DE2205912A1 - METHOD OF CONNECTING ELECTRICALLY CONDUCTIVE BODIES - Google Patents

METHOD OF CONNECTING ELECTRICALLY CONDUCTIVE BODIES

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DE2205912A1 DE19722205912 DE2205912A DE2205912A1 DE 2205912 A1 DE2205912 A1 DE 2205912A1 DE 19722205912 DE19722205912 DE 19722205912 DE 2205912 A DE2205912 A DE 2205912A DE 2205912 A1 DE2205912 A1 DE 2205912A1
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Description

Verfahren zum Verbinden elektrisch leitender Körper Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden elektrisch leitender Körper, insbesondere von Halbleiter-Mono- oder Einkristallen und Metallen, die bei der Herstellung von Halbleiter- und Elektrovakuumgeräten verwendet werden. Method of connecting electrically conductive bodies The invention relates to a method for connecting electrically conductive bodies, in particular from Semiconductor mono- or single crystals and metals used in the manufacture of semiconductor and electric vacuum equipment can be used.

Es ist ein Verfahren zum Verbinden von elektrisch leitenden Körpern bekannt, bei dem in den Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern eine Schmelze von einem leichtschmelzbaren Material eingeführt wird und die Oberflächenschichten des Materials der zu verbindenden Körper in der Schmelze vom leichtschmelzbaren Material aufgelöst werden mit anschließender Kristallisation der Oberflächenschichten und Entfernung der Schmelze vom leichtschmelzbaren Material aus dem Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern (vgl z Bo US PS Nr. 3 301 716, Klasse 148#1,5)o. It is a method of connecting electrically conductive Bodies known, in which a melt in the gap between the bodies to be connected is introduced by a fusible material and the surface layers the material of the body to be connected in the melt from the easily fusible Material are dissolved with subsequent crystallization of the surface layers and removing the melt from the easily fusible material from the gap between the bodies to be connected (see e.g. Bo US PS No. 3 301 716, class 148 # 1.5) o.

Bei dem genannten Verfahren werden die zu verbindenden Körper in einen Ofen eingesetzt, der einen parallel zu der Verbindungsfläche der zu verbindenden Körper gerichteten Temperaturgradienten aufweist Bei einer Richtung des Temperaturgradienten parallel zu der Verbindungsfläche der zu verbindenden Ko#rper bewegt sich das eingeschmolzene leichtschmelzbare Material im Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern in Richtung nach den erhitzten Stirnflächen der zu verbindenden Körper. Durch diese Bewegung sammelt sich das leichtschmelzbare Material an den erhitzten Stirnflächen der zu verbindenden Körper an. In the process mentioned, the bodies to be connected are in a furnace is used, the one parallel to the connecting surface of the to be connected Body-directed temperature gradient has at one direction of the temperature gradient The melted body moves parallel to the connecting surface of the body to be connected easily fusible material in the gap between the bodies to be connected towards according to the heated end faces of the bodies to be connected. Through this movement the easily meltable material collects on the heated end faces of the connecting body.

Dieses Verfahren zur Verbindung von Körpern, das durch die Bewegung eines eingeschmolzenen leichtschmelzbaren Materials im Spalt zwischen den Körpern unter der Einwirkung des parallel zur Verbindungsfläche der zu verbindenden Körper gerichteten Temperaturgradienten verwirklicht wird, weist wesentliche Nachteile auf, die die Anwendungsmöglich keiten dieses Verfahrens eischränken, So zum Beispiel hat die nach dem genannten Verfahren hergestellte Verbindungsschicht zwischen den zu verbindenden Körpern eine veränderliche Dicke (die Verdickung erfolgt in der Richtung nach den stärker erhitzten Stirnflächen der Körper) und eine veränderliche chemische Zusammensetzung. Das ist dadurch bedingt, daß die Kristallisation der Oberflächenschichten des Materials der zu verbindenden Körper bei verschiedenen Temperaturen stattfindet. This method of connecting bodies by movement of a melted, easily fusible material in the gap between the bodies under the action of the body to be connected parallel to the connecting surface directed temperature gradient is realized, has significant disadvantages that limit the application possibilities of this process, So for example, the tie layer produced by the aforementioned method a variable thickness between the bodies to be connected (the thickening takes place in the direction of the more heated end faces of the body) and a variable chemical composition. This is due to the fact that the crystallization of the Surface layers of the material of the bodies to be connected at different Temperatures takes place.

Bei der Verbindung von Körpern, die ausreichend große Längenabmessungen aufweisen, ist die Verwendung des oben dargelegten Verfahrens dadurch erschwert, daß die Aufrechterhaltung eines ausreichend hohen Temperaturgradienten erfor derlich ist. When joining bodies that have sufficiently large length dimensions the use of the method outlined above is made more difficult by that maintaining a sufficiently high temperature gradient is necessary is.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der genannten Nachteile ein Verfahren zur Verbindung von elektrisch leitenden Körpern zu schaffen, bei dem die Verbindung der Körper ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Eigenschaften im Volumen dieser Körper mit Ausnahme einer dünnen Verbindungsschicht vorgenommen wird, die zwischen den in Berührung stehenden Flächen der zu verbindenden Körper liegt, wobei die dünne Verbindungsschicht von leichtschmelzbarem Metall aus Materialien der zu verbindenden Körper mit einem geringen Zusatz von leichtschmelzbarem Material besteht sowie eine konstante Dicke, eine gleichartige Zusammensetzung und homogene physikalische Eigenschaften aufweist. The object of the present invention is to eliminate of the disadvantages mentioned a method for connecting electrically conductive bodies to create in which the compound of the body without changing the chemical composition and the physical properties in the volume of these bodies with the exception of one thin connecting layer is made between the two in contact Faces of the body to be connected, the thin connecting layer of easily fusible metal from materials of the body to be connected with a low Addition of easily fusible material is made as well as a constant thickness, a has similar composition and homogeneous physical properties.

