DE1465450B1

DE1465450B1 - Elektronisches Festk¦rperbauelement zum Schalten

Info

Publication number: DE1465450B1
Application number: DE19641465450
Authority: DE
Inventors: As Danfoss
Original assignee: Danfoss AS
Priority date: 1964-12-22
Filing date: 1964-12-22
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1065930A; DK111529B; SE305024B; NL6516741A; BE674037A; US3401318A; FR1460438A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches flüssen, z.B. der Umgebungstemperatur, einem Druck Festkörperbauelement aus einem sperrschichtfreien auf das Schaltelement u. dgl. abhängen kann. Wenn Halbleitermaterial mit negativem Temperaturkoeffi- man von solchen äußeren Einflüssen jedoch absieht, zienten des elektrischen Widerstandes und mit einer ist der Schwellenwert eine Konstante des Festkörpersolchen Wärmeleitfähigkeit, daß sich beim Anlegen 5 bauelements und im wesentlichen von dessen Zueiner Spannung ein Pfad höherer Temperatur und sammensetzung und von dessen Abmessungen abdamit großer elektrischer Leitfähigkeit bilden kann, hängig.

bei dem der Halbleiterkörper auf zwei einander Es bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten, die

gegenüberliegenden Flächen mit flächenhaften Kon- Abmessungen eines solchen Schaltelements genau taktelektroden versehen ist. Diese Festkörperbau- io festzulegen, weil es kaum gelingt, die Berührungselemente schalten beim Überschreiten eines Schwel- flächen zwischen den Elektroden und dem Halbleiterlenwerts der angelegten Spannung von einem hoch- körper so genau parallel zueinander anzuordnen, daß ohmigen Zustand, z. B. 10^e Ohm, in einen nieder- an allen Stellen, an denen statistisch und zufällig ein ohmigen Zustand, z. B. 1 Ohm, um. Strompfad sich bilden kann, genau die gleichen Ver-

Bei einem bekannten derartigen Festkörperbau- 15 hältnisse vorherrschen. Infolgedessen ist die Lage des element ist der Halbleiterkörper auf der einen Seite sich bildenden Strompfades völlig ungewiß, und es durch eine Flächenelektrode und auf der anderen ergeben sich Abweichungen bezüglich des Schwellen-Seite punktförmig kontaktiert. Der Punktkontakt werts und der übrigen Kenndaten,
wird mit Hilfe eines sehr dünnen Drahtes hergestellt. Durch die beanspruchte Vertiefung ist jedoch eine

Diese Anordnung ist wenig robust. Auch ist der so Stelle des Halbleiterkörpers vorgegeben, die einen Schwellenwert davon abhängig, mit welcher Kraft der verkürzten Strompfad darstellt und daher bereits im Draht an den Körper angepreßt wird. hochohmigen Zustand eine gerinfügig höhere Strom-

Des weiteren sind derartige Festkörperbauelemente dichte führt. Die damit verbundene Erwärmung bekannt, die auf beiden Seiten eine Flächenelektrode zwingt dazu, daß der niederohmige Strompfad an tragen. Diese ermöglichen ein robustes Arbeiten und 35 dieser Stelle gebildet wird. Es kommt daher bei der lassen sich leicht aufbringen. Es ergibt sich aber keine Herstellung des Festkörperbauelements lediglich dareindeutige Arbeits- und Schaltcharakteristik. auf an, daß die Abmessung an dieser durch die VerBeispiele für in diesem Zusammenhang verwend- tiefung vorgeschriebenen Stelle einen genau definierbare Halbleitermaterialien sind solche, die überwie- ten Elektrodenabstand und damit eine genau defigend aus Tellur mit Zusätzen aus Elementen der 30 nierte Schwellenspannung besitzt. Selbstverständlich Gruppen IV und V des Periodischen Systems be- läßt sich in der Herstellung ein solcher punktförmiger stehen. Sie können durch Aufdampfen auf eine Me- Abstand wesentlich besser innerhalb bestimmter Totallplatte, durch Sintern, durch Erstarrenlassen einer leranzen halten als der Abstand zweier Flächen. Des Legierungsschmelze od. dgl. hergestellt werden. Ein weiteren kann man einen solchen punktförmigen sehr brauchbares Schaltelement mit einem Schalt- 35 Abstand gegebenenfalls auch noch nachkorrigieren, sprung von mehreren Megohm auf 1 Ohm besteht Nicht zuletzt ist es ein Vorteil, wenn die Lage des beispielsweise aus 67,5% Tellur, 25% Arsen und niederohmigen Pfades genau festliegt, weil dann dafür 7,5% Germanium. gesorgt werden kann, daß er beispielsweise zwecks

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besserer Materialausnutzung in der Mitte des Halbrobustes Festkörperbauelement der eingangs beschrie- 40 leiterkörpers verläuft, und weil die für den Betrieb benen Art anzugeben, das im wesentlichen wohl defl- maßgebenden Wärmeströmungen im Festkörperbaunierte Kennwerte besitzt. element berechenbar und durch Ausgestaltungen der

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Elektroden u. dgl. beeinflußbar sind usw.
löst, daß der Abstand zwischen den Elektroden durch Bei der Herstellung der Halbleiterkörper lassen

eine Vertiefung im Halbleiterkörper, der die Elektro- 45 sich, insbesondere bei den billigen Herstellungsarten denkontaktfläche folgt, verringert ist. wie Aufdampfen und Sintern, keine absolut ebenen

Die Vertiefung kann in vorteilhafter Weise punkt- Oberflächen herstellen. Dies bringt aber im Rahmen förmig ausgebildet sein. der Erfindung keinerlei Nachteile mit sich, wenn die

