DE1208820B - Verfahren zum Herstellen eines mit hoher Stromdichte belastbaren pn-UEberganges - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines mit hoher Stromdichte belastbaren pn-UEbergangesInfo
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Description
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AUSLEGESCHRIFT
Int. Q.:
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HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
J 22796 VIII c/21g
8. Dezember 1962
13. Januar 1966
8. Dezember 1962
13. Januar 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit hoher Stromdichte belastbaren pn-Überganges.
Die Herstellung von Sperrschichten durch Auflegieren und anschließende Rekristallisation eines geeigneten
Materials auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers, der im folgenden auch als Mutterkristall
bezeichnet sei, ist bekannt. Hierfür wurde anfänglich fast ausschließlich Germanium als Halbleitermaterial
benutzt, da die hiermit in relativ einfachen Verfahren
herstellbaren Übergänge ziemlich stabil sind. Deren Eigenschaften sind durch die Fortschritte auf dem
Gebiete der Festkörperphysik weitgehend bekannt. Demgegenüber bietet in manchen Fällen die Anwendung
anderer Halbleitermaterialien gewisse Vorteile. Es zeigte sich, daß man an Stelle der Elemente
der IV. Gruppe des Periodischen Systems auch gewisse Kombinationen der Nachbargruppen vorteilhaft
als Halbleitermaterial benutzen kann. Bekannt sind die sogenannten III-V-Verbindungen, Kombinationen
von Elementen aus der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente. Ein Vertreter
dieser sogenannten intermetallischen Verbindungen ist z. B. das Galliumarsenid. Ein derartiger Kristall
besitzt bei Zimmertemperatur eine größere Bandbreite als das Germanium: (JüßaAs = 1>35 eV;
A Eq0 — 0,7 eV). Diese Tatsache wird z. B. bei der
Herstellung von normalen Übergängen ausgenutzt, dieimVergleichmitGermaniumeinehöhere Spannungsfestigkeit als Sperrschichten aufweisen. Aber auch bei
der Herstellung der bekannten Tunneldioden ergeben sich bei Benutzung von Galliumarsenid Vorteile. Bei
einer aus Galliumarsenid hergestellten Tunneldiode ist der Bereich des Stromminimums, welcher bekanntlich
durch Superposition des kleiner werdenden und schließlich verschwindenden Tunnelstroms 24 in Fig. 2
mit dem Difrusionsstrom 25 zustande kommt, ausgedehnter
als der entsprechende Kennlinienbereich bei einer Germaniumdiode. Dies folgt aus der bei
Galliumarsenid im Vergleich zum Germanium geringeren Diffusionsstromdichte. Die genannte Eigenschaft
bringt es mit sich, daß sich mit einer Galliumarsenid-Tunneldiode ein weiterer Schaltbereich als
mit einer Germanium-Tunneldiode erzielen läßt. Weiterhin ist die Dielektrizitätskonstante wesentlich
niedriger als die von Germanium. Infolgedessen besitzt eine aus einem Galliumarsenid-Mutterkristall
hervorgegangene Diode bei gleichen geometrischen Abmessungen der Sperrschichten eine beträchtlich
geringere innere Kapazität als eine aus dem Ausgangsmaterial Germanium hergestellte Diode. Wegen der
Temperaturabhängigkeit des Diffusionsstromes besit-
Verfahren zum Herstellen eines mit hoher
Stromdichte belastbaren pn-Überganges
Stromdichte belastbaren pn-Überganges
Anmelder: ·
International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y, (V. St. A.)
Armonk, N. Y, (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49
Als Erfinder benannt:
Paul L. Baron, Owego, N. Y.;
Raymond W. Hamaker, Bärton, N. Y.;
Angelo T.Romeo, Binghamton,N.Y. (V.St.A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1961
(160 000) -~
zen Tunneldioden die Eigenschaft, mit zunehmender Temperatur ihre Stromspannungscharakteristik in der
Weise zu verändern, daß der zu höheren Spannungen gehörende Bereich positiven Widerstandes 16 in der
Fig. 1 sich dem ersten Bereich positiven Widerstandes
11 jiähert, wobei das Gebiet in der Gegend
des Stromminimums eingeengt wird. Eine Galliumarseniddiode zeigt diese Verformung in geringerem
Maße, da der Einfluß der Diffusionsstromdichte im Vergleich mit der Germaniumdiode kleiner ist.
