DE1483293C - Legierung fur eine Siliziumdiode mit ubersteüer Grenzflache und veränderlicher Kapazität und Verfahren zu ihrer Herstel lung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Legierung für das Aufbringen in Form eines Legierungstropfens auf das Siliziumplättchen einer Siliziumdiode mit übersteiler Grenzfläche. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumdiode mit übersteiler Grenzfläche, die ein Siliziumplättchen und einen Legierungstropfen enthält, der über eine dazwischenliegende Diffusionsschicht an dieses anlegiert ist, wobei das Siliziumplättchen aus Silizium vom p-Typ mit einem spezifischen. Widerstand von 7 bis 30 Ohm-cm besteht und die besagte Legierung eine bestimmte Zusammensetzung aufweist.

Die Kapazität von Dioden mit veränderlichem Kapazitätswert ändert sich in Abhängigkeit von der Sperrspannung nach einer nichtlinearen Kurve, wobei dieses Merkmal in einer hohen Spannung für viele Anwendungsmöglichkeiten, wie beispielsweise parametrische . Verstärkung, Frequenzmodulation, Abstimmung usw., besteht. Die Zusammenhänge sind im allgemeinen durch die Gleichung C · « · V'ⁿ gegeben, worin C die Kapazität der Diode, V die angelegte Sperrspannung und η eine Konstante ist.

Die Dioden mit veränderlicher Kapazität lassen sich in drei Gruppen einteilen: 1. Bauart mit gestaffelter Grenzfläche, 2. Bauart mit steiler Grenz-' fläche und 3. mit übersteiler Grenzfläche. Die Dioden der ersten Art sind gekennzeichnet durch die Gleichung C-oi· V~¹¹³ und werden mit Hilfe der an sich bekannten Diffusionsverfahren hergestellt. Die Dioden der zweiten Art sind gekennzeichnet durch die Gleichung C · a · K"¹'² und werden nach den üblichen Legierungsverfahren hergestellt. Die Dioden vom Typ der dritten Art sind gekennzeichnet durch die Gleichungen C-oc· K~ⁿ, worin η größer ist als ¹I₂; sie werden nach einem Legierungsdiffusionsverfahren hergestellt. Die Dioden mit übersteiler Grenzfläche vom Typ Nr. 3 stellen die vorteilhaftesten Dioden innerhalb der drei Diodenarten dar, wenn man sie für die Zwecke der automatischen Abstimmung benutzt, weil diese Arten von Dioden den weitesten Spielraum für die Kapazitätsverhältnisse bieten, bei gleich großer Änderung der angelegten Sperrspannung. Siliziumdioden mit übersteiler Grenzfläche weisen einen höheren Bereich für die Betriebstemperaturen und kleinere Sperrstromstärken auf als Germaniumdioden mit übersteiler Grenzfläche.

Aus der USA.-Patentschrift 3 216 871 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Halbleiters bekannt, bei dem eine Elektrode, die sich in Verbindung mit einem Siliziumkörper befindet, erwärmt und geschmolzen wird, wobei Aluminium als Akzeptor und ein Donator, der eine geringere Diffusionsgeschwindigkeit in Silizium als Aluminium hat, in der Schmelze vorhanden sind und wobei die Elektrode aus Zinn mit Aluminium oder dem Donator besteht und der andere Aktivator der Schmelze zugegeben wird, und daß das Aluminium aus der Schmelze in den Siliziumkörper bei 1050⁰C eindiffundiert und eine p^eitende Schicht bildet und daß beim Abkühlen der Schmelze eine an die p-Schicht anschließende η-leitende Rekristallisationszone sich bildet. Bei diesem bekannten Verfahren wird Silizium vom η-Typ verwendet, so daß eine übersteile Grenzfläche nicht ausgebildet werden kann. Außerdem werden bei dem bekannten Verfahren aktive Verunreinigungen, wie Aluminium und Antimon, dem Elektrodenmaterial im wesentlichen erst zugegeben, nachdem das Elektrodenmaterial vor dem Legierungsdiffundieren geschmolzen worden ist. Dabei ist es unmöglich, die Menge an Aluminium und Antimon zu regeln. Wenn jedoch die Aluminium- und Antimonmenge nicht geregelt wird, ist die charakteristische Beziehung zwischen Kapazität und angelegter Spannung nicht reproduzierbar.

