DE1192748B - Verfahren zur Verlegung des Knickes in der Sperrspannungskennlinie einer Halbleiteranordnung - Google Patents
Verfahren zur Verlegung des Knickes in der Sperrspannungskennlinie einer HalbleiteranordnungInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g -11/02
Nummer: 1192748
Aktenzeichen: S 71398 VIII c/21 g
Anmeldetag: 24. November 1960
Auslegetag: 13. Mai 1965
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verlegung des Knickes in der Sperrspannungskennlinie
einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper aus oder nach Art von Germanium oder
Silizium oder einer intermetallischen Verbindung in das Gebiet hoher Sperrspannungen, bei welchem ein
pn-übergang oder mehrere pn-Übergänge mit einem besonderen Schutzüberzug versehen werden.
Bei an Halbleitergleichrichterelementen, z. B. Siliziumgleichrichterelementen,
bei höherer Temperatur von etwa 150° C angestellten Messungen hat sich in
unerwünschter Weise gezeigt, daß die Sperrstromkennlinie bereits bei relativ niedrigen Sperrspannungen
nach oben abknickt. Das bedeutet aber, daß die einzelnen Gleichrichterelemente nur bis zu relativ
niedrigen Sperrspannungen betriebsmäßig eingesetzt werden könnten, während es doch erwünscht
ist, ein Gleichrichterelement betriebsmäßig bis zu relativ möglichst hohen Sperrspannungen einsetzen
zu können, d. h., daß der angegebene Knick in der ao Stromspannungskennlinie bei relativ hohen Sperrspannungswerten
erst in Erscheinung tritt und vorher die Stromspannungskennlinie möglichst bei relativ
kleinen Sperrstromwerten verläuft.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich diese angeführten nachteiligen Erscheinungen
durch eine besondere Behandlung an durch Einlegierung ihrer Elektroden fertiggestellten Halbleiterelementen,
z. B. Gleichrichterelementen, vermeiden lassen.
Erfindungsgemäß wird hierfür ein solches eingangs angeführtes, mit seinen einlegierten Elektroden fertiggestelltes
Halbleiterelement einem Temperungsprozeß bei etwa 200 bis 300° C über einen längeren
Zeitraum unterworfen, danach geätzt und nunmehr mit einer lackartigen Substanz als Schutzüberzug versehen.
Es kann sich in Verbindung mit der grundsätzlichen Erfindung als zweckmäßig erweisen, den Halbleiterkörper
zusätzlich bereits vor dem Temperungsprozeß zu ätzen.
Die Ätzung kann mittels eines der geläufigen Ätzmittel, wie z. B. einer Mischung von Salpetersäure
und Flußsäure, gegebenenfalls mit einem Zusatz von Eisessig, erfolgen.
Der aufgebrachte Schutzüberzug aus der lackartigen Substanz kann mit einem besonderen Zusatz,
wie etwa Alizarin, auf den entsprechenden pn-übergang des Halbleiterkörpers aufgebracht werden.
Hiernach kann, wenn der Stoff des Schutzüberzuges das bedingt, das Halbleiter- bzw. Gleichrichterelement
einem weiteren geeigneten thermischen Be-Verf ahren zur Verlegung des Knickes in der
Sperrspannungskennlinie einer
Halbleiteranordnung
Sperrspannungskennlinie einer
Halbleiteranordnung
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Werner Hinke, München;
Dr. rer. nat. Ottomar Jäntsch, Erlangen;
Wolfgang Kraft, Nürnberg;
Heinz Vogel, München
handlungsprozeß unterworfen werden, damit der Stoff des Schutzüberzuges in der erwünschten Weise
in einen bestimmten Zustand, z.B. in den ausgehärteten Zustand, übergeführt wird. Bei einer solchen
thermischen Behandlung eines Halbleiter- bzw. Gleichrichterelementes unmittelbar nach der Ätzung
oder nachdem an dem Element lediglich diese Ätzung vorgenommen worden war, hat sich z. B. eine thermische
Behandlung bei der angegebenen Temperatur von 200 bis 300° C während eines Zeitraumes von
etwa 72 Stunden als geeignet bzw. zweckmäßig ergeben. Nach einer solchen Fertigstellung zeigten die
Messungen der Sperrstromkennlinie dieser Gleichrichterelemente einen sehr günstigen Verlauf bis zu
relativ hohen Sperrspannungswerten bei nur sehr geringen Sperrströmen.
