DE1714910U

DE1714910U - Elektrisch unsymmetrisch leitendes system.

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Publication number: DE1714910U
Application number: DEL8954U
Authority: DE
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1953-10-19
Filing date: 1953-10-19
Publication date: 1956-01-12

Description

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Elektrisch unsymmetrisch leitendes System«

Elektrisch unsyaunetrich leitende Systeme, vorzugsweise solche, die Halbleiter mit hohen? Schmelzpunkt, wie Germanium, Sizilium oder intermetallische Verbindungen mit Halbleitercharakter enthalten, weisen im Betrieb eine -?ehr grosse Empfindlichkeit gegen eine Reihe von Einflüssen auf. Inabesondere sind diuse Systeme ausserordentlich empfindlich gegen den Einfluss der Luftfeuchtigkeit und einer, beispielsweise durch den Betrieb bedingten, Jberhitzung oder mechanische Beanspruchung« Die Feuchtigkeit führt sin den Stellen der Halbleiteroberfläche zu Nebenschlüssen, an denen Gebiete unterschiedlichen Leitfähigkeitscharakters tnefendergrenzen» Der Einfluss der tJberhiti.ung macht sich bei solchen Systemen durch eine Verstärkung der Eigenleitung bemerkbar _f die den Stb'rleitungscharakter verwis'.cht und die Gfleicbriehtereigenschaften aufhebt. Sehr wesentlich ist auch der Einfluss eines äus3eren mechanischen Druckes auf die elektrischen !eigenschaften den Halbleiterkristalles« Insbesondere tritt bevorzugt im Betrieb e ne Druck- und Warmeeitpfindlichkeit derartiger Systeme auf, wobei bei festeingebauten Systemen mit starren Elektroden und ZuI leitungen die thermische Ausdehnung zu einem Druck auf den Halbleiterkörper führte Es sind bereits Ausführungen für solche Systeme vorgeschlagen worden, bei denen diese in Hüllen, bsispielsweise aus Glas oder Metall, eingebaut worden sind, und die Zuleitungen durch besondere Bohrungen in einer Stelle der Gehäusewand hindurchgeführt wurden» Auch waren bereits Systeme bekannt, deren Hülsen ao ausgebildet w.ren. does sie der bei der betriebsmäßigen Erwärmung auftretenden Druck aufnehmen !tonnten. Die notwendigen Durchführungen durch solche Gehäuse erschwerten jedoch den Schutz des oystpfls vor Einflüssen der Atmosphäre j insbesondere der LufLf euo

Die vorliegende Neuerang besieht sich auf ein elektrisch unsymmetrisch leitendes System, -"orzu^sweiae mit einem Halbleiter mit hohem Schmelzpunkt, wie Germanium, Siiiziui

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oder einer intermetallischen Verbidnung mit Halbleitercharakter, insbesondere Flächengleichrichter oder Kristallverstärker, das sich von den bisher bekannten dadurch unterscheidet, dass zwei oder mebiere Elektroden des Systems mit Zuleitungen versehen sind, die derart geformt sine., dass sie unter Zwischenfügung isolierender Substanzen ein den Halbleiterkörper luft- bzw» feuchtigkeitsdicht umhüllendes Gehäuse bilden, von dem mindestens ein Teil, beispielswiese durch geeignete Formgebung und/oder Materialauswahl so ausgebildet ist, dass er die bei Betriebstemperatur an dei System und/oder dem Gehäuse auftretendem mechanischen Kräfte durch elastische Verformung aufnimmt. Die Systeme gemäss der Neuerung beschränken also die Anzahl der elektrischen Durchführungen auf ein Minimum und stellen somit den grösstmöglichen Schutz gegen atmosphärische Einflüsse her» Dabei ist ausserdem durch die Gehäusewandungen eine Kühlfläche geschaffen, die nicht nur in sehr gutem wärmeleitenden Kontakt mit den Stellen des Halbleitersystems steht, an denen die Wärme erzeugt wird, sondern die auch noch in der Lage ist, etwaige im Betrieb auftretende mechanische Kräfte aufzunehmen, die sonst einen ungünstigen Einfluss auf den Halbleiterkörper ausüben, warden„