Demgegenüber,,soll -nach der Erfindung eine in automatisch wirkenden ■ Abstimmvorrichtungen für Wellenlängen ..benutzbare Siliziumdiode mit übersteiler Grenzfläche und veränderlicher Kapazität unter

ίο Anwendung der Legierungsdiffusionstechnik und Verwendung von Silizium vom p-Typ und von Legierungstropfen bestimmter Zusammensetzung zur Verfügung gestellt werden. ' ■

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Legierung für eine Siliziumdiode mit übersteiler Grenzfläche zu schaffen, die einen niedrigen Sperrstrom, ein hohes Verhältnis der Kapazitätsänderung und einen ausreichend guten Gütefaktor Q aufweist. Es wurde nun gefunden, daß eine Legierung für das Aufbringen in Form eines Legierungstropfens auf das Siliziumplättchen einer Siliziumdiode mit. übersteiler Grenzfläche besondexs^geeignet ist, wenn diese Legierung aus Zinn, Antimon und Aluminium in einem Gewichtsverhältnis von Sn: Sb: Al = 3CO bis 8C0: 25 bis 65:1 besteht. Es hat sich nach der Erfindung ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn die Legierung zusätzlich noch 1 bis 10 Gewichtsprozent an mindestens einem der Metalle, Gold, Silber und Silizium enthält.

Es wurde auch ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumdiode mit übersteiler Grenzfläche, die ein Siliziumplättchen und einen Legierungstropfen enthält, der über eine dazwischenliegende Diffusionsschicht an dieses anlegiert ist, wobei das Siliziumplättchen aus Silizium vom p-Typ mit einem spezifischen Widerstand von 7 bis 30 Ohm-cm besteht und die besagte Legierung nach vorstehender Erläuterung aus Zinn, Antimon und Aluminium in einem Gewichtsverhältnis von Sn: Sb : Al = 3C0 bis 8C0: 25 bis 65 :1 besteht, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das darüberliegende Silizium bei 10~⁴ bis 10~^xmm Hg auf 4C0 bis 85O°C erhitzt wird, bis der Legierungstropfen das Siliziumplättchen benetzt und danach die vorliegende Kombination aus Legierungstropfen und Plättchen in einer nichtoxydierenden Atmosphäre auf 9C0 bis HCO⁰C erhitzt wird, bis das Aluminium aus dem Tropfen in das Siliziumplättchen unter Bildung einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht hineindiffundiert, und schließlich das erhaltene Produkt auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Siliziumdiode besteht somit 1. aus einem Halbleiter-Silizium-Plättchen vom p-Typ, 2. einem Legierungstropfen aus einem dreiwertigen Metall, welches als Akzeptor dient, einem fünfwertigen Metall, welches als Donator dient und einem Unterlagemetall, welches hinsichtlich der Halbleitereigenschaften neutral ist, 3. einem Bereich mit rekristallisiertem Silizium, der diese Metalle enthält, d. h. also einem Bereich vom η-Typ, und 4. einer Diffusionsschicht, die in dem Siliziumplättchen im Anschluß an den Bereich aus rekristallisiertem Silizium gebildet ist, d. h.. also einem Bereich vom p-Typ mit gestaffelter Verteilung der Elektronenfängereigenschaften. Der rekristallisierte Bereich und die Diffusionsschicht werden durch das Erhitzen der Kombination aus dem Siliziumplättchen und dem Legierungstropfen gebildet.

Ein Siliziumhalbleiter vom p-Typ eignet sich gerade

für die Herstellung einer überstellen Grenzfläche, weil in dem Silizium der Diffusionskoeffizient von Elementen der Gruppe III nach dem Periodischen System der Elemente einen höheren Wert hat als der Diffusionskoeffizient eines Metalls der Gruppe V. Das während des Legierungsdiffusionsverfahrens in das Silizium vom p-Typ hineindiffundierte Metall der * Gruppe III bildet eine gestaffelte Verteilung des Empfängers bzw. Elektronenfängers (Akzeptors). Durch das Abkühlen wird ein Rekristallisationsbereich mit homogener Donatorverteilung geschaffen, wenn die Legierungszusammensetzung den erfindungsgemäßen Anteil von Metall der Gruppe V zu Metall der Gruppe III aufweist.

