DE2112812C2 - Halbleiterbauelement mit gitterförmiger Metallelektrode und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement mit gitterförmiger Metallelektrode und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der AT-PS 2 56 994 ist eine Halbleiteranordnung mit einer angepreßten Metallelektrode bekannt, bei der sowohl der Halbleiterkörper als auch die Metallelektrode vor dem Vorpressen mit Rhodium beschichtet wird. Ferner ist aus der FR-PS 15 62 163 ein Klebemittel für Anschlußelektroden an Halbleiterkörpern bekannt, das mit Silber oder Gold gefüllt ist.
Nach dem bisherigen Stand der Technik versuchte man den Kontaktwiderstand zwischen der Halbleiteroberfläche einerseits und dem Metallgitter andererseits dadurch zu vermindern, daß man dies Gitter vergoldete, um Oxydschichten zu vermeiden; diese vergoldeten Gitter wurden auf die Oberfläche aufgelegt und danach unter Zwischenschaltung eines Klebers mit einer Folie bedeckt. Dann wurde die gesamte Anordnung zusammengepreßt und einer solchen Temperatur ausgesetzt, daß der Kleber mit den zwischen der gitterförmigen Elektrode freiliegenden Bereichen der Halbleiteroberfläche und der Elektrode selbst eine festhaftende
Verbindung eingeht
Es hat sich nun gezeigt, daß die Obergangswiderstände zwischen dem Metallgitter und dem Halbleiterkörper totz der Verwendung einer mit Gold beschichteten s Metalielektrode relativ groß sind. Hierdurch wird die Leistungsabgabe des lichtempfindlichen Halbleiterphotoeltmentes beeinträchtigt
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Halbleiterbauelement der eingangs erwähnten
ίο Art den Obergangswiderstand zwischen der Elektrode und dem Halbleiterkörper weiter zu reduzieren.
Diese Aufgabe löst ein Halbleiterbauelement nach den Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.
Aus der DE-OS 1923 314 ist es bekannt als Anschlußkontakte aufgedampfte Rhenium-Goldschichten zu verwenden, wobei das Rhenium ein Durchlegieren des Goldes verhindern solL Hierbei tritt die Problematik der Preß- oder Klebekontakte nicht auf.
Gleiches gilt für die DE-AS 10 00533, in der
beschrieben wird, wie Metallkontakte, die edler als das
Halbleitermaterial sind, durch Ionenaustausch auf der Halbleiteroberfläche niedergeschlagen werden können. Bei der DE-OS 15 64 414 dient eine aufgedampfte
Palladium-Oxydschicht als aktive Bauelementeschicht eines Strahlungsdetektor. Auch hier spielt die Problematik des Kontaktwiderstandes keine Rolle.
Der Erfindung liegt demgegenüber die auch durch Elektronenbeugungsaufnahmen gestützte überraschen de Erkenntnis zugrunde, daß das Gold keineswegs ganz edel ist sondern von einer einmolekularen Goldoxydschicht bedeckt ist, welche ein sehr schlechtes elektrisches Leitvermögen hat Durch systematische Untersuchungen wurde festgestellt, daß unter den Edelmetallen nur eines eine gute elektrische Leitfähigkeit der oxydischen Deckschicht aufweist nämlich Pd. Ferner wurde überraschenderweise gefunden, daß auch ein Halbedelmetall wie Rhenium unter seinen 7 verschiedenen Oxyden niedere Oxyde aufweist, die hervorragend den Strom leiten, so daß man mit den erwähnten Gitterelektroden den gewünschten niedrigen Übergangswiderstand erreicht wenn man diese vorzugsweise elektrolytisch mit einer wenige μίτι dicken Re-Schicht bedeckt. Diese Re-Schicht wird vorzugswei se anschließend entweder durch kathodische Reduktion oder durch nachträgliche chemische Reduktion in einer Wasserstoff-Atmosphäre bei einigen hundert Grad vom gebundenen Sauerstoff befreit
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme können die