Wesentlich verbessert wird die Wirkung des Systems, I

j wenn das Gehäuse mit einer die Bestandteile des Systems chemisch j und elektrisch nicht argreifenden, isolierenden Flüssigkeit ganz ^! oder teilweise gefüllt ist, welche die freien Oberflächen des System? bedeckte

Eine bescmdera günstige Ausführungsform des Systems besteht darin, dass das Gehäuse teilweise mit einer unterhalb der kritischen Betriebstemperatur des Systems siedenden Flüssigkeit gefüllt ist, und dass mindestens der über dem Flüssigkeitsspiegel liegende Teil des Gehäuses als Kühler ausgebildet ist» Erwärmt sich ein in solchem Gehäuse aufgebrauchte System während des Betriebes, so beginnt die es umgebende Flüssigkeit zu sieden und ihr Dampf schlägt sich an den über dem Flüssigkeitsspiegel lieger den Teil des Gehäuses nieder, um aodann wieder in die Flüssigkeit

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zurückzulaufen oder zurüclczutropfen» Damit ist eine besonders wirksame Wärmeabfuhr geschaffen, sodass eine Uberh.it7.ung- des Systems weitgehend ausgeschlossen ist_t

Von ganz besonderem Vorteil ist eine Ausbildung des Systems, bei dem die gesamte Gehäusewandung als Kühlfläche ausgebildet ist und bei dem das Gehäuse derart ausgebildet isti df.a sich in jeder Lage desselben über dem System ein Raumteil des Gehäuses befindet,, zu dem von dem System eine monoton ansteigende räumliche Verbindung führt, und bei der das Gehäuse un=· ter Beibehaltung eines flüssigkeitsfreien Raumteiles soweit mit

Kühlflüssigkeit gefüllt ist, dass diese Kühlflüssigkeit in der Lage des Gehäuses, in der sie die grösste Gesamtfläche einnimmt, die das System umgebende kleinste geometrische Kugel gerade noch bedeckt. Ein solches Gehäuse lässt einen Betrieb des Syston in j-der Lage in einen Schwerfeld zu, ohne dass bei Veränderung der Lage befürchtet werden muss_v dass das System nicht mehr vollständig von der Flüssigkeit umspült wird» Die Ausbildung der gesamten Gehäusewandung als Kühlfläche wird dadurch beding+:, dass jeder Teil der Gehäusewandung in der Lage sein muss* als Kondenzflache für den Dampf der Kühlflüssigkeit zu dienen-, Um einen Stau des Flüssigkeitsdampfes in der Umgebung des Kristalles zu vermeiden, ist es erforderlich, dass sich in jeder Lage des Gehäuses über dem System ein Raumteil befindet, der als Rückkühler dienen kann und zu dem der am System entstehende Flüssigkeitsdampf ungehinderten Zutritt haben muss ο Unter der grössten Gesamtoberfläche der Kühlflüssigkeit ist nicht nur die freie gegen den flüssigkeitsfreien Raumteil grenzende Oberfläche zu verstehen, sondern darüberhinaus die gesamte_s das Gehäuse und den Kristall benetzende oder berührende Oberfläche der Flüssigkeit ο Befolgt n.an die oben angebebene Lehre beim Einfüllen der Flüssigkeit, so kann jede Lageverändemng des Systems auf eine Drehung um den Mittelpunkt der genannten kleinsten geometrischen Kugel betrachtet werden, wobei sich bei konstantem Volumen der Flüssigkeit die Oberfläche nur verkleinern kann, jedenfalls aber keine grösseren Werte als den Ausgangswert annehmen kann« Dadurch steigt die Höhe des

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Flüssigkeitsspiegels über dem Kugelmittelpunkt und es ist stets sichergestellt, dai3S das System vollständig von der Flüssigkeit umspült ist ο In der Praxis ist die notwendige Füllung leicht dadurch herzustellen, dass man ein Modell des Gehäuses aus durchsichtigem Werkstoff herstellt, dieses kardanisch aufhängt und
somit durch Änderung der Polarkoordinate jede mögliche Lage
innerhalb eines Schwerfeldes einstellen kann.,