Gewöhnlich definiert man das Verhältnis zwischen Maximal- und Minimalstrom 13 und 15 in Fig.,1
einer Tunneldiode als deren Gütefaktor. Eine andere wichtige Größe bei Tunneldioden ist die Stromdichte
innerhalb der Sperrschicht, welche gegeben ist durch das Verhältnis zwischen dem Maximalstrom und der
Fläche der Sperrschicht. Es wurden bereits Tunneldioden mit verbesserten Betriebsparametern bekannt,
die aus Galliumarsenid als Grundmaterial durch Dotieren bzw. Legieren mit Gold-Zink, Germanium,
Selen oder Tellur bzw. mit Zink-Blei-Legierungen gewonnen werden. Insbesondere wurden auch bereits
Dotierungen von Galliumarsenid mit Germanium in Gold als Trägermetall vorgenommen, wobei das
Mengenverhältnis Ge-Au 17 : 83 betrug.
509 778/276
Trotz gewisser Verbesserungen der auf der Grund- angebracht ist. Diese wird durch die beiden isolieren"
lage von Galliumarsenid hergestellten Tunneldioden den Trägerstäbchen 37 in einen definierten Abstand
gegenüber den Germaniumdioden bestanden noch von der Grundplatte 36 fixiert. Die Gesamtanordnung
gewisse Mangel. So war bisher eine Massenfertigung wird durch die Grundplatte 36 und die darauf innereinwandfrei arbeitender Tunneldioden mit Strom- 5 halb der Schlitze 39 aufgesetzte Glashaube 38 von der
dichten innerhalb der Sperrschicht von mehr als äußeren Atmosphäre abgeschlossen.
500 A/cm2 auch unter Verwendung von Gallium- Mittels des Ventils 40 wird durch die Rohrleitung 42 arsenid als Ausgangssubstanz nicht möglich. Die ein indifferentes Gas, beispielsweise Stickstoff, in die Dioden mit Stromdichten über 500 A/cm2 zeigten die Reaktionskammer eingelassen. Dies geschieht zweckunerwünschte Eigenschaft, daß sich nach einer ge- ίο mäßigerweise bereits vor Beginn der Heizperiode, wissen Betriebszeit eine beträchtliche Verminderung damit die in der Kammer befindliche Luft rechtzeitig des Gütefaktors einstellte. durch die Öffnung 43 verdrängt wird.
