DE1539969C - Diode mit veränderlicher Kapazität - Google Patents

Description

Eine Diode mit veränderlicher. Kapazität nützt die Tatsache aus, daß die Dicke der Sperrschicht eines p-n-Ubergangs eines Halbleiters durch die an den Übergang gelegte Spannung bestimmt wird, und deshalb wird die darin erzeugte Kapazität des Übergangs durch die Spannung bestimmt. Dies geschieht folgendermaßen: Wird eine Spannung an den übergang gelegt, so bewegen sich die Ladungsträger in der Ubergangsfläche in Richtung des elektrischen Feldes und erzeugen hier die Räumladungsverteilung. Wenn das Potential dieser Raumladung die angelegte Spannung gerade ausgleicht, hört die Trägerbewegung auf, und damit ist die Dicke der Sperrschicht gegeben. Ist daher die Fremdstoffverteilung in dem übergang und den benachbarten Zonen gegeben, so ist der Zusammenhang zwischen der angelegten Spannung und der Dicke der Sperrschicht eindeutig bestimmt.

Außerdem hängt die Kapazität C des Übergangs folgendermaßen mit der Dicke der Sperrschicht zusammen:

Cj =

AK

Stoffelement oder seine Verbindung enthält, und das Ganze wird auf eine konstante Temperatur erhitzt. Die Fremdstoffe diffundieren von der Oberfläche des Halbleiters in sein Inneres mit einem zum Verlauf der Fremdstoffdichte proportionalen Fluß. Bekanntlich ist die Verteilung zu einem Zeitpunkt in folgender Weise gegeben:

N_serfc

A = Ubergangsfläche.

K = Dielektrizitätskonstante des Halbleiters.

W = Dicke der Sperrschicht.

Daher wird die Abhängigkeit von Kapazität und Spannung ebenfalls eindeutig durch die Fremdstoffverteilung bestimmt. Das bedeutet, daß man eine Diode mit veränderlicher Kapazität mit beliebiger Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie erhalten kann, indem man die geeignete Fremdstoffverteilung herstellt.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung des p-n-Ubergangs und der Fremdstoffverteilung sind folgende:

(i) Legierungsverfahren, (ii) Diffusionsverfahren.

Andere Methoden sind das Epitaxialverfahren, das Wachstumsverfahren und das Wachstums-Diffusionsverfahren, aber ihre Verteilungen stimmen jeweils mit einem der beiden obigen Verfahren überein. Bei dem Legierungsverfahren wird ein Fremdstoff oder ein Legierungsmaterial, das den Fremdstoff enthält, auf eine Halbleitertablette gelegt und die Temperatur erhöht. Das Legierungsmaterial schmilzt dann, und der Halbleiter, welcher der Basiskörper ist, schmilzt in das Legierungsmaterial. Sobald der Sättigungszustand erreicht ist, hört das Einschmelzen auf. Beim Abkühlen fällt der Halbleiter aus und wächst als Einkristall auf dem Basiskörper. Dabei werden die Fremdstoffe in den rekristallisierten Kristall als feste Lösung entsprechend dem Trennkoeffizienten zu diesem Zeitpunkt eingeschlossen. Daher besitzt diese rekristallisierte Schicht einen Leitungscharakter, der von den Fremdstoffen in der festen Lösung bestimmt wird, und außerdem wird die Fremdstoffverteilung in der rekristallisierten Schicht nahezu konstant. Insbesondere wird bei einem übergang dieser Art diejenige Fläche zur Ubergangsfläche, die beim Erreichen der Sättigung zwischen der flüssigen und der festen Phase liegt, und es besteht auf beiden Seiten der Grenzfläche eine gleichförmige Dichteverteilung. Dies wird steiler übergang genannt. Die in F i g. 1 dargestellte Verteilung 1 entspricht diesem Fall. Beim Diffusionsverfahren wird z. B. ein Halbleiter-Basiskörper in eine Atmosphäre gebracht, die ein Fremd- wobei N_s die Diffusionsoberflächendichte, D der Diffusionskoeffizient und t die Diffusionszeit sind. Werden .die Fremdstoffdichte in . der Atmosphäre und entsprechend die Fremdstoffdichte auf der Diffusionsoberfläche oder die Temperatur oder die Zeit verändert,- so ändern sich N_s, D und t, aber die Verteilungsfunktion bleibt unverändert. Insbesondere kann also mit dem bekannten Verfahren der Hinzufügung der Fremdstoffe nur eine der gleichförmigen Dichteverteilungen nach (i) und die Dichteverteilung nach (2) realisiert werden. Beim Verfahren (ii) erhält man den in Fig. 1 dargestellten übergang geneigter Art 2, wenn ein Basiskörper benutzt wird, dessen Leitungsart entgegengesetzt zu der Leitungsart der zu diffundierenden Fremdstoffe ist. Diffundiert man in einen Basiskörper derselben Leitungsart wie die der Verunreinigungen und werden danach Verunreinigungen der anderen Leitungsart eindiffundiert oder legiert, erhält man die Kurve 3 in F i g. 1.