Untersuchungen haben gezeigt, daß bei sperr- punktförmige Vertiefung eine größere Tiefe hat als schichtfreien Festkörperbauelementen zum Schalten 50 die Welligkeit der Oberfläche des Halbleiterkörpers, mit Flächenelektroden im hochohmigen Zustand der Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung

Strom etwa gleichmäßig über den von den Elektro- kann man Elektroden aus diesem Material verwenden bedeckten Querschnitt des Elements verteilt ist. den, dessen Wärmeleitfähigkeit etwa eine Größen-Sobald sich an irgendeiner Stelle durch irgendeinen Ordnung oder noch höher liegt als die Wärmeleitfähig-Umstand, der zumeist statistischer und daher rein 55 keit des Halbleitermaterials. Zwar haben die üblichen zufälliger Art ist, die Temperatur erhöht, ergibt sich Elektrodenmaterialien, z. B. viele Metalle, von vorninfolge des negativen Temperaturkoeffizienten eine herein eine derartige Wärmeleitfähigkeit. Da jedoch Verminderung des elektrischen Widerstandes, so daß erfindungsgemäß die Lage des niederohmigen Stroman dieser Stelle eine höhere Stromdichte auftritt. pfades genau festliegt, kann man das Elektroden-Diese führt wiederum zu einer erhöhten Wärme- 60 material so anordnen, daß die Wärme von dem Pfad erzeugung an dieser Stelle, so daß sich schließlich höherer Temperatur im wesentlichen in axialer Richdort der Pfad höherer Temperatur und großer elek- rung abgeführt wird. Dies hat zur Folge, daß der trischer Leitfähigkeit bildet. Im niederohmigen Zu- Querschnitt dieses Pfades relativ klein bleibt und daß stand fließt daher der Strom im wesentlichen durch man zum Aufrechterhalten des niederohmigen Zudiesen Pfad. Der Umschaltmechanismus setzt im all- 65 Standes nur eine recht geringe elektrische Leistung gemeinen ein, wenn die angelegte Spannung einen benötigt.

gewissen Schwellenwert überschreitet, wobei jedoch Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

der Schwellenwert von verschiedenen äußeren Ein- Zeichnung näher erläutert, in der schematisch ein

Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Festkörperbauelement veranschaulicht ist.

Ein Halbleiterkörper 1 ist zwischen zwei Elektroden 2 und 3 angeordnet, an denen die Zuleitungen 4 und 5 angelötet sind. An der Oberseite ist der Halbleiterkörper 1 mit einer punktförmigen Vertiefung 6 versehen, der die Oberfläche der Elektrode 2, beispielsweise beim Aufdampfen, mit einer Vertiefung 7 folgt.

Wenn an die beiden Zuleitungen 4 und 5 eine kleine Spannung angelegt ist, fließt ein kleiner Strom durch den Halbleiterkörper 1, der über dessen gesamten Querschnitt etwa gleichmäßig verteilt ist. Lediglich unterhalb der Spitze 6 ergibt sich eine ^etwas größere Stromdichte, weil dort dem Strom nicht der Widerstand der gesamten Höhe H, sondern der etwas kleinere Widerstand der verkürzten Höhe h entgegensteht. Wenn die Spannung erhöht wird und dementsprechend der Strom steigt, ist die größte Erwärmung unterhalb der Spitze 6 zu erwarten. Demzufolge bildet sich auch an dieser Stelle der niederohmige Strompfad 8, sobald der Schwellenwert der Spannung überschritten ist. Durch diesen Pfad 8 fließt dann ein Strom sehr hoher Stromdichte, wie es für den niederohmigen Zustand des Festkörperbauelements typisch ist.

Durch diesen Wirkungsmechanismus ist nicht nur die Lage des Pfades 8 festgelegt, vielmehr ist die Länge dieses Pfades auch ein genaues Maß für den erforderlichen Schwellenwert der Spannung. Auch wenn die gesamte übrige Oberfläche des Halbleiterkörpers eine gewisse Rauhigkeit aufweisen sollte, ist doch der Pfad 8 auf eine definierte Länge einstellbar, sei es bei der Herstellung des Halbleiterkörpers, sei es zu einem späteren Zeitpunkt. Wenn das Elektrodenmaterial eine Härte besitzt, die derjenigen des Halbleiterkörpers entspricht oder größer ist, kann sogar eine nachträgliche Justierung vorgenommen werden.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann eii Halbleiterkörper verwendet werden, der einseitig oder beidseitig mit schalenförmigen Vertiefunger versehen ist, die sich über nahezu die gesamte Oberfläche erstrecken. Auch in diesem Falle ist am Fußpunkt der beiden Schalen ein bevorzugter Punkt füi die Ausbildung des niederohmigen Pfades gegeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisches Festkörperbauelement zum Schalten aus einem sperrschichtfreien Halbleitermaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes und mit einer solchen Wärmeleitfähigkeit, daß sich beim Anlegen einer Spannung ein Pfad höherer Temperatur und damit großer elektrischer Leitfähigkeit bilden kann, bei dem der Halbleiterkörper auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen mit flächenhaften Kontaktelektroden versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Elektroden (2, 3) durch eine Vertiefung (6) im Halbleiterkörper (1), der die Elektrodenkontaktfläche folgt, verringert ist.

2. Elektronisches Festkörperbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (6) punktförmig ausgebildet ist.

3. Elektronisches Festkörperbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmige Vertiefung (6) eine größere Tiefe hat als die Welligkeit der Oberfläche des Halbleiterkörpers (1).

4. Elektronisches Festkörperbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3) aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit etwa eine Größenordnung oder noch höher liegt als die Wärmeleitfähigkeit des Halbleitermaterials.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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