500 A/cm2 auch unter Verwendung von Gallium- Mittels des Ventils 40 wird durch die Rohrleitung 42 arsenid als Ausgangssubstanz nicht möglich. Die ein indifferentes Gas, beispielsweise Stickstoff, in die Dioden mit Stromdichten über 500 A/cm2 zeigten die Reaktionskammer eingelassen. Dies geschieht zweckunerwünschte Eigenschaft, daß sich nach einer ge- ίο mäßigerweise bereits vor Beginn der Heizperiode, wissen Betriebszeit eine beträchtliche Verminderung damit die in der Kammer befindliche Luft rechtzeitig des Gütefaktors einstellte. durch die Öffnung 43 verdrängt wird.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch Eine zweite Rohrleitung 45 führt von einer Vorratsvermieden,
daß das zum Einlegieren des Übergangs kammer 47 über das Ventil 46 in die Reaktionsverwendete
Material aus 85 bis 95 Gewichtsprozent 15 kammer. Die Vorratskammer enthält ein Kühlungs-Indium
und 5 bis 15 Gewichtsprozent Kupfer besteht mittel, z. B. flüssigen Stickstoff. Hierdurch ergibt sich
sowie Spuren der Elemente Schwefel, Selen und Tellur die Möglichkeit, durch abrupte Abkühlung der erenthält
und daß am Ende des Legierungsprozesses in hitzten Halbleitersubstanz extrem dünne Sperrschichten
an sich bekannter Weise eine abrupte Abkühlung zu erzeugen, worauf später noch eingegangen wird,
stattfindet. 20 Zusätzlich kann man noch eine in der Zeichnung nicht
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr an gezeigte Wärmeabschirmung für das Heizelement 32
Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt vorsehen. Dieses wird mittels der durch die Öffnung 43
Fig. 1 die Kennlinie einer Tunneldiode, geführten Leiter 48 mit elektrischer Energie gespeist,
Fig. 2 das Zustandekommen der Kennlinie der welche zur Erzeugung verschiedener definierter
Tunneldiode aus Tunnel- und Diffusionsstrom, 25 Temperaturstufen regelbar ist, was in der Zeichnung
Fig. 3 schematisch die Benetzung. des Mutter- schematisch durch das Potentiometer 50 angedeutet
kristalle durch die aufgebrachte und erhitzte Dotierungs- ist. Bei geschlossenem Schalter 49 erhöht sich die
pule, Temperatur des Mutterkristalls 30 sowie der auf-
Fig. 4 die zur Durchführung des erfindungs- gebrachten, die Ladungsträger erzeugenden Verun-
gemäßen Verfahrens benutzte Apparatur, 30 reinigungen enthaltenden Legierung 34 bis in die
Fig. 5 den bei der Erhitzung der Halbleiter- Nähe des Schmelzpunktes dieser Substanzen. Hiermaterialien
innerhalb der Apparatur benutzten durch löst sich etwas Galliumarsenid des Mutter-Temperaturgang
T= f(t); kristalle im Legierungsmaterial, wobei zwischen
Fig. 6 bis 8 geben Meßergebnisse wieder, die bei Lösung und Lösungsmittel thermodynamisches Gleich-
der Prüfung von erfindungsgemäß gefertigten Tunnel- 35 gewicht herrscht,
dioden gewonnen wurden. Das Schmelzen der Legierungspille 34 läßt sich am
Entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung besten daran erkennen, daß die Pille kugelförmige
wird zunächst ein Gaffiumarsenid-Mutterkristall nach Gestalt annimmt und eine Benetzung der Oberfläche
einer der in der Halbleitertechnik bekannten Methoden des Mutterkristalls am Galliumarsenid stattfindet,
mit einer Akzeptorverunreinigung versehen. Dazu 40 Diese Erscheinungen sind schematisch in der F i g. 3
kann Zink oder ein anderes Element der II. Gruppe wiedergegeben. Der durch geeignete Dosierung der
des Periodischen .Systems, wie Magnesium oder Heizung einzuhaltende zeitliche Temperaturverlauf ist
Kadmium, verwendet werden. Bei einem Ausführungs- in der Fig. 5 dargestellt. Für einige Sekunden
"beispiel wurde durch Aufdampfen aus der Gasphase wird die Temperatur auf einem konstanten Wert
heraus innerhalb einer geschlossenen Reaktionskammer 45 gehalten, damit sich das erforderliche Gleichgewicht
ein Galliumarsenidkristall bis zu einer Konzentration einstellen kann. Der Temperaturverlauf der F i g. 5
von 5· 1019 Ladungsträger je Kubikzentimeter dotiert. wurde experimentell ermittelt. Temperaturhöhe und
Der Kristall besaß die Form eines Plättchens von Zeitdauer reichen aus, die Legierungspille aufzu-10"1-10"1
cm2 bei einer Dicke von 2,5 bis 5,0 10~2 cm. schmelzen. In der Literatur zur Verfügung stehende
Durch Auflegieren auf den Mutterkristall ist nunmehr 50 Zustandsdiagramme für das System einer Indiumein
Bereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zu er- Kupfer-Legierung zeigen, daß der Anstieg der
zeugen. Die Legierungssubstanz besteht aus einer Schmelzkurve im Gebiet von 85 bis 95 Gewichts-Mischung
von etwa 90 Gewichtsprozent Indium und prozent Indium verhältnismäßig steil ist. Für ein
10% Kupfer mit Spuren der eigentlichen Verunreini- Indium-Kupfer-System mit 5 Gewichtsprozent Kupfergungselemente
Schwefel, Selen und Tellur und wird 55 gehalt beträgt der Schmelzpunkt etwa 45O0C, bei
durch Erhitzung dieser Bestandteile in einem Quarz- 10% Kupfergehalt schmilzt die Legierung etwa bei
schiffchen innerhalb eines indifferenten Gases mit an- 500° C, und bei 15 % Kupfergehalt steigt der Schmelzschließender
schneller Abkühlung erhalten. Der Anteil punkt auf etwa 55O0C. Diese Schmelztemperaturder
Verunreinigungselemente beträgt etwa 1 Gewichts- werte treten der Größenordnung nach auch für
prozent der Gesamtlegierung. Zur einwandfreien 60 Legierungssysteme mit anderen Komponenten auf.