Außer der angeführten thermischen Behandlung, welche unmittelbar nach einer Ätzung der durch
Legierung fertiggestellten Halbleiter- bzw. Gleichrichterelemente vorgenommen worden war, erwies
sich auch eine solche als zweckmäßig, nach welcher nach der ersten Ätzung das einzelne Gleichrichterelement
an und benachbart einem pn-Ubergang zunächst noch mit einer Hilfsschicht, wie einem Aufstrich
aus einer wässerigen Alizarinlösung vor der Temperung oder einer ersten Lackschicht, versehen
wurde. Bei in dieser Weise vorbereiteten Siliziumgleichrichterelementen konnte die Zeitdauer der thermischen
Behandlung für die Erreichung des gleich günstigen Sperrstromverhaltens der Gleichrichterelemente
von dem angegebenen Zeitdauerwert von 72 Stunden auf etwa 16 Stunden herabgesetzt werden.
Das bedeutet, daß die günstige Wirkung, welche
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durch die Temperung an den Gleichrichterelementen hervorgerufen wird, eine Förderung erfährt, wenn
auf den pn-übergang eine solche wässerige Alizarin-Iösung aufgebracht wird.
Nach der Temperung eines Gleichrichterelementes, welches mit der Hilfsschicht aus dem Lack oder dem
Überzug aus der wässerigen Alizarinlösung versehen worden ist, muß naturgemäß zunächst dieser
Alizarinüberzug wieder abgewaschen und durch einen anschließenden Ätzprozeß einwandfrei wieder
entfernt werden, bevor der eigentliche Schutzüberzug aus einem Lack, gegebenenfalls mit einem Zusatz
eines beim Aufbringen der Lackschicht auf den Halbleiterkörper elektropositiv wirkenden Stoffes,
wie Alizarin, an dem Gleichrichterelement für den pn-übergang aufgebracht werden kann.
Es ist zunächst nicht ohne weiteres zu übersehen, worauf der durch die Anwendung der Erfindung an
Halbleiterelementen, wie Halbleitergleichrichterelementen, erreichte, ihre Güte auch bei höheren Temperaturen
verbessernder und sie gewissermaßen in ihrem betriebsmäßigen Verhalten konstant erhaltende
Effekt zurückzuführen ist. Es wird jedoch vermutet, daß an der Oberfläche des pn-Überganges
durch die Temperung ein Getterungseffekt auf im Halbleiterkörper enthaltene Fremdkörper ausgeübt
wird, der beim Auftreten höherer Temperaturwerte zu einem solchen Verhalten der Fremdstoffe führt,
daß auf diese Weise die Verschlechterung der erwünschten Spannungsstromkennlinie nicht mehr auftritt.
Vielleicht sind es z. B. Kupferatome, die sich in dem Halbleiterkörper, z. B. Siliziumkörper, durch
einen Behandlungsprozeß oder einen Herstellungsprozeß des Halbleiterkörpers eingelagert haben und
auf die bei der besonderen erfindungsgemäßen Temperaturbehandlung der Getterungseffekt durch an der
Oberfläche des Halbleiterelementes während dessen Behandlung vorhandene bzw. zur Entstehung gelangende
Schichten ausgeübt wird. Zu dieser Schlußfolgerung berechtigt offenbar diejenige erfolgreiche
Behandlungsart, welche in der Weise geschildert worden ist, daß auf die Oberfläche des pn-Überganges
bzw. die entsprechenden Stellen des Halbleiterelementes eine Hilfsschicht, z. B. ein Lack oder wässeriges
Alizarin, aufgestrichen wird. Weiterhin berechtigt zu dieser Annahme, daß jeweils nach der Temperung
unbedingt ein zweiter Ätzprozeß an der Oberfläche des Halbleiterelementes vorgenommen
werden muß, bevor die eigentliche Schutzschicht auf den pn-übergang aufgebracht werden kann. Diese
zweite Ätzung entfernt offenbar die als Getterstoff an der Oberfläche des Halbleiterelementes während
des Temperungsprozesses vorhandene und wirkende Oberflächenschicht, möglicherweise eine Oxydschicht,
die sich während dieses Temperungsprozesses mit den unerwünschten Fremdstoffen angereichert
hat, welche zu den Störungseffekten im Verlauf der Spannungsstromkennlinie in Sperrichtung
des Halbleiterelementes bzw. Halbleitergleichrichterelementes führen und diese Stoffe ab- oder adsorbiert.
