DE1162485B - Halbleitergleichrichter zur Verwendung bis zu Temperaturen von etwa 1000íÒ mit einemHalbleiterkoerper aus Borphosphid - Google Patents
Halbleitergleichrichter zur Verwendung bis zu Temperaturen von etwa 1000íÒ mit einemHalbleiterkoerper aus BorphosphidInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WTBWl· PATENTAMT
Internat. Kl.: HOIl
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche Kl.: 21 g -11/02
Nummer: 1162 485
Aktenzeichen: M 46826 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 14. Oktober 1960
Auslegetag: 6. Februar 1964
Die Erfindung betrifft einen Halbleitergleichrichter zur Verwendung bis zu Temperaturen von etwa
1000° C mit einem Halbleiterkörper aus Borphosphid, mit gleichrichtender Spitzenelektrode und nichtgleichrichtender
flächenhafter Elektrode.
Es ist bekannt, aus den Verbindungen der Elemente in der III. und V. Reihe des Periodensystems
der Elemente Halbleiterbauelemente, beispielsweise Halbleitergleichrichter, herzustellen. Ferner wurde
auch bereits vorgeschlagen, die Halbleiterkörper solcher Bauelemente mit besonderen Elektroden zu
versehen und z. B. eine einlegierte Goldelektrode mit goldplattierten Bändern oder Drähten aus Silber,
Kupfer, Molybdän oder Wolfram durch Legierung zu verbinden.
Die bekannten Halbleitergleichrichter sind mit ihren aufgebrachten Elektroden jedoch nur in einem
beschränkten Temperaturgebiet einsatzfähig.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Halbleitergleichrichter vorzuschlagen, welcher
bei Temperaturen bis zu etwa 1000° C betrieben werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß die an einem Halbleiterkörper
aus Borphosphid angebrachten Elektroden aus Silber oder aus einem Material mit höherem Schmelzpunkt
als Silber, z. B. Platin oder Nickel, bestehen, und daß die flächenhafte Elektrode ein Element aus den
Gruppen des Periodensystems der chemischen Elemente IIB, VIB, Magnesium oder Beryllium enthält.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Halbleitergleichrichters läßt sich im Vergleich mit früheren
Vorschlägen, beispielsweise der Einlegierung goldplattierter Anschlußteile, außerordentlich einfach
verwirklichen und führt zu Halbleitergleichrichtern, welche auch bei hohen Temperaturen voll betriebsfähig
sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die flächenhafte Elektrode aus Platin
und ist auf den Halbleiterkörper aufgeschmolzen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterkörper N-leitend, und
die flächenhafte Elektrode besteht aus Nickel, welches eine kleine Menge an Selen oder Tellur enthält.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterkörper P-leitend, und
die flächenhafte Elektrode besteht aus Nickel, welches eine kleine Menge an Magnesium, Beryllium, Cadmium
oder Zink enthält.
Der Halbleiterkörper aus N-leitendem Borphosphid kann als Platte ausgebildet sein, auf deren eine Seite
eine flächenhafte Elektrode aus Nickel mit einem Halbleitergleichrichter zur Verwendung bis zu
Temperaturen von etwa 1000° mit einem
Halbleiterkörper aus Borphosphid
Temperaturen von etwa 1000° mit einem
Halbleiterkörper aus Borphosphid
Anmelder:
Monsanto Chemical Company,
St. Louis, Mo. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 22
Als Erfinder benannt:
Forrest Vaughan Williams,
Robert Arthur Ruehrwein,
Dale Eugene Hill, Dayton, Ohio (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Oktober 1959
(Nr. 846 850)
Gehalt von nicht mehr als etwa 15 Gewichtsprozent Selen oder Tellur aufgeschmolzen ist; auf der anderen
Seite der Platte ist das eine Ende einer Spitzenelektrode aus Wolfram oder Phosphorbronze angebracht,
deren entgegengesetztes Ende an einem aus Nickel gefertigten Leiter befestigt sein kann; eine
Glaskapsel kann die Platte und die Spitzenelektrode umschließen, wobei die Glaskapsel mit der flächenhaften
Elektrode und dem aus Nickel gefertigten Leiter durch metallische Glas-Metall-Einschmelzungen
verbunden sein kann.
