DE1149462B - Halbleiteranordnung mit mindestens einem pn-UEbergang und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

W26003Vfflc/21g

ANMELDETAG: 14. JULI 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von Halbleiteranordnungen mit mindestens einem pn-übergang, an welcher Oberflächenteile mit einem Schutzüberzug, insbesondere für die pn-Übergänge gegen die reaktiven Komponenten der Atmosphäre, aus einem Trägerstoff versehen sind, der Metalloxyde in feinverteilter Form enthält, und auf eine Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung solcher Halbleiteranordnungen.

Während des Betriebes von Halbleiteranordnungen tritt häufig eine Verringerung der Güte zufolge Oberflächenerscheinungen, wie das Vorhandensein von Leckpfaden an oder nahe der Oberfläche des Körpers, auf. Es sind verschiedene Erklärungen dieser Erscheinungen vorgeschlagen worden.

Die meisten Erklärungen dieser überschüssigen Leitung und Leckstromerscheinungen einbeziehen entweder einzeln oder in verschiedenen Kombinationen das Vorhandensein von adsorbierten Wassermolekülen, von festen oder beweglichen fremden Ionen und eines Films von Germanium- oder Siliziumoxyd, gleichgültig, wie sie gebildet werden. Eine elektrolytische Leitung von Ionen oder Elektrolyse von Wassermolekülen entweder an der Germanium- oder Siliziumoberfläche durch eine wäßrige Germanium- oder Siliziumoxydschicht oder an der äußeren Oberfläche der Germanium- oder der Siliziumschicht ist als eine Erklärung für gewisse Arten von Oberflächenleckerscheinungen vorgeschlagen worden. Es ist auch eine Erklärung vorgeschlagen worden, nach der Rekombinationszentren an der Oberfläche und in der Oxydschicht eine wichtige Rolle in der Oberflächenleitung und bei Rausch- bzw. Störspannungserscheinungen spielen. Die Eigenschaften gewisser geladener Schichten an der Oberfläche, die als Kanäle (channels) oder Inversionsschichten bezeichnet werden, sind ausgiebig studiert worden, und es ist festgestellt worden, daß sie die elektrischen Eigenschaf ten von pn-Übergängen beeinflussen können. Es ist eine Theorie vorgeschlagen worden, daß eine n-leitende Oberflächenschicht auf Germanium gebildet werden kann, wie z. B. an der p-Schicht eines npn-Transistors durch die Adsorption von H⁺-Ionen, welche durch die Reaktion zwischen dem Germanium und der Feuchtigkeit an seiner Oberfläche frei gemacht werden.

Weiterhin wurde die Ansicht vertreten, daß durch die Lieferung von O~ ""-Ionen, welche mit den H+-Ionen reagieren und sie an der Oberfläche auch ersetzen, die Oberfläche aus einem unstabilen n-leitenden Zustand in einen stabilen p-leitenden Zustand umgewandelt wird.

Halbleiteranordnung mit mindestens einem pn-übergang und Verfahren zu ihrer Herstellung

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 17. Juli 1958 (Nr. 749 281)

Harold F. John, Wilkinsburg, Pittsburgh, Pa.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Eine längere Erörterung dieser Theorien ist nicht notwendig, um die Erfindung zu verstehen. Sie wird daher auch nicht weitergeführt werden, abgesehen von dem Hinweis, daß es unwahrscheinlich erscheint, daß alle Oberflächenleckprobleme, welche normalerweise in beiden — den Erzeugnissen von Germaniumoder Silizium-pn-Übergangsanordnungen — einer einzelnen oder irgendeiner vorgegebenen Kombination der verschiedenen Erklärungen zugeschrieben werden können, welche vorgeschlagen worden sind. Auch scheint es wahrscheinlich, daß Kanäle (channels) und Inversionsschichten durch mehr als eine Reihe von chemischen Bedingungen an oder nahe der Oberfläche des Halbleiters erzeugt werden können.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Behandlung der Oberflächen von Halbleiteranordnungen zu schaffen, um

1. sie gegen den nachteiligen Einfluß von Wasserdampf und die reaktiven wesentlichen Bestandteile der Atmosphäre zu schützen,

2. eine Einkapselung der Anordnungen in Gießharz zu ermöglichen und

3. die elektrischen Eigenschaften von durch eine vorausgehende Behandlung verschlechterten Anordnungen wieder herzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Halbleiteranordnung der eingangs angeführten Art

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erfindungsgemäß der Trägerstoff aus einem polymerisierbaren elastomeren Silikonharz und die Metalloxyde aus Bleitetroxyd und/oder aus Quecksilberoxyd.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann in einer Halbleiteranordnung an dem Halbleiterelement auch eine Kombination aus einem solchen dünnen Oberflächenschutzübexzug und aus einer diesen einkapselnden Schicht aus einem Gießharz benutzt werden, wobei also dann beide zusammenwirken, um einen optimalen Schutz für die Halbleiteranordnung zu erreichen.

Der Schutzüberzug kann hinsichtlich seiner Zusammensetzung derart gewählt werden, daß auf 1 Gewichtsanteil des polymerisierbaren elastomeren Silikonharzes etwa 0,6 bis 2,0 Gewichtsanteile des Metalloxydes bzw. der Mischung der Metalloxyde in feiner bzw. homogener Verteilung entfallen.

Es war bereits bekannt, an Halbleiterübertragungseinrichtungen vom npn-Typ eine Oberflächenbehandlung des Halbleitermaterials vorzunehmen, bei der eine Oberflächenschicht auf dem Halbleiterkörper wenigstens über der zwischen den beiden Zonen von n-Leitf ähigkeit liegenden Zone von p-Leitf ähigkeit ein Oxydationsmittel enthält, das in der Lage ist, Ionen mit geeigneter Ladung auf die Halbleiteroberfläche zu übertragen und hierdurch das Oberflächenpotential und den Oberflächenleitfähigkeitstyp zu beeinflussen und damit die Bildung von leitenden Nebenwegen ohne Rücksicht auf den Feuchtigkeitsgehalt der umgebenden Atmosphäre zu verhindern. Hiernach wurde auf der gereinigten äußeren Oberfläche von solchen Verbindungstransistoren vom npn-Typ z. B. eine Mischung von Mennige bzw. Quecksilberoxyd mit einem Träger aus Polyäthylen und Polybuthylen, mit Zinkchromat oder Strontiumchromat an Stelle der Mennige oder auch mit einem Epoxyharz als Trägerstoff aufgebracht.

Diese Trägerstoffe haben aber den Charakter von Thermoplasten, und Messungen, die an solchen Halbleiteranordnungen vorgenommen wurden, um die Güte der Anordnungen, insbesondere hinsichtlich ihres konstanten Sperrverhaltens an den pn-Übergängen nachzuprüfen, auf die im Verlaufe der weiteren Beschreibung an Hand von entsprechenden Meßkurven in Verbindung mit den Beispielen VII, X und XII noch näher eingegangen werden wird, lieferten die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende überraschende Erkenntnis, daß es durchaus nicht gleichgültig ist, welche Art von Trägerstoff in Verbindung mit den Oxyden zur Anwendung gelangt, wenn von den Halbleiteranordnungen ein betriebsmäßig stabiles Verhalten verlangt wird, wie es vielfach bei dem praktischen Einsatz solcher Halbleiteranordnungen unerläßlich ist. Es wurde vielmehr erkannt, daß ein solches stabiles Verhalten der Halbleiteranordnungen nur zu erreichen ist, wenn als Trägerstoff in Verbindung mit dem Metalloxyd aus Bleitetroxyd oder/und aus Quecksilberoxyd ein polymerisierbares elastomeres Silikonharz zur Anwendung gelangt, denn offenbar bleibt zufolge der elastomeren Eigenschaften des Silikonharzes auf diese Weise auch während des betriebsmäßigen Einsatzes und der mit diesem verbundenen Temperaturänderungen der Halbleiteranordnungen jederzeit eine eindeutige Wechselwirkung zwischen den in dem Trägerstoff eingelagerten Metalloxyden und der Oberfläche des Halbleiterkörpers gewährleistet.

