DE1439062A1 - Halbleiterzelle mit einer gekapselten Halbleiteranordnung mit vier Schichten von abwechselnd gegensaetzlichem Leitfaehigkeitstyp und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halbleiterzelle mit einer gekapselten Halbleiteranordnung mit vier Schichten von abwechselnd gegensaetzlichem Leitfaehigkeitstyp und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1439062A1
DE1439062A1 DE19611439062 DE1439062A DE1439062A1 DE 1439062 A1 DE1439062 A1 DE 1439062A1 DE 19611439062 DE19611439062 DE 19611439062 DE 1439062 A DE1439062 A DE 1439062A DE 1439062 A1 DE1439062 A1 DE 1439062A1
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Description

Haibleiterzeile alt einer gekapselten Halbleiteranordnung mit vier Schichten von abwechselnd gegensätzlichem Leitfähigkeit s typ und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterzelle mit einer in einem Gehäuse gasdicht gekapselten Halbleiteranordnung mit vier Schichten von abwechselnd gegensätzlichem Leitfähigkeitstyp (npnp), deren Fläche groß ist im Verhältnis zu ih»r Dicke, und von denen eine äußere Schicht mit einer ringförmig ausgebildeten Legierungselektrode versehen ist, in deren Bohrung der AnBchlußkontakt für die benachbarte mittlere Schicht angebracht ist. Erfindungsgemäß 1st der Anschlußleiter der äußeren Schicht als Hohlzylinder ausgebildet, in welchem ein vorzugsweise flexibler Hohlleiter befestigt ist. Ferner ist dieser Hohlleiter mit einem öehäuseoberteil verbunden, welches von einem Gehäuseunterteil elektrisch isoliert 1st. Der An-
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Unterlagen (Art 7 § l Abs. 2 Nr. l SaU: 3 des Änderungeaes. v. 4.9.1967}
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schlußkontakt für die benachbarte mittlere Schicht ist durch den Hohlleiter und das Gehuuneoberteil isoliert hindurchgeführt. Ein solcher Aufbau dor Ilalbleiterzeile bringt den Vorteil, daß der Leitungsanschluß für die stromführende Hauptelektrode nahezu beliebig groi'3 ausgeführt werden kann, und daß die vakuumdichte Durchführung der Leitungsanschlüsse für die stromführende Hauotelektrode und für den Anschlußkontakt der benachbarten mittleren Schicht, welche in der folgenden Beschreibung als Zündelektrode der Anordnung bezeichnet ist, in gleichen Arbeitsgängen durch ein verhältnismäßig einfaches Quetuohverfahren hergestellt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Vierachicht-Halbleiterelement, das bei der Herstellung einer Halbleiterzelle nach der Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann. Der Aufbau einer solchen Halbleiterzelle ist aus Figur 2 zu ersehen, Fig. 3 zeigt Einzelteile der<Figur 2 im fertigen Zustand.
Bei dem Halbleiterelement nach Fig. 1 ist eine Halbleiterscheibe 2, die beispielsweise aus einkriatullinem n-leitenden Silizium bestehen und eine Dicke vnn etwa 250 /U hüben kann, durch Eindiffundieren eines p-^dotierenden Stoffes, beispiels-.veise Aluminium, mit einer p-leitenden Oberflächenschicht· 3 von beispielsweise etwa 60 /U Tiefe versehen. Die Schicht 3 kann z.B. durch Erhitzen auf etwa 1*200° 0 über 40 Stunden in einem
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evakuierten .juarzgefäQ unter Anwesenheit von Aluminium hergeotellt werden. In die so vorbereitete Halbleiterocheibe ist auf der oberen Flachseite ein ringförmiger Graben eingeätzt oder eingefrast, dessen Tiefe an jeder Stelle größer ißt als die Dicke der eindiffundierten p-leitenden Schicht 3» ao daß von diener Schicht 3 eine kreicucheibenförmige Schicht 4 abgetrennt iot. In die p-leitende Schicht 4 ist als stromführende Hauptelektrode eine ringocheibenformige, ca. 0,5 # Antimon enthaltende Goldfolie 5 einlegiert, welche bei der Abkühlung eine ihr vorgelagerte η-leitende Zone 6 und oomit einen pn-üborganff geschaffen hat, der in der Figur gestrichelt dargeetollt ist, In
tinfr Bohrung in Zentrum der stromführenden Hauptelektrode 5 ist eine scheibenförmige Zündelektrode 71 .beispielsweise aus einer ca. 0,05 ¥> Bor enthaltenden Goldfolie einlogiert, welche die^ p-leitende Schicht 4 sperrfrei kontaktiert« Die* auf der gegenüberliegenden Flachseite deo Halbleiterkörper befindliche p-leitende Schicht 3 ist durch Einlegieren einer Elektrode 10 mit gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung wie die Zündelelektrode 7 ebenfalls 3perrfrei kontaktiert. Die aua ca. 30 bis 50 /U dicken Goldfolien hergestellten Elektroden 5, 7 Und 10 können zweckmäUi/i; im gleichen Arbeitr.gnng bei ca. 70ü°Ceihlegiert werden. Die zur Führung des Hauptstromes vorgesehenen Elektroden 5 und 10 kontaktieren die üuüeren Schichten 6 bzw» 3 der Vierschicht-HalbieiteranorJnung mit der Schichtenfol^e npnp.