Die Bildung einer übersteilen Grenzfläche ist an zwei Voraussetzungen geknüpft: 1. daß die Konzentration des Donators stärker ist als diejenige des Akzeptors in dem Rekristallisationsbereich und 2. daß die Konzentration des Akzeptors an einer Zwischenfläche zwischen dem Rekristallisationsbereich und der diffundierten Schicht höher ist als diejenige der Aus- -. gangs-Siliziummasse vom p-Typ.' Die erste Voraus- J setzung erreicht man durch die erfirdungsgemäße Regelung des anteiligen Verhältnisses von Metall der Gruppe III zu dem der Gruppe V in der Legierung und die zweite Voraussetzung dadurch^ daß man wie oben dargelegt wurde, diffundiertes Metall der Gruppe III der Ausgangssiliziummasse vom p-Typ überlagert. Es ist an sich bekannt, daß eine Änderung der Kapazität in Abhängigkeit von der angelegten Sperrspannung bei einer übersteilen Grenzfläche abhängig ist von einem bestimmten Verhältnis der Konzentration des Akzeptorausgangsproduktes zu der Akzeptorkonzentration an einer Zwischenfläche zwischen dem Bereich vom η-Typ und dem Bereich vom p-Typ, und daß sowohl die Akzeptorkonzenträtion als auch die Diffusionslänge, eine Wirkung auf die angelegte Sperrspannung haben, bei welcher das Änderungsverhältnis der Kapazität einen maximalen Wert erreicht. - ■ ■

Bei der Herstellung von Siliziumgrenzflächen, die übersteil sind, spielt die Benetzungsfähigkeit zwischen Silizium und einer Legierung eine außerordentlich J große Rolle. Im allgemeinen ist die Benetzungsfähigkeit des Siliziums geringer als diejenige des Germaniums und wird durch die Oxydation des Legierungstropfens und der Siliziumoberfläche während des Erwärmungsvorganges beeinflußt. Die Benetzungsfähigkeit betrifft in völlig unbestimmter Weise sowohl die Diffusionslänge der Verunreinigungen in den Dioden als auch die Grenzflächenbereiche, welche die elektrischen Eigenschaften der Dioden bestimmen, also insbesondere die Kapazität, das Änderungsverhältnis der Kapazität, die Durchschlagspannung und damit den Sperrstrom.

Von sekundärer Bedeutung ist die Tatsache, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierung praktisch die gleiche ist wie derjenige des Siliziums. Ein unterschiedlicher Temperaturkoeffizient kann einen Riß oder Bruch in der Nähe der Grenzfläche verursachen und den Sperrstrom in der Grenzfläche und das elektrische Grundgeräusch erhöhen, wenn die Diode sich im praktischen Betrieb befindet.

Die mechanischen Eigenschaften der Legierung sind ebenfalls von Bedeutung. Ein Metall der Gruppe V ist im allgemeinen spröde und brüchig, und sein Anteil in der Legierung muß höher sein als der Anteil von Metall der Gruppe IH. Die Gründe hierfür wurden oben bereits erwähnt. Infolgedessen ist auch eine Legierung, die nur aus Metallen der Gruppe III und V besteht, spröde und brüchig und führt zu Schwierigkeiten bei der Herstellung von Legierungstropfen einer gewünschten Größe. Die Sprödigkeit läßt sich durch das nach der Erfindung vorgeschlagene Hinzufügen von Zinn als Trägermetall, gegebenenfalls mit Zusätzen an Silber, Gold und/oder Silizium, verringern. ·.-... .:. ■ ■..,,... .

