DE1267351B - Verfahren zum Herstellen von strahlungsempfindlichen Sperrschichtzellen mit einem pin-UEbergang - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-29/10

P 12 67 351.7-33
2. Februar 1965
2. Mai 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von strahlungsempfindlichen Sperrschichtzellen mit einem pin-Übergang, bei dem eine dünne Lithiumschicht auf eine Stirnfläche einer Tafel aus einem Halbleiterkristall zur Bildung einer pn-Übergangszone aufgetragen wird, der Kristall anschließend auf eine für die Diffusion des Lithiums genügend hohe Temperatur erhitzt und eine Gleichspannung an den pn-übergang angelegt wird.

Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen von Sperrschichtzellen wird Lithium in p-Typ-Silicium diffundiert, indem eine Temperatur zwischen 100 und 15O⁰C an eine np-Übergangszone gelegt wird, die aus einem lithiumdiffundierten η-Bereich besteht, welcher an einem Kristall des p-Typ-Siliciums gebildet ist. Das Lithium kompensiert dabei die Akzeptoren in dem Silicium. Es bildet sich hierbei ein eigenleitendes Gebiet mit hohem Widerstand, das von der η-Schicht in den Siliciumkristall hinein und quer darüber wächst. Dieses bekannte Verfahren kann auch auf andere Halbleitermaterialien angewendet werden.

Dieses bekannte Verfahren hat insbesondere den Nachteil, daß es relativ lange dauert, bis eine Eigenleitungsschicht von nur ein paar Millimeter Stärke erzeugt ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine sehr breite eigenleitende Schicht in einer viel kürzeren Zeit als bei dem bekannten Verfahren zu erzeugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein Germaniumkristall in einer siedenden Flüssigkeit mit einem Siedepunkt im Bereich von 50 bis 70° C erhitzt wird.

Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine höhere Vorspannung anzulegen als bei dem bekannten Verfahren. Durch die Verwendung einer siedenden Flüssigkeit wird der Temperaturpegel des Kristalls konstant gehalten, und es wird die Möglichkeit geschaffen, eine große Wärmemenge von dem Kristall selbst abzuführen.

Bei einer Ausführungsform wird als siedende Flüssigkeit Chloroform verwendet. Weiterhin kann das Verfahren in Intervallen unterbrochen, eine dünne Schicht des Kristalls an der mit dem Lithium überzogenen Fläche abgeschnitten und eine neue Lithiumschicht aufgebracht werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Verfahren zum Herstellen von
strahlungsempfindlichen Sperrschichtzellen mit
einem pin-Übergang

Anmelder:

Atomic Energy of Canada Limited,

Ottawa (Kanada)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. rer. nat. G. Manitz, Patentanwälte,
8000 München 22, Robert-Koch-Str. 1

Als Erfinder benannt:

Auster J. Tavendale,

Deep River, Ontario (Kanada)

Beanspruchte Priorität:

Kanada vom 30. April 1964 (901673)

die verwendet wird, um den eigenleitenden Bereich in dem Kristall zu bilden.

Nach F i g. 1 ist eine Flasche 1 auf einem Ständer 3 angebracht und wird durch eine geeignete Wärmequelle 4 erhitzt. Die Flasche ist teilweise mit Chloroform 2 gefüllt, das durch die Wärmequelle bis zum Siedepunkt erhitzt wird. Der eine Arm der Flasche ist über eine geeignete Anschlußeinrichtung 20 an einen Kondensator 21 angeschlossen, der dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist und mit Kühlmittelleitungen 22 versehen ist. Das verdampfende Chloroform wird kondensiert und das Kondensat 23 der Flasche wieder zugeleitet. In dem anderen Flaschenarm 18 ist mittels eines Stöpsels 19 ein Thermometer 17 angebracht, um die Temperatur der in der Flasche befindlichen Flüssigkeit anzuzeigen.

Ein tafelförmiger Germaniumkristall 12 ist zwischen den einen Kontakt herstellenden Platten 15 und mittels der Schrauben 13 und 14 aus Polyamidharz eingeklemmt, die in die Arme eines Bügels 11 aus Polytetrafluoräthylen verschraubt sind. Der Bügel wird durch die Metallstäbe 5 und 6 in der Flasche gehalten, die sich durch das obere Ende der Flasche durch die Glasabdichtungen 7 und 8 erstrecken. Die Stäbe 5 und 6 wirken sowohl als elektrische Leiter wie auch als lagehaltende Mittel und sind außen an elektrische Zuleitungen 9 und 10 angeschlossen, die

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an eine Gleichspannungsquelle geschaltet sind. Der elektrische Anschluß von den Stäben 5 und 6 zu den Kontakten 15 und 16 wird durch Nickeldrähte 5 a und 6 a hergestellt.