In ähnlicher Weise kann der Halbleiterkörper eines erfindungsgemäßen Gleichrichters aus einer Platte aus
P-leitendem Borphosphid bestehen, auf deren eine Seite eine flächenhafte Elektrode aus Nickel aufgeschmolzen
ist, welches nicht mehr als etwa 15 Gewichtsprozent Magnesium, Beryllium, Cadmium oder
Zink enthält; auf der anderen Seite der Platte kann das eine Ende einer Spitzenelektrode aus Wolfram
oder Phosphorbronze angebracht sein, deren entgegengesetztes Ende an einem aus Nickel gefertigten
Leiter befestigt sein kann; eine Glaskapsel kann die Platte und die Spitzenelektrode umschließen, wobei
die Glaskapsel mit der flächenhaften Elektrode und dem aus Nickel gefertigten Leiter durch metallische
Glas-Metall-Einschmelzungen verbunden sein kann.
409 507/316
3 4
Zweckmäßigerweise sind bei den erfindungsgemä- chem ein Metallphosphid und ein Metallborid in
ßen Halbleitergleichrichtern elektrische Zuleitungen eimm anorganischen Einbettungsmaterial erhitzt
aus Nickel oder Kupfer an der flächenhaften Elek- werden. Bei diesem Prozeß kann die zur Bildung von
trode und dem Leiter befestigt. N-Typ-Material erforderliche Dotierung durch ge-
Es zeigte sich, daß kristallines Borphosphid für die 5 ringfügige Zugabe von Sauerstoff oder Schwefel, vorVerwendung
bei hohen Temperaturen besonders ge- zugsweise als Oxyd oder Sulfid, zu dem anorganischen
eignet ist. Man weiß aus optischen Messungen an Einbettungsmaterial ausgeführt werden. Die praktisch
kubisch kristallisiertem Borphosphid, daß dieses eine bevorzugten Elemente bei allen Dotierungsprozessen
verbotene Energielücke von etwa 5,8 Elektronenvolt zur Herstellung von N-Typ-Leitung sind Selen und
besitzt. Im Vergleich hierzu hat Silizium eine ver- io Tellur. Bei diesem Verfahren können Selen und
botene Energielücke von etwa 1 Elektronenvolt und Tellur direkt der Schmelze zugefügt werden. Polo-Germanium
eine verbotene Energielücke von etwa nium, ein N-Typ-Dotierungszusatz, ist, da zudem
0,7 Elektronenvolt. Germanium kann als Gleichrich- sehr viel teuerer, normalerweise natürlich weniger
ter nur bei Temperaturen bis zu etwa 80° C verwen- erwünscht. Aber wenn dieses Element verwendet
det werden. Silizium kann bei höheren Temperaturen 15 werden soll, kann es in elementarer Form der
als Germanium verwendet werden. Aber es kann Schmelze zugegeben werden, von welcher der Bornicht
bei solchen Temperaturen verwendet werden, phosphidkristall hergestellt wird. Bei dem Dotierungsdie
an die herankommen, bei denen Borphosphid prozeß zur Herstellung von P-Typ-leitendem Bornoch
verwendbar ist, d. h. etwa 1000° C. Kristallines phosphid können Magnesium, Beryllium, Zink, Cad-Borphosphid
zeigt den üblichen negativen Tempera- 20 mium oder Quecksilber zu der Schmelze zugegeben
turkoeffizienten des Widerstandes eines Halbleiters. werden, vorzugsweise Magnesium, Beryllium, Zink
Dotierungszusätze aus den Gruppen IIB oder VIB oder Cadmium.