Ein Verfahren zum Verbinden elektrisch leitender Körper, bei dem in den Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern Schmelze aus einem leichtschmelzbaren Material eingeführt wird und die Oberflächenschichten des Materials der zu verbindenden Körper in der Schmelze vom leichtschmelzbaren Material aufgelöst werden, mit anschließender Kristallisation der Oberflächenschichten und Entfernung der Schmelze vom leichtschmelzbaren Material aus dem Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisation der Oberflächenschichten des Materials der zu verbindenden Körper und die Entfernung der Schmelze vom leichtschmelzs baren Material aus dem Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern dadurch vorgenommen wird, daß Gleichstrom durch die zu verbindenden Körper und die Schmelze vom leichtschmelzbaren Material geschickt wird Dabei ist es zweckmäßig, daß der Dichtevektor des Gleichstromes, der durch die zu verbindenden Körper und die Schmelze vom leichtschmelzbaren Material geschickt wird, nach einer Tangente an die Verbindungsfläche der zu verbindenden Körper ausgerichtet wird. A method of connecting electrically conductive bodies in which into the gap between the bodies to be connected Melt out a readily fusible material is introduced and the surface layers of the Material of the body to be connected in the melt from the easily fusible material are dissolved, with subsequent crystallization of the surface layers and Removal of the melt from the easily fusible material from the gap between the bodies to be connected, is characterized according to the invention in that the crystallization the surface layers of the material of the bodies to be joined and the removal the melt from the easily meltable material from the gap between the to be connected Bodies is made that direct current through the body to be connected and the melt is sent from the easily meltable material. that the density vector of the direct current flowing through the bodies to be connected and the melt is sent from the easily fusible material, after a tangent is aligned with the connecting surface of the bodies to be connected.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbindung von elektrisch leitenden Körpern ist sehr wirksam, weil es die Herstellung der Verbindungsnaht von einer hohen Qualii tät über die gesamte Fläche der Verbindung gewährleistet, Der Prozeß der Verbindung dauert nicht lange; bei den nachstehenden Ausführungsbeispielen weniger als eine Stunde, Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Verbindung sowohl von Körpern, die aus gleichen Materialien bestehen, als auch von Körpern, die aus verschiedenartigen Naterialien bestehen, verwendet werden. Bei einer solchen Verbindung soll man jedoch Körper wählen, die ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Es ist möglich die Verbindung von Körpern, die bei Raumtemperatur nicht elektrisch leitend und bei einer genügend hohen Temperatur elektrisch leitend sind. The inventive method for connecting electrically conductive Bodies is very effective because it is the making of the joint of one high quality guaranteed over the entire surface of the connection, the process the connection does not take long; less in the following exemplary embodiments than one hour, the method according to the invention can be used to connect both bodies, which are made of the same materials, as well as bodies that consist of different materials can be used. With such a However, one should choose bodies that have similar coefficients of thermal expansion exhibit. It is possible to join bodies that are not at room temperature are electrically conductive and are electrically conductive at a sufficiently high temperature.

Es ist zweckmäßig, das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbindung von Körpern aus hochschmelzenden Materialien zu verwenden. Die Verbindung dieser Materialien wird bei einer Temperatur vorgenommen, die weit unter der Schmelztempera tur der zu verbindenden Körper liegt. It is convenient to use the method of the invention for connection to use bodies made of refractory materials. The connection of this Materials is made at a temperature that is well below the melting temperature structure of the body to be connected.

Die Verbindungsschicht behält ihre Festigkeit bei einer Temperatur, die höher als die Temperatur ist, bei der die Verbindung vorgenommen wurde. The connecting layer retains its strength at a temperature which is higher than the temperature at which the connection was made.

Es ist außerdem zweckmäßig, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Halbleitergeräten, beispielsweise zur Verbindung von zwei Halbleiterplatten unter Bildung von p-n-Übergängen, zu verwenden. It is also expedient to use the process according to the invention for production of semiconductor devices, for example to connect two semiconductor plates with the formation of p-n junctions.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Gesamtansicht im Längsschnitt einer Verbindung von elektrisch leitenden Körpern, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wird; dabei sind die elektrisch leitenden Körper in Form von rechteckigen oder -winkligen Platten ausgeführt; Fig. 2 a und b jeweils eine Verbindungsnaht (im Querschnitt) zwischen zwei polykristallinen und zwei monokristallinen Körpern, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde; und Fig. 3 eine Gesamtansicht (mit Teilschnitt) einer Verbindung von elektrisch leitenden, in Form von einer runden Platte und einer Scheibe oder einem flachen Ring ausgeführten Körpern, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. The invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it: Fig. 1 is an overall view in longitudinal section of a connection of electrically conductive Bodies which are produced by means of the method according to the invention; are there the electrically conductive body in the form of rectangular or -angular Plates executed; Fig. 2 a and b each have a connecting seam (in cross section) between two polycrystalline and two monocrystalline bodies, which according to the invention Procedure was established; and FIG. 3 shows an overall view (with partial section) of a Connection of electrically conductive, in the form of a round plate and a disc or a flat ring executed bodies, which according to the method according to the invention was produced.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß durch die ZU. The essence of the invention is that through the ZU.

verbindenden Körper und die Schmelze von einem leichtschmelzbaren Material Gleichstrom geschickt wird, wodurch fie Schmelze des leichtschmelzbaren Materials in den Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern eingeführt wird, die Oberflächenschichten des Materials der zu verbindenden Körper in der Schmelze aufgelöst werden und anschließend das leichtschmelzbare Material aus dem Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern bei der Kristallisation des aufgelösten Materials im Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern in Form der Verbindungsnaht entfernt wird.connecting body and the melt of an easily fusible Material is sent direct current, whereby fie melt of the easily fusible Material is introduced into the gap between the bodies to be joined, the Surface layers of the material of the bodies to be connected dissolved in the melt and then the easily fusible material from the gap between the bodies to be connected during the crystallization of the dissolved material in the gap is removed between the bodies to be connected in the form of the connecting seam.