Benetzung des Mutterkristalls durch das Legierungs- Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, liegt der
material wird dieses elektrolytisch mit einer Lösung Schmelzpunkt des benutzten Legierungssystems 5 bis
von Kaliumhydroxyd geätzt. 15% Kupfer, 85 bis 95% Indium mit Spuren von
Wie man aus der Fig. 4 ersehen kann, wird zur Schwefel, Selen und Tellur um 4000C herum. Eine
erfindungsgemäßen Herstellung einer Tunneldiode das 65 solche Zusammensetzung gewährleistet eine günstige
zinkhaltige Kristallplättchen 30 mittels der Lötschicht Benetzung sowie ein thermodynamisches Gleich-
33 auf dem Nickelstreifen 31 befestigt, welcher seiner- gewicht. Enthält die Legierung weniger als 5 Gewichts-
seits über der Heizvorrichtung 32 aus Wolframdraht prozent Kupfer, so zeigt sie eine sehr geringe Härte
und weist einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt auf. Weiterhin erreicht man dann nur eine unzureichende
Benetzung des Mutterkristalls, wobei die Legierung die Oberfläche des Mutterkristalls ungleichmäßig
überdeckt und diese nicht durchdringt. Die Sperrschicht ist weich und leicht def ormierbar, so daß
sich auch Schrierigkeiten bei der Kontaktierung ergeben.
Benutzt man andererseits eine Zusammensetzung von mehr als etwa 15% Kupfer, so erhält man eine
sehr spröde Legierung, wodurch sich bei der Anbringung der elektrischen Zuführungen leicht Schäden
ergeben. Außerdem liegen die Schmelzpunkte so hoch, daß der Mutterkristall während des Heizzyklus beschädigt
werden kann.
Systematische Untersuchungen der Sperrschichten von erfindungsgemäß gefertigten Tunneldioden haben
gezeigt, daß diese ziemlich frei von Versetzungen und anderen Kristallunregelmäßigkeiten sind, welche während
des normalen Betriebes der Diode zu sogenannten »heißen Stellen« führen können. Hiermit bezeichnet
man Stellen unvollkommener Kristallstruktur der Übergänge, an denen extrem hohe Stromdichten
auftreten, welche zur Zerstörung der Diode führen können.
Wie bereits erwähnt, wird die Temperatur für eine kurze Zeitspanne konstant gehalten, so daß sich ein
Gleichgewicht einstellt zwischen dem geschmolzenen Galliumarsenid des Mutterkristalls und der flüssigen
Legierungspille. Dann wird der Schalter 49 und das Ventil 46 geöffnet, wodurch sich eine abrupte Abkühlung
des flüssigen Halbleitermaterials ergibt. Hierdurch entsteht ein sehr schmaler pn-übergang
mit Tunnelcharakteristik. Je schneller die Abkühlung stattfindet, um so schneller rekristallisiert das Galliumarsenid
und um so dünner ist der erzeugte Übergang. Bei zu starker Abkühlung können jedoch mechanische
Schäden innerhalb der Kristallstruktur auftreten. Optimale Bedingungen lassen sich leicht experimentell
durch Aufnahme der Charakteristik von Probeexemplaren bestimmen.