Die Untersuchungen sind im wesentlichen an Halbleitergleichrichterelementen durchgeführt worden,
welche auf der Basis eines Halbleiters aus Silizium hergestellt worden sind. Die Erfindung ist aber
offenbar in gleicher vorteilhafter Weise auch bei anderen Halbleiterelementen anwendbar, bei denen
sich entweder bei der Herstellung des Halbleiterwerkstoffes durch dessen besondere Behandlung
oder durch die Behandlung bzw. den Fertigungsprozeß für die Halbleiteranordnung mit ihren einlegierten
Elektroden zur Erzeugung der erwünschten dotierten Zonen im Halbleiterkörper in dem Halbleiterkörper
unerwünschte Fremdstoffe einlagern bzw. in ihn hineindiffundieren können.
So ist es z.B. möglich, daß, wenn die Behandlungsapparaturen für die Halbleiterkörper Kupferkörper
in dem Behandlungsraum enthalten, von diesen abgedampftes Kupfer an die Oberfläche des
Halbleiterkörpers und von dieser dann durch Diffusion in den Halbleiterkörper hineingelangen könnte.
Außerdem ist es bereits üblich geworden, an Siliziumgleichrichterelementen
auf der unteren Grundplatte aus Molybdän, Wolfram oder Tantal als Zwischenelement
für die Befestigung eines solchen Halbleiterelementes an einem Gehäuseteil bzw. einem
gut leitenden Werkstoff, wie z. B. Silber, Kupfer oder Aluminium, zunächst eine Platte aus dem gleichartigen
Werkstoff wie das Gehäuse durch Lötung, Schweißung oder Legierung anzubringen, so daß auf
diese Weise nur zwei Körper miteinander über eine Lötstelle verbunden werden, die den gleichen oder
etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Bei der betriebsmäßigen thermischen
Beanspruchung einer solchen Halbleiteranordnung können sich dann an der Verbindungsstelle
zwischen dem Halbleiterelement und dem Gehäuseteil, insbesondere wenn diese durch eine Lötung hergestellt
worden ist, wie es sich auf Grund von Erfahrungen gezeigt hat, Schubspannungen in der Lotschicht
und damit in dieser Ermüdungserscheinungen oder Rissebildungen auftreten, die zu einer Verschlechterung
des in Rechnung gestellten Wärmeübergangsweges und Stromübergangsweges zwischen dem Halbleitergleichrichterelement und dem Gehäuse
führen, so daß dieses durch thermische Überlastung zu Schaden kommen kann.
Bekannt ist ein Verfahren zum Aufbringen eines Schutzüberzuges auf die Oberfläche einer Halbleiteranordnung
mit mindestens einem pn-übergang zwischen Zonen unterschiedlicher Dotierung, z. B. einem
Gleichrichter, einem Transistor od. dgl., nach vorangegangener chemischer oder elektrochemischer Ätz-
und/oder Polierbehandlung der Oberfläche mindestens an der Ubergangszone bzw. an den Übergangszonen, nach welchem auf die chemisch und/oder
elektrochemisch behandelte Oberfläche unmittelbar im Anschluß an diese Behandlung noch in Gegenwart
von Behandlungsmitteln das Schutzüberzugsmaterial in so heißem Zustand aufgetragen wird, daß
mindestens eine teilweise Verdampfung des chemischen Behandlungsmittels erfolgt. Als Schutzüberzugsmaterial
soll dabei Lack, Harz, Kunstharz od. dgl. verwendet werden können. Es sollen sich
anorganische und/oder organische Stoffe, in erster Linie als Dipole wirkende Substanzen, insbesondere
Moleküle mit polaren Endgruppen, eignen, die die an den Oberflächen vorhandenen Atome oder Moleküle
des Halbleiters an deren freien Valenzen elektrisch polarisieren und/oder mit ihnen ganz oder teilweise
chemische Verbindungen eingehen. Es wird dabei auch in Erwägung gezogen, daß die Schutzschicht
einen Zusatzstoff enthält oder zwischen der Oberfläche und der Schutzschicht eine aus dem Zusatzstoff
bestehende Zwischenschicht eingebaut wird zur Verbesserung der Oberfläche bezüglich der Halbleitereigenschaften,
insbesondere jene oxydiert oder
die mechanischen oder isolierenden Eigenschaften der Schutzschicht verändert und/oder konserviert sowie
insbesondere polymerisierend oder mindestens teilweise auch weichmachend wirkt.
