DE1945664A1 - Verfahren zum Herstellen von ohmschen Kontakten auf ferromagnetischen Halbleiterkoerpern - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von ohmschen Kontakten auf ferromagnetischen Halbleiterkoerpern

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  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

19A566A
IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH
Böblingen, 1. September I969 si-sc /du
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 968 O68
Verfahren zum Herstellen von ohmschen Kontakten auf ferromagnetische Halbleiterkörpern
In neuerer Zeit erlangten Verbindungen zwischen den Chalkogenen (0, S, Se, Te) und den seltenen Erden, die auch Chalkogenide der seltenen Erden bezeichnet werden,steigende Bedeutung auf dem Gebiete der ferrogmagnetischen Halbleiter, die ihrerseits in thermoelektrischen, magnetooptischen und widerstandsmagnetischen Vorrichtungen ein breites Anwendungsgebiet finden". Die Wichtigkeit dieser Materialien nahmen an Bedeutung zu, nachdem entdeckt worden war, daß die Curietemperatur dieser Materialien innerhalb eines ausgedehnten Temperaturbereiches oberhalb der Temperatur des flüssigen Stickstoffes einer Kontrolle zugänglich ist, wodurch die Benutzung dieser Substanzen wesentlich bequemer wurde als dies bisher der Fall war. Weiterhin wurde entdeckt, daß der spezifische Widerstand dieser Materialien
werden kann.
. . 009813/12 01
Ί 0
Materialien innerhalb eines Bereiches von 10 uQi " cm variiert
Bisher bestand ein wesentlicher Hinderungsgrund für die volle Ausnutzung des an sich möglichen Gebrauches dieser Materialien bei der Herstellung neuer Meßvorrichtungen, Halbleitervorrichtungen, Wandlern usw. darin, daß es sehr schwer , wenn nicht unmöglich war, gute ohmsche Kontakte an Körper aus derartigen Substanzen anzubringen. Um ein klares Bild von den Transporteigenschaften der Chalkogenide für elektrische Ladungen und für ihre Eigenschaften bezüglich der Wechselwirkung mit magnetischen, elektrischen und optischen Effekten zu bekommen, ist es notwendig, über Verfahren zur Anbringung guter r ohmscher Kontakte an einkristalline, aus den genannten Substanzen bestehende Körper zu verfügen, die ihrerseits verschieden starke Dotierung aufweisen können. Das Konzept der Herstellung ohmscher Kontakte an Körpern aus normalen Halbleitermaterialien durch Lötverfahren unter Benutzung geeigneter Lötlegierungen ist in der Technik wohl bekannt.
Die Anwendung dieser bekannten, in der Halbleitertechnik bewährten Verfahren und Legierungen führte jedoch bei der Anwendung auf die Chalkogenidverbindungen der seltenen Erden zu keinem Erfolg. Dies ist deshalb verständlich, weil es bisher keine allgemeinen Prinzipien oder Gesetzmäßigkeiten zur Auswahl fc geeigneter Legierungen zur Herstellung von geeigneten Loten für bestimmte Materialien gibt, man war daher darauf angewiesen, geeignete Kontaktlegierungen in empirischer Weise ausfindig zu machen. So ist z.B. im US-Patent Nr. 3·370«342 eine eutektische Legierung aus Wismut-Kadmium im Verhältnis 60:40 beschrieben, welche mit einigem Erfolg zur Herstellung ohmscher Kontakte an Körpern aus Chalkogenidverbindungen der seltenen Erden benutzt werden konnte.
In neuerer Zeit konnten günstigere ohmsche Kontakte an Körper aus Chalkogenidverbindungen der seltenen Erden hergestellt werden unter Benutzung von Legierungen, welche aus drei Komponenten bestanden und außer den Elementen der seltenen Erden auch noch ein elektrisch leitendes Metall als Komponente besaßen.
Docket Ϊ0 968 068 009813/1201
Aber auch die so hergestellten Kontakte konnten bisher noch nicht restlos befriedigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es gestattet, gute ohmsche Kontakte auf kristalline halbleitende Chalkogenidverbindungen der seltenen Erden anzubringen, wobei die ohmschen Kontakte aus Verbindungen erstellt werden, welche als eine Komponente eine entsprechende halbleitende Chalkogenidverbindung der seltenen Erde enthält.
Der Lösung der Aufgabe liegt das an sich bekannte Verfahren zugrunde, nach dem das Kontaktierungsmaterial auf durch Maskenfenster freigelegte Bereiche des zu kontaktierenden Körpers aufgedampft, dieser weiter erhitzt wird, bis ein Teil des Kontaktierungsmaterials in den Körper eindiffundiert ist, und auf die so vorbereiteten Kontaktstellen Zuführungsleitungen angelötet werden. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zu kontaktierende Körper die allgemeine Zusammensetzung (Ln1- Ln') A aufweist, wobei Ln ein erstes und Ln' ein zweites, von dem ersten verschiedenes Element der seltenen Erden und eines der Chalkogene 0, S, Se und Te ist und daß als Kontaktierungsmaterial ein Chalkogenid eines dreiwertigen Elementes der seltenen Erden mit der allgemeinen Zusammensetzung Ln'A gewählt wird.
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der einzigen Abbildung hervor.
Diese ist eine graphische Darstellung der Strom-Spannungscharakteristik der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten ohmschen Kontakte.
Nach der Lehre der vorliegenden Erfindung erhält man gute ohmsche Kontakte an kristallinen Körpern aus Chalkogenidverbindungen der
C 0 S 8 ; 3 / 1 2 Ü 1 Docket YO a63 06S
seltenen Erden des Typs (Ln. Ln') A, wobei Ln ein erstes Element
ι—χ χ
der seltenen Erden, Ln' ein trivalentes von Ln verschiedenes Ele-' ment der seltenen Erden und A ein Chalkogen (0, S, Se, Te) be- , deutet. Diese Substanzen können hergestellt werden aus einem 1:1 ferromagnetischen Halbleiter, beispielsweise .aus Europium-Selenid und aus trivalenten metallischen Verbindung der seltenen Erde, beispielsweise aus Gadolinium-Selenid. Eine Beschreibung dieser Materialien sowie eines Verfahrens zu ihrer Herstellung findet man in der bereits oben erwähnten US-Patentschrift 3·371·θ4ΐ.
1:1 Verbindungen der Chalkogenidverbindungen der seltenen Erden
können hergestellt werden nach dem in der Veröffentlichung "Rare Earth Research" (New York, I96I) auf Seite 135 beschriebe-
nen Verfahren; Die Elemente werden in einem hermetisch verschlossenen evakuierten Quarzbehälter getrennt. Das Chalkogen wird in der Dampfphase zu dem Metall der seltenen Erden bei einer Temperatur von 6OO 0G transportiert und wird für mehrere Stunden auf der genannten Temperatur gehalten. Da die Reaktion nicht vollständig abläuft, wird das Material aus dem Behälter entnommen, innerhalb eines trockenen Behälters zu einem Puder gemahlen, in kleine Kügelchen gepreßt und in einem geschlossenen Tiegel auf eine Temperatur von etwa 1400 0C erhitzt. Das so erhaltene Produkt wird gemäß dem Verfahren nach der Lehre der vorliegenden Erfindung zum Aufdampfen verwendet.
Der Benutzung des Materiales aus der dreiwertigen seltenen Erde im Verhältnis 1:1 liegt eine Theorie zugrunde, die aussagt, daß das System (Ln1-Ln') A für bestimmte feste Stoffe vollständige
Λ. A Jx
Löslichkeit besitzt. Es ist daher möglich, einen geringen Anteil des Kontaktmaterials innerhalb des kristallinen Körpers aufzulösen, ohne daß dessen Struktur wesentlich gestört würde, sodaß gleichzeitig elektrische gut leitende ohmsche Kontakte realisierbar sind.
Die Befestigung der ohmschen Kontakte selbst geschieht nach der
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Docket YO 968 Ο68
Lehre der vorliegenden Erfindung in der folgenden Weise: der kristalline Körper aus ferromagnetisehem Halbleitermaterial wird auf ein Substrat gelegt, mit einer Maskierung versehen und dann derart in den Strahl einer Elektronenstrahlkanone gebracht, daß der zu behandelnde Körper sich etwa 35 cm oberhalb 4er Elektronenquelle befindet. Das Substrat wird auf eine Temperatur von etwa 300 - 500 0C aufgeheizt und auf dieser Temperatur belassen. Dann wird die Verbindung des dreiwertigen . Elementes der seltenen Erden auf eine Temperatur aufgeheizt, die in dem Bereich von etwa 2000 0C bis 2600 0C liegt, was wiederum mittels eines Bombardements mit Elektronen durchgeführt werden kann. Diese Erhitzung wird fortgesetzt über eine Zeit von etwa einer halben bis einer Minute. Bei dem genannten Vorgehen ist jedoch zu berücksichtigen, daß die für die Aufdampfung benötigte Zeit von verschiedenen Parametern abhängt, so von dem Abstand zwischen Substrat und Quelle sowie von dem für die Verdampfung angewendeten Energiebetrag. Nach dem Aufdampfungsschritt wird der kristalline Körper mit dem aufgedampften Bereich in ein geschlossenes aus feuerfestem Material bestehendes Schiffchen gebracht, zusammen mit einem geringen Anteil von metallischem Europium, von dem z.B. 0,1 g verwendet werden kann. Das Europium dient zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Europiumdampfes innerhalb des Schiffchens, wobei diesem Dampf die Aufgabe zufällt, eine Verarmung an Trägern für den kristallinen Körper zu verhindern, d.h. mit anderen Worten,· eine Erhaltung der Leitfähigkeitswerte des kristallinen Körpers sicherzustellen. Das Schiffchen mit seinem Inhalt wird auf eine Temperatur im Bereich von 800 0C bis etwa 1000 0C etwa eine Stunde lang aufgeheizt, wobei die zu verdampfende Substanz teilweise in den Kristall eindiffundiert und hierbei die Kontaktflächen herstellt. An diese können nunmehr in konventioneller Weise die Kontaktelektroden mit niedrigschmelzenden Loten ,beispielsweise mit Indium bzw. mit Legierungen ,die dieses Metall als Komponente enthalten, angelötet werden. Für den Fall, daß in der Formel (Ln1 Ln^) A für A Sauerstoff zu setzen ist, werden die Kontakte in einer etwas abweichenden Weise hergestellt. Da die Verbindungen im Verhältnis 1:1 der
009813/1201 Docket YO 968 068
dreiwertigen seltenen Erdenoxyde nicht leicht herzustellen sind, greift man bei der Herstellung der Kontaktlegierungen auf die Benutzung anderer dreiwertiger Chalkogenidverbindungen der seltenen Erden zurück. Besitzt der ferromagnetische Halbleiterkörper z.B. die Zusammensetzung (Eu1-Gd ) 0, GdSe, GdS oder GdTe, so können die zuletzt genannten Substanzen als Kontaktverbindungen benutzt werden. Wenn die nachfolgenden Beispiele auch beinhalten, daß Ln die Hälfte des Halbleiterkörpers ausmachen kann und daß die 1:1 Verbindungen der Chalkogene mit den seltenen Erder, bei den bevorzugten Beispielen die gleichen sein können, so heißt das nicht, daß sie nicht auch verschieden sein könnten. Besitzt der Halbleiterkörper z.B. die Zusammensetzung (Eun qcrGcU n ) Se, d.h. ist fur Ln'Gd einzusetzen,·so kann die 1:1 Verbindung der dreiwertigen seltenen Erden mit dem Chalkogen LaS oder irgend ein anderes Chalkogenid der seltenen Erde sein.
Folgende Beispiele sollen den Erfindungsgedanken erläutern:
Beispiel 1
Ein ferromagneticeher kristalliner Halbleiterkörper mit der Zusammensetzung (Eun Oc-Gdn _) Se wird auf ein Substrat aufgebracht und mit einer Maskierungsabdeckung versehen. Das Substrat und der Kristall werden dann zusammen in etwa 35 cm Entfernung vor der Verdampferquelle angebracht, wobei als zu verdampfende Substanz Gadolinium-Selenid (GaSe) innerhalb einer mit einem Elektronenstrahl betriebenen konventionellen Verdampfervorrichtung benutzt wird. Das Quellenmaterial wird auf eine Temperatur zwischen etwa 2000 0C und etwa 2600 0C eine Minute lang erhitzt, um so durch Aufdampfen die freigelegten Stellen des zu behandelnden Kristalls mit einem GaSe- * Niederschlag zu versehen. Nach Fertigstellung der genannten Schicht auf der Oberfläche des Kristalls wird dieser umgewendet und seine entgegengesetzte Oberfläche der gleichen Behandlung unterzogen. Nach Fertigstellung der Gadolinium-Selenid-Schicht auf der entgegengesetzten Oberfläche des Kristalls wird dieser *
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aus dem Verdampfungsgerät entfernt und in einem geschlossenen Schiffchen zusammen mit 0,1 g metallischem Europium eingegeben. Das Schiffchen mit seinem Inhalt wird dann in einem Ofen auf eine Temperatur von etwa 1000 ° eine Stunde lang erhitzt, anschließend der Kristall entfernt und an die so vorbehandelten Kontaktierungsstellen KupferZuführungen angelötet.
Die Stromspannungscharakteristiken der so erstellen Kontakte wurden-für verschiedene Temperaturen zwischen 4,2 ° Kelvin und Raumtemperatur gemessen. Die Fig. 1 zeigt, daß dieser Zusammenhang eine lineare Abhängigkeit zwischen Spannung und Strom für den Bereich von 4,2 ° Kelvin bis Raumtemperatur darstellt, was als klarer Nachweis für das ohmsche Verhalten der Kontakte angesehen werden kann.
Beispiel 2
Das Beispiel 2 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Beispiel 1 zunächst nur darin, daß der zugrundeliegende kristalline Halbleiterkörper die Zusammensetzung (Eun QGdn Λ ) 0 besitzt und daß als Chalkogenid Gadolinium-Selenid (GdSe) verwendet wird. Weitere den Erfindungsgedanken erläuternde Ausführungsbeispiele sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Den in diesen aufgeführten bevorzugten Ausführungsbeispielen 3 bis 16 liegt das gleiche Vorgehen zugrunde wie es im Rahmen des Beispiels 1 erläutert wurde, jedoch mit der Ausnahme, daß jeweils die in der Tabelle aufgeführten ferromagnetischen halbleitenden Verbindungen und die daneben stehenden Chalkogenide als ohmsche Kontaktverbindungen benutzt werden.
0 0 981 3/1201
Beispiel Nr. Chemische Zusammen
setzung des zu kon
taktierenden Halb
leiterkörpers		 Chemische Zusammen
setzung des Kontakt
materials
3 Eu0.9La0.1Se LaSe
4 EuO.856dO.15Te GdTe
.5 Eu0.9Tb0.1Se TbSe
6 Euo.9Dyo.iSe DySe
7 Euo.9Luo.iSe LuSe
8 Euo.9Hoo.i£e HoSe
9 Euo.9Ero.iSe ErSe
10 EuO.8TmO.2Se TmSe
11 EuO.85ScO.5Se SeSe
12 EuO.95LaO.O5° LaS
13 EuO.8CeO.2° CeSe
lh Eu0.9Nd0.1° NdS
15 EuO.85YO.15° YS
16 Eu0.9Sc0.1° ScTe
CO9813/ 1 20 1
Docket YO 968 068

Claims (4)

  1. - 9 Patentansprüche
    \ 1.)/ Verfahren zum Herstellen von ohmschen Kontakten auf ferromagnetischen Halbleiterkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktierungsmaterial auf durch Maskenfenster freigelegte Bereiche des zu kontaktierenden Körpers aufgedampft, daß dieser weiter erhitzt wird, bis ein Teil des Kontaktierungsmaterials in den Körper eindiffundiert ist und daß auf die so vorbereiteten Kontaktstellen Zuführungsleitungen angelötet werden.
  2. 2.) Verfahren nach Patentanspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß der zu kontaktierende Körper die allgemeine Zusammensetzung (Ln1- Ln') A aufweist, wobei Ln ein erstes und Ln' ein zweites, von dem ersten verschiedenen Element der seltenen Erden und A eines der Chalkogene 0, S, Se und Te ist und daß als Kontaktierungsmaterial ein Chalkogenid eines dreiwertigen Elementes der seltenen Erden mit der allgemeinen Zusammensetzung Ln'A gewählt wird.
  3. 3.) Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der allgemeinen Zusammensetzung Ln''A für das Kontaktmaterial Sauerstoff an der Stelle von A ausgeschlossen wird.
  4. 4.) Verfahren nach den Patentansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktierungsmaterial mit Hilfe bekannter Verfahren, z.B. durch ein Elektronenbombardement zum Zwecke des Aufdampfens etwa 1 Minute lang auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die etwa im Bereich zwischen 2000 0C und 2600 0C liegt.
    5·) Verfahren nach den Patentansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu kontaktierende Körper vor der Durchführung der Kontaktmaterialaufdampfung auf etwa 300 0C bis 500 0C erhitzt wird. Λ
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    Docket YO 968 068
    Leerseite
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