DE1214326B - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit Tunneleffekt - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit Tunneleffekt

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DE1214326B
DE1214326B DEN22283A DEN0022283A DE1214326B DE 1214326 B DE1214326 B DE 1214326B DE N22283 A DEN22283 A DE N22283A DE N0022283 A DEN0022283 A DE N0022283A DE 1214326 B DE1214326 B DE 1214326B
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germanium
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Albert Schmitz
Fritz Weil
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
HOIl
Deutsche KL: 21g-11/02
Nummer: 1214 326
Aktenzeichen; N 22283 VIII c/21 g
Anmeldetag; 27, Oktober 1962
Auslegetag: 14. April 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit Tunneleffekt, ζ. B. einer Tunneleffektdiode oder eines Tunneleffekttransistors mit einem Germaniumkörper vom p-Typ mit einem den Tunneleffekt aufweisenden p-n-Übergang, der dadurch erhalten wird, daß auf den Germaniumkörper eine Menge eines Zinn und einen Donator enthaltenden Elektrodenmaterials aufgeschmolzen wird.
Unter einem p-n-Übergang mit Tunneleffekt wird ein p-n-Übergang verstanden, auf dessen beiden Seiten eine hohe Konzentration an Verunreinigungen vorhanden ist, wobei bei zunehmender Spannung in der Vorwärtsrichtung durch diesen p-n-Übergang der den p-n-Übergang durchfließende Strom zunächst bis zu einem Maximalwert, dem Spitzenstrom, zunimmt, worauf der Strom bis zu einem Minimalwert, dem Talstrom, abnimmt, wobei ein negativer differentieller Widerstand auftritt, und worauf schließlich der Strom wieder zunimmt. ao
Die Erfindung bezweckt, ein aufzuschmelzendes Elektrodenmaterial zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit Tunneleffekt zu schaffen, das sich in einem weiten Bereich von Aufschmelztemperaturen verwenden läßt, ohne daß die Verwendung eines Flußmittels notwendig ist, und mit dem besonders gut reproduzierbare, den Tunneleffekt aufweisende p-n-Übergänge mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften erhalten werden können und das weiter günstige technologische Eigenschaften besitzt und einen festen Kontakt mit Germanium bildet.
Sich auf die Erfindung beziehende Experimente haben gezeigt, daß für die Stromdichte durch den den Tunneleffekt aufweisenden p-n-Übergang die nachfolgende Formel gilt:
5 77 · 1019
log/(C, T) = 10,307 - -i^—_ 0,0125 T,
wobei
/ = die Stromdichte des p-n-Überganges,
C = die Konzentration an Verunreinigungen in
der Ausgangshalbleiterplatte und
T = die Temperatur, bei welcher das Elektrodenmaterial aufgeschmolzen wird.
Aus dieser Formel ergibt sich, daß eine Differenz von 10° C in der Aufschmelztemperatur eine Änderung vom etwa 50% in der Stromdichte mit sich bringt. Ein Elektrodenmaterial, das in einem Bereich von Aufschmelztemperaturen insbesondere unterhalb 5000C anwendbar ist, hat somit den wesentlichen Vorteil, daß mittels des gleichen Elektrodenmaterials Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterbauelementes mit Tunneleffekt
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter:
Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Albert Schmitz, Eindhoven;
Fritz Weil, Nijmegen (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 31. Oktober 1961 (270 874)
Vorrichtungen mit Tunneleffekt mit sehr verschiedenen elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Aufschmelztemperatur und trotzdem mit hoher Stromdichte erhalten werden können.
Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, daß mit Rücksicht auf die günstigen technologischen Eigenschaften und die Bildung eines festen Kontaktes mit Germanium in Zinn, ζ. Β. mit Arsen, als Verunreinigung, ein geeignetes Elektrodenmaterial gesehen werden könnte, wenn nicht dieses Material Germanium, insbesondere bei Aufschmelztemperaturen unterhalb 500° C, schlecht benetzt.
Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, daß ein Zusatz von Germanium zu dem Elektrodenmaterial, wodurch die Schmelztemperatur erhöht wird, es ermöglicht, dieses Material ohne Benetzungsschwierigkeiten unterhalb von 500° C aufzuschmelzen, und daß eine Zinn-Germanium-Donator-Legierung am besten die obenerwähnte günstige erwünschte Eigenschaft zeigt.
Gemäß der Erfindung besteht bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art das aufzuschmelzende Elektrodenmaterial aus einer Zinn-Gennanium-Legierung mit einer Donatorverunreinigung, z. B, Arsen, mit einem Schmelzpunkt unterhalb 500° C.
Es ist z. B. eine Legierung mit etwa 6 Gewichtsprozent Germanium und etwa 5 Gewichtsprozent Arsen in einem Bereich von Aufschmelztemperaturen zwischen etwa 450 und 550° C und mehr anwendbar,
609 558/327
während die erwähnte Legierung mit etwa 4 bis 5 % Germanium und etwa 2°/o Arsen in dem.Bereich,von Aufschmelztemperaturen von etwa 400 bis 5500C oder mehr gut brauchbar ist.
Zum Erhalten einer Vorrichtung mit einem den Tunneleffekt aufweisenden p-ü-Übergang für verhältnismäßig hohe Stromdichten ergibt sich eine Aufschmelztemperatur zwischen 400 und 5000C als zufriedenstellend, während vorzugsweise das Elektrodenmaterial bei einer Temperatur zwischen 415 und 450° C aufgeschmolzen wird.
Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles einer Tunneldiode näher erläutert.
Es wird von einer p-Typ Germaniumplatte mit Abmessungen von 1-1-0,1 mm und mit einer Konzentration an Verunreinigungen von z. B. 7 · 1019 Galliumatomen pro Kubikzentimeter ausgegangen. Die Germaniumplatte wird mit einem Ohmschen Anschlußkontakt versehen, indem sie z. B. auf einen mit Gold überzogenen Fernicostreifen legiert wird. Die Platte wird darauf -in einer Kaliumhydroxydlösung (15%) elektrolytisch geätzt, in entionisiertem Wasser gewaschen und getrocknet. Auf die -dem erwähnten Ohmschen Anschluß gegenüberliegende Seite. der Germaniumplatte wird ein Kügelchen Elektrodenmaterial mit einem Querschnitt von z. B. 100 μ aus einer Zinn-Germanium-Arsen-Legierung mit einem Schmelzpunkt unterhalb 500° C gelegt. Darauf wird das Kügelchen an dem Germanium festgeschmolzen. Um eine Vorrichtung mit einem den Tunneleffekt aufweisenden p-n-Übergang für hohe Stromdichten zu erhalten, wird vorteilhaft eine Aufschmelztemperatur zwischen 400 und 500° C, vorzugsweise zwischen 415 und 450° C, benutzt.
Ein aufzulegierendes Kügelchen mit maximal 6 Gewichtsprozent Germanium und maximal 5 Gewichtsprozent Arsen liefert gute Resultate und ergibt beim Aufschmelzen eine homogene Schmelze. Es wird jedoch vorzugsweise ein Kügelchen einer Zinn-Germanium-Arsen-Legierung mit 4 bis 5 Gewichtsprozent Germanium und 2 Gewichtsprozent Arsen verwendet, da dies die Anbringung eines Anschlußdrahtes erleichtert, während eine solche Legierung außerdem in einem weiteren Bereich von Aufschmelztemperatüren anwendbar ist.
Das'Kügelchen Elektrodenmaterial wird z.B. in einem Ofen auf die Germaniumplatte geschmolzen, in dem eine Wasserstoff atmosphäre aufrechterhalten wird. In etwa 2 Minuten werden die Germaniumplatte und das Elektrodenkügelchen von Zimmertemperatur auf die gewünschte Aufschmelztemperatur erhitzt, worauf sie während etwa einer Sekunde auf dieser Temperatur gehalten und darauf etwa 12 Minuten auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.
