DE1255821B - Halbleiterbauelement mit einer vakuumdichten Huelle - Google Patents

Description

DEUTSCHES #|# PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 21g-11/02

Nummer: 1 255 821

Aktenzeichen: N 14899 VIII c/21 g

1255 821 Anmeldetag: 3.Aprill958

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement, vorzugsweise einen Transistor oder eine Kristalldiode, mit einer vakuumdichten Hülle, die wenigstens in der Umgebung des Halbleiterkörpers eine wirksame Wasserdampfmenge enthält.

Der Oberflachenzustand eines Halbleiterbauelementes mit Sperrschichten übt bekanntlich einen starken Einfluß auf seine elektrischen Eigenschaften aus. Bei einem Transistor ist beispielsweise der Stromverstärkungsfaktor sehr empfindlich für Stoffe und Gase, die an der Oberfläche des halbleitenden Körpers adsorbiert sind. Unter dem Stromverstärkungsfaktor, der nachstehend auch durch <Xbc bezeichnet wird, ist hier die Größe zu verstehen, die durch die Gleichung

Al_c

<^{Xbc =} ^h^Vce

definiert wird, wobei A I_c und A h kleine Änderungen im Kollektorstrom bzw. Basisstrom darstellen, die bei einem konstanten Spannungsunterschied V_ce zwischen Emitterkontakt und Kollektorkontakt gemessen werden. Die Einwirkung von Wasserdampf auf die physikalischen Eigenschaften einer Germaniumoberfläche ist bereits mehrmals untersucht und in der Literatur beschrieben worden. Aus den Proceedings of the Institute of Radio Engineers, April 1956, Jg. 44, Nr. 4, S. 494 bis 503, ist bekannt, daß durch Wasserdampfadsorption an der Oberfläche eines Germaniumtransistors der Stromverstärkungsfaktor erheblich gesteigert wird, während andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Kollektordurchschlagspannung und der Kollektorsperrstrom, sofern die Feuchtigkeit nicht zu hoch ist, entweder auch verbessert oder nur in geringem Maße verschlechtert werden.

In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, wie auch aus vorstehendem Aufsatz hervorgeht, daß die Stabilität der bekannten Halbleiterbauelemente, bei denen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers Wasserdampf adsorbiert ist, viel zu wünschen übrigläßt, mit anderen Worten, daß die elektrischen Eigenschaften dieser Halbleiterbauelemente auf die Dauer und bei den hohen Betriebstemperaturen stark verschlechtert werden. Diese Verschlechterung des Stromverstärkungsfaktors z. B. ergibt sich insbesondere, wenn der Transistor zeitweilig hoch belastet wird, beispielsweise bei einer Temperatursteigerung auf 85° C oder bei schwerer elektrischer Belastung. Deshalb ist bereits ein völlig anderes Stabilisierungsverfahren vorgeschlagen worden, bei dem der Wasserdampf und gegebenenfalls weitere adsorbierte Stoffe tunlichst von der Oberfläche beseitigt werden, und zwar dadurch, daß Halbleiterbauelement mit einer vakuumdichten
Hülle

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Augustinus Aloysius Antonius Maria Koets,
Nijmegen;

Johannes Jacobus Asuerus Ploos van Amstel,
Pieter Willem Haaijman,
Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 5. April 1957 (216 075)

der Transistor während der Montage einige Stunden lang auf hohe Temperatur, z. B. 140 °C, im Vakuum erhitzt wird. Dieses Verfahren, das unter dem Namen »Vakuumbrennen« bekannt ist, hat jedoch den Nachteil, daß die hohe Stabilität auf Kosten des Stromverstärkungsfaktors erzielt wird, denn dieser fällt bei Anwendung dieses Verfahrens von dem hohen Wert, den er nach der Nachätzung aufweist, auf einen sehr niedrigen Wert ab. Weiter ist mit diesem Verfahren die technische Schwierigkeit verbunden, daß das Halbleiterbauelement unter äußerst schwer aufrechtzuerhaltenden Umständen, d. h. im Vakuum, fertigmontiert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfach durchführbare Maßnahmen anzugeben, die eine hohe Stabilität eines Halbleiterbauelementes mit vakuumdichter Hülle bei verschiedenen Betriebstemperaturen gewähren, ohne daß dabei auf die vorteilhaften elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise einen hohen Stromverstärkungsfaktor, einen niedrigen Sperrstrom oder eine hohe Durchschlagspannung, die ein solches Halbleiterbauelement in einer Wasserdampfatmosphäre aufweisen kann, verzichtet wird. Ihr liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Transistor mit vakuumdichter Hülle zu schaffen, der einen hohen

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Stromverstärkungsfaktor mit einer hohen Stabilität kombiniert.

