DE1922140A1 - Verfahren zur Herstellung eines Selengleichrichters - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Selengleichrichters

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DE1922140A1 DE19691922140 DE1922140A DE1922140A1 DE 1922140 A1 DE1922140 A1 DE 1922140A1 DE 19691922140 DE19691922140 DE 19691922140 DE 1922140 A DE1922140 A DE 1922140A DE 1922140 A1 DE1922140 A1 DE 1922140A1
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Description

1322140
οIEMEKS ÄKTIKHSESELLSOIäFT Erlangen, .25.4-1969
Berlin und München Werner-von-Sieffiens-Str.50
!faser deichen; PEA 68/0032 Wss Ao
Bei der Herstellung von Selengleichrichtern ist es erforderlich, zwischen der metallischen Trägerelektrode und der Selenschicht einen möglichst sρerrschlchtfreien übergang zu erzielen. Zu 'diesem Zweck ist es üblich, vor dem tofbringen der eigentlichen Selenschicht an der Oberfläche der Trägerelektrode eine Selenidsohicht -BU erzeugen» Hierfür wird auf die Trägerelektrode, z, B. durch Aufdampfen oder- durch Aufstreichen des Selens in Puderform, eine dünne Selenschicht aufgebracht; die Trägerelektrode wird dann auf 250 0C oder mehr erwärmt, wobei sich durch Reaktion des Selens mit dem Metall der Trägerelektrode eine Metall-Selenid-Sehicht bildet. Bs ist wichtig, daß dabei ein Teil der dünnen Selenschicht in elementarer Form erhalten bleibt* Ils besonders vorteilhaft haben sieh Üfickel-Selenid-Schichten erwiesen.; zur Erzeugung einer solchen Schicht verwendet man für die Träger elektrode z. B. vernickelte Els-en*- oder Aluminiumbleche. Der hierdurch erzielte übergang zwischen Trägerelektrode und der Selenschicht ist s$err;schiehtirei in dem Sinne, daß der .Spannungsabfall des Ibergangs bei Nennstrom in Durchlaßrichtung ¥6cnstens etwa 0,3 V beträgt*
Es ist 'bekannt, daß ©an die !Leitfähigkeit des Selens durch Zu* sat £ von Halogenen^ insbesondere £hlor, erheblich erhöhen kann; eine weitere Irhöhung der leitfähigkeit läßt sich durch zusatz·- llcihe Verwendung insbesOn#ere metallischer" Dotlerungsstoffe
#eren !enge In einem bestimmten 1/erhältnls zur Halogensteht J(^eutsehe Batentschrift 1 WB Wl). Für -die
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Selenschicht von Selengleichrichtern kann man jedoch extrem hohe Dotierungen mit Halogenen und Metallen, durch die der Durchlaßwiderstand stark herabgesetzt werden konnte, nicht verwenden, da sonst die Sperrfähigkeit der zwischen Selenschicht und Deckelektrode liegenden eigentlichen Sperrschicht leiden würde. Für das Selen, das zur Bildung der Selenidschieht an der Trägerelektrode verwendet wird, hat man eine Halogen-Metall-"-'" Dotierung bisher nicht in Betracht gezogen; es ist jedoch bekannt, für diesen Zweck halogenhaitiges Selen zu verwenden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Selengleichrichters, bei dem auf eine metallische Trägerelektrode zunächst eine dünne Grund-Selenschicht aufgebracht wird, die zur Bildung eines sperrschichtfreien Übergangs mittels einer Wärmebehandlung bei über 250 C durch Eeaktion mit dem Metall der Trägerelektrode teilweise in eine Metall-Selenidochicht umgewandelt wird, wonach auf die nicht umgewandelte Hest-Selenschieht die Hauptschicht des Selen-Halbleiterkörpers aufgebracht und der gesamte Halbleiterkörper durch eine thermische Formierung in die bestleitende Modifikation umgewandelt wird. Sie besteht darin, daß für die Grund-oelensehicht ein Selen verwendet wird, das derart mit einem Halogen und einem weiteren, insbesondere metallischen Element dotiert ist, daß die Leitfähigkeit der Best-Selenschieht nach der thermischen Formierung des gesamten Halbleiterkörpers das 5- bis 50fache der Leitfähigkeit der Haupt-Selenschicht beträgt.
