using pressure and heat. Temperatures of 300 ° C are used for this purpose. The collector body is contacted without blocking by placing the transistor arrangement with the collector side on a metal sheet, e.g. B. from an iron-nickel compound with the interposition of a layer of a material that generates the same conductivity type as it has the collector body, alloyed. In order not to subsequently destroy the relatively sensitive contacts of the emitter and base zones, the collector plate is usually applied before contact is made between these two zones.
Als Materialien, die in Germanium p-Leitfähigkeit erzeugen, sind Bor, Aluminium, Gallium und Indium bekannt. Diese Materialien sind jedoch nicht ohne weiteres als Zwischenschicht zwischen dem Kollektorblech und dem Kollektorkörper zu verwenden. Bor scheidet von vornherein aus, da es sich mit Germanium nicht legiert. Gallium und Indium sind zwar gut geeignet und werden allgemein häufig zur Herstellung eines sperrfreien Kontaktes mit p-leitendem Germanium verwendet. Im vorliegenden Falle scheiden sie jedoch ebenfalls aus, da sie einen relativ niedrigen Schmelzpunkt haben und bei Anwendung der für die Kontaktierung der Emitter- und Basiselektroden erforderlichen Temperatur wieder flüssig werden, was zu Ausfällen der Bauelemente führt. Man hat die Schwierigkeit dadurch zu beseitigen versucht, daß man diese Stoffe einem Material zufügte, das mit Germanium eine Eutektikum-Temperatur aufweist, die über der für die Kontaktierung der Em_itter- und Basiselektrode benötigten Temperaturen liegt. Es ist bekannt, zu diesem Zweck Gold-Gallium-Legierungen oder Gold-Indium-Legierungen zu verwenden, die im wesentlichen aus Gold bestehen, denen Gallium oder Indium in geringen Mengen zugesetzt ist. Die Eutektikum-Temperatur von Gold-Germanium beträgt 350° C und liegt somit über der bei dem Thermo-Kompressionsverfahren angewendeten Temperatur.The materials that generate p-conductivity in germanium are boron, Aluminum, gallium and indium are known. However, these materials are not without further as an intermediate layer between the collector plate and the collector body to use. Boron is eliminated from the start because it does not alloy with germanium. Gallium and indium are well suited and are commonly used in manufacture a non-blocking contact with p-type germanium is used. In the present However, they are also ruled out because they have a relatively low melting point and when using the for contacting the emitter and base electrodes required temperature become liquid again, which leads to failure of the components leads. Attempts have been made to overcome the difficulty by using these substances added to a material that has a eutectic temperature with germanium that above the temperatures required for contacting the emitter and base electrodes lies. It is known to use gold-gallium alloys or gold-indium alloys for this purpose to use, which consist essentially of gold, which gallium or indium in is added in small amounts. The eutectic temperature of gold germanium is 350 ° C and is therefore higher than that used in the thermo-compression process Temperature.
Transistoranordnungen, bei denen der Kollektor unter Verwendung der obengenannten Gold-Legierungen kontaktiert wird, weisen jedoch den in den meisten Fällen unerwünschten thyratronähnlichen Effekt auf. Dieser macht sich dadurch bemerkbar, daß bei überschreiten eines bestimmten Kollektorstromes vom Kollektorkontakt aus Träger injiziert werden. Bei Transistoranordnungen mit einem hohei,. x-Wert nahe 1 bewirkt die zusätzliche Injektion das scheinbare Ansteigen des a-Wertes über 1, bei dem ein Durchbruch des Transistors erfolgt.Transistor arrangements in which the collector is made using the Above mentioned gold alloys are contacted, however, show the in most Cases of undesirable thyratrone-like effects. This is noticeable by that when a certain collector current is exceeded from the collector contact Carrier to be injected. In transistor arrangements with a high i ,. x value close 1, the additional injection does that apparent increase in a value above 1, at which the transistor breaks down.
Verursacht wird diese Erscheinung vermutlich dadurch, daß sich an der dem Kollektorblech benachbarten Oberfläche des Kollektors nicht, wie erwünscht, eine stark p-dotierte (p++) Schicht ausbildet, sondern eine Schichtenfolge mit unterschiedlicher p-Dotierung. Die Verhältnisse sind in Fig. 1 dargestellt, wo 1 einen Teil des Kollektorkörpers aus pleitendem Germanium darstellt, 2 eine Schicht, in der im wesentlichen Gold-Verunreinigungen vorhanden sind und die daher nur schwach p-dotiert (p-) ist und schließlich unmittelbar am Kollektorblech eine p+-Schicht mit Gold-Gallium-Verunreinigungen. Die übrigen Teile der Transistor-Anordnung sind in Fig. 1 nicht dargestellt.This phenomenon is probably caused by the fact that an the surface of the collector adjacent to the collector plate is not as desired, a heavily p-doped (p ++) layer forms, but a layer sequence with different p-doping. The relationships are shown in Fig. 1, where 1 is part of the collector body of p-type germanium, 2 represents a layer in which essentially gold impurities are present and which is therefore only weakly p-doped (p-) and ultimately immediately a p + layer with gold-gallium impurities on the collector plate. The remaining Parts of the transistor arrangement are not shown in FIG. 1.