des Periodensystems der chemischen Elemente, sowie Weiterhin wurde ein Verfahren zum Herstellen
Magnesium und Beryllium können verwendet werden, von kubisch kristallisiertem Borphosphid mit N-Typ-
um den Leitungstyp oder den Grad der Leitfähigkeit 25 Leitung vorgeschlagen, bei welchem ein Gasstrom
von kristallinem Borphosphid zu verändern. von Borsuboxyd mit einem Gasstrom von elementa-
Es ist eine Anzahl von verschiedenen Verfahren rem Phosphor bei Temperaturen von 1000 bis
zur Herstellung von kristallisiertem, kubischem Bor- 1800° C zusammengebracht wird. Die Fällung von
phosphid bekannt, z. B. aus eigenen älteren Vor- Borphosphid erfolgt aus der Gasphase. Die zur Verschlagen.
30 änderung des Grades oder des Typs der Leitung
Ein Verfahren zum Herstellen von kristallinem erforderliche Dotierung wird bei dieser Methode,
Borphosphid wurde vorgeschlagen, bei dem ein Bor- wenn gewünscht, in einer Weise durchgeführt, die
halogenid, -hydrid oder -alkyl mit einem Phosphor- dem zuerst beschriebenen Verfahren ähnlich ist.
halogenid oder -hydrid bei einer Temperatur von Ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Borwenigstens 593° C zusammengebracht wird. Wenn 35 phosphid-Einkristallen wurde vorgeschlagen. Bei erwünscht, kann während des Herstellungsprozesses diesem Verfahren wird rohes Ausgangsmaterial von des Borphosphids ein flüchtiges Chlorid eines EIe- Borphosphid mit Wasserstoffhalogeniddampf bei einer mentes aus der Gruppe IIB, Magnesium oder Beryl- Temperatur von 600 bis 1500° C zusammengebracht lium in Spuren zu den Reaktanten zum Zwecke der und die resultierende, gasförmige Mischung einer Erzielung von P-Typ-leitendem Borphosphidmaterial 40 höheren Temperatur von 800 bis 1800° C unterzugesetzt werden. Wenn N-Typ-leitendes Material worfen, wobei eine Temperaturerhöhung von der gewünscht wird, kann ein Element aus der Gruppe ersten Berührungszone zur zweiten Berührungszone VIB während des Prozesses in Spuren zugesetzt von 50 bis 1000° C angewendet wird, so daß ein werden, um kristallines, N-Typ-leitendes Borphos- Einkristall von Borphosphid in der zweiten Zone anphid zu ergeben. Praktisch werden während des 45 fällt. Dotierung zur Veränderung des Grades oder Herstellungsprozesses des kristallinen Borphosphides, des Typs der Leitung kann, wenn gewünscht, ähnlich ob nun Dotierungszusätze zugegeben werden oder wie in dem zuerst beschriebenen Verfahren durchgenicht, genügend Verunreinigungen normalerweise führt werden.
halogenid oder -hydrid bei einer Temperatur von Ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Borwenigstens 593° C zusammengebracht wird. Wenn 35 phosphid-Einkristallen wurde vorgeschlagen. Bei erwünscht, kann während des Herstellungsprozesses diesem Verfahren wird rohes Ausgangsmaterial von des Borphosphids ein flüchtiges Chlorid eines EIe- Borphosphid mit Wasserstoffhalogeniddampf bei einer mentes aus der Gruppe IIB, Magnesium oder Beryl- Temperatur von 600 bis 1500° C zusammengebracht lium in Spuren zu den Reaktanten zum Zwecke der und die resultierende, gasförmige Mischung einer Erzielung von P-Typ-leitendem Borphosphidmaterial 40 höheren Temperatur von 800 bis 1800° C unterzugesetzt werden. Wenn N-Typ-leitendes Material worfen, wobei eine Temperaturerhöhung von der gewünscht wird, kann ein Element aus der Gruppe ersten Berührungszone zur zweiten Berührungszone VIB während des Prozesses in Spuren zugesetzt von 50 bis 1000° C angewendet wird, so daß ein werden, um kristallines, N-Typ-leitendes Borphos- Einkristall von Borphosphid in der zweiten Zone anphid zu ergeben. Praktisch werden während des 45 fällt. Dotierung zur Veränderung des Grades oder Herstellungsprozesses des kristallinen Borphosphides, des Typs der Leitung kann, wenn gewünscht, ähnlich ob nun Dotierungszusätze zugegeben werden oder wie in dem zuerst beschriebenen Verfahren durchgenicht, genügend Verunreinigungen normalerweise führt werden.