Durch die Erfindung wird zunächst erreicht, daß der Durchlaßwiderstand des Gesamtgleichrichters infolge der hohen Leitfähigkeit der Rest-Selenschicht herabgesetzt wird. Dabei wird die Sperrfähigkeit des Gleichrichters nicht beeinträchtigt, da die hoch dotierte Eest-Selenschicht durch die wesentlich dickere Kauftschicht des Selens von der eigentlichen Sperrschicht ge-
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tv-■-■ 1922HO
. , . PLA 68/0052
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trennt ist. Ferner ist infolge der hohen Leitfähigkeit der Rest-Selenschicht der sperrfreie Übergang zwischen Trägerelektrode und Selenschicht ebenfalls verbessert, d. h. der Spannungsabfall bei-Belastung des Gleichrichters in Durchlaßrichtung wesentlich geringer. Außerdem wirkt die hoch dotierte Rest-Selenschicht während des Betriebes des Gleichrichters als Depot, aus dem Dotierungsstüfie allmählich in die Hauptschicht des Selens einwandern und damit eine EurchlaSalterung (im Sinne einer iViderstandserhchung der Hauptschicht) kompensieren;
Anhand der Zeichnung wird im folgenden, der bekannte Herstellungsgang eines Selengleichrichters, soweit er für die Erfindung wesentlich ist, erläutert.
Als Irwereiektrode wird beispielsweise ein Eisenblech 1 verwendet, das mit einer Nickelschicht 2 vernickelt ist. Auf die Nickelschicht 2 wird eine dünne Selenschicht aufgebracht, z. B. durch Aufdampfen oder durch Aufstreichen in Fuderform. Die mit der Selenschicht 5 bedeckte Trägerelektrode wird in einem Ofen auf z. B. 5CG ^G erwärmt, wobei die Selenschicht 5 niederschmilzt und mit dem Nickel der Schicht 2 unter Bildung von Nickel-Selenid reagiert. Die dabei entstehende Nickel-Selenid-Schicht ist mit 4 bezeichnet; ihre Grenzen sind gestrichelt angedeutet. Oberhalb der Nickel-Selenid-Schicht 4 bleibt ein Teil 5a der ursprünglichen Selenschicht 3 in elementarer Form erhalten.
Auf die Selenschicht 5a kann nunmehr die wesentlich dickere Haupt-Selenschicht 5 aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft werden; es ist jedoch von Vorteil, vorher die Eest-Selenschicht 5a durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur
wenig unterhalt des Selen-Schmelzpunktes, z.„E. 218 'G, zu kristallisieren. Auf die Haupt-Selenschicht''^ wird nunmehr die
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..·,. 1922U0
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Deckelektrode 6 aufgebracht, die in der Regel aus einer Zinn-Kadmium-Legierung besteht. Der gesamte Gleichrichter wird anschließend bei einer Temperatur wenig unterhalb des Selen-Schinelzpunktes, z. B. .218 UC, thermisch formiert, wobei auch das Selen der Schicht 5 in die bestleitende hexagonale Modifika tion übergeht. _ ^
Die Dicke der Selenschicht 3 kann nach dem Niederschmelzen etwa 5 -um, die Dicke der Rest-Selenschicht 3a nach Bildung der iiickel-öelenid-Schicht 4 etwa 2 /um betragen. Die H-aupt_-Selenschicht p ist in der Regel 30 bis 70 Aim dick. -*i
der Erfindung wird für die dünne Selenschicht 3 ein mit Halogen und einem weiteren Zusatzstoff, insbesondere Metall, hoch dotiertes Selen verwendet, derart, daß nach der oben beschriebenen thermischen Formierung des Gleichrichters die Leitfähigkeit der Eest-Selenschicht 3a das 5- bis 5Gfache der Leitfähigkeit der Haupt-Selenschicht 5 beträgt. Als Halogene sind Chlor, Brom und Jod geeignet, die mit Vorteil in Form der entsprechenden Selen-Halogenide dem Ausgangsselen zugesetzt werden. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit geeignete Metalle sind vor allem Antimon, Wismut, Zinn, Tellur, Thallium, Indium, Galliuia und Kisen; als nichtmetallische weitere Dotierungsstcffe kommen Arsen oder Schwefel in Betracht. Aus der deutschen Patentschrift 1 156 897 ist es bekannt, daß zur Erzielung einer hohen Leit- fähigkeit des Selens bestimmte Mengenverhältnisse zwischen Halogen und Selen einerseits, dem metallischen Zusatz und dem Kalogenzusatz andererseits einzuhalten sind. Der Halogenzusatz soll danach im Atomverhältnis zum Selen etwa 1ö bis 80 . 10~^, der Metallzusatz im Atomverhältnis zum Halogenzusatz etwa 0,01 tis 0,9, vorzugsweise 0,05 bis 0,3 betragen. Ss hat sich jedoch gezeigt, daß man für den Metallzusatz den günstigsten Bereich des itomverhältnisses zum Kalogenzusatz mit Vorteil etwas- nach eben erweitern kann; er kann 0,35 bis 0,50 betragen.
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PLA 63/0032
Im folgenden sind für die Dotierung des für die Selenselusht ■yerwendeten Selens einige Beispiele angegeben.
Die Haupt-v>elensehieht 5 möge in allen beschriebenen Beispielen mit 150 ppm Chlor (150 Gewichtsteile Chlor auf 1 Million Gewichtsteile Selen) dotiert sein. Sie hat dann nach der.thermischen Formierung des Gesamtgleichrichters eine Leitfähigkeit von etwa 5 . TOf y Sl em . .
Bei der angegebenen Dotierung der Haupt-Selenschicht 5 kann für das Selen der dünnen Grund-Selenschicht 3 eine Dotierung von 400 ppm Chlor und 175 ppm Eisen gewählt werden . In diesem Falle hat die Rest-Selehsohicht 3a nach der thermischen Formierung des Gesamtgleichrichters eine Leitfähigkeit von 50 . 10 Qt~ cm ; ihre Leitfähigkeit beträgt also das 1Ofache der Leitfähigkeit der Haupt-Selen.schieht 5.
Statt dessen kann z. B. für das Selen der dünnen Grund-oelen-* schicht 3 eine Dotierung von 200 ppm Chlor und 55 ppa Gallium gewählt werden. Dadurch ergibt sich für die thermisch formierte Best-Selenschieht 3a eine Leitfähigkeit von 90 . lö^iQ"" cm~
Sine weitere Leitfähigkeitserhöhung läßt sich durch einen größeren Galliumzusatz, z. B. 106 ppm Gallium neben 200 ppm Chlor, erzielen. Die Leitfähigkeit der thermisch formierten Rest-uelensehicht 3a beträgt dann etwa 200 . 10"" oo cm"* .
Die angegebenen Chlor- bzw. Eisen- und Galliumzusätze können in dem obengenannten Rahmen variiert werden. So kann beispielsweise der Chlorzusatz im Selen der Grund-Selensehieht-3 im Bereich swisehen 100 und 500 ppm liegen; der Eisen- bzw. GaIIiUm.-zusatz soll im Atomverhältnis 0,05 bis 0,50 zum jeweiligen Chlorgehalt gewählt werden. Für die angegebene untere Grenze
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■'■■""■; T&2214Q
PLA 6S/Ö3*2
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des Chlorgehaltes von 100 ppm ergibt sich dementsprechend ein Eisengehalt von 8 bis 80 ppm bzw. ein Galliuiagehalt von 10 bis IOC ppm; bei der oberen Grenze de? Chlorgehaltes von 5CÖ ppm liegt der Eisengehalt zwischen 40 und 4CO ppm bzw, der Salliümgehalt zwischen 50 und 500 ppm.