ίο Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einzelnen erläutert werden. In der

. Zeichnung ist ^; -'-·;.■

F i g 1 die Ansicht eines Querschnitts durch eine Diode mit veränderlichem Kapazitätswert nach der

Erfindung und . ■ ■■ " ■'■ ■·.··■■■·

F i g. 2 eine graphische Darstellung der charakteristischen Werte der Kapazität, des Sperrstroms und

. des Faktors Q in Abhängigkeit von der Sperrspannung. In F i g. 1 ist mit der Bezugsziffer 4 eine Diffusionsschicht bezeichnet, die man durch Erhitzen einer Kombination aus einem Siliziümplättcherf5~vöm p-Typ mit einem~LTgiettingstrc>pfen2 gemäß dem Verfahren nach der Erfindung erhält. · Ein Rekristallisationsbereich 3 entsteht durch das Legieren des Siliziumplättchens 5 mit dem Legierüngstropfen 2 während der Wärmebehandlung. Das SiIiziumplättchen 5 trägt eine Molybdänelektrode 7, die. mit Hilfe eines eutektischen Aluminium-Silizium-Lotmittels 6 befestigt ist. Eine Zuleitung 1 ist mit Hilfe eines üblichen Lötmittels 8 an die Legierung 2 angeschlossen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine ausreichende Benetzung zwischen Silizium und der Legierung mit der nach der Erfindung vorgesehenen Zusammensetzung erzielt. '.-

. Das Benetzen wird bei dem erfindungsgemäßen Unterdruck in Luft durchgeführt. Ein Erhitzen in Wasserstoff oder, in der Atmosphäre eines neutralen Gases, wie beispielsweise Argon, ergibt eine weniger

gute Benetzung. ,

	. Tabelle 1 . ..·..;;;	Rißbildung	Oberfläche der Grenzfläche
	Benetzung	+ oder —
45 ■ Ag Au Sn	' +.

+ = gut; — = mäßig _ : .':■ ■■.:' V ,Wy. ;.;_i:S .■',.:':■:.■ H— = anfänglich gut und schließlich mit der Zeit mäßig bis schlecht. , ^^ ·-■...

Überprüft man auf mikroskopischem Wege die Benetzungseigenschaften verschiedener Trägermetalle, wie Silber, Gold, Blei, Zinn und Silberblei bei konstantem Verhältnis der Gewichtsprozente nach Erwärmung einer Kombination aus Siliziumkörper und Legierungstropfen, dann ergeben sich die Resultate der vorstehenden Tabelle 1. Aus dieser Tabelle ersieht man, daß die Legierung, welche Blei als Trägermetall enthält, anfangs eine gute Benetzungsfähigkeit zeigt und später einer allmählichen Oxydation ausgesetzt ist, die eine geringe Oberflächenglätte der Grenzfläche sowie einen Bruch oder Riß in der Nähe der Grenzfläche bewirkt. Das für die Herstellung der Legierung benutzte Material einschließlich des Silbers verursacht einen Bruch in der Nähe der Grenzfläche, der sich aus den unterschiedlichen Ausdehnungs-

koeffizienten und der unterschiedlichen Härte gegenüber der Härte von Silizium ergibt. Eine Legierung aus Zinn, Aluminium und Antimon hat einen Schmelzpunkt, der je nach der Zusammensetzung zwischen 300 und 450⁰G liegt. Dje Legierung ist gegen Oxydation sehr widerstandsfähig, wobei festzustellen ist, daß die Oxydation direkt proportional der Benetzungsfähigkeit ist. : ■ -

Die erfindungsgemäße Anwesenheit kleiner Mengen

' Gold, Silber oder Silizium in der Legierung aus Zinn, Antimon und Aluminium führt zu einer besseren Benetzungsfähigkeit und zu günstigeren elektrischen Werten. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, 1 bis 10 Gewichtsprozent von mindestens einem der Metalle ν Gold, Silber oder Silizium zuzufügen.

Von größter Wichtigkeit ist es, ein sehr großes Verhältnis für die Kapazitätsänderung zu bekommen, wenn die Diode zur automatischen Abstimmung von Sprechfunkwellen (Radiowellen), insbesondere im Niederfrequenzbereich benutzt werden soll. Soll beispielsweise der gesamte Frequenzbereich von Raumwellen .erfaßt werden, dann muß,das Änderungsverliältnis der Kapazität folgender Gleichung genügen:

4~

fn

J min

^ 9,4. (1)

In

fmaz

fmin

dieser Gleichung ist:

= der Maximalwert der Kapazität in Picofarad, der bei der kleinstzulässigen Spannung auftritt, ■ - ■

= der Mindestwert der Kapazität in Picofarad, der bei der höchstzulässigen Spannung in Erscheinung tritt,

' ■= die Streukapazität in Picofarad,.
= die maximale Hörfrequenz in Schwingungen

je Sekunde und

■ = die minimale^rHörfrequenz in Schwingungen pro Sekunde.