Die das Gehäuse bildenden Zuleitungen werden mit
Vorteil in Form eines Wellrohres oder einer gewellten Membrane, allgemein mit einer gewellten Oberfläche,ausgebildet_o

Als Kühlflüssigkeiten für Germanium haben sich besonders Alkohol oder Tetrachlorkohlenstoff bewährt, während für
Silizium ein bremisch von 73$ Diphenyloxyd und 2Tfo Diphenyl die beste Wirkung ergaben»

Die Auswahl der als Kühlflüssigkeit geeigneten Stoffe wird durch die Massnahme erleichtert, durch Verminderung des
Druckes innerKalb des Gehäuses einen bestimmten Siedepunkt der
Kühlflüssigkeit einzustellen» Dies empfiehlt sich besonders bei Systemen, die wegen ihrer hohen Wärmeempfindlichkeit im grossen Abstand unter der zulässigen Höchsttemperatur betrieben werden_o müsseno

Gaaz besonders vorteilhaft ist es, wenn das durch die Zuleitungen gebildete Gehäuse vor dem Einbringen der Flüssigkeit getrocknet >ird und auch die Flüssigkeit einem Entwässerungsprozess untc-rworfen wirdo

Γ Le Figuren zeigen in ζ »To scheniatischer Darstellung
AusführungiJbeispiele von Systemen gemäss der Neuerung:

In Figo 1 ist ein System, das aus dem Halbleiter 1, dej Trägerelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 besteht, auf eine
Platte 4 aufgesetzt, die bei Verwendung einer Kühlflüssigkeit

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noch mit Bohrungen 5 versehen isC₀ Diese Platte 4 ist ^n ein hülsenförmigea Gehäuse 6 angesetzt und ruht auf Nocken oder einer ringförmigen Einlage 7= Somit dient das Gehäuse als Zuleitung zur Trägerelektrode 2ο Die Zuleitung 8 zur Gegenelektrode 5 weist einen ringförmigen Absatz 9 auf_{ der luftdicht in ein Isolierstück 10 eingepresst isto In dasselbe Isolierstück 10 greift der Rand 11 des Gehäuses 6 ein und verschliesst se das System vor Einflüssen der Atmosphäre= Das Gehäuse 6 ist ausserdem an einem Teil 12 seiner Oberfläche als Wellrohr ausgebildet. Dehnt sich das System 8 mit Einfluss der Betriebstemperatur aus, so ist wegen der kraftschlüssigen Vei-bindung der Zuleitungen der Gehäuseteil 12 in der Lage, die mechanischen Spannungen aufzunehmen und das System ist gegen mechanische Überlastung geschützte Bei Verwendung einer Kühlflüssigkeit kann der Gehäuseteil 12 als Kühlfläche für den FlUssigkeitsdampf dienen,,

Figo 2 zeigt eine Ausführung, bei der das System zwischen zwei Wellblechstreifen 13 und 14 eigefügt ist, die unter Zwischenfügung eines Ringes 15 aus Isolierstoff das Gehäuse luft- und feuchtigkeitsdicht abschliesßen,, Die zugleich als Zuleitungen dienenden Wellblechscheiben 13 und 14 ermöglichen hier die Aufnahme der mechanischen Kräfte, die i/i Betrieb an dem System auftreten»

Figo 3 aeigt eine weitere Ausführungsfcrm, die insbesondere für Systeme grosser Leistungen geeignet ict„ Das System ist am Boden eines topffüraiigeri Behälters 16 angebracht, während ein weiterer kleinerer ebenfalls topfförmiger Beb älter 17 3-uf dao System derart aufgesetzt ist, dass beide Behälter die gleicbeAchse aufweisen» Der zwischen den Behältern entstehende Raum ist nach außen durch eine isolierende Ringscheibe 18 abgedichtet« Beide Behälter wiesen an den Teilen 19 bzw, 20 Hirer Oberfläche eine gewellte Struktur auf, ^odass bei Ausdehnung des Systems während des Betriebes die mechanischen Kräfte dort

