DE1274245B - Halbleiter-Gleichrichterdiode fuer Starkstrom - Google Patents
Halbleiter-Gleichrichterdiode fuer StarkstromInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
HOIl
Deutsche Kl.: 21g-11/02
Nummer: 1274245
Aktenzeichen: P 12 74 245.9-33 (S 97625)
Anmeldetag: 15. Juni 1965
Auslegetag: !.August 1968
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Gleichrichterdiode für Starkstrom mit einem einkristallinen
flachen Siliziumkörper, der eine erste äußere Schicht von gegebenem Leitungstyp und eine zweite äußere
Schicht von entgegengesetztem Leitungstyp, beide Schichten mit Dotierungskonzentrationen höher als
1017cnr~s, und zwischen ihnen zwei Innenschichten
mit niedrigeren Dotierungskonzentrationen, und zwar eine erste Innenschicht vom gleichen Leitungstyp wie
die ihr benachbarte erste Außenschicht und eine zweite Innenschicht vom gleichen Leitungstyp wie
die ihr benachbarte zweite Außenschicht, und zwischen den beiden Innenschichten einen pn-übergang
aufweist. Die Erfindung besteht darin, daß die erste Innenschicht eine wenigstens annähernd gleichmäßige
und um mehrere Zehnerpotenzen schwächere Dotierungskonzentration aufweist als die angrenzende
Außenschicht und daß die Dotierungskonzentration der zweiten Innenschicht mindestens in der
Nähe des pn-Überganges mit zunehmendem Abstand von diesem angenähert exponentiell ansteigt, und
zwar derart, daß die Abstandslänge λ, über der die Dotierungskonzentration um den Faktor e — 2,7 ...
ansteigt, 7 bis 13 μ beträgt.
Es ist zwar bereits eine Halbleiter-Gleichrichterdiode mit einem einkristallinen flachen Halbleiterkörper
aus Silizium für hohe Ströme bekannt, bei der die eine Seite der p-leitenden Siliziumscheibe mit
Phosphor und die andere Seite mit Bor so dotiert ist, daß an dem hierbei entstehenden pn-übergang einerseits
eine schwach und eine stark dotierte n-leitende Schicht und andererseits eine schwach und eine stark
dotierte p-leitende Schicht angrenzt (vgl. Zeitschrift »Bell Laboratories Record«, Bd. 34 [1956], Nr. 5,
S. 161 bis 164). Aber mit einer solchen doppelt diffundierten Halbleiter-Gleichrichterdiode lassen sich
die Vorteile der Halbleiter-Gleichrichterdiode nach der Erfindung nicht erzielen.
Die Halbleiter-Gleichrichterdiode nach der Erfindung weist nämlich die Vorteile auf, daß ihre Betriebsweise
verbessert und ihre Betriebssicherheit bzw. ihre zulässige Spannungsbeanspruchung erhöht
ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei Lawinendurchbrüchen infolge von Überspannungen in Sperrrichtung
die Gefahr eines lokalen Steilanstiegs des Sperrstromes, der die Halbleiter-Gleichrichterdiode
zerstören könnte, so herabgesetzt ist, daß im Fall eines Lawinendurchbruchs dieser Vorgang sich stets
über den ganzen, für den Durchgang eines erhöhten Sperrstromes verfügbaren Halbleiterquerschnitt ausdehnt
und bei sehr gleichmäßiger Verteilung des Stromes über die ganze Fläche dieses Querschnitts
Halbleiter-Gleichrichterdiode für Starkstrom
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München,
8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dr. rer. nat. Adolf Herlet, 8551 Pretzfeld;
Dr.-Ing. Hubert Patalong, 8553 Ebermannstadt
abspielt. Durch eine solche weitgehend gleichmäßige Flächenbeanspruchung wird die Strombelastbarkeit
in Sperrichtung erhöht. Weitere Verbesserungen der Eigenschaften der Halbleiter-Gleichrichterdiode werden
durch die im folgenden Ausführungsbeispiel der Erfindung geschilderten Maßnahmen zur Ausführung
einer Halbleiter-Gleichrichterdiode nach der Erfindung, wie Wahl der spezifischen Widerstandswerte
und Bemessung der Dicken der verschiedenen Schichten des Halbleiterkörpers, erhalten. Dabei gelingt
es, die Bestimmungsgrößen der Halbleiter-Gleichrichterdiode so aufeinander abzustimmen, daß
optimale Durchlaß- und Sperrwerte erzielt werden.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten
Halbleiter-Gleichrichterdiode und den dargestellten dazugehörigen Diagrammen näher erläutert.
