DE1212639B - Sperrschichtelektrodensystem, das einen halbleitenden einkristall aus germanium oder silizium enthaelt - Google Patents

Sperrschichtelektrodensystem, das einen halbleitenden einkristall aus germanium oder silizium enthaelt

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DE1212639B DE19551212639 DE1212639A DE1212639B DE 1212639 B DE1212639 B DE 1212639B DE 19551212639 DE19551212639 DE 19551212639 DE 1212639 A DE1212639 A DE 1212639A DE 1212639 B DE1212639 B DE 1212639B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
HOIl
Deutsche KL: 21g-11/02
Nummer: 1212 639
Aktenzeichen: N10854 VIII c/21 g
Anmeldetag: 28. Juni 1955
Auslegetag: 17. März 1966
Die Erfindung bezieht sich auf ein Sperrschichtelektrodensystem, das einen halbleitenden Einkristall aus Germanium oder Silizium enthält, insbesondere Kristalldiode oder Transistor, wobei der halbleitende Einkristall auf einer Wärme ableitenden Tragplatte festgelötet ist.
Es ist bekannt, daß bei solchen Systemen die Gefahr eines Bruches im Halbleiterkörper besteht, unter anderem infolge seiner Sprödigkeit und seines abweichenden Ausdehnungskoeffizienten gegenüber dem Material der Tragplatte. Man hat daher einen Einkristall aus Germanium auf einer Tragplatte befestigt, die aus .einer Legierung von 54% Eisen, 29% Nickel und 17% Kobalt besteht. Der lineare Ausdehnungskoeffizient dieser Legierung beträgt 4 · 10~6 im harten Zustand und 6 ' 10~6 im ausgeglühten Zustand. Diese Werte nähern sich daher demjenigen für Germanium. So läßt sich im allgemeinen bei einem bestimmten Halbleitermaterial ein Metall oder eine Legierung mit einem angemessenen Ausdehnungskoeffizienten für die Tragplatte wählen. An das Material für eine Tragplatte können aber noch weitere Anforderungen gestellt werden. Zur Erzielung einer guten Kühlung ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit erwünscht. Das Material muß weiterhin gegen die Ätzflüssigkeiten in für praktische Zwecke ausreichendem Maße beständig sein, durch die der halbleitende Körper nach dem Löten gewöhnlich gereinigt wird. Außerdem darf das vom Ätzmittel etwa gelöste Material der Tragplatte nicht als störende Verunreinigung im Halbleiterkörper wirken.
Diesen Anforderungen kann die obenerwähnte Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung nicht entsprechen.
Bei dem Sperrschichtelektrodensystem nach der Erfindung wird daher eine Tragplatte verwendet, die aus Molybdän, Wolfram oder Chrom besteht und porös ist. Die Ausdehnungskoeffizienten dieser Metalle sind:
λ · 10«
Chrom 6,8
Molybdän 4,9
Wolfram 4,3
Diese Ausdehnungskoeffizienten haben somit einen solchen Wert, daß für einen aufgelöteten Germanium- oder Silizium-Einkristall die Bruchgefahr bei Temperaturschwankungen sehr gering ist.
Besonders geeignet sind Molybdän und Wolfram wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, so daß die im halbleitenden Körper bei Stromdurchgang entwikkelte Wärme schnell abgeleitet werden kann.
Bei der üblichen Ätzbehandlung sind diese Metalle Sperrschichtelektrodensystem, das einen
halbleitenden Einkristall aus Germanium oder
Siliziuim enthält
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven
(Niederlande)
Vertreter:
Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Theo Willem Willemse, Delft (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 1. Juli 1954 (188 893)
2 ■ ■ .
für praktische Zwecke hinreichend beständig, und sie rufen keine störenden Verunreinigungen im Halbleiterkörper hervor.
Diese Metalle haben ferner eine hohe mechanische Festigkeit, so daß, wenn der halbleitende Körper unter Zwischenfügung einer Tragplatte aus diesen Metallen auf einer anderen Platte, z. B. einer Kühlplatte aus Kupfer, festgelötet wird, die Formänderung der Tragplatte gegenüber der Formänderung der Kühlplatte aus Kupfer gering ist.
Für einen guten Wärmeübergang muß eine gut haftende Lötschicht zwischen dem halbleitenden Körper und der Tragplatte angebracht werden. Molybdän, Wolfram und Chrom lassen sich praktisch nicht oder nur schwierig löten.