Dies ist eine übersteile Form.

Verwendet man irgendein anderes Verfahren, so erhält man eine der obigen drei Arten. F i g. 2 und 3 zeigen deren C-V-Kennlinien. In Fig. 2 stellt die Linie 1 den steilen Fall und die Linie 2 den geneigten Fall dar. Soweit Verteilungen dieser Art verwendet werden, werden nur solche Abänderungen erzeugt. F i g. 3 zeigt den übersteilen (hyperabrupten) übergang, bei dem die Verteilung

erfc

folgt. Soweit das bekannte Diffusionsverfahren verwendet wird, ist die Verteilung auf diese Art beschränkt. In diesen Fällen wird die gesamte Verteilungsart vom Verhältnis der Diffusionsoberflächendichte und der Dichte des Halbleiter-Basiskörpers bestimmt. In F i g. 3 ist 6, das Verhältnis der Dotierungskonzentration im Halbleiterkörper vor der Diffusion zur Dotierungskonzentration an der HaIblederoberfläche nach der Diffusion, der Parameter, und offensichtlich nimmt die Kurve die Form einer Funktion von äußerst hohem Grad an (unendlich im algebraischen Ausdruck), und die C-K-Kenn-, linie wird kompliziert. Wie oben beschrieben, ist es mit bekannten Herstellungsverfahren unmöglich, andere als ganz bestimmte Fremdstoffverteilungen herzustellen, und deshalb können nur die oben beschriebenen C-F-Kennlinien realisiert werden.
Andererseits werden Dioden mit veränderlicher Kapazität zusammen mit Transistoren auf sehr weiten Gebieten entsprechend dem Bestreben verwendet, nachrichtechnische und elektronische Geräte in der Festkörper-Elektronik-Bauweise herzustellen, wobei Halbleiterelemente an Stelle von Röhren zu dem Zweck verwendet werden, Geräte zuverlässiger, wirtschaftlicher und mit kleineren Abmessungen herzustellen. Dioden der besonderen, obenerwähnten Arten, können auch in einigen Geräten verwendet werden,

aber im praktischen Gebrauch der Dioden werden entsprechend dem Zweck ihrer Verwendung bestimmte C-F-Kennlinien gefordert. Zum Beispiel werden entsprechend dem Ansteigen des Nachrichtenumfangs Breitband-Frequenzmodulatoren gefordert. Diese werden durch den transistorisierten Oszillator möglich gemacht, indem die Diode mit veränderlicher Kapazität im L-C-Resonanzkreis oder anderen Einrichtungen verwendet wird. Um der Breitband-Kennlinie zu genügen, wird aber folgende Beziehung von der C-F-Kennlinie gefordert. Ubergangskapazität C und Spannung F verhalten sich bei kleinen Signalspannungen in folgender Weise zueinander:

(V + const.).