Ein Änderungsverhältnis des Kapazitätswertes größer als 9,4 erreicht man mit der neuen Diode mit übersteiler Grenzfläche bei einer angelegten Spannung, die kleiner ist als 10 Volt, während dieses Verhältnis bei dieser Diode bei 90 Volt Nennspannung und bei einer gestaffelten Grenzfläche bei Spannungen von mehr als 90 Volt erreicht wird.

Ein automatisch arbeitendes Abstimmgerät erfordert auch eine Diode mit einem hohen Gütefaktor Q und einer hohen Durchschlagsspannung. Ein hoher Gütefaktor bei einer Mittelwelle und eine höhere Frequenz erfordert eine Verringerung des Serienwiderstandes der Diode, d. h. einen niedrigen spezifischen Widerstand des Siliziums (bzw. eine Erhöhung der Konzentration in dem ursprünglichen Akzeptor der Siliziummasse), während eine hohe Durchschlagsspannung einen hohen spezifischen Widerstand des Siliziums (entsprechend einer Verringerung ihrer Konzentration) voraussetzt. Aus der einschlägigen Literatur ist es bekannt, daß die Änderung der Kapazität in Abhängigkeit von der angelegten Sperrspannung bei einer überstellen Grenzfläche abhängig ist von dem Verhältnis der Akzcptorkonzen-Iration bei der Ausgangssili/iummasse vom p-Typ zu der Akzcplorkonzcnlraiion an der Zwischcnfiächc /.wischen den Bereichen vom η-Typ und vom p-Typ, und sie nimmt mit der Zunahme der Konzentration von Aluminiuni in der Legierung und damit in äquivalenter Weise mit dem spezifischen Widerstand des Siliziums vom p-Typ zu.

Silizium mit niedrigem spezifischem Widerstand eignet sich für übersteile Grenzflächen mit hoher Konzentration des Akzeptors an der Zwischenfläche zwischen n- und p-Bereichen; man erhält es durch Vergrößerung des Aluminiumgehaltes in der Legierung. Die Vergrößerung des Aluminiumgehaltes erfordert eine. Erhöhung des Gehaltes an Antimon, was notwendigerweise eine Verringerung des Gehaltes an Zinn zur Folge hat. Die Verringerung des Gehaltes an Zinn verursacht die Sprödigkeit des Legierungsmaterials. Eine möglichst kleine Menge von Zinn ist also zur Erzielung der obenerwähnten Resultate von Bedeutung.

Die Erfindung hat zu der Erkenntnis geführt, daß eine Legierung mit einem Gewichtsverhältnis von Zinn zu Antimon, das kleiner ist als 4,6, wegen der außerordentlich großen Sprödigkeit sehr schwer in die Form von Tropfen oder Punkten zu bringen ist. Eine Erhöhung des Gehaltes an Zinn führt zu einer weichen Legierung, die sehr leicht zu Tropfen hergestelltwerden kann, führt abec_axich zu erheblichen Schwierigkeiten der Regelung eines geringen Oehaltes an Aluminium. Leicht ist es dagegen, die kleine Menge vom Aluminium in einer Legierung mit einem Gewichtsverhältnis von 300 bis 800: 1 des Zinns zu Aluminium zu beherrschen.

Bei dem Diffusionsverfahren schmilzt der Legierungstropfen an dem Siliziumplättchen und dringt etwas in das Silizium ein, während das Aluminium von dem durchdrungenen Teil aus in das Siliziumplättchen hineindiffundiert. Eine hohe Diffusionstemperatur tritt daher immer in Verbindung mit einem hohen Diffusionskoeffizienten des Aluminiums in Erscheinung, woraus sich eine Zunahme der Akzeptorkonzentration an der Zwischenfläche der Bereiche vom n-Typ und vom p-Typ ergibt. Die Diffusionslänge des Aluminiums ist gegeben durch die Diffusionszeit und den Diffusionskoeffizienten. Eine Diffusion bei hoher Temperatur erschwert die Regelung der Diffusionslänge, weil ein großer Diffusionskoeffizient eine kurze Diffusionszeit erfordert. Infolgedessen ist der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Temperaturbereich von 900 bis 1100°C besonders vorteilhaft.