Eine Tragplatte nach der Erfindung aus den erwähnten Materialien kann durch Sintern von Metallpulver ohne .besondere Schwierigkeiten hergestellt werden; die vorhandenen Poren ermöglichen eine bessere Lötung.
Eine günstige Ausführungsform ergibt sich, wenn die Poren mit einem anderen Metall gefüllt sind. Durch eine Änderung des Metalls der Tragplatte, des Porenvolumens und des Metalls, mit dem die Poren gefüllt sind, kann der Ausdehnungskoeffizient weiter angepaßt und die Wärmeleitfähigkeit und die Lötfähigkeit weiter verbessert werden.
Ein geeignetes Metall zum Füllen der Poren ist Silber. Zwecks Erhöhung des Fließens können dem
.-> >■ '-- ZVi i r!HD 609 538/305
Silber einige zehntel Prozent Germanium oder Silizium zugesetzt werden. Weitere brauchbare Metalle sind Gold und Kupfer.
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, in der eine Diode in vergrößertem Maßstab dargestellt ist.
Mit 1 ist die poröse Tragplatte bezeichnet, die z. B. aus Molybdän besteht. Diese Platte ist mit einer dünnen Goldschicht 2 bedeckt, die zur besseren Haftung einer dünnen Lötschicht 3 dient, durch die der halbleitende Körper 4, z. B. ein Germanium-Einkristall, befestigt ist. Die Goldschicht kann auf galvanischem Wege-aufgebracht werden. — -- ■-
Als Lötmaterial kann Zinn verwendet werden, dem in an sich bekannter Weise Donatoren oder Akzeptoren zugesetzt sein können.
Die Tragplatte ist selbst wieder auf eüier Kühlplatte 5 festgelötet, die z. B. aus Kupfer, Aluminium, Nickel oder Eisen besteht. Als Lötmaterial 6 kann Silber verwendet werden.
Naturgemäß kann die Unterseite der Tragplatte wieder vergoldet sein; in diesem Falle ist die Zahl der möglichen Lösungsmittel viel großer.
Die poröse Tragplatte kann z. B. aus Wolfram oder Molybdän mit einem Porenvolumen von 10% bestehen. Wenn diese Poren mit Silber oder einem solchen als Lötmaterial verwendbaren Metall gefüllt werden, so kann die Befestigung der Tragplatte auf der Kühlplatte vorteilhaft !gleichzeitig erfolgen. Der Ausdehnungskoeffizient der Tragplatte beträgt 5,8 · 10~6 und ist daher besonders gut demjenigen von Germanium angepaßt, der bei Betriebstemperatur etwa 5,6 · 10~6 beträgt.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Sperrschichtelektrodensystem, das einen halbleitenden Einkristall aus Germanium oder
35 Silizium enthält, wobei der halbleitende Einkristall auf einer Wärme ableitenden Tragplatte festgelötet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte aus Molybdän, Wolfram oder Chrom besteht und porös ist.
2. Sperrschiehtelektrodensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Porenvolumen 10% beträgt.
3. Sperrschiehtelektrodensystem nach Anspruch l.oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren mit einem anderen Metall gefüllt sind.
4. Sperrschiehtelektrodensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren mit einem als Lötmaterial- verwendbaren Metall gefüllt sind.
5. Sperrschiehtelektrodensystem nach An- - sprach 3 oder 4, dadurch !gekennzeichnet, daß die Poren mit Silber, Gold oder Kupfer gefüllt sind.
6. Sperrschiehtelektrodensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte vergoldet ist.
7. Sperrschiehtelektrodensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte auf einer Kühlplatte festgelötet ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldungen ρ 9071 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 8.2.1951), w 2733 VIIIc 21g (bekanntgemacht am 11.12.1952);
britische Patentschrift Nr. 669 399;
schweizerische Patentschrift Nr. 247 861;
»Naturforschung und Medizin in Deutschland 1939-1946«, Wiesbaden, 1948, Bd. 15, Teil I, S. 282; »Electronics« (1952), Juni-Heft, S. 210 und 212;
»Proceedings of the IRE«, Bd. 40 (1952), November-Heft, S. 1342.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 538/305 3.66 © Bundesdruckerei Berlin
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