Die Bewegung unter der Einwirkung des elektrischen Stromes wird durch die Auflösung von dünnen Oberflächenschichten des Materials verwirklicht, die an die Berührungsflächen der zu verbindenden Körper anstoßen; diese Auflösung wird durch die Elektrodiffusion des Materials durch das Volumen des eingeschmolzenen Materials und dessen anschließende Kristallisation in Form von dünnen Schichten hervorgerufen, die an die Berührungsflächen der zu verbindenden Körper anstoßen Die Kristallisationsschicht ist mit Zusatzstoffen aus der Schmelzzone legierte Sie weist eine gleichgroße Dicke und eine homogene chemische Zusammensetzung auf, weil die Auflösung des Materials der zu verbindenden Körper in der Schmelze und dessen Kristallisation je nach der Herausfuh rung der Schmelze aus dem Spalt zwischen den zu verbinden den Körpern unter gleichen Wärmebedingungen stattfindeto Die Temperatur sowie auch die Stromdichte im Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern werden konstant gehalten Bei der Verbindung von elektrisch leitenden Körpern nach dem genannten Verfahren ist es zweckmäßig, Gleichstrom durch die zu verbindenden Körper und die Schmelze vom leichtschmelzbaren Material derart zu schicken, daß der Stromdichtevektor parallel zu der Verbindungsfläehe der zu verbindenden Körper gerichtet wird. Bei der Behandlung von krummlinigen Oberflächen ist es zweckmäßig, den Stromdichtevektor nach einer Tangente an die Verbindungsfläche auszurichten. The movement under the action of the electric current is through realized the dissolution of thin surface layers of the material, which at the contact surfaces of the bodies to be joined abut; this resolution will by the electrodiffusion of the material through the volume of the melted Material and its subsequent crystallization in the form of thin layers caused that abut the contact surfaces of the bodies to be connected The crystallization layer is alloyed with additives from the melting zone has a uniform thickness and a homogeneous chemical composition because the dissolution of the material of the bodies to be connected in the melt and its Crystallization depending on the discharge of the melt from the gap between the to join the bodies taking place under the same heat conditions The temperature as well as the current density in the gap between the bodies to be connected kept constant when connecting electrically conductive bodies according to the above It is expedient to use direct current through the body to be connected and the method To send melt of the easily fusible material in such a way that the current density vector is directed parallel to the connecting surface of the body to be connected. at the treatment of curvilinear surfaces it is useful to use the current density vector align according to a tangent to the connection surface.

Eine günstige Voraussetzung für die Verbindung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bildet die Leitfähigkeit des leichtschmelzbaren Materials, die höher als die Leitfähigkeit des Materials der zu verbindenden Körper liegt, weil in diesem Fall die Stromdichte im Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern erhöht wird. Diese Bedingung wird besonders gut erfüllt im Fall der Verbindung von Körpern aus Halbleitermaterialien, wie Germanium, Silizium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, sowie aus leichtschmelzbaren Materialien, wie Indium, Gallium, Zinn, leichtschmelzbaren eutektischen Legierungen (wie Aluminium-Silizium, Aluminium-Germanium, Silizium-Gold). A favorable prerequisite for the connection according to the invention Process forms the conductivity of the easily fusible material, which is higher than the conductivity of the material of the body to be connected is because in this Case the current density in the gap between the to be connected Bodies is increased. This condition is met particularly well in the case of the connection of Bodies made of semiconductor materials such as germanium, silicon, silicon carbide, gallium arsenide, as well as from easily fusible materials such as indium, gallium, tin, easily fusible eutectic alloys (such as aluminum-silicon, aluminum-germanium, silicon-gold).

Die Verbindung von zwei Körpern, die in Form von rechteckigen Platten 1 und 2 (Fig. 1) ausgeführt sind, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch deren Berührung miteinander durchgeführt. (Im vorliegenden Beispiel ist die obere Platte 1 kürzer als die untere Platte 2.) An der linken Stirnfläche (in bezug auf die Zeichenebene) der Platte 2 wird leichtschmelzbares Material in Form einer Kugel 3 derart angeordnet, daß es mit der linken (ebenfalls in bezug auf die Zeichenebene) Stirnfläche der Platte 1 in Berührung steht. An den Stirnflächen der Platte 2 werden elektorische Schleifkontakte 4 und 4' angeordnet. The connection of two bodies in the form of rectangular plates 1 and 2 (Fig. 1) are carried out according to the method according to the invention their contact with each other carried out. (In this example, the upper one is Plate 1 shorter than the lower plate 2.) On the left end face (in relation to the plane of the drawing) of the plate 2 is easily fusible material in the form of a sphere 3 arranged in such a way that it is with the left (also in relation to the plane of the drawing) Face of the plate 1 is in contact. At the end faces of the plate 2 are electrical sliding contacts 4 and 4 'arranged.

Mit Hilfe der elektrischen Schleifkontakte 4 und 4' wird die Verteilung eines elektrischen Stromes über den Querschnitt der zu verbindenden Platten 1 und 2 vorgenommen. Die Konstruktion der Kontakte 4 und 4' sichert deren feste Verankerung an den Stirnflächen der Platten 2 und deren freies Gleiten auf stromzuführenden Kontakten 5 und 5'; dadurch wird das Entstehen von Wärmespannungen ausgeschlossen. Zu einer gleichmäßigen Verteilung des Stromes ist in den Kontakten 4 und 4' eine zylindrische Schraubenfeder 6 aus einem hochschmelzbaren Material - Molybdän, Tantal - vorgesehen, die in einem Dorn 7 eingespannt ist, der ebenfalls aus einem hochschmelzbarefl Material. hergestellt ist. Jede Windung der Feder 6 steht mit der Platte 2 in Berührung. Um eine Konzentration des Stromes und die Bildung eines Lichtbogens auszuschließen, ist zwischen dem Dorn 7 und der Platte 2 eine Quarzplatte 8 als Isoliereinlage angeordnet. With the help of the electrical sliding contacts 4 and 4 ', the distribution an electric current across the cross section of the panels 1 and 2 to be connected 2 made. The construction of the contacts 4 and 4 'ensures that they are firmly anchored at the end faces of the plates 2 and their free sliding on current-carrying Contacts 5 and 5 '; this prevents the occurrence of thermal stresses. For an even distribution of the current there is one in the contacts 4 and 4 ' cylindrical coil spring 6 made of a refractory material - molybdenum, tantalum - provided, which is clamped in a mandrel 7, that too made of a refractory material. is made. Each turn of the spring 6 is in contact with the plate 2. To a concentration of the current and the formation to exclude an arc is between the mandrel 7 and the plate 2 a Quartz plate 8 arranged as an insulating insert.