In
F i g. 1 ist die kontaktierte Halbleiterscheibe einer Halbleiter-Gleichrichterdiode im Querschnitt dargestellt;
F i g. 2 veranschaulicht die Folge der Halbleiterschichten in der Ebene eines Schnittes durch die
Achse der Halbleiter-Gleichrichterdiode;
F i g. 3 zeigt den Verlauf der Dotierungskonzentration
in den einzelnen Schichten; bei dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß die gleichmäßig
dotierte Schicht η-leitend ist;
F i g. 4 zeigt experimentell und rechnerisch ermittelte Kenngrößen für die maximale Sperrfähigkeit
der Halbleiter-Gleichrichterdiode in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand der n-leitenden
Innenschicht.
809 588/329
In F i g. 1 bezeichnet 2 den unverändert gebliebenen
gleichmäßig dotierten Kern eines beispielsweise η-leitenden scheibenförmigen Siliziumeinkristalls mit
einem spezifischen Widerstand zwischen 50 und 150 Ohm · cm, dessen ursprüngliche Querschnittsform
durch die gestrichelte Ergänzungslinie angedeutet ist. Durch allseitige Eindiffusion von Akzeptoren,
vorzugsweise von Aluminium und gegebenenfalls zusätzlich Gallium, mittels eines bekannten Verfahrens
wurde der Leitungscharakter einer etwa 60 bis 100 μ dicken Schicht 3 in den p-Leitungstyp umgewandelt,
so daß nach Abläppen dieser diffundierten p-Schicht von einer Flachseite und Entfernen des
Randes der Halbleiterscheibe mittels Sandstrahlen und/oder Ätzen eine an die Oberfläche stoßende
pn-Übergangsfläche entstanden ist. Die Akzeptoren können jedoch auch nur einseitig in eine um die
Dicke der p-leitendeen Schicht dünneren Siliziumscheibe mittels eines bekannten Verfahrens eindiffundiert
sein, das unter der Bezeichnung Fotoresisttech- a° nik bekannt ist.
In diesem Fall wird das Abläppen nach der Diffusion erspart. Das Abläppen ist auch dann nicht erforderlich,
wenn mittels eines als Epitaxialverfahren bekannten Verfahrens weiteres Silizium einkristallin
auf einer Seite eines scheibenförmigen einkristallinen η-leitenden Siliziumkerns 2 niedergeschlagen wird.
Dadurch wird der Siliziumkern 2 um die Schicht 3 verdickt. Solche Verfahren, wie beispielsweise das
Abscheiden von Silizium durch pyrolytisches Zersetzen einer gasförmigen Siliziumverbindung, z. B.
SiHCl3 oder SiCl4, unter Mitwirkung eines Trägerund
Reaktionsgases, z. B. H2, oder das einkristalline Abscheiden von Silizium mittels Aufdampfen oder
das Kathodenzerstäuben und gleichzeitiges teilweises Abtragen von niedergeschlagenem Silizium, ermöglichen
es, durch willkürliche Veränderung der zugesetzten Mengenanteile an Dotierungsmaterial während
der Bildung der Halbleiterschicht einen beliebigen Verlauf der Konzentrationswerte über der
Scheibendicke zu erzielen.
Eine äußere Schicht 6 der in F i g. 1 dargestellten Siliziumscheibe ist durch Einlegieren eines Akzeptoren
bildenden Metalls, vorzugsweise Aluminium, erzeugt. Beispielsweise wird die Siliziumscheibe mit
einer auf sie gelegten Aluminiumfolie, die die ganze Flachseite bedeckt, bis über die eutektische Temperatur
erhitzt. Nach Abkühlung ist eine hochdotierte p-leitende Rekristallisationsschicht 6 entstanden, die
von einer als Kontaktelektrode dienenden Schicht 7, die aus einem Aluminium-Silizium-Eutektikum besteht,
bedeckt wird. Vorteilhaft in einem Arbeitsgang mit dem vorerwähnten Legierungsprozeß kann
eine bis über den Rand der Siliziumscheibe ragende Molybdänscheibe 8, die vorher mit einer elektrolytisch
aufgebrachten und durch Erhitzen auf etwa 900° C eingebrannten Aluminiumschicht überzogen
sein kann, an die Kontaktelektrode 7 anlegiert worden sein.
Auf der durch Abläppen freigelegten n-leitenden Flachseite der Siliziumscheibe ist eine äußere, hochdotierte
η-leitende Schicht 5, die nur einen mittleren Bereich der Halbleiterfläche einnimmt, durch Einlegieren
eines Donatoren bildenden Metalls erzeugt. Vorteilhaft wird dazu eine Goldfolie mit etwa
1% Antimongehalt verwendet. Die Gestalt und Dicke der nach Unterschreiten der eutektischen Temperatur
erstarrten Gold-Silizium-Legierung sind nach vollständigem Einlegieren der Goldfolie durch deren
ursprüngliche Gestalt und Dicke eindeutig bestimmt. Die Goldfolie habe die Form einer Kreisfläche, deren
Durchmesser etwa 4 mm kleiner ist als der Durchmesser des n-leitenden Siliziumkerns 2. Auch die
Rekristallisationsschicht 5 und die aus der Gold-Silizium-Legierung bestehende Kontaktelektrode 4
sind infolgedessen kreisförmig und von einem etwa 2 mm breiten Ring aus dem ursprünglichen n-leitenden
Silizium umschlossen. Die Dicke der Goldfolie sei etwa 90 μ. An der Kontaktelektrode 4 ist eine
Molybdänscheibe 10 angebracht, z. B. durch Druckkontakt, Löten oder Anlegieren, die maximal 1 mm,
vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm, seitlich über die Kontaktelektrode 4 hinausragt, so daß sie die gesamte
Goldelektrode bedeckt, aber doch noch genügend Abstand vom äußeren Rand des pn-Uberganges hat,
um Spannungsüberschläge zu vermeiden. Der Rand der Siliziumscheibe ist durch eine Lackschicht 9,
vorzugsweise Alizarinlack, geschützt.
Für die Sperrfähigkeit des pn-Uberganges ist der Gradient der Dotierungskonzentration in der benachbarten
p-dotierten Innenschicht 3 bedeutsam; denn er ist unter anderem maßgebend für die Höhe der
Lawinendurchbruchsspannung. Bei gegebenem Wert des spezifischen Widerstandes der n-leitenden Innenschicht
2 ist die Lawinendurchbruchsspannung um so größer, je flacher der Dotierungsgradient im benachbarten
Teil der p-leitenden Innenschicht 3 ist. Da bei der Halbleiter-Geichrichterdiode nach der Erfindung
die Dotierungskonzentration in der p-leitenden Innenschicht 3 in der Nähe des pn-Uberganges mit
zunehmendem Abstand von diesem exponentiell ansteigt, besitzt die Halbleiter-Geichrichterdiode nach
der Erfindung eine hohe Lawinendurchbruchsspannung. Vorteilhaft ist der Ausgangswert der Dotierungskonzentration
in der p-leitenden Innenschicht 3 etwa gleich dem Wert der Dotierungskonzentration
in der n-leitenden Innenschicht 2. Gut bewährt hat sich ein Verlauf, bei dem die Abstandslänge X, über
der die Dotierungskonzentration um den Faktor e = 2,7 ansteigt, 10 μ beträgt. Damit vermieden
wird, daß die für den Anstieg der Dotierungskonzentration auf den gewünschten hohen Wert notwendige
Dicke der p-leitenden Innenschicht 3 zu groß wird und infolgedessen die Durchlaßspannung in unerwünschtem
Maße vergrößert, kann der Anstieg der Dotierungskonzentration in der p-leitenden Innenschicht
3 in größerer Entfernung vom pn-übergang steller verlaufen als nach der Exponentialfunktion,
bei der die Dotierungskonzentration über der 7 bis 13 μ betragenden Abstandslänge λ um den Faktor
e = 2,7... ansteigt. Man kann dann einen verhältnismäßig flachen Gradienten in der Nähe
des pn-Überganges mit einer verhältnismäßig geringen Schichtdicke kombinieren. Die Herstellung
eines solchen nach außen steiler ansteigenden Konzentrationsverlaufes ist auch nach dem Diffusionsverfahren
möglich, wenn dies auch im Gegensatz zum Epitaxialverfahren, mit dem, wie gesagt, jedes
gewünschte Konzentrationsprofil hergestellt werden kann, an die naturgegebene Gesetzmäßigkeit der
Diffusion gebunden ist. Durch Variation der Diffusionsparameter und durch Verwenden mehrerer
Dotierungssubstanzen mit unterschiedlichen Diffusionskonstanten kann der Konzentrationsverlauf beeinflußt
werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist in dem Ausführungsbeispiel das gewünschte Konzentrations-
profil in der p-leitenden Innenschicht 3 durch geeignete
Wahl der Diffusionsparameter und durch Eindiffusion von Gallium und Aluminium erreicht.
Das Aluminium bestimmt den Konzentrationsverlauf in der Nähe des pn-Überganges, das Gallium den
Konzentrationsverlauf im Bereich des steileren Anstiegs.
Verbesserungen der Eigenschaften der Halbleiter-Gleichrichterdiode
ergeben sich auch aus hohen Werten der Dotierungskonzentration in den beiden Außenschichten 5 und 6, im Ausführungsbeispiel
also durch die Legierung mit Aluminium bzw. Gold—Antimon. Im Durchlaßzustand der Halbleiter-Gleichrichterdiode
dienen die beiden Außenschichten 5 und 6 als Quellgebiete, aus denen die dazwischenliegenden
Innenschichten mit Stromträgern beider Polarität überschwemmt werden. Daher würden
zu niedrige Dotierungskonzentrationen in den Quellgebieten zu mangelhafter Überschwemmung
und als Folge davon zu einer unerwünscht hohen Durchlaßspannung führen. Aus diesem Grund wird
die Dotierungskonzentration in den beiden Außenschichten höher als 10", z. B. 1018 bis 1019 cmr3 gewählt.
Für die Herstellung der hohen Konzentrationswerte in den beiden Außenschichten 5 und 6
sind die bekannten Legierungsverfahren besonders gut geeignet.
Die hohe Dotierung der Quellgebiete darstellenden Außenschichten S und 6 reicht aber allein für eine
genügend niedrige Durchlaßspannung nicht aus, denn die Stromträger müssen vermöge ihrer Diffusionslänge
in der Lage sein, das ganze aus den beiden Innenschichten 2 und 3 bestehende Mittelgebiet
zwischen den beiden Quellgebieten annähernd gleichmäßig zu überschwemmen. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß die Dicke dieses Mittelgebietes einen Wert kleiner als etwa das Vierfache, vorzugsweise
etwa gleich dem Doppelten der Diffusionslänge L bei hohen Injektionen, entsprechend einer
Stromdichte im Bereich von 10 bis 200 A/cm2, hat. Eine größere Dicke würde zu einem unerwünscht
hohen Wert der Durchlaßspannung führen, eine kleinere die Sperrfähigkeit des pn-Überganges merklich
herabsetzen, da man entweder die Dicke der p-leitenden Innenschicht 3 vermindern, d. h. einen
steileren Konzentrationsgradienten in der Nahe des pn-Uberganges wählen oder aber die Dicke der
η-leitenden Innenschicht 2 zu klein machen müßte. Letztere ist aber wiederum wichtig für die erreichbare
Sperrfähigkeit, wie an Hand der F i g. 4 nachstehend ausgeführt wird.