durch das sich bildende Borphosphid aufgenommen, Die Dotierung von Borphosphid nach der Bildung
um es entweder N- oder P-Typ-Ieitend zu machen. 50 des Borphosphidkristalls ist normalerweise nicht so
Natürlich kann die Dotierung des Borphosphides günstig, wie die Dotierung während der Herstellung
auch nach der Bildung des Borphosphidkristalls durch des Kristalls. Sie kann jedoch wie folgt ausgeführt
Diffusion von Dotierungszusätzen in die Kristall- werden: Borphosphid wird auf eine Temperatur von
struktur bei höherer Temperatur geschehen, aber etwa 800° C erhitzt und einer spurenförmigen Menge
normalerweise wird es vorgezogen, die Dotierung 55 des dampfförmigen Dotierungselementes ausgesetzt,
während der Herstellung des Borphosphides vorzu- wobei dieses in den Borphosphidkristall hineindiffun-
nehmen. dieren kann. Normalerweise werden für diese Art des
Es wurde weiterhin ein Verfahren zum Herstellen Dotierungsverfahrens lange Zeiten benötigt, mögvon
kristallinem Borphosphid vorgeschlagen, bei licherweise mehrere Tage oder noch mehr. Wenn
welchem eine gasförmige Borverbindung mit elemen- 60 feststeht, daß genügend Dotierungszusatz in den
tarem Phosphor und Wasserstoff bei einer Tempera- Borphosphidkristall hineindiffundiert ist, wird der
tür von mindestens 593° C zusammengebracht wird. Kristall schnell abgeschreckt, so daß die Temperatur
Eine Dotierung während der Herstellung des Bor- auf Raumtemperatur erniedrigt wird. Dies ist natürphosphides
kann gemäß einem Verfahren durchge- lieh die gebräuchliche Diffusions- und Abschreckführt
werden, welches dem oben beschriebenen 65 methode, wie sie für die Dotierung von Halbleiterähnlich ist. materialien nach der Kristallisation verwendet wird.
Ein anderes Verfahren zum Herstellen von kristal- Wenn anstatt der Abschreckung das Material lang-
linem Borphosphid wurde vorgeschlagen, bei wel- sam abgekühlt wird, diffundiert der Dotierungszusatz
5 6
wieder aus dem Kristallgitter hinaus. Durch die Ab- dadurch hergestellt, daß die Platte 12 auf die Elekschreckung
wird der Dotierungszusatz in dem Kristall trode 14 bei einer Temperatur von etwa 11000C
eingefangen. gepreßt wird, wobei man dem Selen oder Tellur ge-
In einem Versuch zur Prüfung der Gleichrichter- nügend Zeit läßt, in die Oberfläche der Platte 12 ein-
eigenschaften von Borphosphid als Diode oder Punkt- 5 zudringen und so die Platte 12 und die Elektrode 14
kontaktgleichrichter wurde ein Einkristall aus Bor- miteinander zu verschweißen. Eine Glaskapsel 16
phophid mit den Dimensionen etwa 1-1-0,5 mm umgibt die Platte 12 und die Punktkontaktelektrode
verwendet, dessen einer Kontakt aus Leitsilber 13 und schließt sie ab. Die Glas-Metall-Einschmelz-
(Silberfarbe) gefertigt war und dessen zweiter Kon- stellen 17 und 18 dichten die Kapsel 16 mit den
takt aus einem punktförmig aufgesetzten Wolfram- io Elektroden 14 und 15 ab. Eine solche Anordnung
drahthaar bestand. Der Versuch, der bei einer Tem- erlaubt das Aufrechterhalten von irgendeiner ge-
peratur von 20° C ausgeführt wurde, ergab ein wünschten Atmosphäre um die Platte 12 herum,
Widerstandsverhältnis der einen Stromrichtung zu wobei Hochvakuum wenn nötig inbegriffen ist. Wenn