Bei großen Amplituden ergibt sich ihre Abhängigkeit experimentell zu

YC ~ (const. - V),

und weiter gilt für die Schwingung eines i?C-Oszil-Iators

— ~ (V + const.).

Weiterhin erfordert ein Frequenzvervielfacher für maximalen Wirkungsgrad eine Art, die mit bekannten Verfahren nicht realisiert werden kann. Wie oben beschrieben, können also in den meisten Fällen die für den Verwendungszweck der Dioden erforderlichen C-F-Kennlinien nicht mit den bekannten Herstellungsverfahren realisiert werden.

Wie oben beschrieben, erfordern alle praktisch benötigten C-F-Kennlinien im Bereich hoher Ubergangsspannungen eine größere Kapazitätsänderung als bei der steilen Art, und sie gehören alle zur übersteilen Art des Übergangs (ein Übergang mit einer Dichteverteilung, bei der mit der Entfernung von dem übergang die Dichte abnimmt). Deshalb liegen von den C-F-Kennlinien, die man durch bekannte Verfahren erhält, die in F i g. 3 gezeigten Kennlinien den praktisch erforderlichen Kennlinien verhältnismäßig näher. Nun wird eine zusätzliche Erläuterung gegeben, damit der Unterschied zwischen den Kennlinien, die man durch bekannte Verfahren erhält, und den tatsächlich erforderlichen Kennlinien besser verstanden wird.

Zuerst haben die meisten der praktisch erforderlichen C-F-Kennlinien, wie aus den Ausdrücken (3), (4) und (5) ersichtlich ist, einfache Formen, die durch algebraische Funktionsarten von niedrigen, höchstens von einigen Graden ausgedrückt werden können. Jedoch wird die Fremdstoffverteilung im Fall der in F i g. 3 gezeigten Kennlinie durch

Γ ^X

erfc —=-

ausgedrückt, so daß die C-F-Kennlinie auch eine transzendente Funktion von äußerst hohem Grad (von unendlich hohem Grad) ist, und zwar einschließlich der Funktionen der obigen Art, und deshalb sind die Abänderungen kompliziert, und sehr große Änderungen treten auf bestimmten Gebieten auf. Obwohl es also teilweise möglich ist, die erforderlichen Kennlinien anzunähern, ist es unmöglich, die Forderung über einen praktisch erforderlichen großen Bereich zu erfüllen. Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß es wichtig ist, Einrichtungen zu schaffen, die eine Änderung der Funktionen der Fremdstoffverteilung bringen und die insbesondere Verteilungen der Funktionsarten niedrigeren Grades erzeugen können. Es ist Zweck der Erfindung, Einrichtungen zu schaffen, die Fremdstoffverteilungen erzeugen, die den praktischen Erfordernissen wie oben beschrieben genügen und welche die bekannten Verteilungen der Diffusionsart den geforderten Verteilungen annähern, und insbesondere ein Verfahren der Zugabe von Fremdstoffen zum Zwecke der Herstellung von gebrauchsfähigen Dioden mit veränderlicher Kapazität und Dioden mit veränderlicher Kapazität selbst zu schaffen, die auf diese Weise hergestellt werden.