In F i g. 4 ist die Lawinendurchbruchsspannung eines diffundierten pn-Überganges in einem Siliziumkörper
in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand der η-leitenden Siliziumschicht als Kurve UB
aufgetragen. Diese Kurve gilt für einen pn-übergang mit dem bei der oben beschriebenen Gallium-Aluminium-Diffusion
erhaltenen Diffusionsprofil, bei dem der pn-übergang in etwa 60 bis 100 μ Tiefe
unter der Siliziumoberfläche liegt. Ferner sind für verschiedene Dicken der η-leitenden Innenschicht als
Kurven U11 diejenigen Spannungen eingetragen, die,
in Sperrichtung angelegt, bewirken, daß die Raumladungszone an die Legierungsfront der n-leitenden
Außenschicht angrenzt. Die Sperrfähigkeit von Halbleiter-Gleichrichterdioden
wird zwar nicht durch diese »Raumladungs«-Durchbruchsspannung begrenzt, wenn der legierte Übergang zwischen der
schwach η-leitenden Innenschicht und der legierten stark η-leitenden Außenschicht einwandfrei ist. Wenn
es jedoch gelingt, die Halbleiter-Gleichrichterdiode so zu dimensionieren, daß man den »Raumladungs«-
Spannungsdurchbruch vermeidet, so ist man von der Qualität dieses legierten Überganges völlig unabhängig.
Die Sperreigenschaften der Halbleiter-Gleichrichterdiode sind dann nur durch einen pn-übergang
mit einer niedrigen gleichmäßigen Dotierungskonzentration auf seiner einen Seite und mit daran anschließendem
flachem und exponentiell ansteigendem Verlauf der Dotierungskonzentration auf seiner
anderen Seite bestimmt.
Mit einem solchen pn-übergang wird eine hohe Stoßüberlastbarkeit in Sperrichtung erreicht, und
zwar, wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, um so vollkommener, wenn der spezifische Widerstand der
schwach dotierten η-leitenden Innenschicht über den ganzen Querschnitt möglichst gleich ist; denn ein
Lawinendurchbruch würde bei zunehmender Spannung zuerst an einer solchen Stelle des Querschnittes
einsetzen, die einen besonders niedrigen Wert des spezifischen Widerstandes hat. Deshalb wählt
man vorteilhaft als Ausgangmaterial für die Fertigung der Halbleiter-Gleichrichterdiode ein Silizium,
bei dem die lokalen Abweichungen des spezifischen Widerstandes von dem Durchschnittswert des betreffenden
Querschnitts höchstens 10 °/o betragen.
Wie aus F i g. 4 weiter zu entnehmen ist, ist die Sperrfähigkeit um so höher, je größer man die
Dicke Wn der η-leitenden Innenschicht wählt. Es
bringt jedoch wenig Nutzen, über 250 μ hinauszugehen, weil sonst die Bedingung, daß die Dicke des
bei Stromdurchgang in Durchlaßrichtung von Stromträgern überschwemmten Mittelgebietes das Vierfache
der Diffusionslänge L bei hohen Injektionen nicht überschreiten soll, mit den zur Zeit beherrschten
Herstellungsverfahren für Halbleiter-Gleichrichterdioden nicht mehr eingehalten werden kann.
Wie schon beschrieben, beträgt die Dicke der diffundierten p-leitenden Innenschicht 3 etwa 60 bis
100 μ. Diese Dicke ist für ein flaches Diffusionsprofil erforderlich. Ein Teil dieser p-leitenden Innenschicht
3, etwa 30 μ, ist durch das Einlegieren des Akzeptoren bildenden Materials, bespielsweise der
Aluminiumfolie, abgebaut und umkristallisiert. Da sich bei diffundierten pn-Übergängen die Raumladungszone
auch in den diffundierten Bereich ausbreitet, soll der Abstand der Legierungsfront von
dem diffundierten pn-übergang möglichst 30 bis 70 μ betragen, damit die Gefahr vermieden wird, daß
Unregelmäßigkeiten der Legierungsfront die Sperreigenschaft beeinträchtigen. Da man eine Gesamtdicke
von etwa 320 μ zwischen den Legierungsfronten der beiden Quellgebiete aus den erwähnten
Gründen nicht überschreiten wird, verbleibt für die schwach dotierte η-leitende Innenschicht 2 eine
Dicke Wn von 150 bis 250 μ. Wie aus F i g. 4 hervorgeht,
ist für diese Schichtdicken ein spezifischer Widerstand des η-leitenden Kerns 2 von 50 bis
150 Ohm · cm zur Erzielung einer hohen Sperrfähigkeit besonders günstig, weil mit größerer Schichtdicke
und höherem spezifischem Widerstand die Sperrfähigkeit, aber etwas auch die Durchlaßspannung
anwächst.
Durch die Ausbildung der Halbleiter-Gleichrichterdiode nach dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
können maximale Sperrspannungen der Halb-
leiter-Gleichrichterdiode von über 2000 V erzielt
werden. Da die Schichtendicken und die Dotierungskonzentrationen so bemessen sind, daß die Raumladungszone
weder an die Legierungsgrenze auf der Aluminiumseite noch an die Legierungsgrenze auf
der Gold-Antimon-Seite anstößt, ist eine bestimmte Sperrfähigkeit durch den mittels Diffusion hergestellten
pn-übergang sicher festgelegt. Hingegen können Unvollkommenheiten der Legierungsfronten die
Sperrfähigkeit nicht beeinträchtigen. Man erhält daher in der Fertigung eine hohe Ausbeute an Halbleiter-Gleichrichterdioden,
die den vorgesehenen Sperrspannungswert besitzen.
Durch die Verwendung von zwei Molybdänscheiben, von denen jede die gesamte wirksame Elektrodenfläche
überdeckt, ist nicht nur eine gute Wärmeabfuhr im Dauerbetrieb nach einer beliebigen
Seite hin, bei Bedarf auch nach beiden Seiten hin, möglich, sondern es werden auch kurzzeitige Überhitzungen
durch Stoßbelastungen, insbesondere ao solche, die in Sperrichtung auftreten, durch Ausnutzen
der Wärmekapazität der Molybdänscheiben weitgehend gemildert.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Halbleiterkörper der Halbleiter-Gleichrichterdiode
einen Schichtenaufbau auf, bei dem eine gleichmäßig und niedriger als alle übrigen Schichten
dotierte η-leitende Innenschicht den Kern der Schichtenfolge bildet, an die sich an der einen Seite eine
p-leitende Innenschicht anschließt, deren Dotierungskonzentration mit zunehmendem Abstand von der
η-leitenden Innenschicht angenähert exponentiell ansteigt und an jede der beiden Innenschichten eine
hochdotierte Außenschicht von jeweils gleichem Leitungstyp wie die benachbarte Innenschicht angrenzt.
Jedoch kann der Schichtenaufbau auch mit Schichten jeweils vertauschten Leitungstyps unter
Berücksichtigung der bekannten Materialkonstanten nach den gleichen Regeln wie bei dem vorstehenden
Ausführungsbeispiel erfolgen, also eine p-leitende Schicht mit gleichmäßiger Dotierungskonzentration
und niedrigerer Dotierung als alle übrigen Schichten den Kern der Schichtenfolge bilden und sich an diese
an der einen Seite eine η-leitende Innenschicht anschließen, deren Dotierungskonzentration mit zunehmendem
Abstand von der p-leitenden Innenschicht angenähert exponentiell ansteigt, und dann
an jede der beiden Innenschichten eine hochdotierte Außenschicht von jeweils gleichem Leitungstyp wie
die benachbarte Innenschicht angrenzen.
Claims (13)
1. Halbleiter-Gleichrichterdiode für Starkstrom mit einem einkristallinen flachen Siliziumkörper,
der eine äußere Schicht von gegebenem Leitungstyp und eine zweite äußere Schicht von
entgegengesetztem Leitungstyp, beide Schichten mit Dotierungskonzentrationen höher als
1017 cm~3, und zwischen ihnen zwei Innenschichten
mit niedrigeren Dotierungskonzentrationen, und zwar eine erste Innenschicht vom gleichen
Leitungstyp wie die ihr benachbarte erste Außenschicht und eine zweite Innenschicht vom gleichen
Leitungstyp wie die ihr benachbarte zweite Außenschicht, und zwischen den beiden Innenschichten
einen pn-übergang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Innenschicht (2) eine wenigstens annähernd gleichmäßige und um mehrere Zehnerpotenzen
schwächere Dotierungskonzentration aufweist als die angrenzende Außenschicht (5) und daß die
Dotierungskonzentration der zweiten Innenschicht (3) mindestens in der Nähe des pn-Überganges
mit zunehmendem Abstand von diesem angenähert exponentiell ansteigt, und zwar derart,
daß die Abstandslänge λ, über der die Dotierungskonzentration um den Faktor e = 2,7 ...
ansteigt, 7 bis 13 μ beträgt.
2. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Widerstand der ersten Innenschicht (2) über ihre Flächenausdehnung senkrecht zu ihrer Dicke
keine lokalen Abweichungen von mehr als ±10% ihres durchschnittlichen Widerstandswertes
aufweist.
3. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration
in der zweiten Innenschicht (3) in größerem Abstand vom pn-übergang einen steiler ansteigenden Verlauf aufweist.
4. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite
der zweiten Innenschicht (3) 30 bis 70 μ beträgt.
5. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke
des aus den beiden Innenschichten (2, 3) bestehenden Mittelgebietes einen Wert kleiner als
etwa das Vierfache, vorzugsweise etwa gleich dem Zweifachen der Diffusionslänge L bei hohen
Injektionen hat.
6. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration
in der ersten Außenschicht (S) einen Wert von etwa 1018 bis 1019 cm-3 hat.
7. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration
der zweiten Außenschicht (6) etwa 1018 cnr~3 beträgt.
8. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Innenschicht (2) aus η-leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand zwischen 50 und
150 Ohm · cm besteht und 150 bis 250 μ dick ist.
9. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Innenschicht (3) in der Nähe des pn-Überganges Aluminium als Dotierungssubstanz enthält.
10. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Innenschicht (3) im Bereich des steileren Konzentrationsverlaufes Gallium als Dotierungssubstanz enthält.
11. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Außenschicht (5) eine durch Einlegieren einer Donatorsubstanz, insbesondere einer antimonhaltigen
Goldfolie, gebildete Rekristallisationsschicht ist.
12. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Außenschicht (6) aus einer durch Einlegieren einer Akzeptorsubstanz, insbesondere einer Aluminiumfolie,
erzeugten Rekristallisationsschicht besteht.
13. Halbleiter-Gleichrichterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
zweite Außenschicht (6) über die ganze eine Flachseite des Siliziumkörpers erstreckt, während
die gegenüberliegende erste Außenschicht (5) nur einen mittleren Teil der anderen Flach-
seite einnimmt und ringsherum einen etwa 2 mm breiten Rand des Siliziumkörpers freiläßt.
In Betracht gezogene Druckschriften: »Bell Laboratories Record«, Bd. 34 (1956), Nr.
(Mai), S. 161 bis 164.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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