Die zu verbindenden Platten 1 und 2 mit dem an deren Stirnflächen angeordneten elektrischen Schleifkontakten 4 und 4' werden in eine Arbeitskammer (nicht gezeigt) mit einem Schutzmittel (Vakuum, Argon, Wasserstoff) eingesetzt. The plates to be connected 1 and 2 with the one at their end faces arranged electrical sliding contacts 4 and 4 'are in a working chamber (not shown) used with a protective agent (vacuum, argon, hydrogen).

Dann werden mit Hilfe eines Heizers 9 die zu verbindenden Platten bis zur Schmelztemperatur des leichtschmelzbaren Materials 3 erhitzt, und den stromzuführenden Kontakten 5 und 5 wird Gleichspannung zugeführt, wodurch ein Gleichstrom durch diese Kontakte und die zu verbindenden Platten 1 und 2 fließt. Die Richtung des elektrischen Stromes wird derart gewählt, daß die Bewegung des eingeschmolzenen Materials 3 über die Oberfläche der unteren Platte 2 in Richtung nach der rechten (in bezug auf die Zeichenebene) Stirnfläche der oberen Platte 1 vorgenommen wird.Then with the help of a heater 9, the plates to be connected heated to the melting temperature of the easily fusible material 3, and the current to be supplied Contacts 5 and 5 are supplied with direct voltage, causing a direct current through them Contacts and the plates to be connected 1 and 2 flows. The direction of the electric Current is chosen so that the movement of the melted material 3 over the surface of the lower plate 2 in the direction to the right (with respect to the Plane) face of the upper plate 1 is made.

Das eingeschmolzene Material 3 erreicht den Spalt, wird in diesen Spalt durch die Kapillarkräfte eingezogen, wobei die Oberflächenschichten der zu verbindenden Platten 1 und 2 in diesem Material aufgelöst werden. Unter der Einwirkung des elektrischen Stromes wird das Material der unteren Platte 2 unterhalb der rechten Stirnfläche der oberen Platte 1 aufgelöst. Das Material wird durch Elektrodiffusion in den Bereich des Spaltes übertragen, in dem es kristallisiert wird. Der Spalt wird mit dem kristallisierten Material gefüllt, und das eingeschmclzene Material 3 tritt als dem Spalt auf die Obersei@@ der unteren Platte 2 heraus und sammelt sich neben dem Kontakt 4 an. Dadurch wird zwischen den Platten 1 und 2 eine dünne kristallisierte Verbindungsschicht 10 (Fig. 2 a) gebildet deren Dicke konstant und deren chemische Zusammensetzung homogen Is t. The melted material 3 reaches the gap, is in this Gap drawn in by the capillary forces, the surface layers of the too connecting plates 1 and 2 are dissolved in this material. Under the influence of the electric current becomes the material of the lower plate 2 below the right Front surface of the upper plate 1 dissolved. The material is made by electrodiffusion transferred to the area of the gap in which it is crystallized. The gap becomes with the crystallized material filled, and the melted Material 3 emerges as the gap on the upper side of the lower plate 2 and accumulates next to contact 4. This creates one between plates 1 and 2 thin crystallized connecting layer 10 (Fig. 2a) formed the thickness of which is constant and their chemical composition is homogeneous.

Die Verbindungsschicht 13 besteht aus demselben Material wie die zu verbindenden Körper und enthält einen geringen Zusatz vom leichtschmelzbaren Material 3. Bei der Verbindung von polykristallinen Körpern weist die Verbindungsschicht 10 polykristalline Struktur auf, wie in Fig. The connecting layer 13 is made of the same material as that body to be connected and contains a small addition of the easily fusible Material 3. When connecting polycrystalline bodies, the connecting layer 10 polycrystalline structure, as shown in Fig.

2 a angegeben ist, Bei der Verbindung von monokristalline@ Körpern besteht die Verbirdungsschicht 10 (Fig. @ b) aus zwei monokristallinen Teilen IS und 12, sie durch eine bikristalline Grenzschicht 13 von@inander getrennt sind, Das erfindungsgemäß@ Verfahren gestattet es, die Dicke der Verbindungsschicht ?O durch Änder@ng der Temperatur und der Stromdichte zu varile-en. Indem man die Temperatur erhöht und die Stromdichte vermindert, vergrößert man die Dicke der Verbindungsschicht 10, während durch die Senkung der Temperatur und die E@höhung der Stromdichte dementsprechend die Dicke der Verbindungsschicht 10 vermindert wird.2 a is given when connecting monocrystalline bodies the Verbirdungsschicht 10 (Fig. @ b) consists of two monocrystalline parts IS and 12, they are separated from each other by a bicrystalline boundary layer 13, The method according to the invention allows the thickness of the connecting layer? O to be varied by changing the temperature and the current density. By getting the temperature If the current density is increased and the current density is decreased, the thickness of the connecting layer is increased 10, while by lowering the temperature and increasing the current density accordingly the thickness of the connecting layer 10 is reduced.

Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erflndung werden folgende Ausführungsbeispiele für die Verbindung von elektrisch leittllden Körpern angeführt: Beispiel 1 Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein Beispiel der Verbindung von elektrisch leitenden Körpern erläutert, die in Form von rechteckigen Platten 1 und 2 (Fig. 1) aus Germanium ausgeführt sind. For a better understanding of the present invention, the following will be provided Exemplary embodiments for the connection of electrically conductive bodies are given: example 1 The inventive method is illustrated by an example of the connection of electrical conductive bodies explained, which are in the form of rectangular plates 1 and 2 (Fig. 1) are made of germanium.

Die Oberfläche der Platten wird unter Anwendung einer Diamantmikropulverpaste geschliffen und poliert, ferner in kochendem Trichloräthylen, anschließend in einer kochenden Sprozentigen (Gew.-%) wäßrigen Ätzalkalilösung und endgültig in bidestilliertem Wasser gewaschen Die Platte 1 weist einen spezifischen Widerstand von 1 Ohm.cm und Abmessungen von 25 x 25 x 0,2 mm3 auf; die Platte 2 hat einen spezifischen Widerstand von 0,001 Ohmcm und Abmessungen von 32 x 25 x 0,2 mm3 An den Stirnflächen der Platte 2 werden elektrische Schleifkontakte 4 und 4' befestigt, die mit den stromzuführenden Kontakten 5 und 5' in Berührung Bessßhra-lg stehen. Auf die Platte 2 wird die Platte 1 gelegt, An der linken Stirnfläche der Platte 1 wird eine Kugel 3 aus einem leichtschmelzbaren Material mit einem Durchmesser von 1 mm angeordnet, wobei als leichtschmelzbares Material Indium verwendet wird. The surface of the panels is made using a diamond micropowder paste ground and polished, furthermore in boiling trichlorethylene, then in one boiling percent strength (wt .-%) aqueous caustic alkali solution and finally in double-distilled Water washed The plate 1 has a specific resistance of 1 Ohm.cm and Dimensions of 25 x 25 x 0.2 mm3; the plate 2 has a specific resistance of 0.001 Ohmcm and dimensions of 32 x 25 x 0.2 mm3 on the front surfaces of the plate 2 electrical sliding contacts 4 and 4 'are attached, which are connected to the current supplying Contacts 5 and 5 'are in contact Bessßhra-lg. The plate is on the plate 2 1 placed on the left end face of the plate 1 is a ball 3 made of an easily meltable Material arranged with a diameter of 1 mm, being considered to be easily fusible Material indium is used.

Die zu verbindenden Platten 1 und 2 mit den Kontakten 4, 4' und 5, 5' werden in einer Arbeitskammer angeordnet (nicht gezeigt)#, in die ein Schutzmittel (Wasserstoff) mit einem Taupunkt von -60 0C eingeleitet wird. An den stromzuführenden Kontakt 5 wird der Pluspol einer Gleichstromquelle und an den Kontakt 51 der Minuspol angeschlossen. The plates 1 and 2 to be connected with the contacts 4, 4 'and 5, 5 'are placed in a working chamber (not shown) # in which a protective agent (Hydrogen) with a dew point of -60 0C is initiated. At the current-supplying contact 5 is the positive pole of a direct current source and to the Contact 51 the negative pole connected.

Durch den Heizer 9 werden die Platten 1 und 2 bis zu einer Tempe#ratur von 600 OC erhitzt, wonach durch diese Platten Gleichstrom mit einer Stromstärke von 10 A geschickt wird. Im zentralen Teil der Platten 1 und 2 ist der Stromdichtevektor parallel zu der Verbindungsfläche gerichtet. The plates 1 and 2 are heated to one temperature by the heater 9 heated by 600 OC, after which direct current with a current intensity through these plates of 10 A is sent. In the central part of plates 1 and 2 is the current density vector directed parallel to the connection surface.

Nach dem Heraustreten einer Indiumschmelze unter der rechten Stirnfläche der Platte 1, das nach 3 - 4 min nach der Stromzuführung stattfindet, wird die Stromzuführung eingestellt und die Temperatur bis zur Raumtemperatur gesenkt. Zwischen den Platten 1 und 2 wird eine Verbindungsschicht 10 gebildet, die in Fig. 2 b dargestellt ist. Die Verbindungsschicht 10 hat eine Dicke von 2 /um und besteht aus zwei monokristallinen Germaniumteilen 11 und 12, die durch eine bikristalline Grenzschicht 13 voneinander getrennt sind. Diese Schichten sind mit einem Indiumzusatz legiert. After an indium melt emerged from under the right face the plate 1, which takes place after 3 - 4 minutes after the power supply, becomes the power supply set and the temperature lowered to room temperature. Between the plates 1 and 2, a connecting layer 10 is formed, which is shown in Fig. 2b. The connecting layer 10 has a thickness of 2 / µm and consists of two monocrystalline ones Germanium parts 11 and 12, which are separated by a bicrystalline boundary layer 13 from one another are separated. These layers are alloyed with an addition of indium.

Das Vorhandensein von nicht miteinander verbundenen Abschnitten der Fläche der zu verbindenden Körper und von Metalleinschlüssen wird mittels elektronisch-optischer Röntgenmikroskopie kontrolliert. Bei einer sorgfältigen Bearbeitung der Oberfläche der zu verbindenden Platten 1 und 2, die von Verunreinigungen frei sind, wird eine über die gesamte Verbindungsfläche homogene Verbindungsschicht hergestellt, die keine Hohlräume und Metalleinschlüsse enthält. The presence of unconnected sections of the The surface of the bodies to be connected and of metal inclusions is determined by means of electronic-optical X-ray microscopy checked. With a careful treatment of the surface of the panels 1 and 2 to be connected, which are free from impurities, becomes one Homogeneous connecting layer produced over the entire connecting surface, the does not contain voids or metal inclusions.