Eine Verfahrensschrittefolge wie beim Gegenstand der Erfindung und mit dessen Zielsetzung lag bei
diesem bekannten Verfahren nicht vor.
Zur Stabilisierung von Siliziumoberflächen durch einen Oxydationsprozeß ist es bekannt, aus Siliziumdioxyd
bestehende Überzüge aus der Siliziumoberfläche heraus anodisch in Elektrolyten als anodische
Oxyde oder auf thermischem Wege, also in Form thermischer Oxyde, zum Aufwachsen zu bringen, so
daß Zwischengrenzflächen aus Silizium und Siliziumdioxyd (Si-SiO2) geschaffen werden.
Zur näheren Veranschaulichung der praktischen Anwendung der Erfindung und der durch sie erreichbaren
Effekte wird nunmehr auf die Figuren Bezug genommen.
In diesen Figuren ist jeweils der Sperrstrom in Milliampere über der Sperrspannung in Volt aufgetragen.
Er wurde bei 150° C Umgebungstemperatur der Gleichrichterelemente gemessen.
In F i g. 1 bezeichnet α eine Sperrstromkennlinie,
welche an einem Siliziumgleichrichterelement gemessen wurde, welches am pn-übergang mit einer Lackschutzschicht
mit einem Zusatz von Alizarin versehen worden war. Dieses Siliziumgleichrichterelement
war jedoch keiner Temperung nach dem vorliegenden Verfahren bei seiner Fertigung unterworfen
worden. Diese Kennlinie α zeigt in der angegebenen Weise ein Abknicken der Kennlinie nach oben bei
etwa 1000 Volt, b bezeichnet eine Kennlinie, welche an einem gleichartigen Siliziumgleichrichterelement
durch Messung erhalten wurde, welches nach der Einlegierung der Dotierungselektroden geätzt und
dann einer Temperung bei etwa 240° C während einer Zeit von 72 Stunden unterworfen wurde. Dieses
Gleichrichterelement wurde nach der Temperung das zweite Mal geätzt und anschließend mit einer
einen Zusatz aus Alizarin enthaltenden Lackschicht versehen und bei einer Temperatur von 200° C weiterbehandelt,
um die Lackschutzschicht auszuhärten. Diese Kurve b zeigt den angestrebten günstigen
Effekt, da die Kennlinie unterhalb von 1500 Volt nicht nach oben abknickt.
In F i g. 2 bezeichnet α wieder die an einem nicht
nach dem vorliegenden Verfahren behandelten Gleichrichter gemessene Sperrstromkennlinie. Sie
knickt bei etwa 1100 Volt nach oben ab. Die Kennlinie b dieser Figur wurde an einem Siliziumgleichrichterelement
gemessen, welches nach der Einlegierung in den Halbleiterkörper geätzt und an seinem
pn-übergang mit einem Aufstrich aus einer wässerigen Alizarinlösung bzw. -mischung versehen wurde.
Dieses Gleichrichterelement wurde dann einer Temperaturbehandlung bei etwa 200° C in 16 Stunden
unterworfen. Bei der weiteren Behandlung wurde die Alizarinschicht entfernt, das Gleichrichterelement
etwa 5 bis 10 Sekunden das zweite Mal geätzt, nunmehr die Lackschutzschicht mit einem Zusatz von
Alizarin auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht und bei etwa 200° C während 16 Stunden ausgehärtet.
Diese Kurve b zeigt wieder den durch die Anwendung der Erfindung günstigen technischen Effekt in
der Verbesserung des Sperrvermögens des Gleichrichterelementes.
In F i g. 3 bezeichnet α wieder die an einem Siliziumgleichrichterelement
gemessene Sperrstromkennlinie. Sie knickt bei etwa 700 V nach oben ab.