Die Erfindung benutzt die bekannte Wirkung, daß Wasserdampf die Eigenschaften von Halbleiterbauelementen, beispielsweise von solchen aus Germanium, günstig beeinflußt.

Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, daß die Instabilität der bekannten, nicht im Vakuum behandelten Halbleiterbauelemente zu einem erheblichen Teil auf eine allmähliche Abnahme des wirksamen Wasserdampfgehalts innerhalb der Hülle, insbesondere in der Umgebung des Halbleiterbauelementes, zurückzuführen ist. Es wird angenommen, daß die Ursache dieser Abnahme im Vorhandensein wasserdampfadsorbierender oder mit Wasserdampf reagierender Teile der Hülle oder Teile innerhalb der Hülle, wie beispielsweise Glas- oder Metallteile oder ein Füllstoff, zu sehen ist, die bei normalem Betrieb allmählich und unter besonderen Umständen, z. B. bei Erhitzung, durch Reaktion beschleunigt der Umgebung des Halbleiterkörpers den wirksamen Wasserdampf entziehen.

Die obengenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Halbleiterbauelement mit einer vakuumdichten Hülle, die wenigstens in der Umgebung des Halbleiterkörpers eine wirksame Wasserdampfmenge enthält, dadurch gelöst, daß innerhalb der Hülle ein Depot von Wasser in gebundenem Zustand in Form eines Kristallwasser enthaltenden Stoffes angeordnet ist.

Unter einer wirksamen Wasserdampfmenge ist hier selbstverständlich eine solche, unter anderem vom verwendeten Halbleiter abhängige Wasserdampfmenge zu verstehen, daß diese eine oder mehrere elektrische Eigenschaften des Halbleiterbauelementes günstig beeinflußt. Unter einem Wasserdepot ist ein Stoff mit einer an ihn gebundenen Wassermenge zu verstehen, der bei einer Abnahme des wirksamen Wasserdampfgehaltes in der erwähnten Umgebung Wasserdampf nachliefern kann, jedoch auch unter Umständen, beispielsweise bei einer Temperatursenkung, Wasser aufnehmen kann, und der deshalb imstande ist, auf den wirksamen Wasserdampf gehalt innerhalb der Hülle eine stabilisierende Einwirkung auszuüben. Unter einem Überschuß an Wasser ist eine so große Wassermenge zu verstehen, daß längere Zeit, d. h. während der Lebensdauer des Halbleiterbauelementes, im Wasserdepot eine zum Ausgleich der Verluste ausreichende Wassermenge vorhanden ist.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß bereits vorgeschlagen wurde, bei einer elektrischen Halbleiteranordnung in das vakuumdichte Gehäuse eine die Oberflächenfeuchtigkeit des Systems beeinflussende Substanz miteinzuschließen, die derart gewählt ist und eine solche Ausgangsfeuchtigkeit besitzt, daß sie bei Zimmertemperatur an das Halbleitersystem Feuchtigkeit weder abgibt noch Feuchtigkeit von diesem aufnimmt.

Halbleiterbauelemente mit vakuumdichter Hülle mit einem Wasserdepot gemäß der Erfindung können längere Zeit, beispielsweise 1000 Stunden, auf hoher Temperatur betrieben werden, ohne daß sich die elektrischen Eigenschaften merklich ändern.

Die relative Feuchtigkeit der Umgebung des Halbleiterkörpers soll selbstverständlich innerhalb der Grenzen gehalten werden, innerhalb deren der Wasserdampf in günstigem Sinn wirksam ist.

Einerseits muß eine übermäßige Feuchtigkeit vermieden werden, um Leitung längs der Oberfläche

u. dgl. zu verhüten; andererseits muß sich in der erwähnten Umgebung eine so große Feuchtigkeit ergeben, daß die vorteilhafte Einwirkung des Wasserdampfes auf die Halbleiteroberfläche hinreichend bemerkbar ist. Diese Grenzen sind selbstverständlich unter anderem vom verwendeten Halbleiter abhängig. Für ein Halbleiterbauelement, dessen Halbleiterkörper aus Germanium besteht, läßt sich eine obere Grenze für die zulässige Wasserdampfspannung angeben, die

ίο bei Zimmertemperatur etwa 15 mmHg beträgt und mit der Temperatur auf einen Höchstwert von etwa 300 mm bei 85°C zunimmt; die untere Grenze bei 85 °C beträgt etwa IOmmHg für Germanium. Vorzugsweise wird jedoch, und dies ist ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, insbesondere bei den hohen Betriebstemperaturen, eine hohe Wasserdampfspannung vermieden, um etwaige Reaktionen zwischen dem Halbleiter und dem Wasserdampf bei hoher Temperatur und hoher Wasserdampfspannung möglichst zu beschränken. Bei einem Halbleiterbauelement, dessen halbleitender Körper aus Germanium besteht, findet vorzugsweise ein Wasserdepot Anwendung, das bei 85° C eine Wasserdampfspannung aufrechterhält, die mindestens 20 mmHg und höchstens IOOmmHg beträgt.

Durch passende Wahl eines Stoffes mit einer vorteilhaften Bindungsaffinität in bezug auf Wasser läßt sich jede gewünschte, für einen bestimmten Halbleiter günstige Feuchtigkeit mit Hilfe des Depots erzielen.

Zur Bildung eines Wasserdepots eignen sich insbesondere Stoffe mit Kristallwasser, sogenannte Hydrate, wie beispielsweise Zinkammoniumsulfat · 6aq, Nickel-Kalium-Sulfat · 6aq, Natriumbromid · 2aq oder Ammoniumnickelsulfat · 6aq u. ä. Es kann ihnen ein Bindemittel zugesetzt werden, das aus silikoorganischen Polymeren besteht, von denen einige unter dem Namen »Silikonvakuumfett« und »Silikonöl« bekannt sind; es kann auch ein Füllstoff, beispielsweise Sand, zugesetzt werden. Wenn der betreffende Stoffjedoch chemisch reaktiv in bezug auf den Halb-? leiterkörper ist, so wird er vorzugsweise vom Halbleiterkörper durch eine poröse, beispielsweise aus Glaswolle oder Asbest bestehende Wand getrennt.
Im allgemeinen sind als Wasserdepot Stoffe brauchbar, die reversibel Wasser abgeben und aufnehmen und bei den unterschiedlichen Betriebstemperaturen eine günstige Wasserdampfspannung aufrechterhalten können. Hierfür kommen in Betracht einige Oxyde mit ihren Hydroxyden, beispielsweise das SystemThalliumhydroxyd—Thalliumoxyd oder das System Magnesiumhydroxyd—Magnesiumoxyd, einige wäßrige Lösungen, beispielsweise eine wäßrige Lösung des Kalziumchlorids, der Manganchloride oder der Phosphorsäure, und Stoffe, wie beispielsweise Silikagel oder silikoorganische Verbindungen, z. B. Silikonvakuumfett, die zuvor eine ausreichend dosierte Wassermenge adsorbiert haben. Es ist bereits bekannt, Silikagel oder Silikonvakuumfett in einer Hülle eines Halbleiterbauelementes anzubringen, jedoch in möglichst trocknem Zustand, um Wasser von der Umgebung des halbleitenden Körpers fernzuhalten. Finden diese Stoffe jedoch bei einem Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung Anwendung, so sollen sie zuvor eine ausreichende Wassermenge aufgenommen haben. Das bekannte Halbleiterbauelement unterscheidet sich weiter vom Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung dadurch, daß es bereits nach kürzerer Zeit bei hoher Belastung den dennoch immer in geringer, kaum ver-

meidlicher Menge vorhandenen Wasserdampfgehalt verbraucht, so daß seine elektrischen Eigenschaften stark veränderlich sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Transistor mit vakuumdichter Glashülle und Wasserdepot gemäß der Erfindung dar; in

F i g. 2 ist für vier Transistoren, die ohne Anwendung der Erfindung montiert worden sind, der Verlauf des Stromverstärkungsfaktors als Ordinate mit der Zeitdauer, während welcher die Transistoren einem Dauerversuch unterworfen wurden, in Stufen als Abszisse graphisch im Vergleich zu demjenigen eines Transistors gemäß der Erfindung dargestellt;

F i g. 3 und 4 stellen ähnliche Angaben für verschiedene Transistoren gemäß der Erfindung dar.

Der in F i g. 1 dargestellte Germaniumtransistor 1, dessen Herstellung nachstehend näher erläutert wird, ist in einer vakuumdichten Glashülle untergebracht, die aus zwei aneinandergeschmolzenen Teilen, dem Glassockel 2 und dem Glaskolben 3, besteht. Gemäß der Erfindung ist innerhalb der Hülle ein Wasserdepot 4 angebracht, das aus einem Gemisch aus »Silikonvakuumfett« und einem Hydrat, beispielsweise Zinkammoniumsulfat · 6aq, besteht. Dieses Gemisch füllt die Hülle praktisch völlig aus. Die Elektroden des Transistors sind mit den Zuleitungen 5, 6 und 7 verbunden, die durch den Glassockel 2 ausgeführt sind.

Die durch Anwendung der Erfindung erzielten Ergebnisse werden jetzt mit denjenigen verglichen, die mit bekannten Transistoren erzielt wurden, bei denen das eigentliche halbleitende System wie folgt hergestellt wurde:

Ein Einkristallstab, der aus η-Typ Germanium von 3 bis 5 Qjcm besteht, wird durch Sägen und Schleifen in Scheiben mit den Abmessungen 2 · 3 · 0,25 mm³ unterteilt. Die 2 · 3 mm² großen Flächen dieser Scheiben fallen mit der kristallographischen [111]-Ebene zusammen. Die Scheiben werden geschliffen, dann auf eine Stärke von etwa 150 μ in einer Lösung abgeätzt, die aus einer wäßrigen 48%igen HF-Lösung, einer 66%igen wäßrigen HNO₃-Losung und H₂O im Volumenverhältnis 2:2:1 zusammengesetzt ist, in entionisiertem Wasser gewaschen und schließlich getrocknet. In der Mitte einer 2 · 3-mm²-Fläche einer solchen Germaniumscheibe wird ein Emitterkügelchen mit einem Durchmesser von etwa 400 μ angeordnet, das aus reinem Indium besteht, und durch eine kurzzeitige Erhitzung an die Germaniumscheibe geheftet. Zu gleicher Zeit wird seitlich auf der gleichen Fläche eine aus Nickel bestehende Basiszuleitung angeordnet, an deren Ende eine geringe Lotmenge angebracht ist, die aus einer Zinn-Antimon-Legierung (25 Gewichtsprozent Sn, 5 Gewichtsprozent Sb) besteht. Auf der entgegengesetzten Fläche der Scheibe wird ein aus Indium bestehendes Kollektorkügelchen mit einem Durchmesser von 800 μ zentrisch in bezug auf das Emitterkügelchen angeordnet und gleichfalls durch eine kurzzeitige Erhitzung befestigt. Dann wird das Ganze etwa 10 Minuten lang auf 600° C in einer aus Wasserstoff und Stickstoff bestehenden Atmosphäre erhitzt. Es stellt sich heraus, daß die Basisstärke der so hergestellten Legierungstransistoren etwa 30 μ ist. Danach wird der Transistor mit der Basiskontaktplatte an einen Zuführungsdraht angeschweißt und werden an die Emitter- und Kollektor-

elektroden Nickelzuleitungen angelötet. Der Transistor wird etwa 10 Sekunden in einer wäßrigen 40°/₀igen NaOH-Lösung elektrolytisch nachgeätzt, wobei der Kollektor mit der Plusklemme verbunden ist und die Minusklemme aus einer im Ätzbad hängenden Platinplatte besteht. Nach Waschen in warmem, entionisiertem Wasser und Trocknen ist der Transistor fertig zur Montage in einer vakuumdichten Hülle.
Um die Stabilität des Sperrschichtsystems mit vakuumdichter Hülle gemäß der Erfindung zu ermitteln und mit derjenigen, die sich auf bekannte Weise ohne Anwendung der Erfindung ergibt, zu vergleichen, wurde eine Anzahl dieser halbleitenden Systeme mit verschiedenartigen Wasserdepots in vakuumdichte Glashüllen eingeschmolzen, während eine geringere Zahl ohne Anwendung der Erfindung in vakuumdichten Hüllen fertigmontiert wurde. Um etwaige Änderungen in kurzer Frist klar hervortreten zu lassen, wurde ein Teil dieser fertigmontierten Transistoren einem schweren Dauerversuch unterworfen, der aus einer längeren Erhitzung auf 85°C ohne Anwendung einer elektrischen Belastung bestand, während ein anderer Teil einem anderen schweren Dauerversuch unterworfen wurde, der aus einer längeren Erhitzung auf 50⁰C und gleichzeitiger elektrischer Belastung von 50 mW (Kollektorbasisspannung 10 V; Kollektorstrom 5 mA) bestand. Die beiden Dauerversuche wurden jeweils nach 100, 500 und 1000 Stunden auf einen Augenblick unterbrochen, um die Transistoren auf Zimmertemperatur abkühlen und bei Zimmertemperatur verschiedene Größen der Transistoren, wie beispielsweise den Stromverstärkungsfaktor, den Sperrstrom und das Rauschen, kontrollieren zu können.

In den F i g. 2 bis 4 sind die Meßergebnisse dieser Versuche in bezug auf den Stromverstärkungsfaktor dargestellt. Die Meßergebnisse in bezug auf das Rauschen und den Sperrstrom, die sich beide als äußerst niedrig und kaum veränderlich erwiesen, sind nicht erwähnt. Um deutlich anzugeben, welche Meßpunkte zu einem bestimmten Transistor gehören, sind die einem Transistor zugeordneten Meßpunkte durch Geraden verbunden. In all diesen Figuren ist der Anfang des Dauerversuches durch den Zeitpunkt O angegeben; in Fig. 2 ist außerdem eine vor diesem Zeitpunkt liegende Angabe aufgenommen, nämlich der Wert des Stromverstärkungsfaktors nach der Nachätzung im Zeitpunkt E.

Der Transistor, auf den sich die Charakteristik 10 der F i g. 2 bezieht, wurde nach der Nachätzung, bei der der Stromverstärkungsfaktor 97 war, 3 Stunden lang im Vakuum auf 145 °C erhitzt und in diesem völlig trocknen Zustand in die Glashülle eingeschmolzen. Infolge dieses Invakuumbrennens fiel der Stromverstärkungsfaktor auf 25 ab, d. h. auf etwa ein Viertel des ursprünglichen Wertes. Danach wurde der Transistor dem Dauerversuch bei 85°C unterworfen. Wie aus der Charakteristik 10 hervorgeht, war die Stabilität dieses auf bekannte Weise ohne Anwendung der Erfindung fertigmontierten Transistors besonders gut; der Stromverstärkungsfaktor jedoch war sehr niedrig.

Die Charakteristik 11 der F i g. 2 bezieht sich auf einen Transistor, dessen Stromverstärkungsfaktor nach der Nachätzung etwa 106 war und der in einer vakuumdichten Glashülle auf bekannte Weise mit »Silikonvakuumfett« umgeben wurde, das zuvor einige Zeit bei IOO⁰C getrocknet war. Nach der Einschmel-

zung stellte sich heraus, daß der Stromverstärkungsfaktor auf 89 abgefallen war. Während des nachfolgenden Dauerversuches bei 85° C fiel der Stromverstärkungsfaktor immer mehr ab, so daß er nach 1000 Stunden nur noch 30 betrug. Die Stabilität dieses auf bekannte Weise ohne Anwendung der Erfindung montierten Transistors war besonders schlecht. Nach 1000 Stunden wurde die Glashülle erbrochen und der Transistor, der noch von »Silikonvakuumfett« umgeben war, in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 60 % bei Zimmertemperatur gebracht, wodurch der Stromverstärkungsfaktor wieder allmählich auf 96 anstieg, so daß er praktisch den ursprünglichen Wert wieder annahm. Dieses Verhalten rechtfertigt zur Annahme, daß der Abfall des Stromverstärkungsfaktors während des Dauerversuches einer Abnahme mit der Zeit des Wassergehaltes an der Halbleiteroberfläche zuzuschreiben war. Das gleiche geht auch aus dem Verhalten der Transistoren mit den Charakteristiken 12 und 13 der F i g. 2 hervor.

Die Charakteristik 12 der F i g. 2 bezieht sich auf einen Transistor, dessen Stromverstärkungsfaktor nach der Nachätzung 104 war. Die Hülle dieses Transistors wurde vor der Abdichtung mit Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 32% gefüllt. Infolge der Abschmelzung fiel der Stromverstärkungsfaktor auf 96 herab. Danach wurde der Transistor dem Dauerversuch bei 85°C unterworfen; der Stromverstärkungsfaktor fiel während der ersten 500 Stunden bereits auf 43 ab, während er in den zweiten 500 Stunden nur noch wenig abfiel, d. h. auf 37. Die Stabilität dieses ohne Anwendung der Erfindung fertigmontierten Transistors war somit insbesondere während der ersten 500 Stunden schlecht, während in den zweiten 500 Stunden der Stromverstärkungsfaktor nur noch etwa ein Drittel des ursprünglichen Wertes war. Nach dem Dauerversuch wurde die Transistorhülle erbrochen und der Transistor bei Zimmertemperatur in eine Umgebung gebracht, die aus Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 60% bestand. Hierdurch stieg der Stromverstärkungsfaktor fast sofort auf 98 an, einen Wert, der praktisch mit dem ursprünglichen übereinstimmt.

Die Charakteristik 13 der F i g. 2 bezieht sich auf einen Transistor, dessen Stromverstärkungsfaktor nach der Nachätzung 76 war und der in die vakuumdichte Hülle eingeschmolzen wurde, nachdem diese mit Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 81% gefüllt worden war. Nach der Einschmelzung war der Stromverstärkungsfaktor 71, und dieser hohe Wert blieb während der ersten 500 Stunden des Dauerversuches bei 85 ⁰C beibehalten. Nach 1000 Stunden war der Stromverstärkungsfaktor auf 34 abgefallen. Auch dieser ohne Anwendung fertigmontierte Transistor erwies sich auf die Dauer als nicht stabil. Nach dem Dauerverusch wurde die Hülle erbrochen und der Transistor bei Zimmertemperatur in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von etwa 60% gebracht, wodurch der Stromverstärkungsfaktor sofort den ursprünglichen Wert 76 wieder annahm. Die größere Stabilität dieses Transistors während der ersten 500 Stunden im Vergleich zu dem durch die Charakteristik 12 dargestellten läßt sich dem höheren Wasserdampfgehalt zuschreiben, der anfangs in die Hülle des Transistors aufgenommen war.

Der Transistor, auf den sich die Charakteristik 14 der F i g. 2 bezieht, wurde unter Anwendung der Erfindung in der vakuumdichten Hülle fertigmontiert.

Im geschlossenen Ende des Kolbens war zuvor ein Wasserdepot angebracht, das aus 60 mg Bariumchlorid · 2aq bestand. Der übrige Raum um den Transistor im Kolben war mit »Silikonvakuumfett« ausgefüllt und durch eine aus Glaswolle bestehende poröse Wand vom Wasserdepot getrennt. Vor der Anbringung des halbleitenden Systems in der Hülle und vor der Abschmelzung der Hülle wurde der Kolben mit dem Wasserdepot und dem »Silikonvakuumfett« einige Zeit in Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 60% bei Zimmertemperatur aufbewahrt. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 145 betrug, hatte nach der Einschmelzung den Wert 153. Danach wurde dieser Transistor gemäß der Erfindung dem Dauerversuch bei 85° C unterworfen. Während dieses schweren Dauerversuchs blieb der ursprüngliche hohe Wert des Stromverstärkungsfaktors erhalten. Die Stabilität dieses Transistors gemäß der Erfindung war erheblich besser als diejenige der ohne Anwendung der Erfindung montierten Transistoren₅ die durch die Charakteristiken 11 bis 13 der F i g. 2 dargestellt werden. Außerdem vertrug dieser Transistor die hohe Temperatur beim Einschmelzen. Selbstverständlich sind die auftretenden absoluten Änderungen des Stromverstärkungsfaktors bei diesem Transistor größer als bei dem im Vakuum gebrannten Transistor gemäß Charakteristik 10, weil der Absolutwert des Stromverstärkungsfaktors beim ersteren Transistor auch erheblich größer als beim im Vakuum gebrannten Transistor ist. Die auftretenden Änderungen, die noch größtenteils auf Meßfehler zurückzuführen sind, sind jedoch praktisch ohne Bedeutung.

Die Charakteristik 15 der F i g. 3 bezieht sich auf einen Transistor gemäß der Erfindung, der in einer vakuumdichten Hülle montiert wurde, die zuvor zu etwa drei Viertel mit einem Gemisch aus 90 Gewichtsprozent »Silikonvakuumfett« und 10 Gewichtsprozent des Hydrats Zinkammoniumsulfat · 6aq ausgefüllt war. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 59 war, fiel infolge der Einschmelzung etwas ab, nämlich auf 50. Während des Dauerversuches bei 85 ⁰C erfuhr dieser Wert gar keine Änderung.

Der Transistor gemäß der Erfindung, auf den sich die Charakteristik 16 der F i g. 3 bezieht, wurde vakuumdicht in einer Hülle montiert, die vor der Abdichtung mit einem Gemisch aus 90 Gewichtsprozent »Silikonvakuumfett« und 10 Gewichtsprozent Kalium-Kobalt-Sulfat · 6aq ausgefüllt war. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 138 war, wies nach der Einschmelzung den Wert 112 auf. Während des Dauerversuches bei 85 ⁰C blieb dieser hohe Wert praktisch erhalten.

Die Charakteristik 17 der F i g. 3 gibt die Ergebnisse des Dauerversuches bei 85°C, die an einem Transistor gemäß der Erfindung gemessen wurden, dessen Hülle mit Sand mit einem Zusatz von 10 mg des Hydrats Kalium-Nickel-Sulfat · 6aq ausgefüllt war. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung und der Einschmelzung 172 bzw. 158 war, fiel während der ersten IOOStunden des Dauerversuches auf etwa 150 ab, jedoch dieser hohe Wert erwies sich im Verlauf des Dauerversuches als besonders stabil.

Das Verhalten eines Transistors gemäß der Erfindung, dessen Hülle praktisch völlig mit Silikagel ausgefüllt war, das 2 Gewichtsprozent Wasser aufgenommen hatte, ist in F i g. 3 durch die Charakte-

Claims (4)

ίο ristik 18 dargestellt. Infolge der hohen Temperatur, der der Transistor während der Einschmelzung ausgesetzt wurde, fiel der Stromverstärkungsfaktor zwar von 274 auf 78 ab, aber während der ersten 100 Stunden des Dauerversuches wurden die Folgen der hohen Einschmelztemperatur augenscheinlich durch Nachlieferung von Wasser aus dem Depot ausgeglichen, so daß der Stromverstärkungsfaktor einen Wert von etwa 140 erreichte, welcher hohe Wert während des weiteren Dauerversuches noch allmählich zu etwa 150 zunahm. Aus diesem Beispiel geht hervor, daß auch Stoffe, die eine ausreichend dosierte Wassermenge adsorbiert haben, sich als Wasserdepot eignen. Um möglichst bald einen stabilen Endwert zu erreichen, wird ein solcher Transistor erforderlichenfalls nach der Einschmelzung vorzugsweise einer stabilisierenden Temperaturbehandlung unterworfen, beispielsweise einer 6stündigen Erhitzung auf 140°C Die Charakteristik 19 der F i g. 4 bezieht sich auf einen Transistor gemäß der Erfindung, der in einer vakuumdichten Glashülle fertigmontiert war, die zuvor mit einem Gemisch aus 90 Gewichtsprozent »Silikonvakuumfett« und 10 Gewichtsprozent des Hydrats Zinkammoniumsulfat · 6aq ausgefüllt worden war. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 84 war, wies nach der Einschmelzung den Wert 81 auf. Während des Dauerversuchs bei 50° C mit einer gleichzeitigen elektrischen Belastung von 50 mW blieb der Stromverstärkungsfaktor dieses erfindungsgemäß montierten Transistors praktisch konstant. Dem gleichen Dauerversuch wurde auch der Transistor nach der Erfindung unterworfen, auf den sich die Charakteristik 20 der F i g. 4 bezieht. Dieser Transistor war in einer vakuumdichten Glashülle montiert, in der ein aus 35 mg K2SO4Al2(SO4)3 · 24 aq bestehendes Wasserdepot getrennt vom halbleitenden System angebracht war. Der Raum um das halbleitende System war mit »Silikonvakuumfett« ausgefüllt und mittels einer aus Glaswolle bestehenden porösen Wand vom Wasserdepot getrennt. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung 90 war, war nach der Einschmelzung 88, welcher Wert während des Dauerversuches sich als besonders konstant erwies. Eine hohe Stabilität während des Dauerversuches bei 50 0C und 50 mW elektrischer Belastung hatte auch der Transistor gemäß der Erfindung, auf den sich die Charakteristik 21 der F i g. 4 bezieht. In der Hülle dieses Transistors war ein Wasserdepot angebracht, das aus 60 mg Bariumchlorid · 2aq bestand und durch eine aus Glaswolle bestehende poröse Wand von dem durch »Silikonvakuumfett« umgebenen halbleitenden System getrennt war. Der Transistor, auf den sich die Charakteristik 22 der F i g. 4 bezieht, war erfindungsgemäß in einer vakuumdichten Glashülle montiert, die mit feuchtem »Silikonvakuumfett« ausgefüllt war, das zuvor 24 Stunden lang in einer feuchten Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 60% aufbewahrt war und dabei etwa 1,6 mg Wasser je Gramm »Silikonvakuumfett« adsorbiert hatte. Der Stromverstärkungsfaktor, der nach der Nachätzung etwa 300 war, fiel infolge der Einschmelzung, wenn man den hohen Anfangswert in Erwägung zieht, verhältnismäßig wenig ab, nämlich auf 230, und dieser besonders hohe Wert wurde während des Dauerversuches bei 50° C und einer elektrischen Belastung von 50 mW praktisch beibehalten. Aus diesem Beispiel geht hervor, daß auch »Silikonvakuumfett«, das eine hinreichende Wassermenge adsorbiert hat, sich als Wasserdepot eignet. Schließlich sei bemerkt, daß die Erfindung selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele von Wasserdepots oder Hüllenbauarten beschränkt ist. Auch ist ihr Anwendungsgebiet nicht auf halbleitende Sperrschichtsysteme, deren halbleitender Körper aus Germanium besteht, beschränkt; sie kann mit den gleichen guten Ergebnissen bei der Montage derjenigen halbleitenden Sperrschichtsysteme Anwendung finden, bei denen ein Halbleiter angewandt ist, bei dem eine oder mehrere physikalische Eigenschaften durch Wasserdampf günstig beeinflußt werden. Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement, vorzugsweise ein Transistor oder eine Kristalldiode, mit einer vakuumdichten Hülle, die wenigstens in der Umgebung des Halbleiterkörpers eine wirksame Wasserdampfmenge enthält, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Hülle ein Depot von Wasser in gebundenem Zustand in Form eines Kristallwasser enthaltenden Stoffes angeordnet ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdepot aus dem Gemisch eines Stoffes mit Kristallwasser mit silikoorganischen Polymeren besteht.

3. Halbleiterbauelement, vorzugsweise nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdepot von dem Halbleiterkörper durch eine poröse Wand getrennt ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Wand aus Glaswolle und/oder Asbest besteht.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 029 484.

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