Es ist möglich, bestimmte Fremdstoffverteilungen durch das bekannte Diffusionsverfahren zu erzeugen, indem man mechanisch die Verteilungen dieser Art in mehreren Stufen speichert. Jedoch ist es bei diesem Verfahren notwendig, die Diffusionsstufen so genau zu steuern, daß jede von ihnen eine Dicke von einigen 10 bis 100 μΐη hat. Da eine solche Diffusion fast unmöglich ist, ist dieses Verfahren praktisch nicht zu realisieren.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Diode mit veränderlicher Kapazität unter Verwendung der Legierungsdiffusionsmethode bekannt, bei dem eine Legierung, die Indium und weniger als 10 Atomprozent Antimon enthält, bei Temperaturen bis zu 800⁰C in eine n-Germaniumscheibe legiert wird (IRE Transactions on electron devices ED-8 [1961] 5, S. 370 bis 377).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren derart abzuwandeln, daß die auf der Diffusion des Antimons beruhende Dotierungsverteilung geändert werden kann und damit eine Kapazitäts-Spannungskennlinie erhalten wird, bei welcher der Bereich sehr groß ist, der durch eine algebraische Funktion mit niedrigerer Ordnungszahl dargestellt werden kann. Erfindungsgemäß ist hierfür vorgesehen, daß eine Legierung verwendet wird, die Blei, Indium oder Blei-Indium als Trägermetall, Antimon als n-Fremdstoff, Gallium als p-Fremdstoff und 5 bis 50 Atomprozent Zinn enthält, und daß die Legierungsdiffusion bei einer Temperatur unter 750° C ausgeführt wird. Mittels dieses Verfahrens ist es möglich, durch das hinzugefügte Zinn die Antimon-Diffusion zu steuern.

Das Legierungsdiffusionsverfahren ergibt bei der Verwendung von Germanium eine Verteilung entsprechend F i g. 3, die den gebrauchsfähigen Kennlinien verhältnismäßig nahekommt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also ein, Fremdstoff mit großem Diffusionskoeffizienten, nämlich Antimon, und eine Legierung, die einen Stoff mit kleinem Diffisionskoeffizienten und mit großer Löslichkeit der festen Phase enthält, oder es ermöglicht, ein solches Dichteverhältnis zu realisieren, daß die Dichte in der festen Phase groß wird, wie z. B. Indium, auf den n-Germaniumbasiskörper aufgebracht, und das Ganze wird erhitzt. Genau wie im Fall des oben beschriebenen Legierungsverfahrens wird bei einer Temperatur unter 75O⁰C nach einer bestimmten Zeit ein Gleichgewicht erreicht, und die Frontfläche der flüssigen Phase dringt nicht weiter in die feste Phase ein. Das Antimon, das einen großen

Diffusiönskoeffizienten hat, diffundiert in den Festkörper entsprechend der Dichte in der flüssigen Phase. Es ist bekannt, daß die Verteilung, die man mit dieser Diffusion erhält, genau durch die Funktion

, X

^erfc-ym

beschrieben werden kann (The Journal of the Institute of Electrical Communication Engineers of Japan, 47, S. 339, »Capacity characteristic of hyper abrupt junction by alloy diffusion method«).

Wenn die obigen Stoffe abkühlen, wächst eine rekristallisierte Schicht, und Indium und Antimon werden in der Schicht als feste Lösung eingeschlossen. Wenn die Dichte des Indiums vergrößert wird, wird die gesamte Schicht p-leitend, und auf diese Weise erhält man einen übersteilen p-n-Ubergang. Nähere Untersuchungen haben gezeigt, daß die C-F-Kennlinien, die man auf diese Weise erhält, der F i g. 3 entsprechen.

Die Erfindung wird unter Verwendung dieses Verfahrens ausgeführt und ermöglicht es, verschiedene, obengenannte C-F-Kennlinien zu realisieren, die bis jetzt nicht erhältlich waren, und ermöglicht es weiterhin, andere C-F-Kennlinien verschiedener Funktionsarten zu realisieren. Die Erfindung kann nämlich eine Diode mit veränderlicher Kapazität realisieren, die eine C-F-Kennlinie hat, die nicht

