Flächenhafter Halbleitergleichrichter Bekannt sind flächenhafte Halbleitergleichrichter
mit einem einkristallinen Halbleiterkörper, der zwei unterschiedlich dotierte Zonen
aufweist. Von dieser Art sind unter anderem die als pn-Gleichrichter bezeichneten
Gleichrichter, welche aus einem Germanium- oder Silizium-Einkristall bestehen, der
eine hochdotierte überschußleitende und eine hochdotierte mangelleitende Zone hat.
Die beiden Zonen grenzen unmittelbar aneinander. Die Grenze zwischen beiden ist
der pn-Übergang, welcher Gleichrichtereigenschaften hat. Jede der hochdotierten
Zonen ist an einer von dem pn-Übergang entfernten Stelle sperrfrei kontaktiert und
mit metallenen Leitungsanschlüssen versehen. Es sind auch pin- und psn-Gleichrichter
be-
kannt. Bei ihnen befindet sich zwischen den beiden hochdotierten Zonen
noch eine eigenleitende bzw. schwachdotierte Zone. Bei der Entwicklung und Vervollkommnung
der bekannten pn-, pin- und psn-Gleichrichter war bisher stets das Bestreben vorherrschend,
neben guten Durchlaßeigenschaften auch eine möglichst hohe zulässige Sperrspannung
zu erzielen, bei welcher der in Sperrichtung fließende Rückstrom noch einen verschwindend
kleinen Wert hat. Demgegenüber beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis,
daß sich bei geringen Anforderungen an die Sperrfähigkeit durch Weglassung einer
der beiden hochdotierten Zonen von einander entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp
ein Gleichrichter mit verbesserten Durchlaßeigenschaften erzielen läßt.Flat semiconductor rectifier Flat semiconductor rectifiers with a monocrystalline semiconductor body which has two differently doped zones are known. Of this type are, inter alia, the rectifiers referred to as pn rectifiers, which consist of a germanium or silicon single crystal which has a highly doped excess-conductive zone and a highly doped manganese-conductive zone. The two zones are directly adjacent to one another. The boundary between the two is the pn junction, which has rectifier properties. Each of the highly doped zones is contacted without blocking at a point remote from the pn junction and is provided with metal line connections. There are also pin- and psn rectifiers known. They have an intrinsic or weakly doped zone between the two highly doped zones. In the development and improvement of the known pn, pin and psn rectifiers, efforts have so far always been predominant to achieve, in addition to good transmission properties, the highest possible permissible reverse voltage at which the reverse current flowing in the reverse direction still has a negligibly small value. In contrast, the present invention is based on the knowledge that with low requirements on the blocking capability, by omitting one of the two highly doped zones of opposite conductivity type, a rectifier with improved transmission properties can be achieved.
Demzufolge bezieht sich die Erfindung auf einen flächenhaften Halbleitergleichrichter.
Dieser ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die erste Zone des einkristallinen
Halbleiterkörpers eigenleitend oder schwach dotiert und die zweite Zone höher dotiert
ist und daß auf der aufgerauhten Oberfläche der ersten Zone und auf der zweiten
Zone je eine Metallkontaktelektrode aufgebracht ist. Dieser Gleichrichter,
der als »pi-Metall-Gleichrichter« bzw. »ni-Metall-Gleichrichtere bezeichnet werden
kann, hat allerdings eine geringere zulässige Sperrspannung als die obenerwähnten
bekannten Gleichrichter; seine Kennlinien dürften nämlich bei größeren Sperrspannungen,
schon vor dem Einsetzen von Gitter-lonisations- oder Zener-Effekten einen ohmschen
Charakter annehmen, aber diese Eigenschaft wirkt sich praktisch nicht nachteilig
aus, wenn die Betriebsspannung, für welche der Gleichrichter verwendet werden soll,
ohnehin gering ist. Beispielsweise sind die Ladung von Autobatterien für 12 bzw.
24 V oder die Speisung von Galvanikbädern od. dgl. Anwendungsfälle, bei denen die
höheren Sperrspannungen, welche bei den bekannten Germanium- oder gar bei Silizium-Flächengleichrichtern
zulässig sind, gar nicht ausgenutzt werden können. In solchen Fällen können die
erfindungsgemäßen Gleichrichter eingesetzt werden. Sie weisen gegenüber den bekannten
den Vorteil einer wesentlich größeren Sättigungsstromdichte in Durchlaßrichtung
auf. Infolgedessen ist für einen bestimmten Betriebsstrom, dessen absolute Größe
bei den an sich sehr hohen Werten der zulässigen Stromdichte einkristalliner Flächengleichrichter
im wesentlichen nur noch durch den wirtschaftlich tragbaren Aufwand für die Wärmeabfuhr
begrenzt ist, bei Verwendung eines flächenhaften Halbleitergleichrichters der neuen
Art ein weit geringerer Querschnitt erforderlich als bei den bekannten Gleichrichtern.
Daraus ergibt sich eine erhebliche Ersparnis an Halbleitermaterial, das bekanntlich
in aufbereitetem Zustand infolge der außerordentlich hohen Ansprüche, die an den
Reinheitsgrad gestellt werden, sehr kostspielig ist In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch dargestellt. Es besteht aus einem Plättchen 2 aus eigenleitendem
Germanium, auf dessen einer Seite ein Dotierungsmetall 3, z. B. Indium oder
indiumhaltiges Gold für p-Dotierung bzw. Antimon oder antimonhaltiges Gold
für n-Dotierung, einlegiert ist, so daß sich beim Erkalten vor dem Metall
3
im Germaniumkörper 2 ein hochdotierter Bereich 2 a
gebildet hat. Auf
der gegenüberliegenden Seite wird das Plättchen 2 zunächst abgeschliffen, damit
die eigenleitende Schicht so dünn wie möglich und damit der Bahnwiderstand so gering
wic möglich wird. Es empfiehlt sich, die Dicke der eigenleitenden Schicht mindestens
eine Größenordnung kleiner zu machen als die mittlere Diffusionslänge in ihr. Die
Oberfläche der abgeschliffenen Seite wird zunächst aufgerauht, z. B. durch Sandstrahlen.
Dann wird ein Kontaktmetall 4 aufgebracht, z. B. aufgedampft oder elektrolytisch
niedergeschlagen.
Dazu können an sich behebige Metalle ohne Rücksicht auf etwaige Dotierungseigenschaften
verwendet werden, wenn dafür gesorgt wird, daß eine Legierungsbildung oder Eindiffusion
nicht stattfinden kann, sondern sich Metallteilchen nur in die gittergestörte Randzone
einlagern. Diese Vorsieht ist nicht erforderlich bei Verwendung neutraler Kontaktmetalle,
wie beispielsweise Gold, Nickel, Kupfer. Die i-Metallrandschicht weist wegen der
starken Störungen ihrer Gitterstruktur eine sehr hohe Rekombination der Ladungsträger
auf. Infolgedessen wird sie im Betrieb nur wenig mit Ladungsträgern angereichert,
im Grenzfall hat sie die Konzentration ni der eigenleitenden Zone. An die Metallelektrode
3 und4 können die Anschlußteile angelötet werden, von denen mindestens der
eine vorteilhaft als Kühlkörper ausgebildet werden kann.Accordingly, the invention relates to a planar semiconductor rectifier. This is formed according to the invention such that the first zone of the monocrystalline semiconductor body doped intrinsic or weak and the second zone is doped higher and that is applied to the roughened surface of the first zone and the second zone each have a metal contact electrode. This rectifier, which can be referred to as “pi-metal rectifier” or “ni-metal rectifier”, however, has a lower permissible reverse voltage than the above-mentioned known rectifier; Its characteristics should in fact assume an ohmic character at higher reverse voltages, even before the onset of grid ionization or Zener effects, but this property has practically no disadvantageous effect if the operating voltage for which the rectifier is to be used is low anyway is. For example, the charging of car batteries for 12 or 24 V or the supply of electroplating baths or the like are applications in which the higher blocking voltages, which are permissible with the known germanium or even silicon surface rectifiers, cannot be used at all. The rectifiers according to the invention can be used in such cases. Compared to the known ones, they have the advantage of a significantly greater saturation current density in the forward direction. As a result, for a certain operating current, the absolute size of which, given the very high values of the permissible current density of monocrystalline surface rectifiers, is essentially only limited by the economically viable cost of heat dissipation, a much smaller cross-section is required when using a planar semiconductor rectifier of the new type than with the known rectifiers. This results in a considerable saving of semiconductor material, which is known to be very expensive in the processed state due to the extraordinarily high demands placed on the degree of purity. An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawing. It consists of a plate 2 made of intrinsic germanium, on one side of which a doping metal 3, e.g. As indium or indium-gold f or p-doping or antimony or antimony-containing gold for n-type doping, is alloyed so that has formed on cooling of metal 3 in the germanium body 2 a highly doped region 2a. On the opposite side, the small plate 2 is first ground off so that the intrinsically conductive layer is as thin as possible and thus the sheet resistance is as low as possible. It is advisable to make the thickness of the intrinsic layer at least one order of magnitude smaller than the mean diffusion length in it. The surface of the abraded side is first roughened, e.g. B. by sandblasting. Then a contact metal 4 is applied, e.g. B. vapor-deposited or deposited electrolytically. For this purpose, metals which do not matter per se can be used without regard to any doping properties, if it is ensured that an alloy formation or diffusion cannot take place, but rather metal particles are only embedded in the lattice-disturbed edge zone. This provision is not necessary when using neutral contact metals such as gold, nickel, copper. The i-metal edge layer shows a very high level of recombination of charge carriers because of the strong disturbances in its lattice structure. As a result, it is only slightly enriched with charge carriers during operation; in the borderline case it has the concentration ni of the intrinsic zone. The connection parts, of which at least one can advantageously be designed as a heat sink, can be soldered to the metal electrodes 3 and 4.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. Statt Germanium kann beispielsweise auch Silizium
oder eine Am Bv-Verbindung verwendet werden.The application of the invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiment. Instead of germanium, silicon or an Am Bv compound can also be used, for example.