Die Kennlinie b wurde an einem gleichartigen Siliziumgleichrichterelement
gemessen. Dieses wurde nach der Einlegierung der Elektroden geätzt und auf seine Oberfläche am pn-übergang eine Lackschutzschicht
aus einem Silikonharz aufgestrichen. Das Siliziumgleichrichterelement wurde nunmehr während
einer Zeitdauer von 16 Stunden einer Temperatur von 200° C ausgesetzt. Alsdann wurde die Lackschicht
mittels Tetrahydrofuran abgelöst und die noch verbliebenen Lackreste durch Abbürsten von
dem Gleichrichterelement entfernt. Das Gleichrichterelement wurde dann einer zweiten Ätzung unterworfen
und schließlich mit der Lackschutzschicht mit dem Alizarinzusatz an seinem pn-übergang versehen,
die in der bereits bei den anderen Beispielen angegebenen Weise ausgehärtet wurde.
Claims (5)
1. Verfahren zur Verlegung des Knickes in der Sperrspannungskennlinie einer Halbleiteranordnung
mit einem Halbleiterkörper aus oder nach Art von Germanium oder Silizium oder einer
intermetallischen Verbindung in das Gebiet hoher Sperrspannungen, bei welchem ein oder mehrere
pn-Übergänge mit einem besonderen Schutzüberzu versehen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß das mit seinen anlegierten Elektroden fertiggestellte Halbleiterelement einem
Temperungsprozeß bei etwa 200 bis 300° C über einen längeren Zeitraum unterworfen, danach geätzt
und nunmehr mit einer lackartigen Substanz als Schutzüberzug versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper zusätzlich
bereits vor dem Temperungsprozeß geätzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Halbleiterkörper
aus Silizium die Temperung über einen Zeitraum von etwa 72 Stunden durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Halbleiterkörper an
oder benachbart dem oder den pn-Übergängen eine Hilfsschicht, die aus einer wässerigen Alizarinlösung
oder aus einer Lackschicht erzeugt sein kann, aufgebracht wird, alsdann die Temperung
durchgeführt und nach Abwaschen bzw. Ablösen der Hilfsschicht sowie nach einer zweiten Ätzung
des Halbleiterkörpers der Schutzüberzug auf den oder die pn-Übergänge aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Halbleiterkörper aus
Silizium die Temperung über eine Zeitdauer von etwa 16 Stunden durchgeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 043 517;
»Bell System Technical Journal«, Bd. 38 (1959), H. 3, S. 749 bis 783.
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 043 517;
»Bell System Technical Journal«, Bd. 38 (1959), H. 3, S. 749 bis 783.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 569/261 5.65 © Bundesdruckerei Berlin
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES71398A DE1192748B (de) | 1960-11-24 | 1960-11-24 | Verfahren zur Verlegung des Knickes in der Sperrspannungskennlinie einer Halbleiteranordnung |
CH1262161A CH434480A (de) | 1960-11-24 | 1961-10-31 | Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen mit mindestens einem pn-Übergang in ihrem Halbleiterkörper |
FR877949A FR1304998A (fr) | 1960-11-24 | 1961-11-03 | Procédé de fabrication d'éléments semi-conducteurs en particulier d'éléments redresseurs à semi-conducteurs |
GB42213/61A GB958292A (en) | 1960-11-24 | 1961-11-24 | A process for use in the production of semi-conductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES71398A DE1192748B (de) | 1960-11-24 | 1960-11-24 | Verfahren zur Verlegung des Knickes in der Sperrspannungskennlinie einer Halbleiteranordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1192748B true DE1192748B (de) | 1965-05-13 |
Family
ID=7502439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES71398A Pending DE1192748B (de) | 1960-11-24 | 1960-11-24 | Verfahren zur Verlegung des Knickes in der Sperrspannungskennlinie einer Halbleiteranordnung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH434480A (de) |
DE (1) | DE1192748B (de) |
GB (1) | GB958292A (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1043517B (de) * | 1955-09-23 | 1958-11-13 | Siemens Ag | Verfahren zum Aufbringen eines Schutzueberzuges auf der Oberflaeche von Halbleiteranordnungen |
-
1960
- 1960-11-24 DE DES71398A patent/DE1192748B/de active Pending
-
1961
- 1961-10-31 CH CH1262161A patent/CH434480A/de unknown
- 1961-11-24 GB GB42213/61A patent/GB958292A/en not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1043517B (de) * | 1955-09-23 | 1958-11-13 | Siemens Ag | Verfahren zum Aufbringen eines Schutzueberzuges auf der Oberflaeche von Halbleiteranordnungen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH434480A (de) | 1967-04-30 |
GB958292A (en) | 1964-05-21 |
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