DE1558644A1 - Kontaktstueck fuer einen Halbleiterkoerper - Google Patents
Kontaktstueck fuer einen HalbleiterkoerperInfo
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Description
- Kontaktstück für einen Halbleiterkörper Die Erfindung betrifft ein Kontaktstück für einen Halbleiterkörper, wobei Silizium eine Legierungskomponente des Halbleiters und des Kontaktstückes ist und ein Verfahren 2u seiner Herstellung. Das Kontaktatück wird insbesondere zur Kontaktierung von Halbleiterkörpern in thermoelektrischen Anordnungen, insbesondere in Thermogeneratoren, verwendet.
Kontaktstücke, die als Anschlußstück für eine elektrische Lei- tung oder beim Aufbau von thermoelektrischen Anordnungen als Teil einer Kontaktbrücke für die Thermoelementschenkel dienen, müssen möglichst den gleichen Ausdehnungskoeffizient wie das Halb- leitermaterial haben, damit bei einer Temperaturänderung den Kontaktes keine zu großen mechanischen Spannungen entstehen. Das Kontaktstück muß eine hohe Bruchfestigkeit und eine hohe Temperatur- und Temperaturwechaelbeständigkeit besitzen. Gegen- über einer aggressiven Atmosphäre muß den Kontaktstück korrosionn- beständig sein. Weiterhin darf durch die Kontaktiirung des Halb- leiterkörpers mit dem Kontaktstück keine Umdotierung erfolgen. Soll das Kontaktstück als Kontaktbrücke in eineix Theraogenerator verwendet werden, so muß en eine große elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzen, da der Wirkungsgrad eines Themogeneratotn unter anderem von diesen Größen abhängt. Für Germanium-Silizium-Halbleiterkörper als ThermoeletAsntnchenkel in einem 5hermogenerator ist es $.B. au* einer Veröffentlichung von U. Birkholz in "Physikertgguag 1965g äranxturt/Main, Vorab- druck der Fachberichte, Teubner, Stuttgart, Seite 103 bis 107" bekannt, als Kontaktbrücken hochdotiertes Silizium zu verwenden. Dieses Material ist jedoch sehr bruchempfindlich und außerdem berühren sich beim Aufschmelzen der Thermoelementschenkel auf die Kontaktbrücke in der Kontaktzone Materialien sntgegengenets- ter Dotierung. Dabei können sich die Ladungsträger in der Kontakt-. tone Kompensieren. Diese erscheint dann undotiert und erhöht den Innenwiderstand und erniedrigt den Wirkungsgrad der Baueletente - Es besteht die Aufgabe, ein Kontaktstück aus einem Material zu schaffen, das die eingangs erwähnten Forderungen erfüllt und das frei von den genannten Nachteilen ist.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Material des Kontaktstückes die allgemeine Zusammensetzung: hat, wobei 0,, 5 -,-e y < 0, 9 und 0, 05 4 x .@ 0, 35 ist und Mez und MeII ein Metall der IV., Y., YI., YII.oder vIII. Nebefgruppe mit Ausnahme von Tc ist.
- Vorzugsweise entspricht das Iriischungsverhältnis der Legierungskomponenten Met und &iell wenigstens angenähert einem eutektischen oder dystekti.schen ,Punkt des Schmelzdiagramms und das Mischungsverhältnis der Dimetall-Silizium-Legierung ist auf einen Ausdehnungskoeffizienten-abgestimmt, der wenigstens angenähert mit dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials übereinstimmt. -Das erfindungsgemäße,Kontaktatück erfüllt alle genannten Forderungen. Insbesondere besitzt es wegen seiner metallischen KomponentA eine große Härte und Bruchfestigkeit. Mischungsverhältnisse der, genannten Art sind besonders günstig. Dystektika können vorteilhaft sein, wenn das Kontaktstück einen höheren Schmelzpunkt besitzen. soll. Die Kontaktatücke@eind in besonderer Weise für Thermogeneratoren geeignet. Versuche haben ergeben, daß Thermoelementachenkel, die mit einem erfindungsgemäßen Kontaktstück kontaktiert sind, ohne weiteres bis über 100000 betrieben werden können. Da der Wirkungsgrad eines Thermogeneratora auch von der Temperatur der Wärmequelle abhängt, ist mit dem erfindungsgemäßen Kgntaktatück ein großer Wirkungsgrad erreichbar.