der entgegengesetzten von 1000:1. Dieser Versuch der Gleichrichter 11 zusammen mit den elektrischen
bestätigt die hervorragenden Punktkontaktgleichrich- 15 Zuleitungen 19 und 20 nicht eingekapselt ist und in
tereigenschaften von Borphosphid. diesem Zustand einer oxydierenden Atmosphäre bei
Allgemein besteht der zur Verwendung bei hohen hoher Temperatur ausgesetzt wird, ist es vorzuziehen,
Temperaturen geeigneten Punktkontaktgleichrichter Zuleitungen 19 und 20 aus Nickel zu verwenden,
gemäß der Erfindung aus einem Borphosphid-Halb- welche an die Elektroden 14 und 15 passend ange-
leiterkörper, einer Kontaktelektrode mit hohem 20 lötet oder angeschweißt sind. Wenn der Gleichrichter
Schmelzpunkt, welche in ohmschem Kontakt auf dem oder wenigstens die Zuleitungen 19 und 20 nicht
Halbleiterkörper befestigt ist, und einer Punktkontakt- einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt werden,
elektrode, welche ebenfalls an dem Halbleiterkörper genügen Kupferzuleitungen. Geeignete Zuleitungen
angebracht ist. Damit die Punktkontaktelektrode bei 19 und 20 können auch in diesem Falle an den
hohen Temperaturen verwendbar ist, soll sie natür- 25 Elektroden 14 und 15 durch Schweißen oder durch
Hch einen hohen Schmelzpunkt haben, zumindest andere mechanische Mittel befestigt werden. An dem
einen so hohen, wie die gängig verwendeten Punkt- Gleichrichter 11 ist eine Wechselstromquelle 23 über
kontaktelektroden haben. einen Widerstand 21 und Leitungen 19, 20 und 22
Die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im angeschlossen. Die gleichgerichtete Spannung erZusammenhang
mit den Zeichnungen dient der wei- 30 scheint an dem Widerstand 21.
teren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt Wechselweise kann ein ohmscher Kontakt mit der
teren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt Wechselweise kann ein ohmscher Kontakt mit der
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Aus- Platte 12 auch dadurch hergestellt werden, daß eine
führungsform der Erfindung mit dazugehörendem Platinelektrode auf die untere Oberfläche der Platte
Stromkreis und 12 aufgeschmolzen wird. In diesem Fall kann die
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Gleich- 35 Elektrode 14 aus reinem Nickel oder Kupfer sein,
richtercharakteristik eines P-Typ-leitenden Borphos- welches kein Selen oder Tellur enthält. Zur An-
phid-Einkristalls bei tiefer und hoher Temperatur. Schmelzung der Platinelektrode an die Platte 12 wird
Fig. 1 zeigt einen für das Arbeiten bei hoher eine genügend hohe Temperatur, vorzugsweise aber
Temperatur bestimmten Punktkontaktgleichrichter nicht mehr als 800° C verwendet. Die Verwendung
bzw. Diode 11 zusammen mit dazugehöriger Schal- 4° von Platin zur Herstellung eines ohmschen Kontaktes
tung. Ein Einkristall aus kubischem Borphosphid mit mit der Platte 12 bildet eine Verbindung, welche
N-Typ-Leitung bildet den Halbleiterkörper 12 des gegen hohe Temperaturen nicht so widerstandsfähig
Gleichrichters. Der Halbleiterkörper 12 hat zweck- ist wie die oben beschriebene ohmsche Verbindung