Man hat auch bereits einer Gold-Indium- bzw. Gold-Gallium-Legierung geringe Spuren von Kupfer zugesetzt. Der thyrathronähnliche Effekt kann damit zwar verringert, jedoch nicht beseitigt werden.You also already have a gold-indium or gold-gallium alloy small traces of copper added. The thyrathron-like effect can with it reduced but not eliminated.
Es verbleibt noch die Möglichkeit, Aluminium als Zwischenschicht zwischen dem Kollektorblech und dem Kollektorkörper zu verwenden. Die Eutektikum-Temperatur von Aluminium-Germanium beträgt 426° C. Aus Temperaturgründen würde demnach der Verwendung von Aluminium nichts im Wege stehen. Andererseits ist es aber in der Halbleitertechnik allgemein bekannt, daß es wegen der starken Oxydhaut, mit der die Aluminiumoberfläche überzogen ist, außerordentlich schwer ist, Aluminium zu legieren. Um eine einigermaßen brauchbare Legierung zu erreichen, ist es erforderlich, sehr hohe Temperaturen anzuwenden, in einer stark reduzierenden Atmosphäre zu arbeiten und gegebenenfalls während des Legierens Vibrationsbewegungen auszuführen. Im vorliegenden Falle kommt noch als weiteres Hindernis hinzu, daß in den meisten Fällen die Emitterelektrode aus einer Aluminiumschicht besteht. Diese wird bei dem Auflegieren des Kollektorbleches mit einer Aluminiumschicht und den dazu erforderlichen Temperaturen leicht ebenfalls verändert und damit die gesamte Transistoranordnung unbrauchbar. Weiterhin ist bei dem vorliegenden speziellen Problem störend, daß sich Germanium in Aluminium sehr stark löst. Es ist somit wegen der zusätzlichen Anwendung von Vibrierbewegungen und der hohen Temperatur, die benötigt wird, außerordentlich schwierig, die Legierungstiefe zu kontrollieren. Wegen der sehr kleinen Abmessungen der bekannten Mesa-Transistoren, bei denen der Kollektor eine Dicke von etwa 50 Et aufweist, besteht somit die Gefahr des Durchlegierens. Andererseits soll der Kollektor nur mit dem Kollektorblech kontaktiert werden, wozu ein Anlegieren ausreicht.There still remains the option of aluminum as an intermediate layer between the collector plate and the collector body. The eutectic temperature of aluminum-germanium is 426 ° C. For temperature reasons, the Use of aluminum nothing stands in the way. On the other hand, it is in the Semiconductor technology generally known that it is because of the thick oxide skin with which the aluminum surface is coated, aluminum is extremely difficult to achieve alloy. In order to achieve a reasonably usable alloy it is necessary to to use very high temperatures, to work in a strongly reducing atmosphere and, if necessary, carry out vibratory movements during alloying. In the present Another obstacle is that in most cases the emitter electrode consists of an aluminum layer. This is when the collector plate is alloyed with an aluminum layer and the temperatures required for it easily as well changed and thus the entire transistor arrangement unusable. Furthermore is at disturbing the present special problem that germanium is very much in aluminum strong solves. It is thus because of the additional application of vibratory movements and the high temperature that is required, the alloy depth is extremely difficult to control. Because of the very small dimensions of the known mesa transistors, If the collector has a thickness of about 50 Et, there is therefore a risk of breaking through. On the other hand, the collector should only make contact with the collector plate be, for which an alloying is sufficient.
