DE1276232B

DE1276232B - Insbesondere auf Strahlung ansprechende Halbleiterkristallanordnung mit pn-UEbergangund den pn-UEbergang gegen Feuchtigkeit schuetzender Huelle

Info

Publication number: DE1276232B
Application number: DES63190A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Hartel; Dr-Ing Arnulf Hoffmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-05-29
Filing date: 1959-05-29
Publication date: 1968-08-29
Also published as: US2999940A; GB914759A; CH379011A; BE591297A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^V^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche KL: 21g-29/10

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 76 232.2-33 (S 63190)

29. Mai 1959

29. August 1968

Das Hauptpatent betrifft eine insbesondere auf Strahlung ansprechende Halbleiterkristallanordnung mit pn-übergang und den pn-Ubergang gegen Feuchtigkeit schützender Hülle, die die Kristalloberfläche teilweise frei läßt, indem sie mindestens an einer Seite des zu schützenden pn-Übergangs mit der Oberfläche des Halbleiterkristalls längs einer in sich geschlossenen, den pn-übergang nicht berührenden, die Kristalloberfläche in zwei Teilgebiete zerlegenden Linie feuchtigkeitsdicht verbunden ist und den Teil der Kristalloberfläche, an dem der pn-übergang zutage tritt, mit Abstand umgibt.

Eine derartige Halbleiterkristallanordnung ist erfindungsgemäß in der Weise weiter ausgebildet, daß der scheibenförmige Halbleiterkristall über seine Dicke vier aufeinanderfolgende Zonen von abwechselnd entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweist. Ein derartiges Bauelement stellt einen durch Strahlung, insbesondere Licht, steuerbaren Gleichrichter dar, der in einer der beiden Stromrichtungen vollständig sperrt, während in der anderen, zunächst ebenfalls gesperrten Stromrichtung eine Freigabe des Stromflusses mit Hilfe eines steuernden Lichtimpulses herbeigeführt werden kann. Ein derartiges Halbleiterelement wird als Fotothyristor bezeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Halbleiterkristallanordnung schematisch dargestellt. Aus ihr gehen weitere Einzelheiten und Vorteile hervor. Die Anordnung ist der Deutlichkeit halber vergrößert und maßstäblich verzerrt dargestellt, insbesondere bezüglich der Dickenabmessungen.

Bei der Herstellung der Halbleiterkristallanordnung mit vier Zonen gemäß der Zeichnung geht man zweckmäßigerweise von einem scheibenförmigen Halbleiterkörper aus beispielsweise p-leitendem, hochohmigem Silizium von etwa 100 Ohm-cm aus. In die eine Flachseite dieser Scheibe wird durch einen Erwärmungsvorgang eine Folie aus einer Gold-Wismut-Legierung mit etwa 0,3% Bi von einem etwas kleineren Durchmesser als dem der Halbleiterscheibe einlegiert. Es bildet sich eine Rekristallisationszone 3 aus η-dotiertem Silizium mittlerer Dotierungskonzentration mit etwa 10¹⁷ bis 10¹⁸ Wismutatomen pro cm³, die an das unverändert gebliebene p-Silizium angrenzt und eine Schicht aus einem Gold-Silizium-Wismut-Eutektikum trägt. Diese letztere Schicht wird anschließend mit Hilfe von Königswasser abgelöst.

In die Rekristallisationszone 3 wird nun eine Folie geringeren Durchmessers aus einer Gold-Bor-Wismut-Legierung mit etwa 0,2% B und etwa Insbesondere auf Strahlung ansprechende
Halbleiterkristallanordnung mit pn-übergang und den pn-übergang gegen Feuchtigkeit
schützender Hülle

Zusatz zum Patent: 1047 949

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Arnulf Hoffmann, 8000 München;

Dr.-Ing. Walter Hartel, 8156 Otterfing

0,3% Bi einlegiert, desgleichen in die gegenüberliegende Flachseite des Grundkörpers eine Folie aus einer Gold-Antimon-Legierung mit etwa 0,5 % Sb, deren Durchmesser nur wenig größer ist als der Durchmesser der Halbleiterscheibe. So entsteht eine andere Rekristallisationszone 4 aus η-dotiertem Silizium hoher Leitfähigkeit, und ein Teil der Rekristallisationszone 3 wird umdotiert und bildet eine p-leitende Zone 5 hoher Leitfähigkeit, während die Zone 2 des Halbleiterkörpers ihren ursprünglichen p-leitenden, hochohmigen Zustand behält. Ferner grenzt außen an die Zone 5 eine Elektrode 6 aus einem Gold-Bor-Wismut-Silizium-Eutektikum und außen an die Zone 4 eine Elektrode 7 aus einem Gold-Antimon-Silizium-Eutektikum. Diese letztere Elektrode bedeckt wegen des größeren Durchmessers der ursprünglich vorhandenen Gold-Antimon-Folie auch den äußeren Rand der Siliziumscheibe. Nun wird ein ringförmiges Teil 8 aus Wolfram oder Molybdän auf die Elektrode 7 auflegiert. Dieses ringförmige Teil 8 wird zweckmäßigerweise vorher mit einem Überzug aus Gold versehen, z. B. auf galvanischem Wege. Anschließend wird das mittlere Teil der Elektrode 7 mit Hilfe von Königswasser abgelöst, so daß die Rekristallisationsschicht 4 an dieser Stelle frei liegt.