mäßigerweise die Form einer dünnen Scheibe oder aus Selen oder Tellur enthaltendem Nickel. Ein
Platte aus Borphosphid. Auf dem Halbleiterkörper 12 45 ohmscher Kontakt an der unteren Oberfläche der
wird zur Bildung eines Gleichrichterkontaktes ein Platte 12 kann auch durch die Verwendung von
Wolfram- oder Phosphor-Bronze-Drahthaar 13 ver- Leitsilber (Silberfarbe) gemacht werden, um die
wendet. Das eine Ende des Drahthaares 13 wird Platte 12 und die Elektrode 14 miteinander zu vergegen
die obere Oberfläche der Platte 12 gepreßt, um binden; jedoch bricht eine solche ohmsche Verbineinen
Gleichrichterkontakt mit der Borphosphidplatte 50 dung bei einer relativ niedrigen Temperatur von
herzustellen. Zweckmäßigerweise wird die Punkt- etwa 300° C bereits zusammen,
kontaktelektrode 13 mit einer Kraft von etwa 50 g Es wurde oben beschrieben, daß Nickel, welches auf die Oberseite der Platte 12 gepreßt. Jedoch kann etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf Nickel, an diese Kraft mit Rücksicht auf eine optimale Selen oder Tellur enthält, für die Herstellung eines Leistungsfähigkeit auch zwischen etwa 10 bis 100 g 55 ohmschen Kontaktes mit N-Typ-leitendem Borphosliegen. Manchmal wird das Drahthaar oder die phid brauchbar ist. Wenn ein P-Typ-leitender Bor-Punktkontaktelektrode 13 auf den Halbleiterkörper phosphidkristall verwendet wird, ist Nickel, welches 12 auch dadurch aufgeschweißt, daß man einen star- etwa 10 Gewichtsprozent Zink oder Cadmium entken Stromstoß durch den Gleichrichter hindurch- hält, für die Herstellung eines ohmschen Kontaktes gehen läßt. Das obere Ende des Drahthaares 13 ist 60 geeignet. Praktisch kann neben Zink und Cadmium an eine Elektrode 15, welche zweckmäßigerweise aus auch Beryllium, Magnesium und Quecksilber aus der Kupfer oder Nickel besteht, angelötet, angeschweißt Gruppe IIB an Stelle von Zink oder Cadmium ver- oder auf andere Weise durch mechanische Mittel mit wendet werden, obwohl Magnesium, Beryllium, Zink ihr in Kontakt gehalten. An der Unterseite der Platte oder Cadmium oder Mischungen aus diesen vorzu-12 ist eine ohmsche Verbindung durch Aufschweißen 65 ziehen sind. An Stelle von Selen oder Tellur in einer Nickelelektrode 14 hergestellt, welche etwa Nickel kann zur Herstellung eines ohmschen Kon-10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Nickel, an taktes mit einer N-Typ-leitenden Platte von Bor-Tellur oder Selen enthält. Diese Verbindung wird phosphid auch Sauerstoff, Schwefel oder Polonium
kontaktelektrode 13 mit einer Kraft von etwa 50 g Es wurde oben beschrieben, daß Nickel, welches auf die Oberseite der Platte 12 gepreßt. Jedoch kann etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf Nickel, an diese Kraft mit Rücksicht auf eine optimale Selen oder Tellur enthält, für die Herstellung eines Leistungsfähigkeit auch zwischen etwa 10 bis 100 g 55 ohmschen Kontaktes mit N-Typ-leitendem Borphosliegen. Manchmal wird das Drahthaar oder die phid brauchbar ist. Wenn ein P-Typ-leitender Bor-Punktkontaktelektrode 13 auf den Halbleiterkörper phosphidkristall verwendet wird, ist Nickel, welches 12 auch dadurch aufgeschweißt, daß man einen star- etwa 10 Gewichtsprozent Zink