Nach Entfernung der Tunneldiode vom Heizer wird diese entsprechend einer der bekannten Methoden
geätzt. Dieser Arbeitsgang erstreckt sich insbesondere auf die Stellen der Sperrschicht, welche sich an der
Oberfläche des Halbleiterkörpers befinden. Der vom Übergang abgewandte Teil der Legierungspille, der
mit Indium angereichert ist, wird als ohmscher Kontakt für die N-leitende Schicht benutzt. Die elektrischen
Zuleitungen lassen sich leicht durch Lötung anbringen.
Tunneldioden, welche gemäß der beschriebenen Methode gefertigt wurden, zeigen wesentlich höhere
Stromdichten und Gütefaktoren als vergleichbare nach einem der bisher bekannten Verfahren hergestellten
Dioden. Außerdem zeigen diese weitaus geringere schädliche Beeinträchtigungen der Charakteristik nach
längerer Betriebszeit. Die erfindungsgemßä gefertigten Tunneldioden zeichnen sich durch einen Gütefaktor
von 40:1 und durch Stromdichten von mehreren 1000 A/cm2 aus.
In den Fig. 6 bis 8 sind Prüfungsergebnisse einer
Reihe von erfindungsgemäß hergestellten Tunneldioden wiedergegeben. Den drei Diagrammen liegt
jeweils der normierte Maximalstrom zugrunde. Dieser ist gegeben durch das Verhältnis zwischen dem Wert
des Maximalstromes zu irgendeinem Zeitpunkt der Messung und demjenigen zu Beginn der Messung.
Jede einzelne in den Diagrammen gezeigte Kurve gehört zu einem geprüften Exemplar und ist entsprechend
beziffert. Alle Messungen wurden bei Raumtemperatur und unter gleichen Bedingungen
für alle getesteten Exemplare durchgeführt.
Das Diagramm in der F i g. 6 erstreckt sich auf Dioden mit einer Stromdichte Jp
< 500 A/cm2. Prüfungsergebnisse von Dioden mit Stromdichten 500
< Jp < 1000 A/cm2 liegen im Diagramm Fig. 7
ίο vor, während das Diagramm der F i g. 8 solche mit Jp
> 1000 A/cm2 wiedergibt. Weitere Daten der einzelnen Diodenexemplare sind in der folgenden
Tabelle wiedergegeben.
15 Diode Nr. |
Stromdichte (A/cm2) |
Gütefaktor | 1 | CmA) |
70 | 250 | 35 | 1 | 5,05 |
ao 71 | 243 | 21 | 1 | 4,93 |
72 | 248 | 38 | 1 | 5,15 |
73 | 240 | 34 | 1 | 5,04 |
74 | 1000 | 31 | 1 | 5,03 |
75 | 1000 | 36 | 1 | 4,79 |
as 76 | 1000 | 29 | 1 | 5,19 |
77 | 970 | 30 | 1 | 5,14 |
78 | 3880 | 39 | 1 | 4,94 |
79 | 5100 | 58 | 1 | 25,5 |
80 | 4080 | 56 | 1 | 4,57 |
3o 81 | 4700 | 24 | 23,5 |
Aus den Diagrammen ersieht man, daß die erfindungsgemäß hergestellten Tunneldioden Stromdichten
von einigen 1000 A/cm2 aufweisen und selbst nach längerem Betrieb unter normalen Bedingungen
nur geringfügigen Veränderungen ihrer Eigenschaften, insbesondere ihres Gütefaktors, unterworfen sind.