Wird der Legierungs-Diffusiorisvorgang bei reduziertem Druck und bei hoher Temperatur vorgenommen, dann bewirkt die "Verdampfung des Antimons außerdem noch eine Abnahme der Konzentration von Antimon in der Nähe der Grenzfläche und verhindert gerade die Entstehung einer übersteilen Grenzfläche. Gemäß der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, daß man ein Gewichtsverhältnis von Antimon zu Aluminium wählt, das höher ist als 55, wenn man eine gute Silizium-Diode mit übersteiler Grenzfläche herstellen will. Zu diesenrZweck soll in der Legierungszusammensetzung de/ Gewichtsanteil von Zinn mindestens 4,6mal größer sein als der von Antimon, der Gewichtsanteil von Zinn weniger als das 800fache, aber mehr als das 300fache des Gewichtsanteils von Aluminium und der Gewichtsanteil von Antimon mehr als das 55fache des Gewichtsanteils von Aluminium ausmachen.

Im folgenden sollen einige praktische Beispiele für den lirfindungsgegensland gegeben werden. Da der Gewichtsanteil von Aluminium sehr viel kleiner ist als der von Zinn, ist es erforderlich, anfangs eine Muttcrlegicrung aus Zinn und Aluminium zu bereiten, um den ijcwichlsantci! von Aluminium für das sich er-

gebende Legierungsmaterial regeln zu können. Die Mutterlegierung, die aus 90 Gewichtsprozent Zinn und 10 Gewichtsprozent Aluminium besteht, wird dadurch bereitet, daß man die Bestandteile in körniger Form und in großer Reinheit miteinander mischt, erwärmt und die Mischung in einem Kohlerohr bei einer Temperatur von 500 bis 600⁰C 20 Minuten lang in Argongas erwärmt, umrührt und schließlich mit Wasser abschreckt. Um die gewünschte Mischung der endgültigen Legierung aus Zinn, Antimon und Aluminium zu bekommen, wird die erforderliche Menge von Zinn und Antimon der Mutterlegierung, auf ähnliche Weise zugeführt wie bei der Bereitung der Mutterlegierung. So kann man beispielsweise einen Legierungsblock mit einem Gewichtsverhältnis von Sn: Sb: Al = 400: 50:1 dadurch gewinnen, daß man 39,1 Gramm Zinn, 5 Gramm Antimon und 1 Gramm Mutterlegierung miteinander vermischt. Einen Legierungstropfen kann man dadurch bekommen, daß man aus der endgültigen Legierung eine Tablette ausschneidet, welche die geeignete Größe besitzt und ihr mit Hilfe "eines an sich bekannten Verfahrens Kugelform gibt. Ein Siliziumplättchen vom p-Typ mit einem spezifischen Widerstand von 20 Ohm · cm erhält man durch Läppen, Reinigen, Ätzen auf chemischem Wege und Abspulen mit deionisiertem Wasser sowie anschließendem Trocknen nach ebenfalls an sich bekanntem Verfahren. Das Benetzen nimmt man durch Erhitzen des Legierungstropfens auf dem Siliziumplättchen unter reduziertem Luftdruck von 3 · 10^⁴mm Hg bei 600⁰C für die Dauer von 20 Minuten vor. Hierauf wird eine kombinierte Anordnung von Tropfen und Siliziumplättchen in Wasserstoff auf 1000⁰C erwärmt und für die Dauer von 15 bis 30 Minuien auf dieser Temperatur gehalten, um die übersteilen Grenzflächen entstehen zu lassen. Hierauf stellt man eine Diode mit veränderlicher Kapazität mit Hilfe von Elektrodenanschlüssen auf irgendeine an sich bekannte Weise her.