oder Cadmium entken Stromstoß durch den Gleichrichter hindurch- hält, für die Herstellung eines ohmschen Kontaktes gehen läßt. Das obere Ende des Drahthaares 13 ist 60 geeignet. Praktisch kann neben Zink und Cadmium an eine Elektrode 15, welche zweckmäßigerweise aus auch Beryllium, Magnesium und Quecksilber aus der Kupfer oder Nickel besteht, angelötet, angeschweißt Gruppe IIB an Stelle von Zink oder Cadmium ver- oder auf andere Weise durch mechanische Mittel mit wendet werden, obwohl Magnesium, Beryllium, Zink ihr in Kontakt gehalten. An der Unterseite der Platte oder Cadmium oder Mischungen aus diesen vorzu-12 ist eine ohmsche Verbindung durch Aufschweißen 65 ziehen sind. An Stelle von Selen oder Tellur in einer Nickelelektrode 14 hergestellt, welche etwa Nickel kann zur Herstellung eines ohmschen Kon-10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Nickel, an taktes mit einer N-Typ-leitenden Platte von Bor-Tellur oder Selen enthält. Diese Verbindung wird phosphid auch Sauerstoff, Schwefel oder Polonium
verwendet werden. Jedoch werden Selen oder Tellur oder Mischungen aus beiden vorgezogen. Normalerweise
ist es vorzuziehen, nicht mehr als etwa 15, nach Möglichkeit sogar nicht mehr als 10 Gewichtsprozent
an Elementen aus den Gruppen IIB oder VIB des Periodensystems, Magnesium und Beryllium
in dem Nickel zu verwenden. Es können jedoch auch größere Beträge verwendet werden. Aber in jedem
Fall sollte die Mischung aus Nickel und diesen anderen Elementen in erster Linie aus Nickel bestehen,
d. h. Nickel sollte Unterschußbeträge dieser Elemente enthalten. An Stelle der Elektroden 14 und 15 aus
Nickel können auch andere Elektroden mit hohem Schmelzpunkt verwendet werden, z. B. Eisen, Silber,
Gold, Kupfer usw., oder Elemente aus den Gruppen IIB oder VIB des Periodensystems. Magnesium und
Beryllium würden als Dotierungszusätze in diese Metalle in dem gleichen Gewichtsverhältnis eingelagert
werden wie in Nickel für die Anordnung der Fig. 1. Diese anderen leitenden Metalle wurden dann
die Nickelelektroden 14 und 15 in Fig. 1 ersetzen.
In Versuchen, welche bei 25 und 400° C ausgeführt wurden, wurden die Punktkontaktgleichrichtercharakteristiken
eines Einkristalls von P-Typ-leitendem Borphosphid miteinander verglichen. Die
Dimensionen des Kristalls waren näherungsweise 1-1-0,5 mm. Der ohmsche Kontakt mit der einen
Seite des Kristalls wurde durch die Verwendung von Leitsilber (Silberfarbe) hergestellt. Die mit Silber
beschichtete Seite des Kristalls wurde auf die Kupferspitze eines Lötkolbens gelegt. Die Punktkontaktelektrode
bestand aus einem punktförmig aufgesetzten Wolframdrahthaar, welches gegen die obere
unbeschichtete Seite des Borphosphidkristalls gepreßt wurde. Elektrische Zuleitungen wurden an den Lotkolben
und den Wolframdraht angeschlossen. Eine Wechselstromquelle von 60 Hertz, welche in der
Spannung verwendet werden konnte, und ein Widerstand wurden über elektrische Leitungen mit dem
Borphosphidkristall in Serie geschaltet. Gemessen wurden der durch den Gleichrichter fließende Strom
in Milliampere und die Spannung am Gleichrichter, und zwar bei 25° C (Raumtemperatur) und 400° C.