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aufgenommen werden können„ Das Gehäuse ist teilweise mit einer Kühlflüssigkeit 2*1 gefüllt,; die im Betrieb zu sieden beginnt und den flüssigkeitsfmen Raum 22 des Gehäuses mit Dampf füllt, der sich an den Teilen 19 und 20 der Gehäuseoberfläche kondensieren kann und selbsttätig in die Flüssigkeit zurückläuft»

Bin System, das in allen Lagen betrieben werden kann_f ist in Fig» 4- dargestellt. Das rotationssymmetrische Gehäuse 23 weist Einstülpungen 24 und 25 aus, zwischen denen das System befstigt ist« Am äusseren Rand sind die Gehäuseteile durch einen isolierenden Kreisring 26 elektrisch von.3limn:"¹ or getrennt, sodass sie als Zuleitungen ,dienen können» Auch dies Gehäuse ist mit einer Kühlflüssigkeit 27 gefüllt.

Die besondere Ausführung des Gehäuses, sowie das Volumen der darin enthaltenen Kühlflüssigkeit gewährleistet„ dass das System in jeder beliebigen Lage in einem Schwerfeld bei?rieber werden kann»

Claims

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Schutzansprüche„

Elektrisch unsymmetrisch leitendes System, vorzugsweise mit einem Halbleiter mit hohem Schmelzpunkt, wie Germanium Silizium oder einer intermetallischen Verbindung mit Halbleitercharakter, insbesondere Flächengleichrichter oder Kristallverstärker, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Elektroden des Systems mit Zuleitungen versehen sind, die derart geformt sind, dass sie unter Zwischenfügung isolierender Substanzen ein dem Halbleiterkörper luft- bzw. feuchtigkeitsdicht umhüllende's Gehäuse bilden, von dem mindestens ein Teil , beispielsweise durch geeignete Formgebung und/oder Materialauswahl 30 ausgebildet ist, dass erd die ei Betriebstemperatur an dem System und/oder dem Gehäuse auftretendem mechanischen Kräfte durc! elastische Verformung aufnimmt,»

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit einer die Bestandteile des Systems chemisch und elektrisch nicht angreifenden isolieraxLen Flüssigkeit ganz oder teilweise gefüllt ist, welche die freien Oberflär chen des Systems bedeckt_o

System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit einer unterhalb der kritischen Betriebstemperatur des Systems siedenden Flüssigkeit teilweise gefüllt ist, und dass mindestens der über dem Flüssigkeitsspiegel liegende Teil des Gehäuses als Kühler ausgebildet ist«

System nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Gehäusewandung als Kühlfläche ausgebildet ist, und dass das Gehäuse derart ausgebildet ist, dass sich in jede: Lage desselben über dem System ein Raumteil des Gehäuses befindet, zu dem von dem System eine monoton ansteigende räumliche Verbindung führt sowie, dass das Gehäuse soweit

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mit Kühlflüssigkeit unter .Beibehaltung eines flüssigkeitsfreien Raumteiles gefüllt ist, dass die F3.üssigkeit in der Lage des Gehäuses, in der sie die grösste Gesamtoberfläche einnimmt, die das System umgebende kleinste geometrische Kugel gerade noch bedeckt ο

System nach Anspruch 1, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass dj.e das Gehäuse bildenden Zuleitungen eine gewellte Oberfläche, wie z.B. die eines Wellrohres oder einer gewellten Membrane, aufweisen»

System nach Anspruch 2 oder einem der folgenden mit Germanium als halbleitender Substanz, dadurch gekennzeichnet* dass als Kühlflüssigkeit Alkohol oder Tetrachlorkohlenstoff verwendet wird»

System nach Anspruch 2 bis 5 oder einem derselben mit Silizium als halbleitender Substanz, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlflüssigkeit ein Gemisch aus 73 Diphenyloxyd und 27 % Diphenyl benutzt wildο