- In den folgenden Tabellen 1 bis 3 sind erfindungegemöße Kontaktstückmaterialien aufgeführt. Dabei ist unter (1) in den Tabellen das Halbleitermaterial angeführt, an dessen Ausdehnungskoeffizienten_der Ausdehnungskoeffizient des jeweiligen Kontaktbrückenmaterials angepaßt.ist. Zur Demonstration der Vorteile der erfindungsgemäßen Kontaktstückmaterialien ist in den Tabellen 1 bis 3 der Schmelzpunkt, der .lineare Ausdehnungskoeffizient de, die Wärmeleitfähigkeit a und eine Aussage über die elektrische@Letfähigkeit und die Oxydationsbeständigkeit enthalten, Die angegebenen Werte können um ungefähr 5 % schwanken.-Beim Ausdehnungskoeffizienten liegen die Schwankungen jedoch unter 1 @. Für die Legierung Ge093_Si097 wurde als elektrische Zeitfähigkeit ein Mittelwert angegeben, der von der Dotierung abhängt. Es ist der Tabelle 1 2u entnehmen, daß die elektrische Zeitfähigkeit der erfindungsgemäßen Materialien zum Teil erheblich besser als die der verwendeten Halbleiterkörper ist. ` Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktstückes werde die Metalle 14e1 und Me1T im entsprechenden Mischungsverhältnie zusammengeschmolzen und anschließend die Dimetall-Legierung wenigstens einmal`mit Silizium im entsprechenden Miaehungaverhältnis erschmolzen. Von der erstarrten Schmelze können Kontaktstücke der.geforderten Form mechanisch abgetrennt werden. Es kann auch die eretarrte Schmelze zerkleinert und Kontaktstücke der geforderten Form in einem Pulverpreß- und Sinterverfahren gewonnen werden. .
- Der Vorteil des geschilderten Herstellungsverfahren0 liegt in dem Erschmelzen der Dimetall-Legierung. Der Schmelzpunkt'dieser Dimetall-Legierungen ist im allgemeinen dem Schmelzpunkt des Siliziums angenähert. Diese Tatsache wird durch., die Tabelle 4 demonstriert, in der die Schmelzpunkte der in den Tabellen 1, 2 und 3 als Legierungskomponenten aufgeführten Dimetall-Zegierungen angegeben sind. Die Nummern der Beispiele in Tabelle 4 stimmen mit den Nummern der Beispiele in Tabelle 1 überein.
Tabelle 4 Schmelzpunkt Schmelzpunkt MeI Schmelzpunkt MeII C c oc (1) Si 1415 (2) T10955Mo0945 2080 1690 (Ti) 2610 (Mo) (3) zr099 Y0,1 1660 1852 (Zr) 3380 (G1) (4) Hf0t81Re0,19 1880 2222 (Rf) 3180 (Re) (5) V0951M°0,49 2000- 1857 (V) 2610 (I4o) (6) idb0t67pd0,33 1970 2497 (lib) 1550 (Fd) (7) Ta0,6 Ni 094 2000 2997 (Ta) 1452 (N 1 ) (8) Cr.,6 Mo 094 2060 1903 (Cr) 2610 (Mo) (9) 1.Z00955 T10, 45 2170 2610 (Mo) 1690 (Ti) (10) m0 09.18Iib0p22 2345 2610 (Ido) 2497 (Yb) 1) w0951 N10, 49 1800 3380 (W) 1452- (Ni) (12) Fe0 9 63M°0, 37 1540 1539 (Fe) 2610 (LIo ) { 13) Co0, 54 `s'10, 46 2080 1495 (Co) 3380 (W) 14) Ni.,.-.he 0,28 1600 1452 (Ni) 3180 (Re) (i5) Ru0,71Ta0,29 1970 2427 (Hu) 2997 (Ta) (16) RIO, U5i1o0 35 --1075 1966 (Rhl 2610 (Mo) Pa0 9 58LIo0, 4 1740 1550 (Pd) 20-10 (mo ) (18) Ir 0-96 Ti094_ 2000, 2454 (Ir) 1690 (Ti) (19) Pt0t582Ti0,418 1780 1770 (Pt) 1690 (Ti) (20) 't100, 67 Zr 0, 33 2070 2610 (1!rlo) 1852 -(Zr) ( 21) @@00' 67F, f09 33 2280 2610 (L'Io) 2222 (Hf ) (22) Cr 099 V0, 1 1765 1903 (Cr) 1857_: (V) (23) Cr 0,87Ta0,13 1700 1903 (Cr) - 2997 (Ta) (24) Co09545Cr0,455@ 1400 1495 (Co) 1903 (Cr) (.25) Co 0e54 i,100, 46 .1550 1495 (Co) 2610 (Mo) (26) Pd0'815w0,185 2175 1550 (Pd) 3380 (w) (27) V0,85 Mn 0915 1800 1857 (V) 1314 (Mn) (28) Fe0,6 He 094 1800 , 1539 (Fe) 3180 (Re) (29) Iib0,76Fe0,24 1680 2497 (Nb) 1539 (Fe) (30) Hf0,762Co0,238 1212 2222 (Hf) 1495 (Co) (31) Zr0,67Ni0,33 1200 1852 (Zr) t 1452 (Ni) ( 32) i Ko, 1 09584 - Ru #O,416 1945 2610 (Mo) 2427 (RU) (33) 1,:o0961 Rhp,39 1940 2610 (mo) 1966 (Rh) (34) Cr0,6 Pdo.4 1398 1903 (Cr) 1550 (Pd) (35) ya0,52 Os0948 2360 2997 (Ta) 2700 (Os) (36) 1.r10981Ir0 19 1475 1690 (Ti) 2454 (Ir) (37) ZrÖ"9Pt0,21 1185 1852 (Z@r) 1770 (Pt) - Anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Figur dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.