Auf der gegenüberliegenden Seite wird auf die Elektrode 6 eine ebenfalls vergoldete Molybdän- oder Wolframscheibe 9 auflegiert, deren Durchmesser etwas größer als der Innendurchmesser des ring-

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förmigen Teiles 8 gewählt werden sollte, damit diese beiden Teile zusammen als mechanische Stütze für das dünne Halbleiterscheibchen dienen können. Die Halbleiteroberfläche wird an den mit Pfeilen 14 bezeichneten Stellen, an denen die pn-Übergänge zutage treten, durch Ätzen von Überbrückungen gesäubert.

Mit Hilfe eines zylindrischen Gehäuseteiles 10 und eines metallischen Deckels 11 wird ein geschlossenes, gasdichtes Gehäuse hergestellt, in dem die genannten, besonders empfindlichen Stellen vor Feuchtigkeit und erneuter Verunreinigung geschützt sind. Das Teil 10 kann z. B. aus einem keramischen Werkstoff bestehen und an den Enden metallisiert sein, so daß es mit den Teilen 8 und 11 durch Lötung oder Legierung verbunden werden kann. Zweckmäßigerweise wird das Mittelteil des Deckels 11 als Kühlblock ausgebildet und ebenfalls mit der Molybdänscheibe 9 durch Lötung verbunden. Vorteilhaft wird der Metalldeckel 11 nachgiebig ausgebildet, z. B. gewellt, damit hierdurch mechanische Spannungen ausgeglichen so werden können. Ein Gewindebolzen 12, der vorzugsweise mit dem Metalldeckel 11 aus einem Stück besteht, kann zum Befestigen der Anordnung auf einem Kühlblech od. dgl. dienen.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wird an die Elektrode 6 der positive Pol und an die Elektrode? der negative Pol einer Spannungsquelle gelegt, so sind die pn-Übergänge zwischen den Zonen 5 und 3 sowie 2 und 4 in Durchlaßrichtung und der pn-übergang zwischen den Zonen 3 und 2 in Sperrichtung beansprucht. Diese Sperrschicht kann nun durch Trägerinjektion durchlässig gemacht werden. Im Fall der vorliegenden Anordnung wird eine Strahlung 13, die z. B. im Bereich des sichtbaren Lichtes oder auch im Ultraroten liegen kann, auf die Oberfläche der Zone 4 gerichtet und hierdurch die Zündung der Kristallanordnung bewirkt.

Ein Hauptvorteil der beschriebenen Anordnung ist darin zu sehen, daß die Strahlung direkt auf die wirksame Halbleiterfläche trifft.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. So kann z. B. die Isolierung zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 auch auf andere Weise als durch die Zwischenschaltung eines keramischen Gehäuseteiles bewirkt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, andere Halbleitermaterialien als Silizium zu verwenden. So kann man beispielsweise von einem Halbleiterkörper aus hochohmigem, η-leitendem Germanium ausgehen und die p-Dotierung durch Einlegieren von Aluminiumfolien bewirken. Die Umdotierung eines Teiles eines auf diese Weise hergestellten p-Bereiches zur η-Leitung kann dann durch Einlegieren einer Gold-Antimon-Folie in die z. B. durch Ätzen mit Salzsäure freigelegte Rekristallisationsschicht erfolgen. Die weiteren Verfahrensschritte können ähnlich wie in dem ersten Beispiel durchgeführt werden.

Claims

Patentanspruch:

Insbesondere auf Strahlung ansprechende Halbleiterkristallanordnung mit pn-übergang und den pn-übergang gegen Feuchtigkeit schützender Hülle, die die Kristalloberfläche teilweise frei läßt, indem sie mindestens an einer Seite des zu schützenden pn-Übergangs mit der Oberfläche des Halbleiterkristalls längs einer in sich geschlossenen, den pn-übergang nicht berührenden, die Kristalloberfläche in zwei Teilgebiete zerlegenden Linie feuchtigkeitsdicht verbunden ist und den Teil der Kristalloberfläche, an dem der pn-übergang zutage tritt, mit Abstand umgibt, nach Patent 1047949, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Halbleiterkristall über seine Dicke vier aufeinanderfolgende Zonen von abwechselnd entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 941631.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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