Beispiel 2 Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch eine Verbindung von in Form einer runden Platte 14 (Fig. 3) und eines flachen Rings oder einer Scheibe 15 ausgeführten elektrisch leitenden Körpern erläutert. Die letztgenannten sind aus Germanium hergestellt. Example 2 The process of the invention is carried out by a compound of in the form of a round plate 14 (Fig. 3) and a flat ring or disc 15 executed electrically conductive bodies explained. The latter are made from germanium.

Die runde Platte 14 wird aus Germanium vom n-Typ der Leitfähigkeit (Elektronenleitfähigkeit) und mit einem spezifischen Widerstand von 30 Ohmeem herausgeschnitten. Die Oberfläche der runden Platte 14 wird unter Anwendung einer Diamantmikropulverpaste geschliffen und poliert. Die Scheibe 15 wird aus mit Arsen legiertem Germanium herausgeschnitten, das einen spezifischen Widerstand von 0,001 Ohmacm aufweist. Die Scheibe 15 hat die folgenden endgültigen Abmessungen: Dicke 0,2 mm, Innendurchmesser 18 mm, Außendurchmesser 26 mm, Dicke 0,4 mm. Der Durchmesser der Platte 14 beträgt 34 mm, die Dicke 0,2 mm. Das Abwaschen der Verunreinigungen von der Oberfläche der runden Platte 14 und der Scheibe 15 wird ähnlich dem Abwaschen der in Beispiel 1 beschriebenen Platten durchgeführt. Die runde Platte 14 und die Scheibe 15 werden an dem Heizer 16, der in der Arbeitskammer (nicht gezeigt) untergebracht ist, koaxial angeordnet und jeweils mit den Ringkontakten 17 und 18 in Ber~uhrung gebracht. Der Ringkontakt 17 wird an den Pluspol einer Gleichstromquelle und der Kontakt 18 an den Minuspol (nicht gezeigt) angeschlossen. The round plate 14 is made of germanium of n-type conductivity (Electron conductivity) and cut out with a specific resistance of 30 ohms. The surface of the round plate 14 is made using a diamond micropowder paste sanded and polished. The disk 15 is cut out of germanium alloyed with arsenic, which has a resistivity of 0.001 ohmacm. The disc 15 has the following final dimensions: thickness 0.2mm, inner diameter 18mm, outer diameter 26mm, thickness 0.4mm. The diameter of the plate 14 is 34 mm, the thickness 0.2 mm. Washing off the contaminants from the surface of the round plate 14 and the disc 15 is similar to washing the plates described in Example 1 carried out. The round plate 14 and the disc 15 are attached to the heater 16, the is housed in the working chamber (not shown), arranged coaxially and each brought into contact with the ring contacts 17 and 18. The ring contact 17 is to the positive pole of a direct current source and the contact 18 to the negative pole (not shown) connected.

An der Oberfläche der runden Platte 14 wird ein weiterer Ring 19 aus einem leichtschmelzbaren Material (Zinn mit einem geringen Arsenzusatz von 0,5 Gew.-%) angeordnet. Die Dicke des weiteren Ringes 19 beträgt 0,1 mm, sein Außendurchmesser 17,6 mm, sein Innendurchmesser 17,0 mm, in der Kammer wird ein Schutzmlttel (Wasserstoff) mit einem Taupunkt von -60 OC vorgesehen. Mit Hilfe des Heizers 16 werden die runde Platte 14 und die Scheibe 15 bis zu einer Temperatur von 600 °C erhitzt, wonach in radialer Richtung von der runden Platte 14 zu der Scheibe 15 hin Gleichstrom mit einer Stärke von 8 A durchgeschickt wird. Das Zinn schmilzt ein und fließt in den Spalt zwischen der runden Platte 14 und der Scheibe 15, Nach 7 - 8 min nach der Stromzuführung tritt das Zinn vollständig aus dem Spalt heraus und sammelt sich neben dem Kontakt 17 an. Im Spalt zwischen der Scheibe 15 und der runden Platte 14 wird eine kristallisierte Verbindungsschicht aus Germanium mit Arsen- und Zinnzusätzen hergestellt. Die Qualität der Verbindungsschicht der Naht wird ähnlich der Qjalitätskontrolle gemäß Beispiel 1 kontrolliert. Another ring 19 is placed on the surface of the round plate 14 made of an easily fusible material (tin with a small addition of arsenic of 0.5 Wt .-%) arranged. the The thickness of the further ring 19 is 0.1 mm, its outer diameter 17.6 mm, its inner diameter 17.0 mm, in the chamber a protective medium (hydrogen) with a dew point of -60 OC is provided. With With the help of the heater 16, the round plate 14 and the disk 15 are up to one Heated temperature of 600 ° C, after which in the radial direction of the round plate 14 to the disk 15 towards direct current with a strength of 8 A is passed through. The tin melts and flows into the gap between the round plate 14 and the disc 15, After 7-8 minutes after the power supply, the tin comes out completely out of the gap and accumulates next to the contact 17. In the gap between of the disk 15 and the round plate 14 becomes a crystallized connecting layer made from germanium with added arsenic and tin. The quality of the connection layer the seam is checked similarly to the quality control according to example 1.

Beispiel 3 Das erfindungsgem&ße Verfahren wird durch ein Beispiel für die Verbindung von in Form von rechteckigen Platten 1 und 2 aus Silizium hergestellten elaktrisch leitenden Körpern unter der Bildung eines pZn-Uberganges unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig 2 b erläutert. Example 3 The method of the invention is illustrated by an example for the connection of in the form of rectangular plates 1 and 2 made of silicon electrically conductive bodies with the formation of a pZn transition with reference explained on Fig. 1 and Fig. 2b.

Vor der Verbindung wird die Oberfläche der Platten unter der Anwendung einer Diamantmikropulverpaste geschliffen und poliert und dann in kochender konzentrierter Salpetersäure gewaschen. Before joining, the surface of the panels is under the application a diamond micropowder paste cut and polished and then concentrated in boiling Washed nitric acid.