erfc

verhältnismäßig nahe der Diffusionsoberfläche beobachtet wurden. Weiterhin kann das Ausmaß der Abweichung der Verteilung von der komplementären Fehlerfunktion erfc über einen weiten Bereich durch die Dichte des Zinns gesteuert werden. Insgesamt kommt die so erhaltene Verteilung einer Verteilung nahe, die durch einen algebraischen Ausdruck niedrigen Grades ausgedrückt werden kann. Wie oben beschrieben, ist die C-F-Kennlinie eindeutig festgelegt, wenn die Fremdstoffverteilung gegegeben ist. Tatsächliche genaue Messungen einer Fremdstoffverteilung sind sehr schwierig, so daß die C-F-Kennlinie als Index der Fremdstoffverteilung verwendet werden kann. Wird das bekannte Legierungsdiffusionsverfahren oder Diffusionsverfahren verwendet, so ist die Fremdstoffverteilung von der Art der Funktion erfc, und ihre C-F-Kennlinie nimmt die Form der F i g. 3 an. Diese Art wird nur durch δ bestimmt und der Wert

d log C

.fit

folgt und darüber hinaus durch eine algebraische Funktion von niedrigem Grad ausgedrückt werden kann, die einen äußerst großen Betriebsbereich besitzt und die bis heute nicht erhältlich war, indem in η-Germanium ein Legierungsmaterial diffundiert wird, Blei, Indium oder eine Mischung von Blei und Indium als Ladungsträger, Antimon als n-Fremdstoff, d. h. als Diffusionsstoff, Gallium als p-Fremdstoff und Zinn enthält.

Die Erfindung wird nun im einzelnen beschrieben.

Wenn eine Legierung mit einer Kombination von Bestandteilen wie im Fall der Erfindung auf Germanium diffundiert wird, kann man annehmen, daß das Antimon nach einem Mechanismus diffundiert, der von dem bisher bekannten Diffusionsgesetz verschieden ist. Die Einzelheiten dieses Mechanismus sind bisher noch nicht klar, aber sie können aus den verschiedenen untengenannten Eigenschaften vermutet werden. Nachfolgend wird ein Beispiel für den Fall, daß die Diffusionsverteilung nicht dem Ausdruck (2) folgt, angegeben: Es ist bekannt, daß die Verteilung nahe der Diffusionsoberfläche ein wenig verschieden von dem Ausdruck (2) ist, wenn man Phosphor mit einer Oberflächendichte über IQi¹⁰IcC auf Silizium diffundiert. Aber die Erscheinung, die man bei der Erfindung erhält, ist in den folgenden Punkten vollkommen verschieden von der Wirkung dieser Art. Gemäß der Erfindung wird nämlich die Art der Verteilungsfunktion des Antimon geändert, weil Zinn beigemischt wird, welches in Germanium neutral ist und überhaupt nicht als n- oder p-Fremdstoff wirkt. Darüber hinaus ist die Diffusionsoberflächendichte des Antimon äußerst niedrig bis zum Wert von unter 10¹⁸ZcC. Außerdem kann sich bei der Erfindung die Änderung bis zu einer beträchtlichen Tiefe ausdehnen, obwohl bei dem obenerwähnten Beispiel mit Silizium die Änderungen nur an Stellen der eindeutig durch δ bestimmt wird, ist die maximale Steigung, die man erhält, wenn man log C gegen log F aufträgt. Wird eine Fremdstoffverteilung verschieden von der Funktion erfc, sollte der Wert n_max verschieden vom Wert der F i g. 3 werden, wenn <5 derselbe Wert ist. Wenn es möglich ist, <5 konstant zu machen, ist es ebenfalls möglich, n^x zu verwenden, um das Ausmaß des genannten Unterschiedes anzugeben. Durch die Erfindung wird bestätigt, daß die Diffusionsoberflächendichte kaum von der Dichte des Zinns beeinflußt wird, so daß es möglich ist, 6 konstant zu halten, wenn die Fremdstoffdichte des Halbleiterbasiskörpers konstant gehalten wird. F i g. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Dichte von Zinn und n_max, den man durch das Experiment erhält, wenn δ in der obengenannten Weise konstant gehalten wird und die Zeit- und Temperaturbedingungen ebenfalls konstant gehalten werden. Das beim Beispiel der F i g. 4 verwendete Germanium hat einen spezifischen Widerstand von 7 Ohm · cm und ist n-leitfähig, und die Dichte des Antimon beträgt 0,5 Atomprozent. Man sieht, daß entsprechend der Erhöhung der Zinnkonzentration durch Beimischen von Zinn n_max niedriger wird und die Art der algebraischen Funktion -sich zu niedrigerem Grad hin ändert. F i g. 5 zeigt ein Beispiel der C-F-Kennlinie und entspricht einem Material, das 40% Zinn enthält. Kurve 1 ist die C-F-Kennlinie einer Diode, der Zinn beigemischt ist, während die Kurve 2 die C-F-Kennlinie eine Diode darstellt, die kein Zinn enthält und sich mit F i g. 3 deckt. Da die Flächen der beiden Dioden gleichgemacht werden, zeigt die Tatsache, daß die Kapazitäten bei niedrigeren Spannungen gleich sind, daß die Diffusionsoberflächendichte nicht durch das Zinn verändert wird. Die Tatsache, daß die Kapazitäten bei höherer Spannung fast gleich sind, zeigt, daß die Werte δ gleich sind. Der Betrag der Kapazitätsänderung wird durch δ bestimmt, und die Empfindlichkeit der Kapazitätsänderung kann durch eine Änderung der Temperatur und der Diffusionszeit gesteuert werden. Wie oben beschrieben, kann die Funktionsart der C-F-Kennlinie bestimmt werden, indem man einen geeigneten Wert der Zinndichte wählt. Jedoch ist eine theoretische Planung im Augenblick unmöglich, da es schwierig ist, tatsächlich die Verteilung des Antimon zu messen, und außerdem