Nach Fig» 2 ist ein fertiges Halbleiterelement.11, das beiopielswoiee den gleichen Aufbau wie das in Figur 1 dargestellt
β0~9»4Ί/035Ι :*in/i
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te Element haben kann und von dem der Einfachheit halber nur die äußeren Konturen dargestellt Bind, bei ca. 400 bis 500° C auf eine Molybdänplatte 12 aufgelötet, die zur besseren Haftung zweckmäßig galvanisch mit einer Gold- oder Silberauf la- · ge 13 versehen sein kann und auf einem Gehäuseboden 14 befestigt, beispielsweise bei ca. 800° C aufgelötet ist. Der Gehäuseboden 14 bestellt aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer. Im gleichen Arbeitsgang iait der Befestigung dee Halbleiterkörpers auf der Molybdänplatte 12 oder in einem ßetrennten Arbeitsgang ist auf der oberen Flachseite mit der Hauptelektrode 5 und der Zündelelektrode 7 je ein Anschlußleiter vereinigt. Der Anschlußleiter der Hauptelektrode 5 wuiat die Form einer Krone auf und besteht hur einem Hohlzylinder 15» dessert Mantel am unteren Bride auf einer Länge von ca. 2 bis 4 mm bis' aufweine Dicke von ca. 0,2 bis iO,4 mm abgedreht ist» Der verblidbene Teil der dünnen Zylinderwand i3t mit mehreren, bei- spielsweioe 6, Schlitzen von beispielsweise 0,5 mm Breite versehen, die In Achsrichtung des Zylinders verlaufen und vorteilhaft gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sein können. Die stehengebliebenen Teile der Zylinderwand bilden infolgedessen nachgiebige Zungen. Die Krone kann vorteilhaft aus einem elektrisch gut leitenden Materini bestehen, efe-scen Schmelzpunkt wesentlich höher ist air; die eutektische Temperatur des Elektrotlönraaterialö und von dem beim Auf schmolzen <4«s Elektrodenmateriale nur ein geringer Teil gelöst wird« In Verbindung mit einem Siliaium-Halb- ■ leiterkörper und einer goldhaltigen Legierungselektrode hat sich beispielsweioe oilber, daü zur besseren'Benetzung rioch vergoldet
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Bein kann, für die Herstellung der Krone als geeignet erwieaen. In die obere Öffnung dos Hohlzylinders 15 ist ein Ende eines Hohlleiters 16 aus Kupfer eingesetzt, der aus einem mittleren flexiblen Loiterteil und zwei massiven Enden besteht .* Der Hohlleiter 16 kann zweckmäßig aus einem hohl<,ylinctrischon Leitergeflecht , vorzugsweise aus Kupfer, dadurch hergeuteilt sein, daß in beide Leiterenden je ein Rohrstuck 16 α und 16 b mit einer lichten Weite von ca. 2 bis 4 mm aus einem druckfenten Werkstoff, beispielsweise Stahl, eingeschoben wird und die Enden anschließend durch äußeren mechanischen Druck zusammengepreßt werden. Die Rohre können" anschließend aus den Leiterenden herausgezogen werden oder au uen Ünden bleiben. Der an-die Zündelektrode angeschlossene Leiter 17, welcher vorteilhaft die Form eines Bandes in it einem geringen Querschnitt haben und beispielsweise aus Silber bestehen kann, iat' durch den Hohlleiter 16 geführt und gegen diesen durch ein aufgeschobenes Röhrchen 18 aus einem