Unmittelbar vor der Verbindung werden die Platten in konzentrierter Flußsäure und bidestilliertem Wasser gewaschen. Immediately before joining, the panels are concentrated in Washed hydrofluoric acid and double-distilled water.

Die Platte 2 (Fig. 1) aus Silizium mit Abmessungen von 32 x 25 x 0,2 mm³, einem p-Typ der Leitfähigkeit (Defekt- oder Löcherleitfähigkeit) und einem spezifischen Widerstand von 0,01 OhmXcm wird an einem Heizer 9 in einer Arbeitskammer (nicht gezeigt) angeordnet, in der Vakuum hergestellt wird. An die Stirnflächen der Platte 2 werden elektrische Schleifkontakte 4 und 4' angeschlossen, und auf diese Platte wird die Platte 1 aus Silizium mit einem n-Typ der Leitfähigkeit (Elektronenleitfähigkeit) und einem spezifischen Widerstand von 30 Ohmccm gelegt. Als leichtschmelzbares Material 3 verwendet man Silumin (Al-Si-Legierung) mit eutektischer Zusammensetzung, das in Form einer Kugel mit einem Durchmesser von 0,8 mm eingesetzt wird. The plate 2 (Fig. 1) made of silicon with dimensions of 32 x 25 x 0.2 mm³, a p-type of conductivity (defect or hole conductivity) and a Specific resistance of 0.01 OhmXcm is measured on a heater 9 in a working chamber (not shown) arranged in the vacuum is established. To the end faces the plate 2 electrical sliding contacts 4 and 4 'are connected, and on this plate becomes the plate 1 made of silicon with an n-type of conductivity (electron conductivity) and a specific resistance of 30 Ohmccm. As an easily meltable material 3 one uses silumin (Al-Si alloy) with eutectic composition, the in the form of a ball with a diameter of 0.8 mm is used.

An den stromzuführenden Kontakt 5 wird der Pluspol einer Gleichstromquelle und an den Kontakt 5 t der Minuspol angeschlossen. The positive pole of a direct current source is connected to the current-supplying contact 5 and the negative pole is connected to contact 5 t.

Der Prozeß der Verbindung von Platten 1 und 2 läuft ab, wie oben dargestellt wurde, in Vakuum bei einem Restdruck von etwa 1 ~ 10 7 Torr. Mittels des Heizers 9 werden die Platten 1 und 2 bis zu einer Temperatur von 800 C erhitzt, wonach durch diese Platten Gleichstrom mit einer Stärke von 6 A geschickt wird. The process of joining panels 1 and 2 is as above in vacuum with a residual pressure of about 1 ~ 10 7 Torr. Means of the heater 9, the plates 1 and 2 are heated up to a temperature of 800 C, after which direct current with a strength of 6 A is sent through these plates.

Bei der Erhitzung der Platten 1 und 2 schmilzt das Silumin ein und tritt in den Spalt zwischen den Platten 1 und 2 unter der Einwirkung des elektrischen Stromes ein, ähnlich wie das im Beispiel 1 beschrieben ist. Nach 4 - 5 min nach der Stromzuführung tritt das Silumin unter der rechten Stirnfläche der oberen Platte 1 heraus. When plates 1 and 2 are heated, the silumin melts and enters the gap between the plates 1 and 2 under the action of the electric current, similar to that described in Example 1. To 4 - 5 minutes after the power supply, the silumin appears under the right end face the top plate 1 out.

Dadurch wird zwischen den Platten 1 und 2 eine kristallisierte Verbindungsschicht 10 (Fig. 2 b) aus Silizium hergestellt, die mit einem Aluminiumzusatz legiert ist. Die Dicke der Schicht 10 beträgt etwa 1 /um. An der Grenze zwischen der kristallisierten Schicht 10 und der Platte 1 wird ein p-n-Übergang mit einer Durchbruchspannung von 750 - 800 V hergestellt Die Qualität der Verbindungsschicht 10 wird mittels Infrarot-Mikroskopie kontrolliert. This creates a crystallized connecting layer between the plates 1 and 2 10 (Fig. 2 b) made of silicon, which is alloyed with an aluminum additive. The thickness of the layer 10 is about 1 / µm. On the border between the crystallized Layer 10 and plate 1 becomes a p-n junction with a breakdown voltage of 750-800 V produced The quality of the connecting layer 10 is determined by means of infrared microscopy controlled.

Beispiel 4 Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein Beispiel für die Verbindung von elektrisch leitenden, in Form von rechteckigen Platten 1 und 2 aus Molybdän oder Silizium ausgeführten Körpern unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig 2 b erläutert. Example 4 The process of the invention is illustrated by an example for the connection of electrically conductive, in the form of rectangular plates 1 and 2 bodies made of molybdenum or silicon with reference to FIG. 1 and 2b explained.

Die Platte 1 aus Molybdän mit einer Dicke von 0,5 mm wird geschliffen, poliert und dann in Wasserstoff bei einer Temperatur von 800 °c innerhalb von 30 min geglüht. Die anderen Abmessungen der Platte sind wie die der Platte 1 gemäß Beispiel 3. The plate 1 made of molybdenum with a thickness of 0.5 mm is ground, polished and then in hydrogen at a temperature of 800 ° c within 30 min annealed. The other dimensions of the plate are the same as those of the plate 1 according to FIG Example 3.

Dann wird die Platte 1 auf die Platte 2 aus Silizium mit einem n-Typ der Leitfähigkeit (Elektronenleitfähigkeit) und einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm.cm gelegt. Then the plate 1 is placed on the plate 2 made of silicon with an n-type the conductivity (electron conductivity) and a specific resistance of 1 Ohm.cm placed.

Die Abmessungen der Platte 2 entsprechen den Abmessungen der Platte 2 gemäß Beispiel 3. The dimensions of the plate 2 correspond to the dimensions of the plate 2 according to example 3.

Der Verbindungsprozeß wird nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren im Vakuum bei einem Restdruck von 1 ~ 10-7 Torr, einer Temperatur von 900 °C und einer Stromstärke von 5 A durchgeführt. Als leichtschmelzbares Material 3 verwendet man wieder Silumin. The joining process is following the procedure described in Example 1 in a vacuum at a residual pressure of 1 ~ 10-7 Torr, a temperature of 900 ° C and a current of 5 A. Used as easily fusible material 3 one again silumin.

Zwischen der Platte 1 aus Molybdän und der Platte 2 aus Silizium wird eine kristallisierte Verbindungsschicht 10 (Fig. 2 b) aus Silizium hergestellt, die mit einem Aluminiumzusatz legiert ist. Between the plate 1 made of molybdenum and the plate 2 made of silicon a crystallized connecting layer 10 (Fig. 2 b) is made of silicon, which is alloyed with an aluminum additive.

Die Qualität der Verbindung wird durch Prüfung der Längs- und Querschliffe kontrolliert. The quality of the connection is determined by checking the longitudinal and transverse sections controlled.

Beispiel 5 Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein Beispiel für die Verbindung von elektrisch leitenden, in Form von rechteckigen Platten 1 und 2 jeweils aus Arsenid, Gallium und Germanium ausgeführten Körpern unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 b erläutert. Die Verbindung wird nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Ablauf vorgenommen. Example 5 The process of the invention is illustrated by an example for the connection of electrically conductive, in the form of rectangular plates 1 and 2 bodies each made of arsenide, gallium and germanium by reference on Fig. 1 and Fig. 2b. The compound is according to that described in Example 1 Expiry made.

Auf die Platte 2 aus Germanium mit einem p-Typ der Leitfähigkeit (Defektleitfähigkeit) und einem spezifischen Widerstand von 1 Ohmcm wird die Platte 1 aus Galliumarsenid gelegt. Die Verbindung wird in einem Wasserstoffmedium bei einer Temperatur von 700 °C vorgenommen, wobei durch die Platte 1 und 2, die die in Beispiel 1 angegebenen Abmessungen aufweisen, elektrischer Strom mit einer Stärke von 15 A geschickt wird Als leichtschmelzbares Material 3 verwendet man Gallium, das in Form einer Kugel mit einem Durchmesser von 1 mm eingesetzt wird0 Die Qualität der Verbindung wird mittels Infrarot-Mikroskopie kontrolliert. On the plate 2 made of germanium with a p-type conductivity (Defect conductivity) and a specific resistance of 1 Ohmcm the plate 1 made of gallium arsenide. The compound is carried in a hydrogen medium made a temperature of 700 ° C, whereby through the plate 1 and 2, which the dimensions given in Example 1, electric current with a strength of 15 A is sent The easily fusible material 3 is gallium, which is inserted in the form of a sphere with a diameter of 1 mm0 The quality the connection is checked by means of infrared microscopy.

Beispiel 6 Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein Beispiel für die Verbindung von elektrisch leitenden, in Form von rechteckigen Platten 1 und 2 jeweils aus Indiumantimonid und Germanium ausgeführten Körpern unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 b erläutert. Example 6 The process of the invention is illustrated by an example for the connection of electrically conductive, in the form of rectangular plates 1 and 2 bodies each made of indium antimonide and germanium by reference on Fig. 1 and Fig. 2b.

Der Verbindungsprozeß wird, ähnlich wie in den Beispielen 1 und 5, bei einer Temperatur von 500 0C und einer Stromstärke von 15 A durchgeführt. The connection process is similar to Examples 1 and 5, carried out at a temperature of 500 0C and a current of 15 A.

Als leichtschmelzbares Material 3 verwendet man Indium, das in Form einer Kugel mit einem Durchmesser von 1 mm eingesetzt wird. Die Qualität der Verbindungsnaht wird mittels Infrarot-Mikroskopie kontrolliert. The easily fusible material 3 used is indium, which is in the form a ball with a diameter of 1 mm is used. The quality of the joint is checked by means of infrared microscopy.

Claims (2)

Pat entansprüche Patent claims O erfahren zum Verbinden elektrisch leitender Körper, bei dem in den Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern Schmelze aus einem leichtschmelzbaren Material eingefährt wird und die Oberflächenschichten des Materials der zu verbindenden Körper in der Schmelze vom leichtschmelzbaren Material aufgelöst werden, mit anschließender Kristallisation der Oberflächenschichten und Entfernung der Schmelze vom leichtschmelzbaren Material aus dem Spalt zwischen den zu verbindenden Körpern, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kristallisation der Oberflächenschichten des Materials der zu verbindenden Körper und die Entfernung der Schmelze vom leichtschmelzbaren Material aus dem Spalt ZWj hen den zu verbindenden Körpern dadurch vorgenommen wird, daß Gleichstrom durch die zu verbindenden Körper und die Schmelze vom leichtschmelzbaren Material geschickt wird. O learn to connect electrically conductive bodies, in which in the gap between the bodies to be connected melt from an easily fusible Material is retracted and the surface layers of the material to be joined Bodies are dissolved in the melt by the easily fusible material, with subsequent Crystallization of the surface layers and removal of the melt from the easily fusible Material from the gap between the bodies to be connected, thus k e n n -z e i n e t that the crystallization of the surface layers of the material the body to be connected and the removal of the melt from the easily fusible Material from the gap ZWj hen the bodies to be connected is made by that direct current through the body to be connected and the melt of the easily fusible Material is sent. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtevektor des Gleichstromes, der durch die zu verbindenden Körper und die Schmelze vom leichtschmelzbaren Material geschickt wird, nach einer Tangente an die Verbindungsfläche der zu verbindenden Körper ausgerichtet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the density vector the direct current flowing through the body to be connected and the melt of the easily fusible Material is sent, following a tangent to the connecting surface of the to be connected Body is aligned. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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