Zur Erzeugung einer Lithium-Diffusions-pin-Diode wird ein Block eines Halbleitermaterials (beispielsweise Germanium) von geeigneter Größe aus einem Kristall geschnitten. Beispielsweise durch Verdampfung wird eine dünne Lithiumschicht auf die eine Oberfläche des Blockes aufgebracht. Das Germanium und das Lithium bilden eine pn-Übergangszone, indem das Lithium und Germanium bei 400° C für 2 Minuten im Vakuum legiert werden. Die Stirnflächen des Blockes sind dann mit einem dünnen Nickelüberzug bedeckt, wodurch elektrische Kontakte geschaffen sind. Der Block wird dann, wie oben beschrieben, in die Vorrichtung eingeklemmt, woraufhin die Flasche erhitzt wird. Das Chloroform siedet bei ungefähr 61° C. Der Block aus Halbleitermaterial wird auf dieser Temperatur in dem siedenden Chloroform an seiner Oberfläche gehalten. Eine Gleichspannung wird an die Zuleitungen 9 und 10 gelegt, wodurch ein elektrisches Feld quer durch den Kristall von der Lithiumoberfläche durch die Übergangszone zur gegenüberliegenden Oberfläche entsteht. Unter den Bedingungen der erhöhten Temperatur und der Vorspannung wandern oder diffundieren Lithiumionen quer durch die Übergangszone in das Germanium, wo sie bestrebt sind, die Akzeptor-(p-Typ)-Eigenschaft des Germaniums zu kompensieren oder zu neutralisieren. Dadurch entsteht eine Germaniumschicht mit Eigenleitungseigenschaften, welche zuerst nahe der Übergangszone gebildet wird und sich dann weiter aufbaut in Form einer sich langsam quer durch den Kristallblock bewegenden Front.

Die Diffusionsgeschwindigkeit des Lithiums in das Germanium ist sehr langsam, wenn die bekannten Verfahren angewendet werden, d. h., wenn z. B. die Erhitzung in Luft durchgeführt und die Temperatur durch Wärmeübertrager aus Metall gesteuert wird, die an dem Kristall festgeklemmt sind. Dabei dauert es bis zu 1 Monat, bis eine eigenleitende Schicht von nur 2 oder 3 mm Stärke an großen Kristallen, von beispielsweise 8 qcm Fläche und 1 cm Tiefe erzeugt wird. Die beste Betriebstemperatur für die Lithiumdiffusion in Germanium liegt in dem Bereich von 50 bis 70° C. Die angelegte Vorspannung sollte hoch sein; diese wird jedoch begrenzt durch die Energiemenge, die, ohne unzulässige Erwärmung in dem Kristallblock hervorzurufen, absorbiert werden kann. Das Siede-Flüssigkeits-System hat sich als am besten für diesen Zweck geeignet erwiesen. Bei einem tatsächlich durchgeführten Diffusionsvorgang, bei dem eine Germaniumplatte von 8 qcm Fläche und 1 cm Tiefe verwendet wurde, wurde festgestellt, daß eine Leistung von wenigstens 60 Watt von dem System aufgenommen werden kann, so daß es möglich ist, eine Gleichspannung von ungefähr 200 Volt anzulegen.

Bei Anwendung des vorher erwähnten Diffusionsprozesses hat sich herausgestellt, daß die Diffusionsgeschwindigkeit beträchtlich erhöht werden kann. In tatsächlich durchgeführten Versuchen wurden eigenleitende Schichten von 5 mm Stärke in 10 Tagen erzeugt. Es wird erwartet, daß Schichten von 8 bis 10 mm erzeugt werden können, und zwar in einer vergleichsweisen kurzen Zeitdauer.

Der Lithiumüberzug, der, wenn er aufgetragen wird, eine Stärke von ungefähr 500 Mikron hat, wird als Quelle von Lithiumionen allmählich schlechter, wenn der Prozeß fortschreitet, und die Diffusionsrate wird geringer auf Grund einer notwendigen Verringerung der angelegten Vorspannung, um die Wärmeeffekte zu reduzieren. Wenn der Diffusionsprozeß zeitweilig unterbrochen wird und die überzogene Oberfläche abgeschabt oder zurückgeschnitten und mit einer neuen Schicht Lithium versehen wird, wird die Diffusion wieder gesteigert. Durch dieses Zurückschneiden kann eine Schicht bis zu V₂ mm Stärke entfernt werden, und die effektive Breite der nicht leitenden Schicht wird jedesmal verringert. Es wurde jedoch festgestellt, daß dieses Zurückschneiden drei- oder viermal durchgeführt werden kann, wobei eine gute Wirkung für den Gesamtvorgang erzielt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von strahlungsempfindlichen Sperrschichtzellen mit einem pin-Ubergang, bei dem eine dünne Lithiumschicht auf eine Stirnfläche einer Tafel aus einem Halbleiterkristall zur Bildung einer pn-Übergangszone aufgetragen wird, der Kristall anschließend auf eine für die Diffusion des Lithiums genügend hohe Temperatur erhitzt und eine Gleichspannung an den pn-übergang angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Germaniumkristall in einer siedenden Flüssigkeit mit einem Siedepunkt im Bereich von 50 bis 70° C erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die siedende Flüssigkeit Chloroform ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zeitweilig in Intervallen unterbrochen, eine dünne Schicht des Kristalls an der mit dem Lithium überzogenen Fläche abgeschnitten und eine neue Lithiumschicht aufgebracht werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 3 016 313.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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