.. Besitzt ein Legierungstropfen eine Zusammensetzung mit dem Gewichtsverhältnis Sn: Sb: Al = 400:50:1, dann entsteht durch die Kombination des Legierungstropfens von 1 mm Durchmesser mit einem Siliziumplättchen von 100 μ Dicke eine Diode mit übersteiler Grenzfläche, deren Kapazität 200 Picofarad bei einer Sperrspannung von 1 Volt beträgt und 9 Picofarad bei einer Sperrspannung von 10 Volt.
F i g. 2 zeigt in einem Kurvenbild Beispiele für

ίο

charakteristische Werte der Kapazität, des Sperrstromes und des Gütefaktors g in Abhängigkeit von der Sperr-Vorspannung. Ein Änderungsverhältnis, wie es durch die obige Gleichung (1) gegeben ist, beträgt ungefähr 11 für die obengenannte Kombination, wenn eine Streukapazität von ungefähr 10 Picofarad vorhanden ist. 1000 Dioden dieser Art zeigen Sperrströme, die kleiner sind als !Mikroampere, und 90% dar Dioden weisen einen Sperrstrom auf, der kleiner ist als 0,2 Mikroampere bei . einer angelegten Sperrspannung von 40 Volt. Die charakteristischen Eigenschaften der Benetzbarkeit erreicht man bei mehr als 99% der hergestellten Dioden. '

Besteht bei einem Legierungstropfen das Gewichtsverhältnis Sn : Sb: Al = 450: 60: 1, dann zeigen Siliziumdioden aus einer Kombination dieses Legierungstropfens von 1 mm Durchmesser mit einem Siliziumplättchen von 100 μ Dicke Sperrströme von weniger als 1,4 Mikroampere, und 84% dieser Dioden weisen Sperrströme von weniger als 0,2 Mikroampere bei 10 Volt auf, während mehr als 97% der-Dioden die gewünschten__Eig_enschaften der Benetzbarkeit zeigen.'

Siliziumdioden mit übersteiler Grenzfläche, welche die Bedingungen der Gleichung (1) erfüllen, werden dadurch fabrikatorisch hergestellt, daß man Siliziumplättchen mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen und Legierungstropfen in den verschiedenartigsten Zusammensetzungen auf ähnliche Weise zusammengefügt wie es bei dem obigen Beispiel geschehen ist.

Die Tabelle 2 zeigt die tatsächlichen Verhältnisse bei einer Diode mit einem Änderungsverhältnis der Kapazität, welches größer ist als 9,4, und einem Sperrstrom, der kleiner ist als 0,2 Mikroampere bei 10 Volt angelegter Sperrspannung.

Die Tabelle 3 zeigt die Ausbeute einer Diode mit einem Gütefaktor Q von 40 bei 500 kHz und 200 Picofarad. ■■;..·

Die Tabellen 2 und 3 sind so zu verstehen, daß Siliziumdioden für automatische Abstimmelemente für Mittelwellen in großer Anzahl durch die Kombination von Silizium vom p-Typ mit einem elektrischen Widerstand von 7 bis 30 Ohm · cm und einer Legierung bestehen, die praktisch eine Mischung mit einem Mischungsverhältnis Sn: Sb: Al = 300 bis 800: 25 bis 65:1 ist, wobei die Streukapazität kleiner ist als 10 Picofarad.

	3	Tabelle	5	7 I 10	0	2 r	20	,9,4) im · cm	30	35	Sperr strom «0,2μΑ bei 10 V)
Gewichts verhältnis der Bestand teile		Änderungsverhältnis der Kapazi Spezifischer Widerstand von SiIi:			0		+	25	+ 4-	4-4-4-
Sn: Sb: Al		. ,_	—	—	. /C^ + lOpF .	4-	4-4-	4-4-	4-4-4-	0
300:25:1		.		4-	\ Cmi„ + 10pF '- rium vom p-Typ in Ol	4-	4-4-	4—1_	4 f-4-	0 oder —
280:25:1	;	—	0 oder +	4-	15	4-	4-	4-4-	4-4-4-	0
300: 20:1		—	0 oder +	4-	... +	4-	4-4-	4—(-	4-4—l·	0 oder 4-
300: 65:1	■ ,	—	0 oder +	0 oder —	. + ■■■·■	4-	4-4-	4-4-	4-4-4-	—
280:65:1			■' ■	0 oder —	0 oder 4-	,4.	4.4-	4-4-	4-4-	—
300:70:1	■		■	0 oder —	+	4-	4.	4—\-	4-4-	4-
800: 25 :1	;			0 oder —	4-	4-	4-	4-4.	4-4-
830:25:1		.		—	4-	4-	4.	4-	4-4-	4-4-
800: 20: 1 *	—:—	-.:	—. _i.	0 oder —	0 oder 4-	^■	4.	4-	4-'	4-4.
8(X): 65: 1	'—■--'-	;	.	0 oder 4-	0	4-			4-4-
830: 65:1 ·		0 oder 4-		4-			+ 4-
800: 70: 1		0 oder 4-
	0
	0

*) Gehören nicht'zum Gegenstand der Erfindung.