An über 150 Exemplaren gewonnene Meßergebnisse zeigen, daß mit zunehmender Betriebszeit die Verschlechterung
von erfindungsgemäß gefertigten Tunneldioden mit kleinen Stromdichten etwas geringer ist
als dies bei Dioden mit höheren Stromdichten der Fall ist. Andererseits ist auf eine Reihe von Exemplaren
hinzuweisen, die trotz Stromdichten bis 5000 A/cm2 innerhalb einer 100 stündigen Betriebsdauer
keine wesentlichen Veränderungen ihrer Eigenschaften zeigen.
Eine genauere theoretische Erklärung, auf welche Weise das bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
benutzte Legierungssystem die erwähnten Verbesserungen der Tunneldiodeneigenschaften bewirkt,
ist bisher unbekannt. Dieser Mechanismus ist auch insbesondere im Hinblick auf Erkenntnisse unklar,
welche das Element Kupfer in stark dotiertem Galliumarsenid vom P-Leitungstypus betreffen. Wegen
seiner großen Löslichkeit und seines hohen Diffusionsvermögens kann das Kupfer im Galliumarsenid örtliche
Sperrschichten bilden. Infolge von hohen Feldstärken oder Temperaturen können Umlegierungen
stattfinden, wobei auch bei niedrigeren Temperaturen im Galliumarsenidkristall die ursprüngliche Ladungsverteilung innerhalb der Sperrschicht zerstört und
willkürliche Tunnelzentren entstehen können. Hiernach dürfte man also Kupfer als Komponente in
einem Legierungssystem bei der Herstellung von Tunneldioden nicht zulassen, da dieses aus den genannten
Gründen einwandfreie Tunnelsperrschichten in Frage stellen müßte.
Man nimmt jedoch an, daß das Kupfer in der Lage ist, das Gallium innerhalb des η-leitenden Galliumarsenids
zu substituieren und daß es hierbei eine weitgehend festere Bindung eingeht, als dies bei Vorliegen
von P-Leitf ähigkeit der Fall ist. Die Bindung zwischen Kupfer und Galliumarsenid mit P-Leitung wird weitgehend
als Zwischengitterionenbindung angesehen. Man kann nun annehmen, daß die schnelle Rekristallisation
an der Trennfläche zwischen dem schmelzflüssigem Mutterkristall und der Legierungspille zur
Folge hat, daß der größte Anteil Kupfer von der rekristallisierenden N-leitenden Schicht in den metallischen Teil der Diode zurückbefördert wird. Wenn
das zutrifft, kann das Kupfer nicht in den Bereich der Sperrschicht wandern. Innerhalb des Galliumarsenid-Mutterkristalls
werden Kupfer und ähnliche Verunreinigungen weniger leicht in Richtung der Sperrschicht wandern können, da innerhalb der
N-leitenden Schicht weniger Gallium-Leerstellen existieren. Deshalb wird innerhalb des N-leitenden
Gebietes nur ein geringer Teil von Indium- und Kupfersubstituenden in Galliumleerstellen anzutreffen
sein. ·
Unabhängig von theoretischen Vorstellungen steht fest, daß mittels des beschriebenen erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens die Fabrikation von Tunneldioden möglich ist^ die auch bei höheren Stromdichten
ein günstiges Maximal- zu Minimalstromverhältnis besitzen, das bei normalem Betrieb im allgemeinen
keinem wesentlichen Abfall im Laufe der Zeit unterliegt. Ferner wurde beobachtet, daß diejenigen
Exemplare, deren Gütefaktor sich während des Betriebes derart vermindert, daß diese als Ausschuß
zxi betrachten skid, diesen Fehler bereits ziemlich zu
Beginn der Betriebsdauer zeigen. Es wurde eine zuverlässige Methode ausgearbeitet zur Trennung dieser
Exemplare von denjenigen mit einwandfreien Eigenschaften.