Das vorliegende Verfahren vermeidet die Nachteile der bekannten Verfahren und gibt eine Möglichkeit, das Kollektorblech mit dem Kallektorkörper eines Transistors so zu kontaktieren, daß der Thy_ratroneffekt vermieden wird und das Kollektorblech nur anlegiert wird. Erfindungsgemäß wird bei dem eingangs genannten Verfahren ein plattiertes Kollektorblech auf eine Temperatur kurz oberhalb der eutektischen Temperatur von Germanium-Alummium erhitzt, das Kollektorblech bei Ereichen dieser Temperatur einer starken Abkühlung ausgesetzt und gleichzeitig mit Beginn der Kühlung die Transistoranordnung mit ihrem Kollektorkörper auf die plattierte Oberfläche des Kollektorbleches aufgesetzt. Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The present method avoids the disadvantages of the known methods and there is a possibility, the collector plate with the Kallektorkkörper a transistor to contact so that the Thy_ratrone effect is avoided and the collector plate is only alloyed. According to the invention, in the method mentioned at the outset, a Clad collector plate to a temperature just above the eutectic temperature heated by germanium-aluminum, the collector plate when this temperature is reached exposed to a strong cooling and at the same time with the beginning of the cooling the transistor arrangement placed with its collector body on the plated surface of the collector plate. In the following the invention will be described with reference to an embodiment shown in the drawing explained in more detail.
Fig. 2 stellt den Aufbau eines sogenannten Mesa-Transistors mit Kollektorblech im Querschnitt dar. und Fig. 3 zeigt die Temperaturkurve bei der Durchführung des Verfahrens.Fig. 2 shows the structure of a so-called mesa transistor with collector plate in cross section. and Fig. 3 shows the temperature curve when carrying out the Procedure.
In Fig. 2 stellt 4 den Kollektorkörper dar, der im vorliegenden Falle aus p-leitendem Germanium besteht. 5 zeigt den im wesentlichen aus der eindiffundierten, n-leitenden Basiszone bestehenden herausgeätzten Mesa-Berg. In die Basiszone ist eine Emitter-Elektrode 6 eingebracht, die z. B. in bekannter Weise durch Aufdampfen einer sehr dünnen Aluminiumschicht von etwa 0,2 @u und anschließendes Einlegieren hergestellt werden kann. 7 stellt die Basiselektrode dar, die durch Aufdampfen und Anlegieren von Gold-Antimon hergestellt wird. Das Kollektorblech 9 besteht zweckmäßig aus einer Eisen-Nickel-Verbindung. Die eine Oberfläche des Kollektorbleches ist mit einer Aluminium- oder Aluminium-Germanium-Schicht 8 plattiert.In Fig. 2, 4 represents the collector body, which in the present case consists of p-type germanium. 5 shows the essentially diffused from the n-type base zone existing etched mesa mountain. In the base zone is introduced an emitter electrode 6, the z. B. in a known manner by vapor deposition a very thin aluminum layer of about 0.2 @u and subsequent alloying can be produced. 7 shows the base electrode formed by vapor deposition and Alloying of gold-antimony is produced. The collector plate 9 is expedient made of an iron-nickel compound. One surface of the collector plate is plated with an aluminum or aluminum-germanium layer 8.
Zur Erläuterung des Kontaktierungsverfahrens dient Fig. 3. Sie stellt ein Temperatur-Zeit-Diagramm dar, das in drei Abschnitte I, II, III eingeteilt ist. Das aluminiumplattierte Kollektorblech 9 wird auf einer Temperatur etwas oberhalb der Aluminium-Germanium-Eutektikum-Temperatur erhitzt. Es durchläuft dabei Abschnitt I der Temperaturkurve bis zu einer Temperatur von etwa 450° C. Nach Erreichen dieser Temperatur wird das Kollektorblech stark abgekühlt. Gleichzeitig mit Einsetzen der Abkühlung wird die Transistoranordnung mit ihrer Kollektorseite 4 auf die aluminiumplattierte Seite 8 des Kollektorbleches 9 aufgesetzt. Das Aufsetzen muß während der Zeit geschehen, in der die Temperaturkurve den Abschnitt 1I durchläuft. Dieser Zeitabschnitt liegt im Bereich der Legierungstemperatur. Er wird sehr schnell durchlaufen, so daß automatisch durch die Kühlung erreicht wird, daß der Legierungsvorgang beendet ist, sobald die Temperaturkurve im Bereich des Abschnitts III verläuft. Man erreicht damit, daß nur sehr kurzzeitig anlegiert wird. Es ist leicht möglich, an Hand von Versuchen die Gipfeltemperatur, bei der die Kühlung einsetzt und die Stärke der Kühlung so festzulegen, daß die Gefahr des Durchlegierens beseitigt wird. Um eine möglichst gleichmäßige Legierung zu erhalten, läßt man das Kollektorblech beim Aufsetzen der Transistoranordnung zweckmäßig vibrieren.FIG. 3 serves to explain the contacting method represents a temperature-time diagram, which is divided into three sections I, II, III. The aluminum-plated collector plate 9 is at a temperature slightly above heated to the aluminum-germanium eutectic temperature. It goes through this section I the temperature curve up to a temperature of about 450 ° C. After reaching this Temperature, the collector plate is greatly cooled. Simultaneously with the onset of The transistor arrangement is cooled with its collector side 4 on the aluminum-plated Side 8 of the collector plate 9 put on. The touchdown must happen during the time in which the temperature curve runs through section 1I. This time period lies in the range of the alloy temperature. It runs through very quickly, so that it is automatic is achieved by the cooling that the alloying process is ended as soon as the Temperature curve runs in the area of section III. One achieves that is only alloyed for a very short time. It is easily possible on the basis of experiments the peak temperature at which the cooling starts and the strength of the cooling so stipulate that the risk of breakdown is eliminated. To get one as possible To obtain a uniform alloy, the collector plate is left when the Vibrate transistor assembly expedient.