so Übergangswiderstände bei allen Halbleiterbauelementen, die mit aufgepreßten oder aufgeklebten Kontakten versehen werden, wesentlich verringert werden. So konnte bei Versuchen die Leistungsabgabe eines Photobauelementes mit einer mit Palladium beschichte ten Elektrode um 7% gegenüber den früher üblichen Bauelementen mit Goldelektroden gesteigert werden. Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Halbleiterbauelemente stabile elektrische Kennwerte auf und besitzen eine lange Lebensdauer.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Gitterelektrode wirkt sich besonders vorteilhaft bei photoempfindlichen Bauelementen aus, die an einer Oberflächenseite, insbesondere an der für den Lichteinfall vorgesehenen Oberflächenseite, mit einer aufgeklebten oder aufge preßten, gitterförmigen Metallelektrode versehen sind. Das Aufkleben oder Aufpressen der Kontakte bildet vielfach die wirtschaftlichste Kontaktierungsweise und wird daher besonders bei DünnschichtDhotozellen auf
der Basis von Verbindungshalbleitern bevorzugt
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Metallelektrode an der dem Halbleiterkörper zugewandten Oberflächenseite mit elementarem Rhenium oder Palladium beschichtet Danach wird diese Metallelektrode in der oben geschilderten Weise gegen die Halbleiteroberfläche gepreßt
Alternativ wird die Metallelektrode auf die Halbleiteroberfläche aufgeklebt wobei das Klebemittel, beispielsweise ein Epoxydharz, mit Rhenium oder Palladium gefüllt ist.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert werden.
In der F i g. 1 ist eine Dünnschichtphotozelle in der Draufsicht dargestellt während die gleiche Anordnung in der F i g. 2 im Schnitt gezeigt ist
Die Dünnschichtphotozelle 3 ist auf einem Trägerkörper 1 angeordnet Dieser Trägerkörper 1 besteht beispielsweise aus Kunststoff um/ ist an der für die Aufnahme des Halbleiterkörpers vorgesehenen Oberflächenseite mit Silber oder einem anderen gut leitenden Metall beschichtet (2). Der Halbleiterkörper besteht beispielsweise aus Cadmiumsulfid oder aus Cadmiumtellurid. Zur Bildung einer Sperrschicht wird auf den Halbleitergrundkörper 7 beispielsweise eine dünne Schicht 8 aus Cu2S aufgebracht Der Halbleiterkörper hat eine Dicke von beispielsweise 30 μίτι.
Auf der dünnen Oberflächenschicht 8 des Halbleiterkörpers, die beim Betrieb des Halbleiterelementes den einfallenden Lichtstrahlen ausgesetzt wird, ist eine gitterförmige Metallelektrode 4 angeordnet Die Gitterstäbe haben beispielsweise eine Breite von ΙΟμίτι, während der Abstand zum nächsten parallel liegenden Gitterstab etwa 50 μπι beträgt. Auf diese Weise bleiben etwa 90% der Halbleiteroberfläche von der Metallelektrode unbedeckt, so daß nahezu das gesamte einfallende Licht zur elektrischen Energiegewinnung genutzt werden kann.
Die gitterförmige Metallelektrode besteht beispielsweise aus Gold oder aus goldbeschichtetem Kupfer. Zumindest auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Oberflächenseite ist das Metallgitter mit Rhenium oder Palladium beschichtet (6). Die Dicke dieser Schicht wird in der Größenordnung von einigen μπι liegen. Rhenium oder Palladium kann auf die Metallelektrode aufgedampft oder auf dieser elektrolytisch abgeschieden werden.
Das Metallgitter 4 wird bei einer Ausführungsform auf die Halbleiteroberfläche aufgelegt. Danach wird eine mit einem lichtdurchlässigen Kleber 9 beschichtete lichtdurchlässige Folie 5 auf die Halbleiteranordnung aufgelegt und mit dieser verpreßt. Dieser Verpressungsvorgang erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur, bei der das Klebemittel plastisch wird, so daß nach dem Abkühlen und Aushärten des Klebers Halbleiterkörper, Metallelektrode und Folie fest und innig aneinander haften.
Die lichtdurchlässige und aufgeklebte Deckfolie 5 is vorzugsweise mit ihrem Rand mit der Oberfläche de Trägerkörpers 1 verklebt, so daß die Dünnschichtphoto zelle 3 allseitig gegen äußere Einflüsse abgeschirmt is Die Diagramme in den Fig.3 bis 7 zeigen di
Strom-Spannungsbelastungskennlinien von Cadmium tellurid-Dünnschichtzellen, die mit verschiedenartige gitterförmigen Metallelektrode:! kontaktiert sind.
in Die Stromspannungs-Belastungskennlinien in de: Fig.3 gelten für unterschiedliche Werte der einge strahlten Leistung. Die Kurven a gelten für eineingestrahlte Leistung von Nem « 40 mW/cm2 wahrem die Kurven b bei einer Einstrahlleistung vor Nein = 60 mW/cm2 aufgenommen wurden. Die durchge zogenen Kennlinien ergaben sich bei Zellen mi palladiumbeschichteten Metallelektroden, während dl· gestrichelten Linien die Meßkurven bei der Verwen dung von goldbeschichteten Gitterelektroden wieder
2Ii geben. Wie sich aus der Differenz zwischen der gestrichelten Kurven und den durchgezogenen Kurver ergibt, geben die Photozellen mit palladiumbeschichte ten Gittern bei gleicher Spannung höhere Ströme ab was einer beträchtlich erhöhten Leistungsabgabe entspricht
Die Strom-Spannungsdiagramme der Fig.4 zeiger einen Vergleich zwischen Zellen mit Pd-beschichteter Gittern und Zellen die mit Ruthenium beschichtet« Gitter aufweisen. Hier zeigt sich wieder, daß di{
ju Leistungsabgabe der Zellen mit Pd-Gittern wesentlich über der Leistungsabgabe der Zellen mit Ru-Gitterr liegt und daß auch hier den Zellen mit palladiumbe schichteten Gittern der Vorzug zu geben ist
Die Kurven a, b und c in der F i g. 5 wurden bei unterschiedlicher eingestrahlter Leistung aufgenom men. Verglichen werden hier palladiumbeschichtete Gitter mit rheniumbeschichteten Gittern. Wie sich au; den Kurven ergibt, ist die Leistungsabgabe der Zeller mit Pd-Gittern wesentlich größer als die der Zellen mi Re-Gittern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eir unreduziertes Re-Gitter verwendet wurde, das siel offenbar mjt einem höherwertigen und relativ schlech leitendem Oxyd überzogen hat
Aus den Strom-Spannungsdiagrammen der Fig.f ergibt sich, wie durch Reduzierung der Re-Gitter di< Leistungsabgabe der Zellen mit Re-Gittern wesentlicr verbessert und auf oder gar über den Wert der Zeller mit Pd-Gittern gebracht werden kann. Die Zellen mi rheniumbeschichteten Gittern wurden im Autoklav während 8 Stunden in Wasserstoffatmosphäre redu ziert. Dabei herrschte ein Druck von 30 atm und eint Temperatur von 2590C.
Wie sich aus der F i g. 7 ergibt, behalten die Zellen mi reduzierten Re-Gittern auch nach einer 24stündiger Aufbewahrung in Luft im wesentlichen ihre guter Eigenschaften bei.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit mindestens einer angepreßten oder aufgeklebten gitterförmigen Elektrode aus Gold oder goldbeschichteten Metall, die auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Seite eine weitere metallisch leitende Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere metallisch leitende Schicht auf der gitterförmigen Metallelektrode zumindest teilweise aus Palladium und/oder Rhenium oder den niederen Oxyden des Rheniums besteht
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung als photoempfindliches Bauelement
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode und die zwischen den Elektrodenteilen freiliegenden Bereiche der Halbleiteroberfläche mit einem lichtdurchlässigen Kleber beschichtet sind, wobei der Kleber durch die Haftung an den Bereichen der Halbleiteroberfläche das Metallgitter gegen die Halbleiteroberfläche preßt
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement mit einer lichtdurchlässigen und aufgeklebten Deckfolie, die sich mit ihrem Rand auf den das Bauelement tragenden Grundkörper erstreckt, gegen äußere Einflüsse abgedichtet ist
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einem Verbindungshalbleiter besteht
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der Halbleiterkörper aus Cadmiumsulfid oder aus Cadmiumtellurid besteht
7. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektrode mit Rhenium beschichtet und danach vor dem Aufbrigen auf die Halbleiterschicht kathodisch oder durch Glühen in einer Wasserstoffatmosphäre reduziert wird.
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