DE2306059B2 - Verfahren zur herstellung eines elektrodensystems - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines elektrodensystems

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DE2306059B2 DE19732306059 DE2306059A DE2306059B2 DE 2306059 B2 DE2306059 B2 DE 2306059B2 DE 19732306059 DE19732306059 DE 19732306059 DE 2306059 A DE2306059 A DE 2306059A DE 2306059 B2 DE2306059 B2 DE 2306059B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems mit einer zu kontaktierenden Einkornschicht, bei dem Körner aus Halbleitermaterial mit Schalen und Kernen entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen in einer praktisch ein Kom dicken Schicht über einen Teil der Schichtdicke in eine Bindemittelschicht eingebettet werden, auf einer Seite der Einkornschichi; mit freien Kornoberfiächen eine erste Elektrodenschicht zur Kontaktierung der Kornschalen niedergeschlagen wird, eine Materialentfernungsbehandlung durchgeführt wird, bei der Teile der Kornkerne, Teile der Kornschaien und Übergänge zwischen diesen freigelegt werden, denn auf den freigelegten Teilen der Kerne ein Isoliermaterial angebracht wird und eine zweite Elektrodenschicht zur Kontaktierung der Kornkerne niedergeschlagen wird.
Die genannten Elektrodensysteme können Einkornschichten mit als Dioden wirkenden Körnern enthalten, wobei die erste und die zweite Elektrodenschicht auf einander gegenüber liegenden Seiten der Einkornschicht niedergeschlagen sind.
Von anderen durch das obengenannte Verfahren hergestellten Elektrodensystemen ist oft eine Seite frei von Elektrodenschichten, um den Ein- und oder Austritt von Licht zu erleichtern. Diese Elektrodensysteme werden z. B. in Sonnenbatterien und in Injektionslumineszenzlichtquellen verwendet.
Bei der Herstellung der genannten Elektrodensysteme müssen die Kornschaien als auch die Kornkerne miteinander über Elektrodenschichten verbunden werden, die nicht miteinander in Kontakt sein dürfen.
Diese Anforderung läßt sich oft schwer erfüllen weil bei der Materialentfernungsbehandlung sowoh die Kornkerne als auch die Kornschaien freigelegt werden; dies trifft insbesondere zu, wenn eine dei Seiten des Elektrodensystems frei von Kontaktschich· ten sein muß. So wird bei einem Verfahren der in dei Einleitung erwähnten Art (siehe USA Patentschrif 30 40 416) auf der ersten Elektrodenschicht eine Iso lierschicht angebracht und auf der Seite diesei Schichten die Materialentfernungsbehandlung durchgeführt und das Material der Körner und das Mate rial der ersten Isolierschicht müssen derart aneinan der angepaßt und die Materialenlfernungsbehandluiij derart sein, daß bei den Körnern ein Teil der erster
Elektrodenschicht und ein Teil der Kornschale enternt werden und zwischen den Körnern über einen größeren Teil der Schichtdicke die erste Isolierschicht entfernt wird, ohne daß jedoch die erste Elektrodenjchicht völlig von und zwischen den Körnern entfernt I7ird.
Nach dem Anbringen von Isoliermaterial in Form iiner zweiten Isolierschicht auf den freigelegten Teilen wird eine zweite Materialentfernungsbehandlung durchgeführt, bei der das Material der Körner und das Material der zweiten Isolierschicht in gleichem Maße entfernt werden müssen, um die die Kornkerne Jcontaktierende und von der ersten Elektrodenschicht getrennte zweite Elektrodenschicht niederschlagen zu können.
Die Materialien der beiden Isolierschichten und <Jer Körner müssen genau aneinander angepaßt werien; außerdem werden an die Materialeniiernungsfcehandlungen sehr hohe Anforderungen gestellt, wodurch das obenbeschriebene Verfahren schwierig und tmstandlich ist und oft nicht das gewünschte Resultat ergibt, sondern z. B. Kurzschluß veranlaßt.
Die Erfindung bezweckt ein neues Verfahren zur isolierten Kontaktierung der Kornkerne und der Kornschalen und weiter eine Verbesserung des in der genannten USA Patentschrift beschriebenen Verfahrens zu schaffen, wodurch die Herstellung vereinfacht wird und in einer geringeren Anzahl Schritte durchgeführt werden kann. Ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die zweite Materialentfernungsbehandlung fortgelassen werden kann, wenn nicht mehr Isoliermaterial verwendet wird als für die Isolierung der zweiten Elektrodenschicht gsgen die Kornschalen erforderlich ist.