Der Chlorgehalt der Haupt-o'elenschicht 5 kann z. B. zwischen 3C und 200 ppm variiert werden; die Leitfähigkeit dieser Schicht beträgt dann nach ihrer thermischen Formierung etwa 2 bis 6 . 10 Q cm . Das Selen der Hauptschicht 5 kann man außer mit Chlor ebenfalls mit einem Metall dotieren, wobei jedoch zu beachten ist, daß die Leitfähigkeit dieser Jchicht stets wesentlich niedriger bleiben muß als die der Best-Selenschicht 3a. Beispielsweise kann man neben einem Chlorgebalt von 100 ppm einen Tellurzusatz von 5 bis 30 ppm vorsehen. Die Leitfähigkeit dieser Selenschicht beträgt bei einem Tellurgehalt von 25 ppm
—"* ο —1 —1 nach der thermischen Formierung etwa 1G . 1G ^ ><* ca .
Bei Verwendung von Eisen oder Gallium als Sotierungsmetallen ist es vorteilhaft, die Schicht 3 durch Aufpudern des bereits dotierten Selens auf die Trägerelektrode 1,2 aufzubringen, da diese Metalle schwer verdampfbar sind. Bei anderen leichter verdampfbaren Metallen, wie z. B. Tellur, kann das mit Halogen und Metall dotierte Selen auch aus einem einheitlichen Verdampfer aufgedampft werden.
4 Ansprüche
1 Figur
BAD ORiQfNAL
009846/0767

Claims (1)

1922U0
PLA 68/0032
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lötverfahren zur Herstellung eines Selengleichrichters, bei dem auf eine metallische Trägerelektrode zunächst eine dünne Grund- ^elensehicht aufgebracht wird, die zur Bildung eines sperrschichtfreien Übergangs mittels einer Wärmebehandlung bei über 250 ΰ(Τ durch Reaktion mit dem Metall der Trügerelektrode teilweise in eine Metall-oelenid-ochicht umgewandelt wird, wonach auf die nicht umgewandelte Rest-Selenschicht die Hauptschicht des ^eien-Halbieiterkörpers aufgebracht und der gesamte Halbleiterkörper durch eine thermische Formierung in die bestleitende Modifikation umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Grund-Selenschicht (3) ein Selen verwendet wird, das derart mit einem Halogen und einem weiteren, insbesondere metallischen Element dotiert ist, daß die Leitfähigkeit der Rest-Selenschicht (3a) nach der thermischen Formierung des gesamten Halbleiterkörpers das 5- bis 50fache der Leitfähigkeit der Haupt-Selenschicht (5) beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 bei Verwendung eines Selens für die Hauptschicht (5), das mit etwa 150 ppa Chlor dotiert ist, für die Grund-Selenschicht (3) ein Selen verwendet wird, das mit TOO bis 500 ppm Chlor und einem EisenEusalz im" Atomverhältnis 0,05 bis 0,50 zum Chlor dotiert ist..
5. Verfahren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Selens für die Hauptschicht (5), das mit etwa 150 ppm Chlor dotiert ist, für die Srund-Selenschicht (3) ein Selen verwendet wird, das mit 100 bis 500 ppm Chlor und einem
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BAD ORIGINAL. 009846/0767
192-2HG
PLA 68/0032 -8-
Salliuiazusatz im Atomverhältnis 0,05 bis 0,50 zum Chlor dotiert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dotierte Selen der Grund-Selenschicht (3) in Puderform auf die Trägerelektrode (1, 2) aufgestrichen wird.
BAD ORIGINAL
009846/07 6-7
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