Der Lötkolben wurde bis zum Erreichen der Prüftemperatur von 400° C aufgeheizt. Die Ergebnisse
dieses Versuches sind in Fig. 2 aufgetragen und zeigen, daß Borphosphid für die Anwendung als
Punktkontaktgleichrichter bei hoher Temperatur ebenso gut geeignet ist wie bei gewöhnlicher Temperatur.
Die dargestellte und im speziellen beschriebene Ausführungsform des Punktkontaktgleichrichters erfüllt
die geforderten Aufgaben mit den angegebenen Vorteilen.
Claims (8)
1. Halbleitergleichrichter zur Verwendung bis zu Temperaturen von etwa 1000° C mit einem
Halbleiterkörper aus Borphosphid, mit gleichrichtender Spitzenelektrode und nichtgleichrichtender
flächenhafter Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Silber oder aus einem Material mit höherem Schmelzpunkt
als Silber, z. B. Platin oder Nickel, bestehen, und daß die flächenhafte Elektrode ein Element 65 S.
aus den Gruppen des Periodensystems der chemischen Elemente IIB, VIB, Magnesium oder
Beryllium enthält.
2. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenhafte
Elektrode aus Platin besteht und auf den Halbleiterkörper aufgeschmolzen ist.
3. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
N-leitend ist und daß die flächenhafte Elektrode aus Nickel besteht, welches eine kleine Menge
an Selen oder Tellur enthält.
4. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
P-leitend ist und daß die flächenhafte Elektrode aus Nickel besteht, welches eine kleine Menge an
Magnesium, Beryllium, Cadmium oder Zink enthält.
5. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
eine Platte aus N-leitendem Borphosphid ist, daß die flächenhafte Elektrode aus Nickel, welches
nicht mehr als etwa 15 Gewichtsprozent Selen oder Tellur enthält, auf eine Seite der Platte aufgeschmolzen
ist, daß das eine Ende einer Spitzenelektrode aus Wolfram oder Phosphorbronze auf
der anderen Seite der Platte angebracht und ihr entgegengesetztes Ende an einem aus Nickel gefertigten
Leiter befestigt ist, daß eine Glaskapsel die Platte und die Spitzenelektrode umschließt
und die Glaskapsel mit der flächenhaften Elektrode und dem aus Nickel gefertigten Leiter
durch metallische Glas-Metall-Einschmelzungen verbunden ist.
6. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
eine Platte aus P-leitendem Borphosphid ist, daß eine flächenhafte Elektrode aus Nickel, welches
nicht mehr als etwa 15 Gewichtsprozent Magnesium, Beryllium, Cadmium oder Zink enthält, auf
die eine Seite der Platte aufgeschmolzen ist, daß das eine Ende einer Spitzenelektrode aus Wolfram
oder Phosphorbronze an der anderen Seite der Platte angebracht ist und ihr entgegengesetztes
Ende an einem aus Nickel gefertigten Leiter befestigt ist, daß eine Glaskapsel die Platte und die
Spitzenelektrode umschließt und die Glaskapsel mit der flächenhaften Elektrode und dem aus
Nickel gefertigten Leiter durch metallische Glas-Metall-Einschmelzungen verbunden ist.
7. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische
Zuleitungen aus Nickel an der flächenhaften Elektrode und dem Leiter befestigt sind.
8. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische
Zuleitungen aus Kupfer an der flächenhaften Elektrode und dem Leiter befestigt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 970 420;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 060 055; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 796 305; Zeitschrift für Metallkunde, Bd. 49, 1958, Heft 11,
bis 570.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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US3054936A (en) | 1962-09-18 |
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DE1162486B (de) | 1964-02-06 |
US3022452A (en) | 1962-02-20 |
GB950849A (en) | 1964-02-26 |
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