DE1282203B - Verfahren zum Herstellen einer insbesondere auf Strahlung ansprechenden Halbleiterkristall-anordnung mit pn-UEbergang und den pn-UEbergang gegen Feuchtigkeit schuetzender Huelle und danach hergestellte Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer insbesondere auf Strahlung ansprechenden Halbleiterkristall-anordnung mit pn-UEbergang und den pn-UEbergang gegen Feuchtigkeit schuetzender Huelle und danach hergestellte Halbleiteranordnung

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DE1282203B DE1958S0057057 DES0057057A DE1282203B DE 1282203 B DE1282203 B DE 1282203B DE 1958S0057057 DE1958S0057057 DE 1958S0057057 DE S0057057 A DES0057057 A DE S0057057A DE 1282203 B DE1282203 B DE 1282203B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
HOIl
Deutsche Kl.: 21 g - 29/10
P 12 82 203.6-33 (S 57057)
22. Februar 1958
7. November 1968
CO
O
(NI
Das Hauptpatent betrifft eine 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. Zum Herstellen einer derartigen Halbleiterkristallanordnung wird nach dem Hauptpatent unter anderem der pn-übergang in der Weise erzeugt, daß in eine Flachseite eines scheibenförmigen Halbleiterkristalls von gegebenem Leitfähigkeitstyp ein den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hervorrufender Dotierungsstoff einlegiert wird.
Ejn derartiges Verfahren wird erfindungsgemäß in der Weise weiter ausgebildet, daß mindestens ein Teil der durch an sich bekanntes Einlegieren einer Dotierungsstoff enthaltenden Metallfolie erzeugten metallischen Kontaktelektrode bis auf die ebenfalls dabei entstandene Rekristallisationsschicht abgeätzt wird. Dadurch wird es ermöglicht, einen weitgehend ebenen pn-übergang von einer gewünschten Größe und Gestalt seiner strahlungsempfindlichen Fläche mit einer gleichmäßig dünnen und daher für die Strahlung einer zur Steuerung vorgesehenen Lichtquelle besonders gut und gleichmäßig durchlässigen Deckschicht, nämlich der Rekristallisationsschicht, zu schaffen und so eine erhöhte und im voraus genau bestimmbare Leistungsfähigkeit und Ansprechempfindlichkeit der Halbleiterkristallanordnung zu erzielen. Das kann sich als praktisch besonders wertvoll erweisen für den Fall, daß sich die steuernde Lichtquelle außerhalb der Hülle befindet und die Hülle mit dem Halbleiterkristall so verbunden ist, daß die beim Ätzen freigelegte Oberfläche der Rekristallisationsschicht nach außen gekehrt ist.
Aus den F i g. 1 und 2 gehen weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung hervor.
F i g. 1 zeigt als Beispiel einen Fototransistor mit zwei Kontaktelektroden und
F i g. 2 einen Fototransistor, bei dem der wirksamen Halbleiterfläche mehrere Gegenelektroden gegenüberliegen.