309614/460

In den Tabellen 2 und 3 bedeutet:

+ + + = 90⁰/₀ und mehr
. ++ = 80 bis 9O°/o
+ = 70 bis 80%

10

- = 60 bis 70 »A,

— = 50 bis 60% '

— = 50% und weniger
0 = über + und —

	3	Tabelle 3	5	7	10	20	20	25	•cm	.... ........ ·::.
Gewichts verhältnis	+ +		+ + ■	+ +	++	+ +	+ +. ■ ·	'+ ■" '
der Bestand	+ +■		+ +	+ +	+ +	+ +	+ + ■	■+ + ■·■		■ .... ' .'...1..I1.' ...
teile Sn: Sb: Al	+ +	Gütefaktor, Q § 40 (bei 200 pF, 500 kHz/s '-"■>.	+ +■	+ + .	+ +	+ +	+ +	+ +■	. +	'■;... .,,'35' ;':
300:25:1	+ +	Spezifischer Widerstand von Silizium vom p-Typ in Ohm	+ +	+ +	-|—1_	+ +	-j—\-	-|—1_.	·.- +
280:25:1	+ +	+ +	+ + ■	.+ +	+ +	■■■■: + +■	++ ■	+
300:20:1*	+ +	+ +	+ +	+ +	' + +	+ +	■ +	: .+ ' ·■:■	+ oderO
300:65:1	+ +	+ +	+ +	++	+	0 oder.+	0	■■' +■"■ '■■■	0 '
280:65:1*	+ +	+ +	■+■+	+ +	0	0 oder +	0	Ooder —
300:70:1*	- + +	'+ +		+ +	+	+	_ + ■·	0	, < ■;_.■■: :■■■
800:25:1	-^- +		+ +	+ +		· +		■ ■.· —	' ■ ·:— . - ·'.
830:25:1	+ +	+ +	+ +	+ +	+	0 oder +	+	*0 oder —	·■ .·'■ ■-^-■—■.■■·
800:20:1'	+ +	. + + ·	+ + ·	■ ++.;	++	+	+	0	-. ~-~2Z" ;.
800:65:1			. ■;—' ..-■	. —... .■■.
830: 65:1			... —
800:70:1*

♦) Gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Legierung für das Aufbringen in Form eines Legierungstropfens auf das Siliziumplättchen einer Siliziumdiode mit übersteiler Grenzfläche, bestehend aus Zinn, Antimon und Aluminium in einem Gewichtsverhältnis von Sn: Sb: Al = 300 bis 800: 25 bis 65:1.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich noch 1 bis 10 Gewichtsprozent art mindestens einem der Metalle Gold, Silber, Silizium enthält.

3. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumdiode mit übersteiler Grenzfläche, die ein Siliziumplättchen und einen Legierungstropfen enthält, der über eine dazwischenliegende Diffusionsschicht an dieses anlegiert ist, wobei das Siliziumplättchen aus Silizium vom p-Typ mit einem spezifischen Widerstand von 7 bis 30 Ohm-cm besteht und die besagte Legierung nach Anspruch 1 aus Zinn, Antimon und Aluminium besteht in einem Gewichtsverhältnis Sn: Sb: Al von 300 bis 800:25 bis 65:1, dadurch gekennzeichnet, daß das darüberliegende Silizium bei 10~⁴ bis 10~⁶ mm Hg Luftdruck auf 400 bis 850⁰C erhitzt wird, bis der Legierungstropfen das Siliziumplättchen benetzt, und danach die vorliegende Kombination aus Legierungstropfen und Plättchen in einer nichtoxydierenden Atmosphäre auf 900 bis 1100⁰C erhitzt wird, bis das Aluminium aus dem Tropfen in das Siliziumplättchen unter Bildung einer dazwischenliegenden Diffusionsschicht hineindiffundiert, und schließlich das erhaltene Produkt auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen