DE1934824C2 - Photoelektrischer Halbleitergenerator und dessen Herstellungsverfahren - Google Patents

Description

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Die Erfindung beziehi sich eui Einrichtungen mt tnWlhüctsr crunches, kj^ss die IcompliaJerte Her-Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische stellung end Kommutierung derselben. Dies führt Energie, insbesondere auf pbotocleklrische Halb- zur Erhöhung des Volumenwiderstandes der Photoleitcrgcneratoren und deren Herstellungsverfahren, zellenbasis. Zur Verminderung dieses Widerstandes ~i Es sind photoelektrischc Halbleitergeneratoren be- 5 ist eine Mehrschichtstniktur der Photozelle vor-" kannt, die man diirch Einlegieren einer Beimengung geschlagen, welche räch der Epitaxialmethode er- \'m die Halbleiterplatte erhält und die aus einer Menge halten wird und den Arbeitsaufwand bei der Her-. von hintcreiiiandergeschalteten Segmentlegierungs- stellung der Generatoren erhöht, bercichcn dreier Typen bestehen, nämjich aus η-Si- Es ist ein Verfahren zur Herstellung von kombi- -liziumbereichcn, Legierungsbereichen, die den ohm- « niesten Halbleiterelementen bekannt, welches darin «chcn Kontakt mit dem Halbleitermaterial bilden besteht, daß man zwecks Verhütung eines Kürzend die beispielsweise aus Gold ausgeführt sind, und -Schlusses der pn-Übergänge durch die Lotschicht bei ip-Siliziumbereichen, die man durch Legieren von der Fertigung von Hochspannungsdioden die Platten ^fl:n-Silizium mit Aluminium erhält. Sämtliche Segment- "mit. den pn-Übergängen zu siner Säule zusammen-"^irlegierungsbereiche liegen senkrecht zu derjenigen 15· legiert und dann zur Gewinnung von pn-Übergangen . Generatorfläche, auf weiche die Strahlung einfällt. In der nötigen Form die Säule aufschneidet (siehe z. B. weiterem sei diese Fläche als Generatorfläche be- japanische Patentschrift 4260, Klasse 99/52). zeichnet (siehe USA.-Patenischrift 2 919 299, Klasse Als Msngel ist bei diesem Verfahren zu bezeich-136-89). nen, daß es unmöglich ist, Photowandler mit pn-

AIs Mangel sind bei den bekannten Generatoren ao Übergängen auf zwei, drei, vier und fünf Flächen die großen Abmessungen aller Bereiche zu bezeich- zu erhalten.

nen. So z. B. beträgt der Abstand zwischen den ' Somit ist als Mängel bei den bekannten Gene-Mittelpunkten gleichnamiger Bereiche etwa 1 cm. ratoren folgendes zu bezeichnen: niedriger Wirkungs-

Ein weiterer Mangel ist die Segmentform der Le- grad, geringe Spnnnungs- und Stromdichte, ungegierungsbereiche: der Wirkungsgrad wird wegen der as nügend hohe Grenzleistung der Strahlung, bei der Lichtabsorption in dem mittleren Teil des Segmentes die Sättigung des Arbeitsstromes (und der Leistung) und Bildung eines Schattens auf dem unbeleuchteten erfolgt. Gleichfalls wird die erforderliche Umwand-Generatorteil vermindert. * lungseffektivität bei hohen Strahlungskonzentrationen

Die legierten pn-Übergänge und der kompensierte nicht gesichert.

Störstellenbereich mit ohmschem Legierungskontakt, 30 Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die erdie die ungleichmäßige Störstellenverteilung an der wähnten Mängel durch Mikrominiaturphotowandler Legierungsfront und die geringe Lebensdauer der zu beseitigen.

Ladungsträger in dem kompensierten Bereich be- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stimmen, verschlechtern die Generatordaten. photoelektrischen Generator zu entwickeln, der einen

Es sind auch photoelektrische Halbleitergenerato- 35 hohen Wirkungsgrad und eine hohe Strom- und ren aus einer Vielzahl von npn-Bereichen bekannt, Spannungsempfindlichkeit hat und der seine Arbeitsdie man durch EindifTundieren der Dotierung über leistung mit Zunahme der Beleuchtungsstärke bei eine Maske in das Halbleitermaterial erhält. Einer Erhaltung des linearen Wachstums des Arbeitender pn-Übergänge der npn-Bereitfie ist durch einen stromes erhöht.

an der Gensratorrückseite befindlichen Metallkontakt 40 Diese Aufgabe wird dadurch gelöät, daß bei dem überbrückt oder durch Diffusion von Gold bzw. photoelektrisehen Generator, bei dem der pn-Überdurch Einführung von Strahlungsdefekten kompen- gang und die Stromableitung wenigstens eines der ' siert (siehe z. B. USA.-Patentschrift 3015 762, Bereiche jedes photoelektrischen Wandlers unter Klasse 317-234). einem gewissen Winkel zur Arbeitsfläche des Gene-

Ais Mangel ist bei derartigen Generatoren tu be- 45 rators, auf welche die Strahlung einfällt, geneigt sind, zeichnen, daß der Abstand zwischen den Mittelpunk- gemäß der Erfindung die photoelektrischen Wandler ten gleichnamiger Bereiche einige Millimeter beträgt die Form von Mikrominiaturpaiallelepipcden haben, Der kompensierte pn-übergang setzt den Wirkung»- die zu einer Festkörpermatnx durch Verbindung der grad des Generators wegen Arbeitsflächenverlust an der gesamten Parallelepipedfläche augeordneten sowie auch we««si Zunahme des Serienwiderstandes 50 Stromableitungen zusammengefaßt sind, während die und Rekombination der Ladungsträger in dem korn- Breite jedes Mikrominiaiurparaiieicpipeds etwa der pensierten Bereich herab. Diffusionslänge der Minoritätsträger im Basisbereich

Ein weiterer Mangel ist bei diesen Generatoren gleich ist.

die durch die Diffusionstechnologie und die kon- Es ist nun zweckmäßig, mit dem Grund-pn-Überstruktivcn Eigenarten begrenzte Generatordicke, d. h. 55 gang zwei zusätzliche Flächen, die parallel zur Arder Abstand zwischen der Rückenfläche und der beitsfläche des Generators liegen, zu vereinigen, wo-Arbeitsfläche des Generators, der etwa 0,1 mm be- durch es möglich ist, bei Erhaltung der hohen Spanträgt. Bekannt sind auch photoelektrische Genera- nungsempfindlichkeit den Generatorwirkungsgrad zu toren, die aus separaten Photozellen mit pn-Über- steigern.

gangen an drei Flächen und ohmschen Kontakten So Vorzugsweise wird zur Steigerung des Geseratorbestehen mit nachfolgender Kommutierung der Be- Wirkungsgrades in jedem photoelektrisccen Wandler reiche mit gleichnamigen bzw. ungleichnamigen Lei- ein zusätzlicher pn-übergang ausgeführt, der zu dsm tungstypen. Zwei von den drei pn-Übergängen liegen Grund-pn-Übergang !parallel liegt und mit diesem parallel zu der Arbeitsfläche und ein pn-übergang durch einen pn-Ubergang vereinigt ist, ccsssö Fuchs senkrecht zu derselben (siehe z. B. USA.-Patent- 65 zu denjenigen Seitenflächen parallel liegt, die keine schrift 3 278 811, Klasse 317-234). pn-Übergänge haben, wobei man an denjenigen

. Nachteilig bei diesen Generatoren sind die großen Parallclepipedflächen, ös pn-Übergäsge haben, an Abmessungen der einzelnen Photozellen, die einige deren gesamten Räche StromableUungisti anbringt,

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iwSl»rend man die Photowandler zu einer Matrix mititeis der Stromableiter zwischen Bereichen mit gleich-I hamigcm Leitungetyp, die parallel zu den erwähnten I pn-Übergängen liegen, zusammenfaßt. Hierhei mü> wn die Basisbereiche aller Photowandler eine gc-Itneinsame Stromableitung an der der Arbeitsfläche I entgegengesetzten Seite haben. Eine derartige Aus- !führung des Generators sichert die Erhöhung von I Sfidlihki

nerators mit einem zu drei Flächen parallelen pn-Übergang gemäß Erfindung, Fi g. 7 desgleichen, Schnitt ^ν^Ι F i g. 8 die Gesamtansicht eines als M struktur aus Mikrophotowandlern mit *^{u arc}'

chen parallelen pn-Übergängen ausgciunricn rators gemäß Erfindung, , . _g

Fig.9 desgleichen, SchnittIX-IX in * <b· » Fig. 10 die Gesamtansicht eines als^onoiiin Zellenstruktur aus Mikrophotowandlern mi Übän ausg

I dessen Stromempfindlichkeit. I Eine wettere Steigerung des Wirkungsgrades des 10 zciiensiruKiur au» nnwuc»««""»-' ^r „««ihrten Ge-

iGenerators und dessen Stromempfindlichkeit kann Flächen parallelen pn-Übergängen ausgeiunnc»

!dadurch erreicht werden, daß man in jedem Photo- nerators gemäß der Erfindung,

I wandler den Grund-pn-Übergang und den Zusatz- Fig. 11 desgleichen, Schnitt Xl-Xi in*«g· *"» Ipn-Übergang über einen pn-übergang vereinigt, Fig. 12 eine weitere Ausführungsvar ante des oe_ I dessen Fläche parallel zu der Arbeitsfläche des Gene- »s nerators mit zu fünf Flächen parallelen pn ^

" rators liegt. gangen gemäß Erfindung, in Fie 12.

Zur Erhaltung der Arbeitsleistung des Generators F i g. 13 desgleichen, Schnitt Xlll-XUrin r ly.

bei Erhaltung der linearen Arbeitsstromzunahme u..d Der photoelektrische "^a-^lbJeite™ieirator stei« em

!zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades des Ge- Festk^ennatrix ^^SSSSSSSS zl

nerators ist es zwecumaßig, aaß aie Lange des iviikro- »o pn-üoergängen I {f ig. ι;,

■-,, miniaturparallelepipeds die Diffusionslänge der Mi- Legierungsbereich 3 und

I norilätsträger im Basisbereich nicht übersteigt. Basisbereich 5, die senkrecht zur

Ί Der höchste Wirkungsgrad, die maximale Strom- (Fig.2) des Generators liegen, im

I empfindlichkeit sowie die maximale Arbeitsleistung die Flächen der pn-Übergange ι 1 des erfindungsgemäßen Generators wird dadurch 95 wissen Winkel zur Arbeitsflache 6 geneigt.

* erreicht, daß der pn-übergang derart ausgeführt wer- elektrischen Wandler sind als M.vmmima

den kann, daß seine Flächen parallel zu vier bzw. epipede ausgeführt, deren bi

fünf Parallelepipedflächen liegen, wobei die Länge sionslänge der Minontatstrager im

& des Mikrominiaturparallelepipeds die Diffusionslänge (Fig. 1) gleich ist im Basisbereich nicht

emem

in

Der photoelektrische Halbleitergenerator in Form einer ^estkörpermatrix aus Mikrominiaturphotovvandlern mit pn-Übergängen auf drei, vier und fünf Flächen wird dadurch realisiert, daß man in den Matrizen, die man durch Aufschneiden der zu einer Säule über Stromableiter verbundenen Platten mit im voraus gebildeten pn-Übergängen erhält, gemäß der Erfindung zusätzliche pn-Übergänge durch Einbau vcr. Störstellen, beispielsweise durch Ionenbombarde-

bereiches 0,5 bis 10 μ Breite des Ba

90 bis 400 μ, Matnxdicke B 0 1 b,s 10 mm Länge

des M^rominmturparallelepipeds 0,2 bis 40 mm, Breite des Kontaktbere^bes 3 bis^10 μ

Der Aufbau ^d™^G™;^T*™L?£_t f_{m G}ene ator material gestatten1 es,^ die Anzah^1 der «genera

^^samfn^nStordaten veÄUtert wirden! ohne daß die ^Ge^^ra^™^"^p^örperniatrix

£&23S&£S P^

zSlenstrukturen aus Mikrophotowandlem deren 45 Größe SpgJg Längenmaße etwa der Diffusionslänge der Minon- Die Gleichheit der Breite

I zufassen, die Säule aufzuschneiden und sodann üie so träger.

I fehlender. iKi-ÜbsrgMnge durch EL»^ "'*' ^Γμ

\ steife», beispielsweise darch loüepj

itzt jeder zur Festkörpermatrix

Grund-pn- » 7, die

soll nun die Erfindung durch eine ^em.^G™ndübfgang vereinigt sind und zu der

splp"ei

pn-Übergängel₍u^8^ereinigt. Der pn-übergang9 ableifangen^bjjs 10g^e/Zablderphot<^IektrKc|«n

ί; befindet sichianj^^ --^aiiaiia^)^

L miniaturpjiifäui^pl^^ des :^b^^0J|Stü£k4i^;i>'■· ';* . ■ * ,^;* ^l smßm·

f 1Paralleie^e^stimtfäln|^^ und 9 %Ujß Anordi^^r, ,pn-^rgäng^^

!liegen senkrecht zur Arbeitsfläche 61 Die ph^Über- 5 Flachen jedes Mikrophotowandlersin-der Zellei sowie

gänge 1 und 8 besitzen an der gesamten Fläche eine der Umstand, daß die Flächen der pn-Übergänge

f Stromableitung zum Legierungsbereich 3. Der pn- senkrecht zur Arbeitsfläche liegen und die Sirom-

Übergang 9 mit der durchgehenden Stromableitung 2' ableitungen an der gesamten Fläche der pn-Über-

sichert die Parallelschaltung der Legierungsbereiche 3 gänge angeordnet sind, ermöglichen es, die Silizium-

aller Photowandler in der Matrix. ¹⁰ monolithstruktur bei Höchstkonzentrationen des

Die Kommutierung der Basisbereiche 5 erfolgt an Lichtstromes zur Gewinnung der maximalen Arbeits-

der der Arbeitsfläche 6 entgegengesetzten Seite mit leistung (über 10 W je cm^s Arbeitsfläche) bei line-

Hilfe der für sämtliche Basisbereiche dienenden arem Anwachsen des Arbeitsstromes zu benutzen.

Stromableitung4, die von dem Bereich3 durch die Fig. 10 und 11 zeigen einen Generator, der eine

Isolierschicht 10 isoliert ist. *5 Zellenmonolithstruktur aus zusammengeschalteten

Die Parallelschaltung der Legierungs- und Basis- Mikrophotowandlern darstellt. Die Photowandler

bereiche, in Verbindung mit der Mikrominiatur- sind als Mikrominiaturparallelepipede ausgeführt,

! ausführung der phoio^r' Tischen Wandler·, sichert bei welchen die Breite D und Länge L annähernd

die Erhöhung der C.wratorstromeinpfindlichkeit, der Diffusionslänge der Minoritätsträger im Basis-

während der zum Gruad-pn-Übergang parallele zu- ao bereich S gleich sind. Die pn-Übergänge liegen par-

Ϊ sätzliche pn-übergang den Wirkungsgrad des Gene- allel zu fünf Parallelepipedflächen, wobei der pn-

rators steigert, da eine vollständige Ansammlung Übergang 13 parallel zur Arbeitsfläche und die rest-

aller im Basisbereich erzeugten Minoritätsträger, die liehen vier pn-Übergänge 14 senkrecht zu derselben

sich zu den beiden pn-Übergängen bewegen, gesichert liegen. *

wird. 35 Die Mikrophotowandler sind mit HiUe der an den

Gemäß F i g. 6 und 7 besitzt jeder photoelektrische Seitenflächen angeordneten Stromableitungen 1 par-

Wandler außer dem Grund-pn-Übergang 1 und dem allel geschaltet. Die Stromableitung 4 ist auf die

zu diesem parallelen pn-übergang 8 noch den pn- sechste Photowandlerseite aufgetragen» die keinen

Übergang 11, der die pn-Übergänge 1 und 8 ver- pn-übergang hat und parallel zur Arbeitsfläche liegt.

einigt. Df - pn-übergang Il liegt parallel zu der Ar- 30 Zur Isolierung der Stromableitung 4 von dem Legie-

beitsfläche des Generators. Die pn-Übergänge an den rungsbe^eich 3 ist ein Teil des letzteren ausgeätzt und

drei Photov^andlerflächen erhöhen die Stromempfind- mieder Isolierschicht 10 ausgefüllt.

lichkeit und den Wirkungsgrad des Generators, da uie Anordnung der pn-übergäflge äüi den fünf

eine vollständige Ansammlung sämtlicher in der Basis Flächen gestattet es, den Serienwiderstand 'ss Gene-

erzeuster Minoritätsträger, die sich zu den drei pn- 35 rators zu vermindern und seinen Wirkungsgrad auf

Übergängen hin bewegen, gesichert wird. 8O^s/o für tnünoehröniäusche Strahlung zu erhöhen,

F i g. 8 und 9 zeigen Mikrophotowandler, die zu da sämtliche im Basisbereich erzeugten und sich zu

einer MonolÜhzellenstruktur zusammengeschaltet fünf aus den sechs Photowandlerflächen bewegende

sir.fi. Die Mikrophotowandler sind als Mikrominiatur- Minoritätsträger die pn-Übergänge erreichen.

parallelepipedc ausgeführt, deren Breite D und 40 Außerdem kann der Generator wegen der geringen

Länge L annähernd der Diffusionslänge der Mino- Abmessungen der einzelnen Zellen als empfindlicher

ritätsträger im Basisbereich S gleich sind. Jeder Positionsgeber zur Überwachung von Lichtstrahlen

Mikrophotc wandler, wie auch der Photowandler ge- dienen. Hierbei wird die Stromabieitung 4 getrennt

maß Fig. 4 und 5, besitzt außer dem Grund-pn- für jeden Mikrophotowandler ausgeführt, während

Übergang 1 und dem zu diesem parallelen pn-Über- 45 der zur Arbeitsfläche 6 parallele pn-übergang 13 aus-

- gang 8 noch den pn-übergang 9, der die pn-Über- bleiben kann.

; gänge 1 und 8 verbindet und an der zu der Arbeite- F i g. 12 und 13 zeigen einen Generator, der aus • fläche 6 senkrechten Seitenfläche des Parallelepipeds zu einer monolithen Zellenstruktur zusammen-" liegt. Die Stromableitung belegt die gesamte Fläche geschalteten Mikrophotowandlern besteht. Bei jedem der pn-Übergänge 1, 8 und 9. 5<> Mikrophotowandler liegt der pn-Übergang parallel Zum Unterschied von der Festkörpermatrix gemäß zu fünf (aus den sechs) Parallelepipedflächen, wobei F i g. 4 und 5 sind bei der Monolithzellenstruktur die Flächen von drei pn-Übergängen 15 senkrecht alle photoelektrischen Wandler in Reihe geschaltet, zu der Arbeitsfläche 6 und die von zwei pn-Überwährcnd die einzelnen Zellen voneinander durch die gangen 16 parallel zu derselben liegen. Die Strom-Isolicrscliicht 12 isoliert sind. Die Isolierung der 55 ableitung 4 liegt senkrecht zur Arbeitsfläche 6. Die Stromableitungen 4 von dem Legierungsbereich 3 ist Photowandler sind parallel mit Hilfe der Stromgleichfalls durch die Isolierschicht 12 ausgeführt. ableitungen 2 und in Reihe mit Hilfe der Kontakte 4 Diese Generatorvariante weist gegenüber dem Gene- zusammengeschaltet. Zur Isolierung der Stromableirator gemäß F i g. 4 und 5 einen höheren Wirkungs- tung 4 vom Legierungsbereich ist ein Teil derselben grad auf, da sämtliche sich zu den drei pn-Über- 60 ausgeätzt und mit der Isolierschicht 10 ausgefüllt.
gangen bewegenden in dem Basisbereich erzeugten Die Reihenparallelschaltung der Photowandler er-Minoritätsträger die letzteren erreichen. Die üblich- höht die Zuverlässigkeit des Generators, während slcn Abmessungen der photoelektrischen Wandler die zur Arbeitsfläche senkrecht liegenden Stromin der Zellenmonolithstruktur aus Silizium sind fol- ableitungen die Möglichkeit geben, zwei Flächen gende: Länge L des Mikrominiaturparallelepipeds 65 des Generators als Arbeitsflächen zu benutzen. Wird 100 bis 40 μ, Breite D des Mikrominiaturparallcl- nur eine Arbeitsfläche benutzt, so kann einer der cpipcds 100 bis 40 μ, Breite B 0,200 bis 10 mm, zur Arbeitsfläche parallel Hegenden pn-Übergänge Breite der Isolierschicht 3 bis 10 μ, Breite der Strom- ausbleiben.

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Die Herstellung ernes photoelektrischen Generators fläche.panlleie pn-Übergänge durch Ionenbombarde^ wird "am 'Ausführungsbeispiel eines Siliziumgenera- ment gebildet. jDie so-erhaltenem Matrizen werden -tors gemäß Fig. 1, 2 und 3. veranschaulicht ' zu einer Saide zusammengefaßt,-derart^daß 'die ζώ

''* Die metallisierten Siliziumplatten mit .dem Aus- Arbeitsfläche senkrechten pn-Übergänge bei den vergangsleitungstyppund pn-übergängen an .deren ge- 5 schiedenen Matrizen in der Säule.parallel liegen. Die .samten Rächen werden untereinander mit Hilfe von Säule'wird. in. Zelknmonolithsärukturen aufgeschnit-'"'Blei- bzw. Silberfolie zu einer Säule zusammen- ' tei'die sodann poliert werden. ^v ·* '*" '* » . J gelötet. Die Säule wird in Matrizen senkrecht oder In die Matrizen wird einerseits Phosphor durch

'· "unter einem bestimmten Winkel zur Ebene der pn- Ionenbombardement eingebracht, um eines zu? Arubergänge aufgeschnitten. Dann werden die Ma- io beitsfläche parallelen pn-Übe ^ang zu erhalten, wäh_v trizen abgekantet, deren beide Flächen poliert, rend an der anderen Seite ein.Teil derStromableitunworauf man Phosphor oder einen anderen Donator- gen und des Legierungsbereiches ausgeätzt und mit ^zusatzstoff durch Ionenbombardement in die Matrix Isolierstoff gefüllt wird, worauf man die Stromableieinbringt, um in jedem Photowandler zusätzliche tung zum Basisbereich aufträgt „pn-Übergänge zu bilden, deren Flächen parallel zur 15 Zur Herstellung von Generatoren gemäß Fig. 12 Arbeitsfläche liegen. und 13 werden die fertigen Generatoren gemäß

Hiernach werden die Platten in eine Säurelösung Fi g. 6 und 7 zu einer Säule mit Bereichen von entzum Ausätzen eines Teils der Stromableitungen zu gegensetziem Leitosgstyp derart zosssssaeagsfeSt, den Photowandleni getaucht Hierbei werden die daß die zur Arbeitsfläche senkrechten pn-Übergänge bei der Formierung der zusätzlichen pn-Übergänge *> bei den verschiedenen Generatoren in der Säule gebildeten Strombrücken aufgehoben. parallel liegen. Die Säule wird in Zellenmonolith-

Zur Gewinnung eines photoelektrischen Halbleiter- strukturen zerschnitten, die poliert werden. Bann generators gemäß Fig. 8 und 9 wird auf die Fest- werden an deren zwei Seiten zusätzliche pu-überkörpennatrizen mit dun zusätzlichen durch Ionen- gänge durch Phosphorionenbombardement gebildet, bombardement erhaltenen pn-Übergängen nach dem as deren Flächen parallel zur Arbeitsfläche liegen. Ausätzen der Strombrücken Chrom, Nickel und . Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, den Silber unter einem Winkel von 30 bis 60° zu den zu Generator als Matrix bzw.. als Zellenmonolithstrukder Arbeitsfläche parallelen pn-Übergängen auf- tür aus Mikrominiaturphotowandlern mit pn-Übergedampft. Hierbei findet infolge des im Basisbereich gangen an einer, zwei, drei, vier und fünf Flächen gebildeten beschatteten Abschnitts keine Metall- 30 zu fertigen. Hierbei durchlaufen sämtliche photoaufdampfung auf den ausgeätzten Teil der Strom- elektrische Mikrowandler den ganzen Fertigungsableitung zum Basisbereich und kein Kurzschließen zyklus — von der Flächenbearbeitung und der Binder pn-Übergänge statt. bringung der Zusätze bis zur Auftragung der Strom-Hiemach werden die Matrizen an deren gesamter ableitungen und Kontrolle der Parameter, wodurch Fläche mit Silikonlack, Glas bzw. Keramik zu einer 35 die Fertigungstechnologie beträchtlich vereinfacht Säule derart zusammengeklebt, daß die Flächen der und die Arbeitsproduktivität erhöht wird, zur Arbeitsfläche senkrechten pn-Übergänge bei den Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, die verschiedenen Matrizen parallel liegen, während die Montage von Mlkrostrukturmatrizen vollständig zu Polarität der pn-Übergänge bei den in der Säule be- mechanisieren.

nachbauen Matrizen entgegengesetzt sind. 40 Die als Festkörpermatrizen aus reihengeschalteten

Darauf werden die Matrizen in Reihe geschaltet Siliziummikrophotowandlem ausgeführten Generato-

und senkrecht zur Ebene aller- pn-Übergänge in ren gestatten es, eine Spannungsdichte von über 25 V

Zellenmonolithsirukturen aufgeschnitten, welche man pro cm² Arbeitsfläche und die als Zellenm&nolith-

dann beiderseitig poliert. struktur ausgeführten Generatoren eine Spannungs-

Zur Herstellung von Generatoren gemäß Fig.4 45 dichte von über 100V pro cm* Arbeitsfläche zu

und 5 wird Phosphor in p-Siliziumplatten allseitig erhalten.

eindiffundiert Die erhaltenen Platten werden ver- Für alle Generatortypen beträgt die Fläche der

nickelt und zu einer Säule zusammengelötet, wäh- Stromableilungen zu den Legierungsbereichen höch-

rend man die Säule in Matrizen zerschneidet, weiche stens 2% der Arbeitsfläche.

man dann poliert und in Formstücke zerschneidet. 50 Die durchgehenden Stromableitungen an den

.% An der einen Matrixseite wird ein Teil der Strom- Photowandlerflächen, die einen pn-übergang entlial-

i ablcitungen und der Legierungsbereiche ausgeätzt, ten und senkrecht zu der Arbeitsfläche liegen, sowie

' und die ausgeätzten Bereiche werden mit Isolierstoff die phctoelektrischen Wandler in Mikrominiatur-

. ausgefüllt, worauf man die durchgehende Strom- ausführung gestatten es, den Serienwiderstand jedes

ableitung zum Basisbereich aufträgt ' 55 Photowandlers im Generator wenigstens um das

Zur Herstellung von Generatoren gemäß Bild 6 zehnfache gegenüber den bekannten Photowandlern

und 7 wird vor dem Ausätzen eines Strom- herabzusetzen. Dies sichert ein wirksames Arbeiten ablcitungstcils an der entgegengesetzten Matrixseite der Generatoren bei einer Lichtstromleistung von

Phosphor durch Ionenbombardement eingeführt, um über 100 W je cm¹ Arbeitsfläche, d.h. bei einer

einen zur Arbeitsfläche parallelen pn-übergang zu 60 Leistung, die die Sonnenstrahlungsleistung um das

bilden. lOOOfache übersteigt. Der Wirkungsgrad des Gene-

Zur Herstellung von Generatoren gemäß Fig. 10 rators wächst mit Zunahme der Zahl von pn-Über-

und 11 wird Phosphor in die p-Siliziumplattcn aller- gangen je Generatorvolumeneinheit an. Das maximale

seits cindiffundicrt. Dann werden die Platten vcr- Anwachsen des Wirkungsgrades wird bei monochro-

nickclt, zu einer Säule zusammengefaßt, worauf man 63 matischer Strahlung mit einer Wellenlänge, die der

die Säule in Matrizen zerschneidet, welche poliert gleichmäßigen Erzeugung der Minoritätsträger im

und in Formslücke zerschnitten werden. Bei den Ma- Halbleiter entspricht (1,05 μ für Silizium), bcob-

trizcn weiden beiderseits zusätzliche zur Arbeite- achtet

1 93*

ίο

Der "hohe Wirkunpgrsd der Generatoren gemäß " —-'· ■"· - ~~~ tiicht, nnd dM· geringe

ngsbereiche gestattet es, :«als>-ejiefcüvö Energiewandler 'Ar -\< Laser*lrah1i^ihoher M 5 ,

φ 4 DieiGenentt^renmitpn^Üb^gta -

fejenkrecht zur Aibeittfiiche liegt, weisen eine Spekf ^ttäieiEpSsdiicfcksjt mit sehmslem Maximum am Rand .Λ*» Gnmdabsöfpiiöasberelcueo (1,05 μ für Silizium) " '^Tf. Deshalb kSaaea diese zur Detektierung von to ifnrotstrahtang benutzt werden. D« als Photowandlermatrix mit npn-Struktur ausföhrten Geßsrator (Fig.4 und S) kann man als "PhototraasUtor bzw. als Halbleiter-Magnetometer mit papn-StruktG? besetzen. Zu diesem Zweck entfernt nsn ein Matrizteil mit dem pn-übergang 9. .; D*»r Generator kann auch als Normalleistungsntesser für Einfallstrahlung im Bereich von 0 bis IDOOW/cßP dienen.

Ebenfalls ist es möglich, den Generator zur Lage- sw nsgehmg und Messung des Drehwinkels gegenüber άΰΐ StraMusgsqoslls zu benutzen.

Das erfiaduagsgemäße Herstellimgsverfahren ist eine Weiterentwicklung der Planartechnik, da es den Übergang von der Flächenanordnung der Mikro- as elemente auf einem Träger zur Rauraanordmrag der aktiven Elemente (DIöucü, Tiaasisionsi usvv.) mit ohmschen Kontakten zwischen diesen und mit größerer Montagedichte (über 1000 aktive Elemente je cm») ermöglicht.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. PuGioelekirischer Kalbleüergeneratcr, bei dem der pn-übergang und die Stromableitung wenigstens eines Bereiches jedes photoslektrisches Kalbkitersrsnd'.srs unter einem gewissen Winkel zur Gener&torarbeitsflgche, auf welche die Strahlung einfällt, geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die photoslektrischen Wandler die Form von Mikrominiaturparalleiepipeden haben, die zu einer Festkörpermatrix über die an der gesamten Parallelepipedfläche

   i SuwuuiblsitttSgSS (2, 4) ZUgsjnmeg-

   sind, während die Breite des Mikro-

   g iminiiturparalleiepipftds acnähemd der Diffusions-

   "^länge der MinoriUltitriiger im Bisisbereicn (5) «gleich ist.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei diesem der pn-übergang (1)

   ii mit diesen! vereinigte Flüchen (7) hat» die parallel zur Arbeitsfläche (C) des Generators
3. 3. GsssitaST nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, daß bei diesem jeder photoekktrische Wandler eben zum Gnmd^pfi-Überganf

   (1) paralklea zusibäiäien:pii4}bjr|^(t) Iu^ der mit dein pn-übergang (9) vereinigt ist, Fläche parallel zn deajeniten Seitenflicben des

   ^;ParallaJH)ipeds liegt die keine pn-Uberglnge aufweisen, wobei die Stromableitucgen(2) an denjeaigen ParsHcIqKpsdiSchsa angeordnet sind, die pn-Übergänge habeo, während die photoelektrischen Wandlsr über die Stromableitungen

   (2) zwischen den Bereichen (3) gleichen Leitungstyps, die zu den erwähnten pn-Übergängen parallel liegen, zo einer Matrix zusammengefaßt sind, wobei die Basisbereiche (5) sämtlicher Photowandler eine gemeinsame Stroaabichuug(4) aa der der Geoeratoiarbeits8äche(6) entgegengesetzten Seite haben.
4. 4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei diesem der Cmnd-pn-Übergang(l) und die Zusatz-pn-Übergänge (8) über den pn-Übsrgang (U), dessen Fläche parallel zu der Generatorarbeitsfläche liegt, vereinigt sind.
5. 5. Generator nach Anspruch 3, dadurch gelrontiggifjirifli. daß hei AipuKtn die U)OZe(L) des Mikrominiamrpara&lejpipeds die Dißuiionslänge der Minoritätsträger im Basisbereich (5) nicht übersteigt
6. 6. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei diesem der pn-übergang derart ausgeführt ist, daß seine Flächen zu vier bzw. fünf ParaHelepipedülchen parallel liegen, wobei die Länge des Mikrominiaturparallelepipeds die Difrusionslänge der Minoritätsträger im Basisbereich (S) nicht übersteigt
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Halbleitergenerators durch Aufschneiden der zu einer Säule über Metellableitungen zusammengefaßten Halbleiterplatten mit vorher gebildeten pn-Übergängen, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen pn-Übergänge durch Einbringen van Zusätzen, beispielsweise durch Ionenbombardement, gebildet werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch,ge? kennzeiduiet, daß/man die erhaltenen Matrizen zu Säulen zusai^cj^ und dann die fehJendeh pn-Übergängc durch^Einbringen von Zusätzen, beUpielsweiie durch Ionenbombardement, bildet

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   Hkrzu 2 Blatt Zekhnunge»