Es kann mit dem aufgeschmolzenen Elektrodenmaterial ein Anschlußdraht verbunden werden, indem das Elektrodenmaterial kurzzeitig geschmolzen und z. B. ein Nickeldraht mit einem Querschnitt von 50 μ in die Schmelze eingeführt wird. Bei diesem Vorgang ist es vorteilhaft, wenn die angewandte Temperatur niedriger ist als die Aufschmelztemperatur, um einen Einfluß auf den bereits hergestellten p-n-Übergang zu vermeiden. Es ist daher sehr vorteilhaft, ein Kügelchen Elektrodenmaterial mit. etwa 4 bis 5 Gewichtsprozent Germanium und etwa 2 Gewichtsprozent Arsen anzuwenden, da in diesem Falle der Anschlußdraht bei etwa 280° C angebracht werden kann.
,Nach dem Anbringen des· Anschlußdrahtes kann durch Ätzen, wie üblich, der p-n-Übergang auf die gewünschten Abmessungen gebracht werden.
Die so erhaltene Tunneldiode hat einen den Tunneleffekt aufweisenden p-n-Übergang mit einer hohen Stromdichte, während die aufgeschmolzene Elektrode mechanisch steif mit dem Halbleiterkörper verbunden ist. Eine Spitzenstromdichte von etwa 8 · ΙΟ3 Α pro Quadratzentimeter wurde z. B. dadurch erhalten, daß ein Elektrodenmaterial mit 4% Germanium und 2% Arsen bei einer Aufschmelztemperatur von 445° C auf einen Germaniumkörper mit einer ursprünglichen Konzentration an Galliumatomen von 7 · 1019 Atomen pro Kubikzentimeter aufgeschmolzen wurden.
Die aufgeschmolzene Elektrode kann auch direkt an einem Teil einer für die Halbleitervorrichtung bestimmten Hülle festgeschmolzen werden. Es kann auch eine andere Donatorverunreinigung als Arsen benutzt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit Tunneleffekt, z.B. einer Tunneldiode oder eines Tunneltransistors, mit einem p-Typ Germaniumkörper mit einem den Tunneleffekt aufweisenden p-n-Übergang, wobei dieser p-n-Übergang dadurch erhalten wird, daß auf den Germaniumkörper eine Menge eines Zinn und ■einen Donator enthaltenden Elektrodenmaterials aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzuschmelzende Elektrodenmaterial aus einer Zinn-Germanium-Legierung mit einer Donatorverunreinigung, z. B. Arsen, mit einem Schmelzpunkt unterhalb 500° C besteht. .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zinn-Germanium-Legierung mit maximal 6 Gewichtsprozent Germanium und maximal 5 Gewichtsprozent einer Donatorverunreinigung, z.B. Arsen, aufgeschmolzen wird.
3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zinn-Germanium-Legierung mit etwa 4 bis 5 Gewichtsprozent Germanium und etwa 2 Gewichtsprozent einer Donatorverunreinigung aufgeschmolzen wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der - vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial bei einer Temperatur zwischen 400 und 5000C aufgeschmolzen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial bei einer Temperatur zwischen 415 und 450° C aufschmolzen wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 961913;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1036 392;
»IBM Technical Disclosuve Bulletins«, Verl.
3, Nr. 8, Januar 1961, S. 23;
»ETZ-A«, Bd. 82, H. 4, 1961, S. 114 bis 116-
609 558/327 4.66
Bundesdruckerei Berlin
DEN22283A 1961-10-31 1962-10-27 Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit Tunneleffekt Pending DE1214326B (de)

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GB (1) GB1003708A (de)
NL (1) NL270874A (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE961913C (de) * 1952-08-22 1957-04-11 Gen Electric Verfahren zur Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen mit p-n-UEbergaengen
DE1036392B (de) * 1954-02-27 1958-08-14 Philips Nv Transistor mit Mehrstoffemitter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE961913C (de) * 1952-08-22 1957-04-11 Gen Electric Verfahren zur Herstellung von elektrisch unsymmetrisch leitenden Systemen mit p-n-UEbergaengen
DE1036392B (de) * 1954-02-27 1958-08-14 Philips Nv Transistor mit Mehrstoffemitter

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CH400372A (de) 1965-10-15
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