hochtemperuturbeötändigen, elastiochen Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen r' (Teflon), isoliert. Durch gleichmäßigen äußeren Druck auf den Umfang der Krone 15 wird dan uwtere ISnde des Leiters 16 zusamraengenuetscht und eine elektrisch gut leitende Verbindung ge- · schaffen. Üas obere linde des Leiters -16 ragt in ein rohrforrniges Anschluss tuck 19, welches; zum äuüeren Anochlu.Q eines Leiters für die Hauptelektrode 5 dient und aus einem elektrisch gut !eirunden Material, beispie'J swuise Kupfer, besteht* Dag Anschlußstück 13 ist mit einer Gehausekappe 20 verbunden, beispielsweise hart verlötet., welche mit einem zylindriiichen Isolierkörper 21, beispielsweise aus Keramik, sowie einem hohl-
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zylindrischen und im oberen Teil verjüngten Verbindungsstück 22 und dem Boden 14 das -.Gehäuse der Hai blei tor zolle bildet*· Das obere linde des Leiters 17 ii;t durch eine Durchführung 23 gezog-en und an deren oberen Ende mit diener gandicht verlötet, .beispielsweise verachweiüt. Die Durchführung 23 ict in einem hohlsylLndrischun Isolierkörper 24, der beispielsweise aus Keramik bestehen kann, angeordnet und üuer -diesen und ein ringföru-igo» Verbindungsstück 25 mit U-Profil mit dom Anschluß teil * T-j verbunden. Die Gehäuseteile 19 bis 22, sowie die aus den Rohren d'5 und 24 bestehende Durc;,führung und das Verbindungsstück 2lj können vorteilhaft vorgefertigt, beispielsweise in einem Arbeitsgang miteinander haiH verlötet werden« Zu diesem Zweck kann für die Gehäuseteile 20, 22,23 und 25'zweckmäßig ein Material verwendet werden, das mit den Keramikkörper« 21 und 24 verhältnismäßig einfach verbunden werden kann* Diese Eigenschaft weist beispielsweise 'eine im wesentlichen aus 54 1· Eiüon, .28" ffe Nickel und 18 H» Kobalt bestehende Legierung . (Vacon). auf. Das fertige Gehäuueofcerteil ist in eine Kerbe des Gehauoebo-de.no eingesetzt und das Zwischenstück 22* wit dem Gehäuoeboden 14 vorlötet, verochv/eiUt oder durch Kalt verformung des Gohäucebodens, '/.»2» durch Umbördeiung der Gehäuseksmte, gasdicht verbunden. Zu diosem Zw*tk k&nn das Zwischenstück22 an seinem unteren Lände vorteilhaft mit cine» iUind vergehen werden. Durch/mechanischen Druck auf·den Umfang deä Anachluüteiles iy wird ähnlich wie bei der Verbindung der Krone 15 mit dem Leiter 1.6 vorhaltninjiiaöig einfach eine mechanisch feste und "el. eic-■ '"Iriuch-gut Itütende Verbimiunt; jiitt dem Leiter 16 hergestellte Da/.u kann zwecktnäöig eine Anordnung von -belspiülGWclce" 6" bis
10 St*M0elti verw««<iet werden, die
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en, die frloichraUüig
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auf den Umfang des zylindrischen Anschlui3stUcke3 in der Hohe den massiven Leiterendes des Leitern 16 verteilt Bind. Für die Evakuierung dea Gehäuses ist im Gehäuseboden 14 eine Bohrung 26 vorgesehen. Ein Gewindebolzen 27 dient zur Befestigung der Halblei terzeile auf einem Kühlblock.