der Mechanismus nicht klar ist', weshalb alles durch das Experiment bestimmt werden muß, was aber für die praktischen Zwecke genügt.

Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Zuerst wird das Legierungsmaterial wie folgt hergestellt. Blei wird als Hauptkomponente der Legierung genommen, und die anderen Komponenten werden geschätzt, so daß 40 Atomprozent Zinn, 1% Gallium und 0,5% Antimon enthalten sein können. Das Ganze wird in einem Quarzschmelztiegel oder einem ähnlichen Gefäß in einer Schutzgasatmosphäre, wie z.B. Argon oder Stickstoff, auf 400⁰C erhitzt und geschmolzen. Es wird gut durchmischt und in ein Quarzgefäß od. dgl. ausgegossen und gekühlt. Als nächstes wird dieser Block gewalzt und zu einer Tablette der Größe verformt, die dem gewünschten Gewicht entspricht. Falls nötig, wird diese Tablette kugelförmig gemacht, indem man sie auf ungefähr 500⁰C in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt. Ein Stück η-Germanium mit einem spezifischen Widerstand von 7 Ohm · cm und einer Größe von 0,05 χ 2 χ 2 mm² wird in einer Mischung von Flußsäure und Salpetersäure behandelt und in eine Halterung aus Graphit und nichtrostendem Stahl gelegt. Dann wird die Tablette aus dem Legierungsmaterial auf das Germanium gelegt, und das Ganze wird in einen Ofen mit Wasserstoffatmosphäre gebracht und erhitzt.