Das oben beschriebene Legierungssystem enthält als Verunreinigungsmaterialien Schwefel, Selen und
Tellur. Es wurden nun auch Tunneldioden hergestellt welche jeweils nur mit einem dieser Elemente dotier
waren. Jedes dieser Elemente ist in der Lage, dei zunächst P-leitenden Galliumarsenidkristall derar
umzudotieren, daß eine Tunneldiode entsteht. Ei zeigte sich jedoch, daß nur diejenigen Dioden höchst«
Gütefaktoren und Stromdichteh aufweisen, die mii allen drei Elementen gleichzeitig dotiert wurden
Diese sechswertigen Elemente gehören der VI. Gruppe des Periodischen Systems an, und man kann annehmen,
daß auch andere Elemente dieser Gruppe als Bestandteile des Kupfer-Indium-Legierungssystems benutzi
werden können.
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen eines mit hoher Stromdichte belastbaren pn-Übergangs in einem
mit Zink bis zur Entartung dotierten Kristall aus Galliumarsenid, dadurch gekennzeichnet,
daß das zum Einlegieren des Übergangs verwendete Material aus 85 bis 95 Gewichtsprozent
Indium und. 5 bis 15 Gewichtsprozent Kupfer besteht sowie Spuren der Elemente Schwefel,
Selen und Tellur enthält und daß am Ende des Legierungsprozesses in an sich bekannter Weise
enie abrupte Abkühlung stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mutterkristall zur Sicherstellung einer einwandfreien Benetzung vor dem
Legierungsschritt elektrolytisch mit einer Lösung von Kaliumhydroxyd geätzt wkd.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 219 097;
»Proc. IRE« vom 12. 9.1960, S. 1405;
»IBM Techn. Disclosure Bull.«, Vol.
Österreichische Patentschrift Nr. 219 097;
»Proc. IRE« vom 12. 9.1960, S. 1405;
»IBM Techn. Disclosure Bull.«, Vol.
3, Dezember 1960, S. 25.
. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509 778/276 1.66 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US160000A US3181979A (en) | 1961-12-18 | 1961-12-18 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1208820B true DE1208820B (de) | 1966-01-13 |
Family
ID=22575049
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DEJ22796A Pending DE1208820B (de) | 1961-12-18 | 1962-12-08 | Verfahren zum Herstellen eines mit hoher Stromdichte belastbaren pn-UEberganges |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US3181979A (de) |
DE (1) | DE1208820B (de) |
GB (1) | GB1012061A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5613391A (en) * | 1995-03-08 | 1997-03-25 | Loncar; Stanley M. | Machine and method for knurling the tip of a needle |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3314830A (en) * | 1964-08-03 | 1967-04-18 | Texas Instruments Inc | Semiconductor contact alloy |
JP4101536B2 (ja) * | 2002-03-06 | 2008-06-18 | 内橋エステック株式会社 | 合金型温度ヒューズ |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT219097B (de) * | 1959-12-07 | 1962-01-10 | Siemens Ag | Tunnel-Diode und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2833678A (en) * | 1955-09-27 | 1958-05-06 | Rca Corp | Methods of surface alloying with aluminum-containing solder |
US2979428A (en) * | 1957-04-11 | 1961-04-11 | Rca Corp | Semiconductor devices and methods of making them |
US3033714A (en) * | 1957-09-28 | 1962-05-08 | Sony Corp | Diode type semiconductor device |
US3027501A (en) * | 1959-09-29 | 1962-03-27 | Bell Telephone Labor Inc | Semiconductive device |
-
1961
- 1961-12-18 US US160000A patent/US3181979A/en not_active Expired - Lifetime
-
1962
- 1962-12-03 GB GB45683/62A patent/GB1012061A/en not_active Expired
- 1962-12-08 DE DEJ22796A patent/DE1208820B/de active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT219097B (de) * | 1959-12-07 | 1962-01-10 | Siemens Ag | Tunnel-Diode und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5613391A (en) * | 1995-03-08 | 1997-03-25 | Loncar; Stanley M. | Machine and method for knurling the tip of a needle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3181979A (en) | 1965-05-04 |
GB1012061A (en) | 1965-12-08 |
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