Zum Erhitzen des Kollektorbleches kann dieses auf eine elektrisch geheizte Platte oder eine sonstige ähnliche Vorrichtung gelegt werden, die beim Aufbringen der Halbleiteranordnung gleichzeitig als feste Unterlage dient.To heat the collector plate, this can be electrically heated plate or other similar device are placed, the Applying the semiconductor arrangement also serves as a solid base.
Es ist zweckmäßig, das Erhitzen des Kollektorbleches in einem Schutzgas, z. B. aus Stickstoff, durchzuführen. Das Kollektorblech kann z. B. in einen senkrecht von unten nach oben verlaufenden Gasstrom geringer Geschwindigkeit gebracht werden. Es ergibt sich dabei die Möglichkeit, gleichzeitig das Schutzgas zur Kühlung auszunutzen, indem man die Geschwindigkeit des Schutzgasstromes von dem Zeitpunkt an, bei dem die Kühlung erwünscht wird, vergrößert. Das Einschalten der Kühlung kann man automatisch mit dem Ereichen der Gipfeltemperatur koppeln. Zu diesem Zweck ist es z. B. möglich, ein die Temperatur anzeigendes Meßinstrument so einzurichten, daß es beim Anzeigen der gewünschten Gipfeltemperatur automatisch ein Gebläse einschaltet, das die Geschwindigkeit des Schutzgasstromes erhöht.It is advisable to heat the collector plate in a protective gas, z. B. from nitrogen to perform. The collector plate can, for. B. in a vertical be brought from the bottom to the top running gas flow low speed. It is possible to use the protective gas for cooling at the same time, by the speed of the protective gas flow from the point in time at which the cooling is desired is increased. The cooling can be switched on automatically couple with reaching the peak temperature. For this purpose it is z. B. possible a to set up the temperature-indicating measuring instrument so that it automatically switches on a fan when the desired peak temperature is displayed, which increases the speed of the protective gas flow.
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ID=7200129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEJ19930A Pending DE1131811B (en) | 1961-05-17 | 1961-05-17 | Method for non-blocking contacting of the collector of germanium transistors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1131811B (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1238104B (en) * | 1963-06-19 | 1967-04-06 | Siemens Ag | Germanium transistor, in particular mesa transistor, with a collector electrode made of an iron-cobalt-nickel alloy |
| DE1245500B (en) * | 1962-09-15 | 1967-07-27 | Telefunken Patent | Method for non-blocking contacting of a semiconductor body |
| DE1297237B (en) * | 1964-09-18 | 1969-06-12 | Itt Ind Gmbh Deutsche | Surface transistor and process for its manufacture |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2916604A (en) * | 1957-09-20 | 1959-12-08 | Philco Corp | Fabrication of electrical units |
| FR1226492A (en) * | 1958-02-03 | 1960-07-13 | Western Electric Co | Alloy formed conductive bond semiconductors |
-
1961
- 1961-05-17 DE DEJ19930A patent/DE1131811B/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2916604A (en) * | 1957-09-20 | 1959-12-08 | Philco Corp | Fabrication of electrical units |
| FR1226492A (en) * | 1958-02-03 | 1960-07-13 | Western Electric Co | Alloy formed conductive bond semiconductors |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1245500B (en) * | 1962-09-15 | 1967-07-27 | Telefunken Patent | Method for non-blocking contacting of a semiconductor body |
| DE1238104B (en) * | 1963-06-19 | 1967-04-06 | Siemens Ag | Germanium transistor, in particular mesa transistor, with a collector electrode made of an iron-cobalt-nickel alloy |
| DE1297237B (en) * | 1964-09-18 | 1969-06-12 | Itt Ind Gmbh Deutsche | Surface transistor and process for its manufacture |
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