Gemäß F i g. 6 sind 1 die Halterung, 2 das Legierungskügelchen und 3 die Germaniumtablette. Das Legierungskügelchen schmilzt bei einer Temperatur von ungefähr 350⁰C, und wenn die Temperatur weiter angehoben wird, löst sich das Germanium 1 im geschmolzenen Legierungsmaterial, und die Front der flüssigen Phase dringt in das Germanium ein, wie in F i g. 7 gezeigt. Wird die Temperatur konstant bei einem bestimmten Wert gehalten, so ist das Germanium in der geschmolzenen Legierung gesättigt, und die Front der flüssigen Phase dringt nicht weiter ein. Das Antimon, das einen großen Diffusionskoeffizienten hat, diffundiert in das Innere von dieser Fläche aus, aber wie oben beschrieben, diffundiert das Antimon nicht einfach mit einem Fluß, der proportional zu seinem Dichteverlauf ist, sondern es diffundiert durch Wechselwirkung mit dem Zinn. Deshalb wird seine Verteilungsart eine besondere Verteilung, die nicht der Funktion

. χ

^erfc~m

folgt. Bei dieser Ausführungsform wird die Diffusion 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 650⁰C ausgeführt. Als nächstes wird das Material gekühlt, und das Germanium fällt aus der flüssigen Phase aus und bildet eine rekristallisierte Schicht 3 (s. F i g. 7). Die Fremdstoffe sind in der rekristallisierten Schicht als feste Lösung entsprechend der Dichte in der flüssigen Phase und dem Wert des Trennkoeffizienten eingeschlossen. Hier dominiert Gallium, und die rekristallisierte Schicht wird p-leitend. Wird die Temperatur weiter unter 350⁰C erniedrigt, verfestigt sich das gesamte Material, und die Legierungsdiffusion ist vollendet.

In den Teilen 4 und 3 in F i g. 7 ist auch etwas Zinn eingeschlossen, aber da es neutral ist, trägt es nicht zur η-Leitung oder p-Leitung bei.

An der fertigen Einrichtung wird ein Bleidraht befestigt, und danach werden nach bekannten Verfahren Ätzen und Oberflächenbehandlung durchgeführt. F i g. 8 zeigt ein Beispiel der Kennlinie dieser Diode. Kurve 1 zeigt die Kennlinie der Einrichtung dieser Ausführungsform. Durch diese Ausführungsformen kann die durch den Ausdruck (3) angegebene Kennlinie über einen sehr weiten Bereich erhalten werden. Kurve 2, die zum Vergleich gezeigt wird, ist die Kennlinie einer Diode, die nach dem bekannten Diffusionsverfahren hergestellt wurde und kein Zinn enthält. Bei dieser Diode sind alle Bedingungen so gewählt, daß sie möglichst geeignet sind, ihre Kennlinie dem Ausdruck (3) anzunähern. Der spezifische Bereich in der letzteren Diode beträgt weniger als die Hälfte des Bereiches der Vorrichtung, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde.

F i g. 9 wird ebenfalls zum Vergleich gezeigt. Kurve 1 zeigt ein Beispiel der steilen Ubergangsart, und Kurve 2 zeigt ein Beispiel der bekannten übersteilen Ubergangsart. Es ist ersichtlich, wie wirkungsvoll die Erfindung ist.

Bei Kennlinien dieser Art erhält man die optimalen Bedingungen, indem man den Anteil des Zinns auf einem Wert zwischen 20 und 50% hält, wie es die Gegebenheit erfordert. F i g. 10 zeigt außerdem eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die hergestellt wurde, indem eine Legierung, die 10% Zinn enthielt, in η-Germanium mit einem spezifischen

30. Widerstand von 5 Ohm · cm 70 Minuten lang bei 68O⁰C legierungsdiffundiert wurde. Kurve 1 zeigt die Ausführungsform, die dem Ausdruck (4) entspricht. Zum Vergleich zeigen Kurven 2 und 3 die steile und die bekannte übersteile Art. Es ist offensichtlich, daß die Art der Erfindung diesen bekannten Arten überlegen ist. In diesem Fall ist 5 bis 20% Zinn der optimale Wert.