- Die Figur zeigt einen Thermogeneratoren, bei dem p- und n-leitende Thermoelementschenkel 1 an ihrer kalten und warmen Lötstelle mittels Kontaktbrücken 3 elektrisch so leitend verbunden sind, daß sie elektrisch in Reihe und thermisch parallel und jeweils ihre kalten oder warmen Lötstellen in einer Ebene, nämlich der Kalt- oder Warmseite des Thermogenerators liegen. Auf die Kontakt-
Brücken der Kalt- und Warmseite des Thermogenerators ist eine thermisch leitende und elektrisch isolierende Materialschicht 5 aufgebracht, die z.B. aus Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd herge- stellt sein kann. Auf die Warmseite des Thermogenerators ist ein Wärmeaus-tauscher 7 aufgesetzt, der mit einem DurchfluB 8 für ein Yiei-'3es,-flüssiges Wärmeaustauschmedium versehen ist. Auf die Kaltseite des Thermogenerators ist ein Wärmeaustauscher 6 für ein gasförmiges Wärmeaustauschmedium aufgesetzt. Die Thermoelerrientschenkel 1 können aus einer Germanium-Silizium- Legierung, aüs Eisendisilicid oder aus einer Mangan-Silizium- Legierung hergestellt sein. .Bei einer Germanium-Silizium-Legierung ist beispielsweise der p-leitende Thermoelementschenkel durch eine Dotierung mit Bor, Gallium oder"Indium und der n-leitende Thermoelementschenkel durch eine Dotierung mit Phosphor, Argen oder-Antimon hergestellt. Die Thermoelementschenkel 1 sind mit erfindungsgemäßen Kontaktstücken 2 und 3 kontaktiert, deren iäschungsverhältnie an den Ausdehnungskoeffizienten des betreffen- den Halbleitermaterials angepaßt ist. Dabei ist das Kontaktstück 3 als Kontaktbrücke zur elektrischen Verbindung zweier Thermoelement- schenkel 1 ausgebildet. Über die Kontaktstücke 2 wird aus dem Thermogenerator die elektrische Energie entnommen. Das Material der Äuntaktstücke bzw. -Brücken ist nach dem erfindungsgemäßen Vert'=unren hergestellt,. dabei. können die Di.metal 1-Legierung und die -m BP-Feld @ina/oder i:1 EL:y@tronei-. s tr@@@u,:@fen r: x@d{a@.rs@oa:w@ri r@e:vir@s Die "=@iermo.ra@@.nts@enksl 1 können auf die Kontaktottieke 2 oder
Claims (1)
- Patentansprüche 1, Kontaktstück für einen Halbleiterkörper, wobei Silizium eine Legierungskomponente des Halbleiterkörpers und des Kontaktstückes ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Kontaktstückes die allgemeine Zusammensetzung hat, wobei @0, 5 < y - 0, 9 und 0,.05 = x -:#- a,35 ist und Mel und LIeII ein Metall der IV., V., VI., VII. oder VIII. Nebengruppe, mit Ausnahme von Tc,ist. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das iviischungsverhältnis der Legierungskomponenten MeI und MeII wenigstens angenähert einem eutektischen oder dystektiechen Punkt des Schmelzdiagramms entspricht. 3. Kontaktstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis der Komponenten der Dimetallei.lizium-Zegi.erung auf dinen Ausdehnungskoeffizienten abgestitdmt Ist., der wenigstens- angenähert mit dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials übereinstimmt. ' Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadUrah gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-halbleiterkörper die Zusammensetzung T (Ti 0955 M.00,45)0,18 Si 0,82 hat. _ 5. Kontaktbtück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es fär einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Zr0,9 W"1)"35 y'0,65 hat. 6. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Hf0,81 Re 0919)0,33 si0,67 hat. B. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (14b0967 (d0933)0,1 S'0,9 hat. 9. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch Bekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-iialbleiterkörper die Zusammensetzung (Ta096 Ni 0r4)091 Si0,9 hat. 10. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-SiliziuM-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Cr 096 M0094)0,35 510,65 hat. 11. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, d aß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (12:o0'55 `1i0,45)0,2 510,8 hat. 12. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (:'001,18 Nb0,22)0,2 'i0,8 ha L. 13. Konvaktstflink riech einem der Ansprüche 1 bl-ii 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (W0,51 :l10,49)4ti s1099 hat. 14. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Feot63 k°ot37)091 siot9 hat. 15. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (0°0,54 w0,46)0,1 s'099 hat. 16. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einer. Germanium-Silizium-Iialbleiterkörper die Zusammensetzung 0972 094--18 )0g 1 Si09q hat. 1fi. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Ru0,71 Ta0,29)0,11 s10,89 hat. 18. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper .die Zusammensetzung (Rh 0965 Mo 0935)0918 si09-82 hat. 19. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch Bekennzeichnet, daß es für einen Germanium-3ilizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Pd0,58 M`°0,42)0,1 si099 hat: 20. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch Bekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Ir", Ti 094)0917 S10,83 hat. =t. Kontaktatück nach einem der Anaprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (pt0,582 Ti 09418)001 S'0,89 hat. 22. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (MO 0,67 Zr 0933)0,35 8i0,65 hat. 23. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Siliciute-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (MO 0967 Hf0933)0,33 Si0,67 hat. 24. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bie 3, dadurch gekennzeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung (arpt9 Y0,1)0,25 8i'0,75 hat.
25. Kontaktstück, nach einem der Ansprüche l 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß -es für einem Germanium-Silizium-Halbleiterkörper die Zusammensetzung 330 Kontaktstück nach einem de2 A-n.992'üche' l bs 39 dadurch gekenn- zeichnet, daß es für einen @ean3.umS.@.izit®saa@i.tek@@er die Zusammensetzung (Zr0' 67 Ni 0 s 33)®914 Si 0'86 . hat. 34. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1-bis 3f dadureh gekenn- zeichnet, . daß es für einen -ßerr@anium®S3.l.iz.üm@.ai.1mewe -die Zusammensetzung (m°09584 Ru09416)0918 S'0,82 '' . hat. 35. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1-bis 3 9 dadui`,eh gc;. zeichnet, da(3 es f$lr einen Germanum-Silizium-Il,bneiterkci`@pe die Zusammensetzung ("a0,61 Rh0,39)0,21 S'0979 hat. 36. Kontaktstück nach einem der Ansprüche 1 bis le -dadurch gekenn- zeichnet, daß es für einen Germanium-Silizium--Ra'Ibleiterkörper die Zusammensetzung . (Cr096 Pd044@0912 S'4988 hat. - -
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013011127A3 (de) * | 2011-07-20 | 2013-03-14 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrisches modul, verfahren zur herstellung eines thermoelektrischen moduls und verwendung eines metallischen glases oder eines gesinterten werkstoffes |
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WO2013011127A3 (de) * | 2011-07-20 | 2013-03-14 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrisches modul, verfahren zur herstellung eines thermoelektrischen moduls und verwendung eines metallischen glases oder eines gesinterten werkstoffes |
US9837594B2 (en) | 2011-07-20 | 2017-12-05 | Mahle International Gmbh | Thermoelectric module, method for producing a thermoelectric module and use of a metallic glass or a sintered material |
Also Published As
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DE1558644B2 (de) | 1972-12-14 |
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