Weitere vorteilhaft in Verbindung mit der Erfindung benutzbare Einzelmerkmale werden sich im Verlaufe der nachfolgenden Beschreibung ergeben. Um das Wesen und die durch die Erfindung gegebenen Möglichkeiten und ihre Vorzüge vollständig aufzuzeigen, wird nunmehr auf die nachfolgende Beschreibung Bezug genommen, welche in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung vorgenommen wird. Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt einer Halbleiterdiode;

Fig. 2 ist ein vertikaler Schnitt eines Transistors; Fig. 3 ist ein vertikaler Schnitt eines Transistors in abgewandelter Form;
Fig. 4 bis 13 sind graphische Darstellungen, in welchen die Sperrstromkurven für verschiedene Halbleiteranordnungen aufgezeichnet sind.

Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Halbleiteranordnung, welche eine Platte oder Zone 10 aus n-leitendem Material umfaßt, z. B. aus Germanium oder Silizium, auf welche eine Tablette 12 aus Dotierungslegierung aufgeschmolzen worden ist, welche bei der Abkühlung eine Zone 14 rekristallisierten p-leitenden Materials erzeugt, so daß sich ein pn-übergang 16 an der Ubergangsfläche der beiden Zonen ergibt. Elektrisch ohmsche Anschlüsse sind an der Tablette 12 und an einer Metallgrundplatte 18 vorgenommen, wobei die letztere an der η-leitenden Platte 10 durch ein geeignetes ohmsches Lot 20 angeschlossen ist. Die gesamte Anordnung ist durch einen Überzug 22 eingeschlossen, welcher aus etwa 0,6 bis 2 Gewichtsanteilen eines Metalloxydes, das aus Bleitetroxyd und/oder Quecksilberoxyd besteht, und 1 Gewichtsanteil eines elastomeren Silikonharzes zusammengesetzt ist. Es soll das so verstanden werden, daß auch mehr oder weniger Metalloxyd benutzt werden kann und daß 0,6 bis 2 Gewichtsanteile des Oxyds nur einen optimalen Betrag darstellen.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen pnp-Transistor, der hergestellt ist, indem auf eine η-leitende Platte 110 Dotierungs-Legierungstabletten 112 aufgeschmolzen werden, welche rekristallisierte Bereiche 114 mit p-Leitung bilden, so daß sich auf diese Weise pn-Übergänge 116 ergeben. Die ohmschen Anschlüsse sind an jeder der Zonen durch Elektroden hergestellt, welche mit Emitter E, Kollektor C und Basis B bezeichnet sind.

Die gesamte Anordnung ist durch einen Überzug 122 gehäuseartig umschlossen, welcher aus 0,6 bis 2 Gewichtsanteilen des ausgewählten Metalloxyds und 1 Gewichtsanteil eines elastomeren Harzes besteht.

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer Halbleiteranordnung, welche identisch mit derjenigen nach Fig. 2 ist, auf welche jedoch der Überzug 222 nach der Erfindung nur in der Nachbarschaft der pn-Ubergänge 216 derart aufgebracht ist, daß er die frei heraustretenden p-leitenden Bereiche 214 und einen kleinen Teil der angrenzenden η-leitenden Bereiche 210 überdeckt. Eine solche Technik erfordert weniger Überzugsmaterial und läßt die Elektroden für eine nachträgliche Fertigung frei von Uberzugsmaterial.

Die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Anordnungen weisen pn-Übergänge auf, die durch Legierung von η-leitendem Grundmaterial hergestellt sind.

Das soll jedoch nicht so ausgelegt werden, als ob die Erfindung auf die Anwendung bei legierten pn-Halbleiteranordnungen oder auf Anordnungen, welche aus η-leitendem Grundmaterial hergestellt sind, be-

schränkt sei. Die Anwendung der Erfindung ist in gleicher Weise für den Schutz von pn-Übergängen nützlich, welche aus einer von beiden Typen von Grundmaterial hergestellt worden sind, wie z. B. gewachsenen pn-Übergängen oder durch Diffusion hergestellten pn-Übergängen ebensogut wie bei Spitzenkontakteinrichtungen.

Bei der Herstellung des vorliegenden Schutzüberzuges ist das benutzte Metalloxyd nichtleitend und reagiert nicht mit dem elastomeren Silikonharz. Bei der Anwesenheit von Feuchtigkeit ist es nützlich, daß die Wasserlöslichkeit des Metalloxyds niedrig, aber ausreichend ist, eine gleichförmige und kontinuierlich oxydierende Umgebung an der Zwischenfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem Überzug zu schaffen. Die Wasserlöslichkeit ist jedoch nicht so groß, daß sie zu merklichen elektrischen Leckströmen Anlaß gibt. Das soll jedoch nicht bedeuten, daß Feuchtigkeit für die Schaffung eines geeigneten Zustandes an der Oberfläche wesentlich ist. Die stabilen Oberflächen des erwünschten Potentials und des Leitungstyps können durch das als Metalloxyd gewählte Bleitetroxyd bzw. Quecksilberoxyd, ungeachtet des Feuchtigkeitsgehaltes der umgebenden Atmosphäre, hergestellt und aufrechterhalten werden. Es ist sogar wünschenswert, wenn das Halbleitermaterial innerhalb einer Atmosphäre von einem hohen Trockenheitsgrad eingeschlossen ist zur Schaffung einer Umgebung eines bestimmten Charakters, um die Oberfläche in dem erwünschten Zustand sicher zu fixieren und auf diese Weise die Eigenschaften der Anordnung zu stabilisieren.

Das Bleitetroxyd bzw. Quecksilberoxyd wird gewöhnlich in der Form feinverteilter Teilchen benutzt, welche eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 5 μ haben und einem elastomeren Silikonharzträgerstoff beigemischt sind.

Bei der Auswahl eines zufriedenstellenden Harzträgermittels sollen gewisse Eigenschaften beachtet werden. Es soll gut an der Oberfläche des Halbleitermaterials haften, das Metalloxyd in einem feinverteilten Zustand halten, einen hohen elektrischen Widerstand haben, frei von elektrisch leitenden Komponenten nach der Polymerisation sein, im wesentlichen undurchlässig gegen Feuchtigkeit sein, nachdem es mit dem Bleitetroxyd oder dem Quecksilberoxyd verbunden worden ist, bei einer Temperatur vollständig polymerisierbar sein, die niedrig genug ist, keine Schaden an der Halbleiteranordnung zu verursachen, und für lange Zeiträume bei der Arbeitstemperatur der Anordnung stabil sein. In hohem Maße zufriedenstellende Ergebnisse sind durch ein elastomeres Silikonharz erzielt worden.

Das feinverteilte Metalloxyd und das elastomere Silikonharz, welches in der Form einer dünnen Paste oder eines Gels ist, können durch Verrühren bei einer Temperatur etwas oberhalb des Schmelzpunktes des Harzes zusammengemischt werden, oder das Mischen erfolgt auf einer Farbenmühle bei einer Temperatur entweder oberhalb oder unterhalb des Schmelzpunktes des Harzes.

Nach dem Zusammenmischen kann der Überzug, welcher 0,6 bis 2 Gewichtsanteile Bleitetroxyd und/ oder Quecksilberoxyd und 1 Gewichtsanteil eines elastomeren Silikonharzes enthält, auf die Halbleiteranordnung auf einem der üblichen Wege, wie Eintauchen, Aufbürsten oder Aufspritzen, bei einer Temperatur aufgebracht werden, welche eine niedrige Viskosität schafft oder welche sogar oberhalb des Schmelzpunktes der Zusammensetzung des Überzuges liegt. Der Überzug wird dann bei einer Temperatur erhitzt, die ausreichend ist, um das.Silikonharz auszuhärten. Ein Überzug von 0,5 bis 2 mm Dicke gewährleistet für die Anordnung den notwendigen Schutz, jedoch können auch viel dickere Überzüge angewendet werden.

Weiterhin kann die Anordnung, nachdem der Schutzüberzug aufgebracht und ausgehärtet worden ist, in ein geeignetes Gießharz eingekapselt werden, z. B. ein Epoxyharz, ein Polyesterharz, Phenolharz, Silikonharz, oder in einen hermetisch abgedichteten Metall-, Glas- oder Keramikbehälter für die zusätzlich mechanische Verstärkung.

In spezieller Hinsicht ist es erwünscht, ein mit relativ hoher Viskosität flüssiges, voUständig durchreagierendes Organpolysiloxan zu verwenden, welches zu einem Elastomer aushärtet. Die flüssigen Polysiloxane sind Verbindungen, welche im wesentlichen Siliziumatome enthalten, welche aneinander durch Sauerstoffatome über Siliziumsauerstoffketten gebunden sind, welche ein R- zu Si-Verhältnis von 1,98 bis 2,25:1 und die folgende allgemeine Formel haben:

— Si —O —

worin R einwertige organische Reste darstellt, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Alkylradikalen, welche nicht mehr als 4 Kohlenstoffatome haben, und aus Phenyl, Tolyl- und Xylyl-Resten besteht, und worin wenigstens 50% der einwertigen organischen Reste Alkylreste der angegebenen Art sind. Diese flüssigen Zusammensetzungen können zyklische Silikone einschließen. Ein Organopolysiloxan, welches einen geringen Anteil von Vinyl-Gruppen hat, welche vorzugsweise als Vinyl-Methyl-Silikonoxyd-Gruppen:

HC = CH₂

— Si —O

CH₃
oder Divinyl-Silikonoxyd-Gruppen:

HC = CH₂

— Si —ΟΙ

HC ^^ CH₂

vorhanden sind, gibt gute Resultate.

Ein Siloxanelastomer kann hergestellt werden durch Hydrolysieren eines Dialkylsilans oder einer Mischung eines Dialkyl- und eines Diarylsilans, wobei sich zunächst ein öliges Silikon-Polymer ergibt, das bekanntlich durch Behandlung, z. B. mit einem Acylperoxyd, das einen anorganischen Bestandteil, wie z. B. ein Halogen oder eine Nitrogruppe enthalten kann, in ein Elastomer umgewandelt werden kann. Der Betrag an Acylperoxyd, welches benutzt wird, um eine Silikonflüssigkeit in ein Elastomer umzuwandeln, braucht gewöhnlich 10% Gewichtsanteile

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des Silikons nicht zu überschreiten und ist im all- die üblicheren Silikonelastomere ermittelt worden, gemeinen mit 2 bis 4 % ausreichend. welche auf Germanium-Halbleiteranordnungen auf-Eine vorbestimmte Menge des ausgewählten Me- gebracht werden, und eine Erhitzung auf eine Temtalloxydes, welches eine durchschnittliche Teilchen- peratur im Bereich von 100 bis 200° C während 4 größe im Bereich von 1 bis 5 μ hat, wird dem Harz 5 bis 16 Stunden ist für Silizium-Halbleiteranordnungen hinzugefügt, in dem gesamten Harz fein verteilt und als zufriedenstellend ermittelt worden, in der oben beschriebenen Weise hergestellt. Das Nachdem der Schutzüberzug ausgehärtet worden Metalloxyd kann in dem Harz durch Erhitzen des ist, kann die Halbleiteranordnung in ein geeignetes Harzes bis über seinen Schmelzpunkt verteilt werden Harz eingekapselt werden, z. B. Epoxyharze, Phenoloder bis seine Viskosität niedrig genug wird, um eine io harze, Polyesterharze und Silikonharze, oder hermeleichte Verteilung zuzulassen durch eine erste Ver- tisch dicht in einen Metall-, Glas- oder Keramikteilung des Harzes in einem flüchtigen Lösungsmittel behälter für eine zusätzliche mechanische Verstär- oder durch Anwendung eines Harzes, welches bei kung eingeschlossen werden. Ausgezeichnete Resul-Raumtemperatur eine geeignete Viskosität aufweist. täte sind mit gemäß der vorliegenden Erfindung her-Es ist erwünscht, daß so viel Metalloxyd als möglich 15 gestellten Anordnungen erreicht worden, welche in in konsistenter Form, jedoch bei Aufrechterhaltung ein Epoxyharz eingekapselt wurden, einer angemessenen Viskosität der Zusammensetzung, Nachdem die Anordnungen mit dem oben erläuvorhanden ist, z. B. einer Viskosität in dem Bereich terten Schutzüberzug bedeckt worden sind, können von 1 bis 10 000 cP bei 250° C. Besonders zu- sie feuchter Luft für längere Zeiträume ausgesetzt friedenstellende Resultate sind bei Mischungen er- 20 werden, ohne sich in ihren elektrischen Eigenschaften reicht worden, welche 0,6 bis 2 Gewichtsanteile zu ändern. Germanium-Gleichrichterdioden haben Metalloxyd je Gewichtsanteil Harz enthalten. keine Änderung in ihrer Sperrstrom-Sperrspannungs-Da der Metalloxydinhalt anwächst, z. B. wenn das Kennlinie gezeigt, wenn sie in einer Umgebung von Verhältnis von Metalloxyd zu Harz 1,8 bis 2Ge- 80 bis 90% relativer Feuchtigkeit während wichtsanteile je Gewichtsanteil Harz enthält, wird es 25 1Vz Jahren aufbewahrt wurden, manchmal notwendig, ein Lösungsmittel, wie z. B. Ein anderes Merkmal dieser Behandlung ist, daß Toluol oder Silikonöl, hinzuzufügen, um die er- sie sehr wirksam in der Beseitigung elektrischer Inwünschte Viskosität zu erzielen. Die am meisten zu- Stabilitäten ist, wie einer Sperrstromdrift bzw. einer friedenstellenden Resultate werden erreicht, wenn das betriebsmäßigen selbsttätigen Änderung des Verlaufs Gewicht des Lösungsmittels 10% Gewichtsanteil der 30 der Kennlinie des Sperrstromes über der Sperrspan-Oxydharzzusammenstellung nicht überschreitet. nung und von Übergängen sehr geringer Krümmung Wenn das Metalloxyd gründlich mit dem elasto- zwischen den Kennlinienteilen, welche manchmal in nieren Silikonharz gemischt worden ist, kann die der Sperrstromkennlinie von pn-Übergängen nach der resultierende Zusammensetzung auf die Halbleiter- Nachätzung oder einer nachfolgenden Aussetzung an anordnung durch Tauchen, Aufsprühen bzw. Auf- 35 feuchter Luft vorhanden sind. Wenn die Eigenschafspritzen oder Aufbürsten aufgebracht werden. Das ten beim Beginn sehr gut sind, so wird diese am meisten zufriedenstellende Verfahren ist, die Zu- Behandlung zur Folge haben, daß die Kennlinien der sammensetzung auf die ausgewählte Fläche der Vor- pn-Übergänge in Sperrichtung sich mehr der idealen richtung aufzubürsten, und zwar ein wenig auf ein- flachen Sättigungskurve mit einem scharfen Knick mal, um ihm dadurch die Gelegenheit zu geben, 40 bzw. mit einem stark gekrümmten Übergang in den hineinzufließen und irgenwelche feinen Risse auszu- Sättigungsteil der Kennlinie nähern, füllen, so daß keine Luft darin eingeschlossen sein Die folgenden Beispiele veranschaulichen die wird. praktische Anwendung der Erfindung. Alle an-Die gesamte Anordnung kann, wie in den Fig. 1 gegebenen Mengen sind als Gewichtsanteile aus- und 2 gezeigt ist, oder nur an einer ausgewählten 45 gedrückt, es sei denn, daß es ausdrücklich anders Fläche an den pn-Übergängen, wie in Fig. 3 gezeigt festgestellt ist. ist, überzogen werden.

Der Überzug kann bis zu irgendeiner gewünschten Beispiel I Dicke aufgebracht werden, jedoch sind die besten

Resultate durch Aufbringen eines Überzugs erzielt 50 Eine Reihe von n-und p-Silizium- und Germaniumworden, welcher eine Dicke im Bereich von 0,5 bis Halbleiteranordnungen wurden wie nachfolgend her-2 mm hat. gestellt:

Nachdem der Schutzüberzug bis zu der gewünsch- _{a) Eine np}n-Siliziumdiode wurde durch Aufschmelten Dicke aufgebracht worden ist, kann der elasto- _{zen einer} Dotierungstablette aus Aluminium auf mere Metalloxyd-Silikonharz-Uberzug durch Erhitzen 55 _{eine n}_i_eitende Siliziumplatte hergestellt. Nach bei einer Temperatur und während einer Zeit aus- _der Abkühlung bestand ein pn-übergang an der gehärtet werden, die ausreichend ist um das Harz in Zwischenfläche der η-leitenden Platte und der ein zähes Elastomer urnzuwandeln,.Die Aushartungs- Aluminium-Dotierungstablette. Ohmsche Kontemperatur und -zeit sind nicht kritisch. Es ist ge- _{takte wuiden} ^ _{dem Kö der} siliziumplatte wohnlich erwünscht, daß die Aushärtungstemperatur 60 _{und def Aluminiumtablette}^angebracht, hoher als die Arbeitstemperatur der Halbleiteranordnung ist und daß die Temperatur und Zeit genügend b) Eine np-Siliziumdiode wurde durch Anschmelzen sind, um das Harz vollständig auszuhärten. Es wird einer Dotierungstablette, welche aus 99,5% Gebemerkt, daß bei Raumtemperatur vulkanisierende Wichtsanteilen Gold und 0,5% Gewichtsanteil Siloxanelastomere benutzt werden können; eine Er- 65 Antimon bestand, auf eine p-leitende Siliziumhitzung ist hierbei nicht erforderlich. Eine Erhitzung platte hergestellt. Nach der Abkühlung bestand bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 120° C ein pn-übergang an der Zwischenfläche der während 4 bis 16 Stunden ist als zufriedenstellend für p-leitenden Platte und der Gold-Antimon-Ta-

ίο

blette. An der Siliziumplatte und an der Gold-Antimon-Tablette wurden ohmsche Anschlüsse vorgesehen.

c) Eine pn-Germaniumdiode wurde durch Aufschmelzen einer Dotierungstablette aus Indium auf eine η-leitende Germaniumplatte hergestellt. Nach der Abkühlung bestand ein pn-übergang an der Zwischenfläche der η-leitenden Platte und der Indium-Dotierungstablette. An dem Körper der Germaniumplatte und der Indiumtablette wurden ohmsche Kontakte vorgesehen.

Schutzüberzug gemäß der Erfindung ist die Sättigungskurve B der Anordnung nunmehr abgeflacht und zeigt herabgesetzten Leckstrom sowie eine über die Kennlinien der nicht mit Überzug versehenen An-5 Ordnungen verbesserte Stabilität. Die Sättigungskurve C zeigt an, daß die Anordnung durch die beschleunigte Alterung nicht beeinflußt worden ist.

d) Eine np-Germaniumdiode wurde durch Aufschmelzen einer Dotierungstablette, welche aus

Beispiel III

Das Verfahren nach Beispiel II wurde unter Benutzung einer pn-Siliziumanordnung wiederholt, welche gemäß Absatz b) im Beispiel I hergestellt war.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist es aus einem

90% Gewichtsanteilen Blei und 10% Gewichts- 15 Vergleich mit der Sättigungskurve D, welche die anteilen Antimon bestand, auf eine p-leitende Sperrstrom-Sperrspannungs-Charakteristik der An-Germaniumplatte hergestellt. Als die Anordnung Ordnung vor Anbringung des Überzuges darstellt, abgekühlt war. bestand ein pn-übergang an der augenscheinlich, daß diese Eigenschaften, wie es die Zwischenfläche der p-leitenden Platte und der Kurve E veranschaulicht, durch den Überzug ver-Blei-Antimon-Dotierungstablette. An dem Kör- 20 bessert wurden. Die Kurve F zeigt, daß die entspreper der Germaniumplatte und der Blei-Antimon- chenden Kennlinien der mit dem Überzug versehenen Tablette wurden ohmsche Kontakte vorgesehen. Anordnung tatsächlich durch Erhitzen der Anord- · 1 TT ^nunS bei 250° C während wenigstens 50 Stunden in

Beispiel Il einem Vakuum, um den Einfluß der Alterung auf die

Die Strom-Spannungs-Kennlinien in Sperrichtung 25 Vorrichtung zu bestimmen, weiter verbessert wurden, einer pn-Siliziumanordnung, welche gemäß a) nach

Beispiel I hergestellt worden war, wurden durch An- Beispiel IV

legen einer veränderlichen Spannung an die Anordnung und durch Messen des Stromes bestimmt. Es ist lange Zeit Praxis auf dem Gebiet der HaIb-Die Anordnung wurde anfänglich ohne Überzug 3° leiterfertigung gewesen, die Halbleiterplatte nach dem des pn-Überganges geprüft, und die Resultate waren Zusammensetzen zu ätzen, um auf diese Weise Überdiejenigen, wie sie als Linie A in Fig. 4 gezeigt sind.
Ein Teil des elastomeren Silikonharzes in Form
eines polymerisierten Hydrolyse-Reaktionsproduktes
aus 2 Teilen Monochlortrimethylsilan und 1 Teil Di- 35
chlordimethylsilan mit 4 Teilen Wasser mit einem
Zusatz aus annähernd 1 % Gewichtsanteil von Harz
aus Benzoylperoxyd wurde bei Raumtemperatur mit
1,8 Teilen Bleitetroxyd gemischt, welches eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 40 schaulicht. Die Anordnung wurde mit der Silikon-10 μ hatte. Bleitetroxyd-Mischung nach Beispiel II überzogen

Die pn-Halbleiteranordnung dieses Beispiels II wurde in die Silikon-Bleitetroxyd-Mischung bei einer Temperatur von 20° C getaucht, wodurch ein Überzug aufgebracht wurde, der eine Dicke zwischen etwa 0,5 und 2 mm hatte. Es wird bemerkt, daß der durch Tauchen aufgebrachte Überzug nicht gleichförmig sein und sich von Punkt zu Punkt ändern wird. Die Vorrichtung wurde bei einer Temperatur von annähernd 180° C während annähernd 4 Stunden erhitzt, um den Silikon-Bleitetroxyd-Überzug auszuhärten.

schuß-Leckpfade zu entfernen, welche die Sperrstromeigenschaften der Anordnung nachteilig beeinflussen.

Eine pn-Siliziumanordnung wurde gemäß Absatz a) des Beispiels I zusammengesetzt, jedoch nicht geätzt. Die Eigenschaften dieser Anordnungen im ungeätzten Zustand wurden wie im Beispiel II bestimmt und sind in Fig. 6 durch die Kurve G veran-

und dann die elektrischen Sperrstromeigenschaften wieder bestimmt und in Fig. 6 durch die Kurve H veranschaulicht.

Es ist wieder augenscheinlich, daß die Sperrstromkennlinien durch Anbringung des Überzuges nach der Erfindung verbessert worden sind.

Beispiel V

Die Strom-Spannungs-Kennlinien in Sperrichtung der Anordnung in dem nunmehr überzogenen Zustand wurden bestimmt und sind als Linie B in Fig. 4 veranschaulicht.

Die Anordnung wurde dann bei einer Temperatur von 250° C in Luft erhitzt und auf dieser erhöhten Temperatur während eines Zeitraumes von 112 Stunden gehalten, um den Einfluß der beschleunigten Alterung auf die mit dem Überzug versehene Anordnung zu bestimmen.

Die Strom-Spannungs-Kennlinien in Sperrichtung der Anordnung wurden wieder bestimmt und sind als Linie C in Fig. 4 veranschaulicht.

Es ist zu beachten, daß die Sättigungskurve A nicht die Flachheit aufweist, welche charakteristisch für eine zufriedenstellend arbeitende Anordnung ist. Nach dem Überziehen der Anordnung mit dem Die Strom-Spannungs-Kennlinien einer pn-Halbleitervorrichtung in Sperrichtung entsprechend Absatz a) des Beispiels I wurden, wie im Beispiel II beschrieben, für die nicht überzogene Anordnung bestimmt und sind in Kurve / der Fig. 7 veranschaulicht. Ein beachtliches Rauschen bzw. Geräuschspannungen zwischen 50 und annähernd 150 V wurden angezeigt, welche die Anordnungen für viele Anwendungen ungeeignet machen.

1,9 Teile Silikonharz nach Beispiel II wurden mit 4,75 Teilen Quecksilberoxyd gemischt, welches eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 5 μ hatte. Die Mischung wurde bei einer Temperatur von annähernd 20° C ausgeführt.

Die Anordnung dieses Beispiels wurde mit einem 1-mm-Überzug der Silikonelastomer-Quecksilberoxyd-Mischung bestrichen, welche auf die Fläche um die η-leitende Grundplatte aufgebracht wurde, und

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die Anordnung wurde auf eine Temperatur von annähernd 180° C erhitzt und während annähernd 4 Stunden gehalten, um den Silikon-Quecksilberoxyd-Überzug auszuhärten. Die Sperrstromeigenschaften der Anordnung wurden wieder bestimmt und sind als Kurve / in Fig. 7 veranschaulicht. Es wird bemerkt, daß die Sättigungskurve die charakteristische Flachheit einer in hohem Maße zufriedenstellend arbeitenden Anordnung hat und rauschfrei bzw. geräuschspannungsfrei ist.

Die überzogene Anordnung dieses Beispiels V wurde dann der beschleunigten Alterung unterworfen, indem sie in Luft auf 250° C erhitzt und während 86 Stunden gehalten wurde. Die Sperrstromeigenschaften wurden wieder bestimmt und sind in Kurve K in Fig. 7 veranschaulicht. Es wird bemerkt, daß die Eigenschaften durch die beschleunigte Alterung im wesentlichen unverändert sind.

In gleicher Weise zufriedenstellende Resultate wurden bei der Behandlung einer np-Silizium-Anordnung erhalten, welche gemäß Absatz b) im Beispiel I mit der Silikonelastomer-Quecksüberoxyd-Mischung dieses Beispiels V hergestellt wurde.

Beispiel VI

Die Sperrstromeigenschaften einer unbehandelten pn-Siliziumanordnung, welche gemäß Absatz a) des Beispiels I aufgebaut war, wurden gemäß dem Verfahren nach Beispiel II bestimmt und sind in Kurve L nach Fig. 8 veranschaulicht. Es wird darauf hingewiesen, daß, während die Sättigungskurve die erwünschte Flachheit aufweist, etwas Rauschen bzw. Geräuschspannung zwischen 500 und 600 V vorhanden ist. Ein 2-mm-Überzug des Silikonharzes nach Beispiel II wurde auf die η-leitende Basis aufgestrichen und durch Erhitzen bei 180° C während annähernd 4 Stunden ausgehärtet.

Die Sperrstromeigenschaften der Anordnung wurden dann wie im Beispiel II bestimmt und sind als Kurve M in Fig. 8 veranschaulicht. Es wird bemerkt werden, daß die Vorrichtung eine vollständige Instabilität im Bereich von annähernd 150 bis 200 V aufweist und auf diese Weise zeigt, daß ein Silikonelastomerüberzug allein die Halbleiteranordnungen nicht verbessert.

Beispiel VII

Die Sperrstromeigenschaften einer unbehandelten pn-Siliziumanordnung, welche gemäß Absatz a) nach Beispiel I aufgebaut war, wurden bestimmt, wie es im Beispiel II bereits auseinandergesetzt worden ist, und sind in Kurve N nach Fig. 9 veranschaulicht. Es wird bemerkt werden, daß die Sättigungskurve der Anordnung ein annehmbares, zufriedenstellendes Verhalten anzeigt.

1,8 Teile von Bleitetroxyd, welches eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 1 bis 5 μ hatte, wurden mit einem Teil einer Mischung gemischt, welche 7,5 % Gewichtsanteile Polyäthylen niedrigen Molekulargewichts in 92,5% Gewichtsanteilen Polybuten enthält. Die Mischung wurde bei einer Temperatur von 125 bis 160° C ausgeführt.

Die Bleitetroxyd-Polyäthylen-Polybuten-Mischung wurde um den pn-übergang der Silizium-Halbleiteranordnung aufgestrichen und auf diese Weise ein Überzug von annähernd 2 mm Dicke gebildet und der Abkühlung überlassen.

Es wurden die Strom-Spannungs-Kennlinien der Anordnung bestimmt, und sie sind in Kurve O nach Fig. 9 veranschaulicht. Es wird bemerkt werden, daß sich Leckströme zwischen 20 und 90 V ergeben. Die Anordnung wurde dann einer beschleunigten Alterung durch Erhitzung bei 250° C in einem Vakuum während 50 Stunden unterworfen. Es wurden die Strom-Spannungs-Eigenschaften wieder bestimmt, und diese sind als Kurve P in Fig. 9 veranschaulicht.

ίο Es wird bemerkt werden, daß die Anordnung Instabilität aufwies und praktisch zur Anwendung in kommerziellen Geräten ungeeignet war. Die PoIyäthylen-Polybuten-Überzüge waren in diesem Beispiel nachteilig.

^X5 Eine Prüfung anderer Halbleiteranordnungen, welche mit einer Polyäthylen-Polybuten-Mischung überzogen wurden, zeigte, daß die Mischung langsam carbonisiert, wenn sie im Vakuum erhitzt wird und oxydiert und/oder sich verflüchtigt, wenn sie in Luft erhitzt wird und im allgemeinen nicht geeignet zur Anwendung an Vorrichtungen ist, welche bei hohen Temperaturen arbeiten.

Beispiel VIII

Die Prüfung und das Behandlungsverfahren nach Beispiel VI wurden auf eine nicht mit Überzug versehene und eine nachfolgend mit einem Silikonelastomer überzogene pn-Silizium-Halbleiteranordnung angewendet, welche nach Absatz a) im Beispiel I aufgebaut war, aber ohne beschleunigte Alterung. Die mit Überzug versehene Anordnung wurde sich selbst in einer normalen Raumtemperatur während 1³A Jahr überlassen und ihre Eigenschaften wieder gemessen. Wie aus Kurve Q nach Fig. 10 entnommen werden wird, welche die Strom-Spannungs-Kennlinien vor dem Überzug zeigt, und aus Kurve R, welche die Strom-Spannungs-Kennlinien nach dem Überziehen zeigt, verbesserte der erfindungsgemäße Überzug die Eigenschaften der Anordnung. Die Kurve 5 zeigt, daß die Anordnung nicht merklich verändert war, nachdem sie Raumbedingungen während 1 ³U Jahr ausgesetzt worden war.

Beispiel IX

Die Strom-Spannungs-Kennlinien in Sperrichtung einer unbehandelten Germanium-Halbleiteranordnung, welche gemäß Absatz c) nach Beispiel I aufgebaut war, wurden durch Anlegen einer veränderlichen Spannung an die Anordnung bestimmt und der Strom gemessen. Die Ergebnisse dieser Bestimmung sind in Kurve T der Fig. 11 gezeigt. Es wird bemerkt werden, daß die Strom-Spannungs-Kennlinien eine im allgemeinen zufriedenstellende Anordnung anzeigen. Ein Teil des Silikonharzes nach Beispiel II wurde mit 1,8 Teilen Bleitetroxyd gemischt, welches eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 10 μ hatte.

Die pn-Halbleiteranordnung dieses Beispiels wurde mit der Silikon-Bleitetroxyd-Mischung überzogen, welche sich auf einer Temperatur von 20° C befand und einen Überzug mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm hinterließ. Die Anordnung wurde dann auf eine Temperatur von 120° C während 16 Stunden erhitzt, um die Silikon-Bleitetroxyd-Mischung auszuhärten.

Die elektrischen Eigenschaften in Sperrichtung wurden wieder bestimmt und sind in Form der Kurve U der Fig. 11 veranschaulicht. Es wird be-

merkt werden, daß der Sättigungsstrom etwas niedriger geworden ist und im allgemeinen gegenüber demjenigen, den die Anordnung vor Anbringung des Überzuges aufwies, verbessert ist.

Die Anordnung wurde dann in einer Umgebung von 80 bis 90 % relativer Feuchtigkeit untergebracht und wurde nach einem Verbleib von 21 Monaten in dieser Umgebung erneut geprüft. Es wird in Kurve V nach Fig. 11 bemerkt werden, daß sich aus diesem Aussetzen der Halbleiteranordnungen hohen Feuchtigkeitsbedingungen keine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften ergab.

Dieselbe Behandlung, wenn sie auf eine np-Germanium-Halbleiteranordnung angewendet wurde, welche nach Absatz d) des Beispiels I aufgebaut war, ergab in gleicher Weise zufriedenstellende Resultate bei einem nur sehr kleinen Anwachsen im Sättigungsstrom. Der Schutz gegen Umgebungs- oder hohe Feuchtigkeitsbedingungen war in gleicher Weise wirksam.

Beispiel X

Die Strom-Spannungs-Kennlinien einer unbehandelten np-Germanium-Halbleiteranordnung, welche gemäß Absatz d) im Beispiel I aufgebaut war, wurden, wie im Beispiel IX beschrieben, gemessen mit den Ergebnissen, welche als Kurve HH der Fig. 12 registriert sind.

Eine Mischung, welche 2,7 Teile Bleitetroxyd, verteilt in einem Teil einer Mischung von 92,5% Polybuten plus 7,5% Polyäthylen niedrigen Molekulargewichts, enthielt, wurde als Überzug dieser Anordnung mit einer Dicke von ungefähr 2 mm aufgebracht. Die Anordnung wurde dann bei 115° C während 16 Stunden erhitzt. Die Strom-Spannungs-Kennlinien wurden gemessen, wie sie in der Kurve HH der Fig. 15 angezeigt sind. Obgleich ein leichtes Absinken in der inversen Spitzensperrspannung vorhanden war, war die Anordnung im allgemeinen nach dem Überziehen zufriedenstellend.

Die Anordnung wurde dann in eine Umgebung von 80 bis 90^c C relativer Feuchtigkeit gebracht und nach 20 Tagen Verbleib in dieser Umgebung wieder gemessen, wie es in der Kurve // der Fig. 12 angezeigt ist. Es wird bemerkt werden, daß nach 10 Tagen in der Umgebung hoher Feuchtigkeit die gezeigten Strom-Spannungs-Kennlinien eine beachtliche Verschlechterung zeigten und sogar eine gesteigerte Verschlechterung nach 21 Tagen, wie durch die Kurve KK gezeigt ist.

Die Anordnungen, überzogen mit der Mischung von Bleitetroxyd und Polybuten-Polyäthylen, wie oben beschrieben, erwiesen sich im allgemeinen in ihrer Fähigkeit, hohen Feuchtigkeitsbedingungen zu widerstehen, als weniger zufriedenstellend als Anordnungen, welche mit der Silikonelastomerharz-Bleitetroxyd-Mischung, wie im Beispiel IX beschrieben, überzogen waren. Zum Beispiel wurde eine Serie von neun Anordnungen, überzogen in einer Umgebung von 80 bis 90% relativer Feuchtigkeit, angeordnet. Vier dieser Anordnungen fielen in weniger als 11 Tagen aus, eine fiel in dem Zeitraum zwischen 11 und 22 Tagen aus, drei fielen in dem Zeitraum zwischen 22 und 78 Tagen aus, und nur eine war nach 78 Tagen noch brauchbar. Dieses Verhalten steht in merklichem Gegensatz zu demjenigen der Anordnungen, überzogen mit der Silikonelastomer-Bleitetroxyd-Mischung, wie sie im Beispiel IX beschrieben ist.

Anordnungen, welche in der Art nach Beispiel IX behandelt worden waren, widerstanden regelmäßig der oben beschriebenen hohen Feuchtigkeitsumgebung für Zeiträume, welche 1 Jahr weit überschritten.

Beispiel XI

Eine Mischung von 1,8 Teilen Bleitetroxyd und 1 Teil von Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat wurde in einer verteilten Form durch Auflösen des

ίο Polyvinylchlorids und Polyvinylacetats in Methyläthylenketon und durch Hineinmischen des Bleitetroxyds in diese hergestellt.

Eine pn-Germanium-Halbleiteranordnung, aufgebaut nach Absatz c) im Beispiel I, wurde mit dieser

is Mischung überzogen und das Methyläthylenketon dem Verdampfen überlassen. Die Anordnung wurde dann bei HO⁰C während 16 Stunden erhitzt. Die Strom-Spannungs-Kennlinien waren im allgemeinen nach dieser Behandlung zufriedenstellend. Die An-Ordnung wurde dann in eine Umgebung mit einer 80- bis 90%igen relativen Feuchtigkeit gebracht. Die Anordnung zeigte am Ende von 50 Tagen in der Umgebung hoher Feuchtigkeit sehr ernsthafte Verschlechterungen und war unbefriedigend.

Beispiel XII

Die Strom-Spannungs-Kennlinien einer pn-Germanium-Typ-Halbleiteranordnung, hergestellt nach Absatz c) im Beispiel I, wurden gemessen, wie im Beispiel IX beschrieben, und sind als Kurve LL in Fig. 13 veranschaulicht.

Eine Mischung wurde hergestellt, welche 4,6 Teile Quecksilberoxyd mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 bis 10 μι, verteilt in einem Teil einer Mischung aus 92,5% Polybuten und 7,5% Polyäthylen, enthielt. Die obenerwähnte Anordnung wurde mit dieser Mischung überzogen, damit sich eine Schicht dieser Mischung von 1 bis 2 mm Dicke ergab; die überzogene Anordnung wurde dann bei 115' C während 16 Stunden erhitzt.

Die Strom-Spannungs-Kennlinien wurden dann gemessen, wie sie durch die Kurve MM der Fig. 13 angezeigt sind. Es wird darauf hingewiesen, daß die Strom-Spannungs-Kennlinien nach dem Überziehen durchaus zufriedenstellend waren.

Die Anordnung wurde in einer Umgebung von 80 bis 90% relativer Feuchtigkeit angeordnet und wieder gemessen, nachdem sie in dieser Umgebung 17 Tage war. Wie aus Kurve NN der Fig. 13 zu entnehmen ist, sind bedeutende Verschlechterungen der Eigenschaften bei Spannungen größer als 150 V aufgetreten, und es würde nicht zu erwarten sein, daß diese besondere Anordnung für mehr als nur wenige zusätzliche Tage in der Umgebung hohen Feuchtigkeitsgrades brauchbar bleiben würde.

Diese Art des Verhaltens ist kennzeichnend für Anordnungen, welche mit der Mischung überzogen sind, wie sie in diesem Beispiel XII beschrieben ist. Im allgemeinen sind die Strom-Spannungs-Kennlinien unmittelbar nach dem Überziehen mit der Quecksilberoxyd-Polybuten-Polyäthylen-Mischung befriedigend und sind im allgemeinen in dieser Hinsicht vergleichbar mit Anordnungen, welche mit Bleitetroxyd-Polybuten-Polyäthylen-Mischungen überzogen sind, wie sie im Beispiel X beschrieben sind. Die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsschäden von Anordnungen, überzogen mit Quecksilberoxyd-Polybuten-Polyäthylen-Mischungen, ist im

allgemeinen vergleichbar mit derjenigen, die mit Bleitetroxyd-Polybuten-Polyäthylen-Mischungen überzogen sind, aber viel weniger zufriedenstellend als die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeitsschäden von Anordnungen, wie sie, überzogen mit Quecksilberoxyd-Silikonelastomer-Mischungen, beschrieben sind.

Beispiel XIII

Ein pnp-Germanium-Transistor, welcher ein 7_C0 von 5 μΑ bei 20 V, ein I_e „ von 2,5 μΑ bei 20 V und ein α von 0,991 hatte, wenn er in unüberzogenem Zustand geprüft wurde, wurde mit einer Mischung, welche aus 1,8 Teilen Bleitetroxyd und 1 Teil eines

steht im Gegensatz zu demjenigen einer Anordnung, überzogen mit einer Silikon-Bleitetroxyd-Mischung und ausgehärtet bei einer Temperatur weniger als etwa 60° C, wie es im Beispiel XIII beschrieben ist.

Beispiel XV

Eine Mischung aus 2,1 Teilen von Quecksilberoxyd und 1 Teil der Silikonverbindung von Beispiel II wurde hergestellt. Ein pnp-Germanium-Transistor ίο mit den ursprünglichen Werten von I_{c 0} 4,1 μΑ bei 20 V und I_e0 von 1,7 μΑ bei 20 V, einer Kollektor-

bei 20 V 11 μΑ, daß I_e0 bei 20 V 3,7 μΑ, die Kollektorspitzensperrspannung 122 V, die Emitterspitzensperrspannung 110 V und α 0,985 war. Eine stabile

Spitzensperrspannung von 114 V, einer Emitterspitzensperrspannung von 110 V und einem α von 0,990 wurde mit dieser Mischung überzogen und auf

Silikonharzes, wie nach Beispiel II hergestellt, be- 15 120° C während 16 Stunden erhitzt. Nach dieser Bestand, überzogen, aber modifiziert mit einem Kataly- handlung zeigten Prüfungen des Transistors, daß I_co

sator, welcher eine Polymerisation des Silikonelasto- " '

mers bei Raumtemperatur erlaubte. Nach dem Überziehen wurde die Vorrichtung sich

selbst bei Raumtemperatur überlassen, bis das Silikon 20 und gegenüber Feuchtigkeit widerstandsfähige Anpolymerisiert hatte, so daß es einen anhaftenden Ordnung ergab sich aus der obigen Behandlung. Es elastomeren Überzug um die Anordnung herum er- sollte beachtet werden, daß dieselbe allgemeine Art gab. Eine Anordnung mit stabilen unveränderten des Verhaltens sich aus einer Behandlung dieser Strom-Spannungs-Kennlinien ergab sich. Die Anord- Anordnung mit einer Quecksilberoxyd-Silikon-Minung wurde dann bei 60° C während 2 Stunden er- 25 schung ergab, wie sie sich aus einer Behandlung einer hitzt. Die Strom-Spannungs-Kennlinien wurden wie- ähnlichen Anordnung im Beispiel XIV mit einer der gemessen. I_{e 0} wurde gefunden zu 3 μΑ bei 20 V, Bleitetroxyd-Silikon-Mischung ergab, nämlich /^₀ I_CQ wurde zu 3 μΑ bei 20 V gefunden, und α wurde und /₆,₀ wuchsen merklich, aber nicht ernstlich an, mit 0,992 gefunden. Die Spitzensperrspannungen von und α sank ab. Es sollte weiterhin jedoch darauf hin-Kollektor und Emitter wurden durch diese Behänd- 30 gewiesen werden, daß α in dem Falle der Anordnung, lung nicht merklich verändert. Diese und andere überzogen mit der Quecksilberoxyd-Silikonharz-Mischung, weniger absank.

Erwähnt sei noch, daß Halbleiter, z. B. aus Germanium, die mit reinem Bleitetroxyd überzogen sind, gegen Beeinträchtigung durch Feuchtigkeit erheblich beständiger sind als solche ohne jede Behandlung. Durch einen Überzug aus Bleitetroxyd-Silikonharz wird jedoch noch eine erheblich größere Beständigkeit gegen Feuchtigkeit erreicht.

Zusammengefaßt haben ausgedehnte Untersuchungen gezeigt, daß, wenn eine Germanium-Halbleiteranordnung mit einer Silikonelastomerharz-Bleitetroxyd- oder -Quecksilberoxyd-Zusammensetzung überzogen wird, die Eigenschaften der Anordnung 45 in Sperrichtung, wenn sie vor dem Aufbringen des Überzuges gut sind, nicht verändert werden. Wenn die Eigenschaften in Sperrichtung vor dem Überziehen nicht gut sind wegen der Obernächenleckströme, sind sie fast immer durch den Überzug Verordnung war nach der Behandlung stabil und gegen- 50 bessert worden. Anordnungen, welche mit den über Feuchtigkeitsschäden widerstandsfähig. Zusammensetzungen gemäß der Lehre der Erfindung

Die Ergebnisse, welche an dem oben beschriebenen überzogen sind, haben keine Veränderungen in den Transistor erhalten wurden, veranschaulichen das Eigenschaften gezeigt, nachdem sie langer als Verhalten von pnp-Germanium-Transistoren, wenn 3 Jahre unter Raumbedingungen gestanden haben, sie mit Stoffzusammensetzungen überzogen werden, 55 Andere Anordnungen, welche gemäß der Erfindung welche Bleitetroxyd in Silikonelastomeren enthalten behandelt worden sind, sind einer 5O°/oigen relativen und bei einer Temperatur oberhalb 80° C ausgehärtet
werden. Die I_c0- und l_e „-Werte zeigen gewöhnlich
merkliches, aber nicht ernsthaftes Anwachsen, und
der α-Wert sinkt ab. Diese Wirkungen treten als all- 60
gemeine Regel auf, wenn die mit dem Überzug versehene Einrichtung irgendwie langer Temperaturen
größer als 80° C ausgesetzt wird, gleichgültig, ob
solche Temperaturen notwendig sind, die Silikon-Bleitetroxyd-Mischung zu vulkanisieren, oder ob die 65 ist, so weist sie verbesserte Eigenschaften auf. Zu-Silikon-Bleitetroxyd-Mischung bei Raumtemperatur sätzlich ist im letzteren Fall die Silikonelastomervulkanisiert und später auf Temperaturen größer als Bleitetroxyd- oder -Quecksilberoxyd-Zusammensetetwa 80° C erhitzt wird. Diese Art des Verhaltens zung dazu fähig, die Hitze rasch abzuführen, welche

Prüfungen zeigen, daß sich aus dieser Behandlung ein stabiler und gegen Feuchtigkeit widerstandsfähiger Transistor ergab.

Beispiel XIV

Ein pnp-Transistor, wenn er in unüberzogenem Zustand geprüft wurde, wies ein /,.„ von 4,4 μΑ bei 20 V, ein I_eQ von 1,5 μΑ bei 20 V, eine Kollektorspitzenspannung von 80 V, eine Emitterspitzenspannung von 64 V und ein α von 0,990 auf.

Der Transistor wurde mit einer Mischung aus 1 Teil Silikonharz und 1,8 Teilen Bleitetroxyd überzogen. Nach dem Überziehen wurde der Transistor bei 120° C während 16 Stunden erhitzt.

Nach dem Überziehen und der Wärmebehandlung war I_co 6,7 μΑ bei 20 V, das I_e0 4,3 μΑ bei 20 V, die Kollektorspitzenspannung 88 V, die Emitterspitzenspannung 64 V, und α war 0,975. Diese An-

Feuchtigkeitsatmosphäre für 2 Jahre unterworfen worden, ohne daß sie nachteilige Änderungen in ihren Eigenschaften zeigten.

Bei der Behandlung von Silizium-Halbleiteranordnungen gemäß der Erfindung sind die folgenden Ergebnisse erreicht worden. Der Oberflächenleckstrom ist wesentlich herabgesetzt worden, und wenn die Anordnung nach der Behandlung nicht geätzt worden

sich aus solchen Leckströmen ergibt, und auf diese Weise ihre Wirkungen auf die Anordnung zu verringern. Unter den günstigen Eigenschaften, welche aus dem Überzug der n-Basis-Siliziumanordnungen abgeleitet werden können, sind die primären eine Verbesserung in der Fähigkeit der Anordnung, höheren Temperaturen und einer höheren relativen Feuchtigkeit für ausgedehnte Zeitabschnitte zu widerstehen. Günstige Eigenschaften, welche abgeleitet werden von dem Überzug bei p-Basis-Siliziumanordnungen, sind erstens eine Herabsetzung oder Verhütung von Leckströmen und zweitens eine verbesserte Spitzensperrspannung. Wenn einer beschleunigten Alterung unterworfen, zeigten die Prüfungsergebnisse an, daß die Eigenschaften der Anordnung beträchtlich in vielen Fällen wirksam verbessert, aber niemals nachteilig durch einen Betrieb bei hohen Temperaturen und bei hoher relativer Feuchtigkeit während ausgedehnter Zeitabschnitte beeinflußt werden.

Die Ergebnisse von mit einem Silikonelastomerharz ohne den Tetroxyd- oder Quecksilberoxydzusatz überzogenen Anordnungen zeigen, daß, während in einigen Fällen die unmittelbaren Eigenschaften der Anordnung manchmal eine leichte Verbesserung erfahren, die Anordnungen diese verbesserten Eigenschäften nicht über einen annehmbaren Zeitabschnitt aufrechterhalten, wenn sie normalen Raumbedingungen oder hohen Feuchtigkeitszuständen ausgesetzt werden.

Das Überziehen der Anordnung mit Bleioxyd in einer Polyäthylen-Polybuten-Mischung mag in einigen Fällen die unmittelbaren Sperrstromeigenschaften verbessern, aber solche Anordnungen haben eine sehr kurze Lebensdauer, besonders wenn sie bei hohen Temperaturen und/oder hoher Feuchtigkeit betrieben werden.

Claims (16)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Halbleiteranordnung mit mindestens einem pn-übergang, an welcher Oberflächenteile mit einem Schutzüberzug aus einem Trägerstoff versehen sind, der Metalloxyde in feinverteilter Form enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstoff aus einem polymerisierbaren elastomeren Silikonharz und die Metalloxyde aus Bleitetroxyd und/oder aus Quecksilberoxyd bestehen.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonharz etwa 0,6 bis 2,0 Gewichtsanteile des Metalloxydes enthält.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzüberzug die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckt und die erforderlichen elektrischen Anschlüsse mittels besonderer Zuleitungen von den Elektroden durch diesen Überzug herausgeführt sind.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzüberzug nur an denjenigen Stellen der Oberfläche des Halbleiters aufgebracht ist, an denen der einzelne pn-übergang an die Oberfläche des Halbleiters heraustritt sowie an diesen Stellen benachbarten Bereichen des Halbleiterkörpers.

5. Halbleiteranordnung nach einem der An-Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung zusätzlich zu dem Schutzüberzug in eine besondere Kapselung eingeschlossen ist.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung aus einem Metall-, Glas- oder Keramikbehälter oder aus einem Harz besteht.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung aus einem Epoxyharz, Phenolharz, Polyesterharz oder Silikonharz besteht.

8. Verfahren zur Herstellung des Schutzüberzuges an einer Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff für den Schutzüberzug mit feinverteiltem Metalloxyd durch Eintauchen, Aufbürsten oder Aufspritzen aufgebracht und durch einen anschließenden Wärmebehandlungsprozeß zu einem zähen Elastomer umgewandelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonharz bei einer Temperatur aufgebracht wird, bei der es eine niedrige Viskosität besitzt.

10. Verfahren zur Herstellung des Schutzüberzuges nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siloxanelastomer auf einen Germaniumkörper aufgebracht und anschließend eine Wärmebehandlung der so gebildeten Anordnung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100 bis 120° C während etwa 4 bis 16 Stunden durchgeführt wird.

11. Verfahren zur Herstellung des Schutzüberzuges nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Silizium-Halbleiteranordnungen nach dem Aufbringen des Schutzüberzugstoffes bei diesen eine Wärmebehandlung im Bereich von 100 bis 200° C während 4 bis 16 Stunden durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei Raumtemperatur vulkanisierendes Siloxanelastomer benutzt wird.

13. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Teilchengröße der Metalloxyde 0,1 bis 10 μ beträgt.

14. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Schutzüberzuges für den pn-übergang etwa 0,5 bis 22 mm beträgt.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das feinverteilte Metalloxyd mit dem in Form einer dünnen Paste oder eines Gels vorhandenen elastomeren Silikonharz durch Verrühren bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Harzes zusammengemischt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischen in einer Farbenmühle oberhalb oder unterhalb des Schmelzpunktes des Harzes erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift W 15318 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 15. 3.1956);

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 015 934,1 018 559, 783.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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