Auf ähnliche Weise ist es darüber hinaus möglich, Dioden zu realisieren, die verschiedene, andere wirkungsvolle Eigenschaften haben, wie z. B. eine Diode, bei welcher der Bereich, in dem n_max konstant ist, sehr groß ist, und eine Diode mit einer Verteilung, die dem Ausdruck (5) entspricht, indem man die Kombination der Prozentsätze von Zinn und Antimon, den spezifischen Widerstand des Germaniums, die Temperatur und die Zeit geeignet auswählt.

Bei den obigen Ausführungsformen wurde Blei als Ladungsträger verwendet, aber es ist auch möglich, Indium oder eine Legierung aus Indium und Blei als Ladungsträger zu verwenden. Das Indium ist p-leitend, und wenn es als Ladungsträger verwendet wird, sollte es möglich sein zu bewirken, daß der rekristallisierte Kristall ungefähr dieselbe p-Dichte wie das Gallium hat, von dem ungefähr 1% beigemischt wird. Wenn aber Gallium nicht und nur Indium verwendet wird, besitzt das Erzeugnis eine schlechtere Reproduzierbarkeit. Selbst wenn Indium als Ladungsträger verwendet wird, ist es vorzuziehen, Gallium ebenfalls zuzufügen. Aluminium und Bor sind ebenfalls p-leitend, aber es ist schwierig, eine Borlegierung herzustellen, und so kann es praktisch nicht verwendet werden. Mischt man allerdings Aluminium bei, so diffundiert das Antimon kaum, so daß die Legierungsdiffusion nicht stattfindet, und deshalb kann nur Gallium als p-Leiter verwendet werden.

Wismut, Arsen und Phosphor sind neben Antimon ebenfalls n-Fremdstoffe, aber Phosphor kann aus demselben Grund wie p-leitendes Bor nicht verwendet

109 543/183

werden, und Arsen diffundiert, wenn es zusammen mit Gallium oder Indium vorhanden ist, unter 750⁰C überhaupt nicht, was die wirkungsvolle Temperatur als Diode mit veränderlicher Kapazität ist. Auch hat Wismut einen äußerst kleinen Trennkoeffizienten und ist ein schwer zu behandelndes Metall, und deshalb kann nur Antimon als n-Fremdstoff verwendet werden. Wenn Antimon verwendet wird, um die wirkungsvolle C-F-Kennlinie der Diode mit veränderlicher Kapazität zu erhalten, hat die Antimondichte eine geringste obere Grenze, und sie muß kleiner als 10 Atomprozent sein. Außerdem muß die Temperatur unter 750⁰C gehalten werden. Im Prinzip ist es auch möglich, Zinn als Ladungsträger zu verwenden, aber die Kennlinie dieser Diode ist ungünstig. Durch Experimente hat sich ergeben, daß Blei, Indium oder eine Legierung von Blei und Indium als Ladungsträger am geeignetsten sind. Nebenbei bemerkt, wird bei dem bekannten Legierungsdiffusionsverfahren der Legierung etwas Zinn beigefügt, um die mechanische Beanspruchung des Materials zu erhöhen, während bei der Erfindung Zinn beigegeben wird, um dadurch die Fremdstoffverteilung zu ändern.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Diode mit veränderlicher Kapazität unter Verwendung der Legierungsdiffusionsmethode, bei dem eine Legierung, die Indium und weniger als 10 Atomprozent Antimon enthält, bei Temperaturen bis zu 800⁰C in eine n-Germaniumscheibe legiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung verwendet wird, die Blei, Indium oder Blei-Indium als Trägermetall, Antimon als n-Fremdstoff, Gallium als p-Fremdstoff und 5 bis 50 Atomprozent Zinn enthält, und daß die Legierungsdiffusion bei einer Temperatur unter 750° C ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungspastille aus etwa 40 Atomprozent Zinn, 1 Atomprozent Gallium, 0,5 Atomprozent Antimon und dem Rest Blei besteht und daß eine Legierungstemperatur von etwa 650° C für etwa 30 Minuten aufrechterhalten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen