DE1614576A1 - Photothyristor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Photothyristor und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
■"·'■ ■.-■■ -6.K0V.i3bS
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT .München 2,
Berlin und München Wlttelsbacherplatz 2
VPA 67/H16
Hab/Hob
Hab/Hob
Photothyristor und Verfahren zu θeiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen "Photothyristor mit einem Halbleiterkörper mit-.vier Schichten von abwechselnd entgegengesetztem
Leitungstyp, dessen äußere Schichten, von denen die eine die benachbarte Innenschicht nicht ganz bedeckt, mit
flächenhaften Kontaktelektroden versehen sind.
flächenhaften Kontaktelektroden versehen sind.
Es sind Photohalbleiteranordnungen mit einem gasdichten
Gehäuse und einem scheibenförmigen Grundkörper sowie darauf befindlichen.·.
Gehäuse und einem scheibenförmigen Grundkörper sowie darauf befindlichen.·.
ΝβΙίΘ Unterlagen (Art. 7 § l Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Änderungsges. v. 4- 9.1967>
' 009844/0417 ·
Elektroden bekennt, deren wirksame Halbleiterfläche die Oberfläche
einer durch ein Legierungsverfahren erzeugten Rekristallisationsschicht ist. Der Halbleiterkörper weist einen npnp-5chichtaufbau
auf. Die wirksame Halbleiterfläche bildet einen Teil der Außenfläche des gasdichten Gehäuses. Die die wirksame
Halbleiterfläche darstellende Rekristallisationsschicht wird dadurch erzeugt, daß auf der einen Flachseite des Halbleiterkörpers
eine Folie aus einer Gold-Antimonlegierung (etwa 0,5 i* Sb)
mit einem Durchmesser, der nur wenig größer als der Durchmesser der Halbleiterscheibe ist, einlegiert wird· Hierbei entsteht eine
Rekriatallisationsechicht aus η-dotiertem Silizium hoher Leitfähigkeit.
Ein Teil des Grundkörpers bleibt in seinem ursprünglichen p-leitenden, hochohmigen Zustand erhalten* Die Rekristallisationsschicht
wird von einer Elektrode aus einem GoId-Antimon-Silizium-Eutektikum
bedeckt. Der mittlere Teil dieser Elektrode wird mit Hilfe von Königswasser abgelöst, -so .daß die
Rekristallisationsschicht an dieser Stelle freiliegt. Die Zündung der beschriebenen Photohalbleiteranordnung wird dadurch bewirkt,
daß eine Strahlung, die z.B. im Bereich des sichtbaren Lichtes oder'auch im ultraroten liegen kann, auf die freigelegte Oberfläche
der Rekristallisatiosschicht gerichtet wird (vgl. Schweizer
Patentschrift 379 U11).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Photothyristor
der eingangs erwähnten Art herzustellen, der sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht so angeordnet
und ausgebildet ist, daß der Photothyristor eine hohe
BAD Ca1 - 2 -· 009844/0417
Hl/ w
3 . 16U576
Ansprechempfindlichkeit aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auf einem von der einen äußeren Schicht
nicht- bedeckten Flächenteil der benachbarten Innenschicht eine lichtdurchlässige Schicht von kleinerer Fläche und von entgegengesetzten Leitungetyp wie diese Innenschicht vorgesehen 1st.
Hit Vorteil ist die lichtdurchlässige Schicht von der neben ihr
befindlichen Außenschicht vom gleichen Leitungstyp durch einen
Teilflächenbereich der benachbarten Innenschicht getrennt* Die
lichtdurchlässige Schicht hat gUnstigerweise eine Dicke zwischen
1 und 5/u.
Weitere Einzelheiten und Vorteile* der Erfindung werden an AuafUhrungsbeispieien anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in echematischer Darstellung das Querschnittsprofil
eines Photothyristors gemäß der Erfindung.
Fig. 2 zeigt die obere Flachseite des Photothyristors von oben
gesehen«
Die Fig. 3 und 4 zeigen die Querschnitteprofile weiterer Ausführungeformen des erfindungegemäßen Photothyristors.
In Fig. 1 ist mit 1 eine erste, beispielsweise η-leitende Innenschicht eines Halbleiterkörpers aus Silizium bezeichnet. An diese
Zone schließt sich an der einen Flachseite eine p-leitende Innenzone 2 an und auf der gegenüberliegenden Flachseite eine weitere
p-leitende Zone 3# die einen inneren Teilbereich einer p-leitenden
Außensone bildet. Die p-leitenden Zonen 2, 3 können mittels
_',_■ 009844/041?" BAD OR!G!NAU
Hl/Ca
■ 16H576
bekannter Diffusionsverfahren oder anderer Verfahren, beispielsweise durch pyrolytische Zersetzung epitaktisch aufgebracht sein·
Der äußere Teilbereich der p-leitenden Außenzone ist durch Einlegieren eines Akzeptoren enthaltenden Metalls, beispielsweise
einer Aluminiumfolie, die die ganze Scheibenfläche bedeckt, hergestellt· Dadurch ist eine als p-Emitter bezeichnete hochdotierte
p-leitende Rekristallisationsschicht 4 entstanden, die von einer
als Kontaktelektrode dienenden eutektischen Aluminium-Siliziumlegierung 5 bedeckt wird. An dieser ist ein Anschlußkörper 6, der
beispielsweise aus Molybdän bestehen kann, angebracht.
Die lichtdurchlässige Schicht 7, d.h. die zum ZUnden des Photothyristors wirksame Halbleiterfläche, kann nach verschiedenen .
Verfahren hergestellt werden.
Nach dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten AusfUhrungsbeispiel
wird folgendermaßen vorgegangen:
In einem äußeren Teilbereich der einen Innenschicht 2 wird eine
eine passende Dotierungssubstanz enthaltende Folie 7 mit einer
der lichtempfindlichen Schicht entsprechenden Flächengröße einlegiert. Als Folie Ί kann beispielsweise eine Goldfolie mit ca.
0,5 i» Antimongehalt verwendet werden. Die Dicke der Goldfolie 7
entspricht der in einem späteren Verfahreneschritt einzulegierenden oberen Kontaktelektrode 9· Sie kann jedoch auch bis etwa
10/u stärker sein als die genannte Kontaktelektrode .9. Bei einem
Halbleiterkörper aus Silizium beträgt die Legierungstemperatur
der Folie '/ 7UO bie 800° C, vorzugsweise etwa 710° C. Die
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Hi/Ca
ς "16Η576
Legierungszeit beträgt etwa 1 bis 10 Min* Nach der Abkühlung dee
Halbleiterelemente ist eine Rekristalliaationsschicht mit einer
hohen Donatorenkonzentration entatanden. Anaohließend wird das Halbleiterelement in ein geschlossenes Gefäß gelegt und mehrere.
Stunden, vorzugsweise 10 bis 20 Stunden» dem Dampf von konzentrierter
Flußsäure ausgesetzt. Dadurch wird der größte Teil der Rekriatalliaation8schicht aufgelöst und die Folie 7 von dem
Halbleiterelement getrennt. Von der Rekriatalliaationaechicht
bzw. der durch den Legierungsvorgang erzeugten η-leitenden Schicht
.bleibt jedoch eine Restschicht 8 mit einer Schichtdicke von etwa
1 bis 5/U erhalten. Diese Restschicht 8 stellt die durch Strahlung
beeinflußbare Zündelektrode dar. Als Strahiungsquellen können vorzugsweise Gallium-Araenid-Szintiilationsdioden verwendet werden.
Da die lichtdurchlässige Schicht 8 extrem dünn gehalten ist, kann der erfindungsgemäße Photothyristor auch mit leistungsschwachen
Strahlungsqueilen, beispielsweise mit einer Leistungsdichte von 0,1
bis einige mW/cm , gezündet werden. Nach einer weiteren Ausführungsform
kann die lichtdurchlässige Schicht 8 an der beschriebenen
Stelle auch mittels dotiertem Halbleitermaterial durch pyrolytisch^ Zereetzung epitaktisch niedergeschlagen werden. Nach
dem Fertigstellen der lichtdurchlässigen Schicht 8 wird die obere Kontaktelektrode 9 in an sich bekannter Weise einlegiert. Nach
dem Abkühlen entsteht hierbei eine Rekristallisationsschicht 10»
die eine hohe Donatorenkonzentration aufweist und als n-Emitter
bezeichnet wird. Die Kontaktelektrode 9 wird von einer eutektlschen
Goid-Silizium-Legierung gebildet. Die lichtdurchläasige
Schicht 8 ist der Kontaktelektrode 9 so zugeordnet, daß aie in einer Aussparung derselben angebracht ist. Wie in den Fig. 1
ba 0098A4/CU17
' . . Hl/Ca
und 2 dargestellt, kann die lichtdurchlässige Schicht 8 in einer
Randaussparung der Kontaktelektrode 9 angebracht sein· Ea ist
.aber auch möglich, wie in Fig· 3 dargestellt« die lichtdurchlässige
Schicht 8 in der öffnung 11 einer ringförmig ausgebildeten Kontaktelektrode 9 anzubringen.
In Weiterbildung der Erfindung kann die lichtdurchlässige Schicht 8, wie in Fig. 4 dargestellt, auch folgendermaßen hergestellt
werden:
Nach Fertigstellung der pnp-Schichtenfolge und dem Anlegieren
der Aluminiumfolie 5 sowie der Molybdänscheibe 6 wird eine der Flächengröße der oberen Kontaktelektrode 9 entsprechende und
eine passende Dotierungssubstanz enthaltende Folie ohne Aussparungen
in die p-leitende Innenschicht 2 einlegiert* Anschließend wird die Legierungsstelle, wie in den Ausführungsbeispielen
zu den Fig. 1 bis } beschrieben, mehrere Stunden lang dem Dampf '
von Flußsäure ausgesetzt. Im Anschluß hieran wird der größte Teil der durch den LegierungsVorgang entstandenen Rekristallisationsschicht
gelöst und die Legierungsfolie entfernt. Hierauf wird eine weitere Folie von der gleichen Art und Form wie die
erste, jedoch mit einer Aussparung für die lichtdurchlässige Schicht 8 einlegiert. Der Legierungevorgang kann so gesteuert
werden, daß die hierbei entstehende durch die Form der weiteren Folie 9 bedingte zweite Rekristallisation?schicht 10 nicht
wesentlich tiefer in die erste Innenschicht 2 eindringt als die lichtdurchlässige Schicht 8.
• BAD G3.'«:NAL
009844/0417
16H576
Der gemäö den in den Pig· 1 bis 4 dargestellten Verfahren hergestellte
Photothyristor wird in bekannter Weise in ein Gehäuse, vorzugsweise in Scheibenzellenbauweise, eingebaut· Hierbei ist
das Gehäuse im Bereich der lichtdurchlässigen Schicht mit einer
Ausnehmung versehen, die mit einem lichtdurchlässigen Material bedeckt sein kann.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß beim Herstellen der lichtdurchlässigen
Schicht durch Einlegieren ein zusätzlicher mechanischer oder chemischer Abtragungevorgang der Rekristallisationsschicht, beispielsweise durch Sandstrahlen oder Xtzen, entfallen kann, da
durch die Behandlung der die lichtdurchlässige Schicht bedeckenden
Folie mit Flufisäuredampf diese selbsttätig auf die gewünschte
Schichtstärke abgetragen wird. Beim epitaktischen Aufbringen der lichtdurchlässigen Schicht durch pyrolytisch© Zersetzung kann der
AbseheidungsVorgang so gesteuert werden, daß die lichtdurchlässige
Schicht die erforderliche Beschaffenheit und Dicke erhält.
9 Ansprüche
4 Figuren
4 Figuren
7 - 4 ■
009844/0417 H1/Ca
Claims (8)
1. Photothyristor mit einem Halbleiterkörper mit vier Schichten
von abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp, dessen äußere
Schichten, von denen die eine die benachbarte Innenschicht,nicht
ganz bedeckt, mit flächenhaften Kontaktelektroden Versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem von der einen äußeren
Schicht (10) nicht bedeckten Flächenteil der benachbarten Innen-. ' schicht (2) eine lichtdurchlässige Schicht (8) von kleinerer
Fläche und von entgegengesetztem Leitungstyp wie diese Innenschicht (2) vorgesehen ist.
2. Photothyristor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
lichtdurchlässige Schicht (8) von der neben ihr befindlichen Außenschicht (10) vom gleichen Leitungstyp durch einen Teilflächenbereich der benachbarten Innenschicht (2) getrennt ist.
3· Photothyristor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daü die lichtdurchläss.ige Schicht (8) eine Dicke zwischen 1 und
5 u hat.
4. Photothyristor nach einem der Anoprüohe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß diu liehtdurchlfiafiific ■ cljioht (ß) in einer Auanparunß
der- einen FfHitelrieleKi *'<'■ :[·} m)ge brecht ist.
BAD
" '■' ' ' ■ ' ■- / Ui-. 1 7
5· Photothyristor na@fc< Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die
lichtdurchlässig© Schicht (8) in der öffnung (11} ©isier ringförmigen
Kontaktelektrode (9) angebracht ist»
6. Photothyristor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
lichtdurchlässige Schicht (8) in einer Randaussparung der Kontaktelektrode
(9) angebracht ist.
7. Verfahren zum Herstellen eines Photothyristors nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine .der Flächengröße der lichtdurchlässigen Schicht (8) entsprechende
und .eine passende Dotierungssubstanz enthaltende Folie (7) an der dafür vorgesehenen Stelle einlegiert und die Legierungsstelle
mehrere Stunden dem Dampf von Flußsäure ausgesetzt, dadurch der größte Teil der Rekristallisationsschicht aufgelöst und schließlich
die Legierungsfolie (7) entfernt wird. .
8. Verfahren zum Herstellen eines Photothyristors nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daö an
der für die lichtdurchlässige Schicht (8) vorgesehenen Stelle
passend dotiertes Halbleitermaterial durch pyrolytische Zersetzung
epitaktisch niedergeschlagen wird. ·
9· Verfahren zum Herstellen einee Photothyristors nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,· daß eine
der Flächengröße der einen Kontaktelektrode entsprechende und eine passende Dotierungssubstanz enthaltende Folie ohne Aus-
_ 00 98 44/0417
Hl/Ca
IAD ORIGINAL
I0 16H576
sparung einlegiert, die Legierungsateile mehrere Stunden dem
Dampf von Flußsätsre ausgesitct, dadurch der größte Teil der
ßökristallisationssehicht aufgelöst, anschließend die Legie-TWigBfolie
entfernt und eine weitere Folie (9) von der gleichen Art und Form wie die erste, jc-dGch mit einer Aussparung für die
lichtdurchlässige Schicht (8) eißiegiert wird.
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