Hei der Herstellung der Quetschverbindung zwischen dem Leiter 16 einerseits und den Anschlußteilen 15 und 19 andererseits kann der Anpreßdruck ohne weiteres so groß gewühlt werden, daß der Anschlußleiter 17 der Zündelektrode 7 mit dem· ^ Isolierrohr 10 von den beiden Enden des Leiters 16 eingeschlossen wird, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist. Ein hoher Anpreßdruck von beispielsweise ca. einigen to/cm ist vorteilhaft, damit ein elektrisch S1Ut luitender Kontakt erzielt wird. Die Kraftrichtung des AnprelJdruckes ist durch Pfeile gekennzeichnet. Der Anschluß!eiter 17 wird vorteilhaft etwas gen taucht, so da'* er annähernd Mäanderform annimt.1t· Diese Anordnung hat <icn Vorteil, das ooi Wärmedehnungen in Achsrichtung dca Leiters 16 und bei Verformungen des Gehäuses keine Zugspannungen im Leiter 17 entstehen können und keine Kräf- % te. an den 7frbin1ung.uit*.'l -en dos Loiters 17 mit der Zündelektrode 7 einerseits und der JXirchfCkhrun^ 23 μ#Α*γ*γμ·\\γβ, treten können. "" ■ "
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J Figuren
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Claims (1)

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    Pat en tan s prüche
    . Ilalbleiterzelle mit einer in einem Gehäuse gasdicht gekapselten Halbleiteranordnung mit vier Schichten von abwechselnd gegensätzlichem Leitfähigkeitstyp /npnp), deren Flüche groß ist im Verhältnis zu ihrer Dicke, und von denen eine äußere Schicht mit einer ringförmig ausgebiideten Legierungselektrode versehen ist, in deren Bohrung ein Anschlußkontakt für die benachbarte mittlere Schicht angebracht ist, dadur&h gekennzeichnet, daß als Anschluß-» leiter für die Legierungselektrode (5) ein Hohlzylinder (15) vorgesehen ist, in welchem ein Hohlleiter (16) befestigt ist, daü ferner dieeer Hohlleiter (16) mit einem Gehäuoeoberteil (20) verbunden ist, welches von eineta Gehäuseunturteil (22) elektrisch isoliert iüt, und daö ein am Anschluükontakt (7) der mittleren Schicht befeatigter Leiter (17) durch den Hohlleiter (16/ urin das GehäuBeoberteil (20) isoliert hindurchgeführt ist» -
    ■ - . ■ ■ ." ■■■'.«■ ■■· ' ' "
    2. Halbleiterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder-(-i!?)- an. seinem an der Legierungseiek-Irod* (5) bef.ee Ligter. Ende ^inc verringerte Wandstürke hat und durch achaparjallele iSchltitze in nachgiebige, Zungen üh-
    ■'.■■■ ■ ..' ■*■■■■■ < terteilt ist. - v
    ■ ι
    y* ttalbleiterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (16) aus -einom flexiblen Mitteletück mit massiven Enden besteht« . · ·
    , Γ 909843/03St BADORiGiNAL
    - 8; - ' Kin/J
    J1LA 9/350/1007
    !; U39062
    4. Halbleiterzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung des Hohlleiters (16) eine lichte Weite •zwischen 2 und 4 mm hat*
    5. Halbleiterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (17) für die mittlere Schicht mittels eines Schlauches aus hochtenpernturbeständigem · elastischen Kunststoff gegen den Hohlleiter (16) isoliert ist.
    6. Halbleiterzelle nach Anbpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (17) für die mittlere Schicht zentrisch zum Gehäuseoberteil und gegen diesen elektrisch isoliert ungeordnet ist«
    *7« Verfahren zur Herstellung einer llalbleiterzelle nach Anspruch I* dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter aus einem hohizylindriochen Leitergeflecht,vorzugsweise aus Kupfer, dadurch hergcntellt wird, daii in beide Und on je -_.. ein Rohrstück auo einem ,idruckfesten Werkstoff eingeschoben wird und die Knden anschließend durch äußeren mechanischen Druck zusammenßepreüt!werden. .
    ö. Verfahren aur Herstßllung einer Halbleiterzelle nach Anspruch 1< dadurch gekehnaeichnet, daß die linden de3 Hohlleiters mit dem Hohlzylinder und dem Oehäuseoberteil in getrennten Arbeitsgängen dur 2h Kfiltverformung elektrisch gut leitend verbunden werden«
    ^ Kin/J
    BAD ORIGINAL
    Lee rs ei te
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