Der Fototransistor nach F i g. 1 besteht aus dem scheibenförmigen Grundkörper 2 aus Halbleitermaterial, beispielsweise p-Silizium, in den in an sich bekannter Weise auf beiden Flachseiten Metallfolien einlegiert sind. Die letzteren können z. B. aus einer
Verfahren zum Herstellen einer insbesondere auf Strahlung ansprechenden Halbleiterkristallanordnung mit pn-übergang und den
pn-Übergang gegen Feuchtigkeit schützender
Hülle und danach hergestellte
Halbleiteranordnung
Zusatz zum Patent: 1047 949
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Reimer Emeis, 8551 Pretzfeld
Gold-Antimon-Legierung bestehen. Beim Legierungsvorgang dringt das antimonhaltige Gold in die Siliziumscheibe ein und zieht sich beim Erkalten wieder an die Oberfläche zurück, wobei etwas Antimon in dem Silizium gelöst bleibt und etwas Silizium in das Gold eindringt. Der an der Oberfläche entstandenen metallischen Legierungsschicht, die sich im wesentlichen aus Gold und Silizium im eutektischen Verhältnis zusammensetzt, ist gegen das unveränderte Innere der Siliziumscheibe eine hochdotierte n-leitende Rekristallisationsschicht 3 α vorgelagert, deren Grenzfläche einen pn-übergang bildet und in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Von der metallischen Legierungsschicht wird nun ein Teil bis auf die Rekristallisationsschicht 3 α weggeätzt, so daß diese dotierte Halbleiterschicht teilweise freigelegt wird. Erhalten bleibt ein ringförmiger Restteil der metallischen Legierungsschicht als Kontaktelektrode 3. Man kann auch die gesamte metallische Legierungsschicht bis auf die Rekristallisationsschicht wegätzen und dann ein entsprechend geformtes Metallteil als Kontaktelektrode aufbringen. Auf der gegenüberliegenden Flachseite der Halbleiterscheibe 2 sind durch das Legieren eine zweite Kontaktelektrode 4 mit vorgelagerter Rekristallisationsschicht und ein zweiter pn-übergang geschaffen worden.
809 630/895
Das beschriebene Verfahren hat gegenüber dem bisher bekanntgewordenen Verfahren zur Herstellung von Fotohalbleiteranordnungen durch Eindiffundieren von Fremdatomen in den Halbleiter-Grundkörper den großen Vorteil, daß eine erheblich niedrige Temperatur, nämlich z. B. bei Silizium 500 bis 700° C gegenüber 1200 bis 1300° C beim Eindiffundieren, zum Erzeugen der umdotierten Bereiche erforderlich ist. Dadurch tritt eine unerwünschte Verringerung der Lebensdauer der Minoritätsträger, die bei jeder Wärmebehandlung stattfindet, in erheblich geringerem Maß ein.
Auf die ringförmige Kontaktelektrode 3 wird ein flacher Wolfram- oder Molybdänring 5 aufgebracht, dessen äußerer Durchmesser größer als der Durchmesser der Halbleiterscheibe 2 und der Kontaktelektrode 3 ist. Zweckmäßig wird der Wolfram- oder Molybdänring vorher mit dem Grundmetall der Kontaktelektrode 3 überzogen, z. B. galvanisiert und eingebrannt bzw. plattiert, bevor beide durch Loten oder Legieren miteinander verbunden werden. Mit Hilfe eines zylindrischen Gehäuseteils 6 und eines Deckels 7 wird dann das Gehäuse allseitig geschlossen. Das zylindrische Gehäuseteil 6 kann aus keramischem Material bestehen und der Deckel 7 aus einem Metall, z. B. Kupfer. Das Gehäuseteil 6 kann an den entsprechenden Stellen metallisiert und mit dem Wolframoder Molybdänring 5 und dem Metalldeckel 7 durch Lötung verbunden werden. Vorteilhaft wird das Mittelteile des Metalldeckels7 als Kühlblock ausgebildet und mit der der wirksamen Halbleiterfläche gegenüberliegenden Kontaktelektrode 4 elektrisch leitend und gut wärmeleitend verbunden. Zweckmäßig ist der Metalldeckel 7 federnd ausgebildet, z. B. gewellt, um Spannungen ausgleichen zu können. Zwisehen der Kontaktelektrode4 und dem Mittelteile des Metalldeckels 7 befindet sich eine Wolfram- oder Molybdänscheibe 9, die vorteilhaft vorher auch mit dem Grundmetall der Kontaktelektrode 4 überzogen sein kann. Der Durchmesser der Wolfram- oder Molybdänscheibe 9 soll größer als der Durchmesser der wirksamen Halbleiterfläche oder der Innendurchmesser des Ringes 5 sein. Die Teile 5 und 9 können so als Stützteile für das mechanisch relativ empfindliche Halbleiterscheibchen 2 dienen. Ein Gewindebolzen 10, der mit dem Metalldeckel 7 und dem Kühlblock 8 aus einem Stück bestehen kann, dient zur Stromzuführung und eventuell zur Befestigung auf einer weiteren zur Wärmeabführung geeigneten Halterung. Durch das keramische Gehäuseteil 6 wird die Elektrode 5 von dieser Stromzuführung 10 elektrisch isoliert.
Die Pfeile 11 stellen den Lichteinfäli dar, der zur Steuerung dient, indem er in der wirksamen Halbleiterfläche Leitfähigkeitsänderungen hervorruft. Die feuchtigkeits- und gasdichte Verbindung zwischen der ringförmigen Kontaktelektrode 3 und dem Wolframoder Molybdänring 5 verläuft nach einer in sich geschlossenen Linie, die, ohne einen pn-übergang zu berühren, die Kristalloberfläche in zwei Teilgebiete zerlegt, von denen das eine, nämlich die freigelegte Oberfläche der Rekristallisationsschicht 3 α, auf der Außenseite der schützenden Hülle liegt, die von dem beschriebenen Gehäuse gebildet wird, und das andere, nämlich der ganze übrige Teil der Kristalloberfläche,: von der Hülle umschlossen ist. Die Pfeile 12 weisen auf die besonders empfindlichen Stellen hin, an denen; die pn-Übergänge an die Kristalloberfläche treten.
Diese Stellen liegen geschützt innerhalb der sie umgebenden Hülle, während die wirksame Halbleiterfläche vollkommen frei dem Lichteinfäli ausgesetzt ist.
F i g. 2 zeigt eine andere Fotohalbleiteranordnung. Die Bezeichnungen sind wieder wie in F i g. 1 gewählt. Neu hinzugekommen sind statt einer einzigen Gegenelektrode drei Kontaktelektroden 13, die der wirksamen Halbleiterfläche gegenüberliegen, mit Stromzuführungen 14, die isoliert durch die Gehäusewand, in diesem Fall durch den Gehäusedeckel 7, hindurchgeführt sind. Als Gehäusedurchführungen können Glaseinschmelzungen 15 dienen. In diesem Fall braucht das zylindrische Gehäuseteil 6 nicht aus isolierendem Material zu bestehen, sondern kann aus Metall ausgeführt sein.
Mit der Anordnung nach F i g. 2 kann eine Steuer-Wirkung in Abhängigkeit von Ortsveränderungen eines Lichtbündels oder Lichtstrahls 16 erzielt werden. Schließt man die einzelnen Kontaktelektroden 13 an verschiedene Stromkreise an, so lassen sich diese mit Hilfe eines wandernden Lichtflecks steuern. Da sich nach dem beschriebenen Verfahren verhältnismäßig großflächige Fotohalbleiteranordnungen herstellen lassen, besteht die Möglichkeit, eine noch größere Anzahl Kontaktelektroden 13 vorzusehen, mit denen entsprechend umfangreiche Schaltungen erstellt werden können.

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer insbesondere auf Strahlung ansprechenden Halbleiterkristall· anordnung 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 pnübergang 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, bei dem der pn-: Übergang in der Weise erzeugt wird, daß in eine Flachseite eines scheibenförmigen Halbleiterkristalls von gegebenem Leitfähigkeitstyp ein den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hervorrufender Dotierungsstoff einlegiert wird, nach Patent 1047 949, da durch gekennzeichne t> daß mindestens ein Teil der durch an sich bekanntes Einlegieren einer Dotierungsstoff enthaltenden Metallfolie erzeugten metallischen Kontaktelektrode bis auf die ebenfalls dabei entstandene Rekristallisationssehicht abgeätzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzung in der Weise vor^ genommen wird, daß ein ringförmiger Rand (3) der durch den Legierungsvorgang erzeugten Kontaktelektrode erhalten bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge* kennzeichnet, daß ein Wolfram- oder Molybdänring (S) mit dem Grundmaterial der ringförmigen Kontaktelektrode (3) überzogen und dann auf diese aufgelötet oder auflegiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wolfram- oder Molybdänring (5) galvanisch mit dem Elektrodenmaterial überzogen und dieses dann eingebrannt wird...: ,.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wolfram- oder Molybdänring (5) mit dem Elektrodenmaterial plattiert wird.
6. Halbleiteranordnung, hergestellt nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (5, 6, 7,8) mit dem Halbleiterkristall (2) so verbunden ist, daß die beim Ätzen freigelegte Oberfläche der Rekristallisationsschicht (3 a) nach außen ge- ίο kehrt ist.
7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer die Rekristallisationsschicht (3 a) teilweise bedeckenden ringförmigen Kontaktelektrode (3) ein Wolfram- oder Molybdänring (5) befestigt ist, dessen äußerer Durchmesser größer als der Durchmesser der Halbleiterscheibe ist.
8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Wolfram- oder Molybdänring (5) ein zylindrisches Gehäuseteil (6) befestigt ist, das zusammen mit der Halbleiterscheibe (2), der ringförmigen Elektrode (3), dem Wolfram- oder Molybdänring (5) und einem Metalldeckel (7, 8) die schützende Hülle bildet.
9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuseteil (6) aus keramischem Material besteht.
10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuseteil (6) an seinen Enden metallisiert und mit dem Wolfram- oder Molybdänring (5) und dem Metalldeckel (7, 8) durch Lötung verbunden ist.
11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldeckel (7,8) federnd ausgebildet und sein Mittelteil (8) mit einer Rekristallisationsschicht (3 a) gegenüberliegenden Kontaktelektrode (4) leitend verbunden ist.
12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (8) des Metalldeckels (7, 8) als Kühlblock ausgebildet ist.
13. Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der der Rekristallisationsschicht (3 et) gegenüberliegenden Kontaktelektrode (4) und dem Mittelteil (8) des Metalldeckels (7,8) eine Molybdän- oder Wolframscheibe (9) angebracht ist, deren Durchmesser größer als der Innendurchmesser des Wolframoder Molybdänringes (5) ist.
14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldeckel (7,8) gewellt ist.
15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rekristallisationsschicht (3 a) mehrere Kontaktelektroden (13) gegenüberliegen (F i g. 2).
16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zu den einzelnen Kontaktelektroden (13) Stromzuführungen isoliert durch eine Wand (7) der Hülle (5, 6, 7) hindurchgeführt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1018 558;
deutsche Auslegeschrift S 32506 VIII c/21 g
(bekanntgemacht am 12. 1. 1956);
österreichische Patentschrift Nr. 177 475;
USA.-Patentschrift Nr. 2 821493.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 630/895 10.68 © Bundesdruckerei Berlin
DE1958S0057057 1957-06-24 1958-02-22 Verfahren zum Herstellen einer insbesondere auf Strahlung ansprechenden Halbleiterkristall-anordnung mit pn-UEbergang und den pn-UEbergang gegen Feuchtigkeit schuetzender Huelle und danach hergestellte Halbleiteranordnung Pending DE1282203B (de)

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NL235086D NL235086A (de) 1958-02-22
DE1958S0057057 DE1282203B (de) 1957-06-24 1958-02-22 Verfahren zum Herstellen einer insbesondere auf Strahlung ansprechenden Halbleiterkristall-anordnung mit pn-UEbergang und den pn-UEbergang gegen Feuchtigkeit schuetzender Huelle und danach hergestellte Halbleiteranordnung
CH6967459A CH367576A (de) 1958-02-22 1959-02-17 In ein gasdichtes Gehäuse eingeschlossene Photohalbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
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