Nach der Erfindung ist dieses Verfahren somit dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial selektiv auf den freigelegten Teilen der Kornschalen und der Übergänge und auf den an die Übergänge grenienden Rändern der freigelegten Teile der Kornkerne angebracht wird und nach dem Anbringen des Iso-Kermaterials frei gebliebenen Teile der Kornkerne durch das Niederschlagen der zweiten Elektrodenichicht kontaktiert werden.
Dabei ergibt sich der Vorteil, daß eine zweite Materialentfernungsbehandlung fortgelassen werden kann, während erreicht wird, daß die durchzufühlende Materialentfernungsbehandlung besonders einfach sein kann, weil kein Relief in der Einkornschicht angebracht zu werden braucht. Als Materialentfernungsbehandlung wird vorzugsweise ein Schleif- oder Poliervorgang gewählt.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich günstige Ergebnisse beim Anbringen gegeneinander isolierter Elektrodenschichten auf den Kornkernen und auf den Kornschalen erzielen, z. B. bei der Herstellung des bereits genannten Elektrodensystems, dessen Elektrodenschichten zu beiden Seiten der Einkornschicht niedergeschlagen sind.
Vorzugsweise wird auf der ersten Elektrodenschicht eine Isolierschicht angebracht und die beiden letzteren Schichten werden der Materialentfernungsbehandlung unterworfen, bei der Teile der ersten Elektrodenschicht freigelegt werden," welche letzteren Teile beim selektiven Anbringen des Isoliermaterials abgedeckt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Isoliermaterial mittels Elektrophorese dadurch angebracht, daß die freigelegten Teile mit einem Bad in Kontakt gebracht werden, das ein für elektrophoretisches Überziehen geeignetes Material enthält, und daß die Elektrophorese stattfindet, indem an die erste Elektrodenschicht eine Spannung in bezug auf das Bad angelegt wird, bei der die Übergänge zwischen den Kornkernen und den Kornschalen in der Sperrichtung vorgespannt sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird das Isoliermaterial mittels elektrochemischer Polymerisation dadurch angebracht, daß die freigelegten Teile mit einem Bad in Kontakt gebracht werden, das einen Stoff enthält, der durch elektrochemische Polymerisation in das Isoliermaterial umgewandelt wird, und daß die Polymerisation stattfindet, indem an die erste Elektrodenschicht eine Spannung in bezug auf das Bad angelegt wird, bei der die Übergänge zwischen den Kornkernen und den Kornschalen in der Sperrrichtung vorgespannt sind.
Bei der genannten bevorzugten Ausführungsform geht die Anbringung des Isoliermaterials um so langsamer vor sich, je mehr Material angebracht ist, und schließlich endet dieser Vorgang automatisch.
Vorzugsweise wird das Isoliermaterial vor der Durchführung der Materialentfernungsbehandlung auf der Einkornschicht angebracht und man läßt das Isoliermaterial nach der Behandlung derart quellen, daß die freigelegten Teile der Kornschalen und die an die Übergänge grenzenden Ränder der freigelegten Teile der Kornschalen und die an die Übergänge grenzenden Ränder der freigelegten Teile der Konikerne überzogen werden.
Das Quellen kann z. B. durch Behandlung mit Dampf oder Lösung mit einem für das Isoliermaterial geeigneten Quellmittel stattfinden.
Das Quellmittel kann z. B., durch Verdampfung oder Extraktion entfernt werden, wobei Isoliermaterial auf den durch das Quellen überzogenen Stellen zurückbleibt.
Bei Anwendung eines Schleifvorgangs als Materialentfernungsbehandlung ist es vorteilhaft, wenn die Körner mit ihren freien Oberflächen über etwa den gleichen Abstand aus der Bindemittelschicht hervorragen. Daher wird vor dem Niederschlagen der ersten Elektrodenschicht die Einkornschicht vorzugsweise dadurch erhalten, daß die Körner als eine praktisch ein Korn dicke Schicht in einer Haftschicht auf einem praktisch flachen Substrat angebracht und in eine Bindemittelschicht eingebettet werden, wonach die Einkornschicht von dem Substrat gelrennt wird, um die Seite mit den freien Kornoberflächen zu erhalten.
Dann wird vorzugsweise die Seite mit den freien Kornoberflächen mit einem besonderen Lösungsmittel für das Bindemittel behandelt, um die freie Kornoberfläche zu vergrößern.
Dabei wird erreicht, daß die Körner auch dann über einen etwa gleichen Abstand aus der Bindemittelschicht hervorragen, wenn alle Körner nicht genau gleich groß sind.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden nähei beschrieben. Es zeigt:
F i g. 1 bis 5 schematisch Schnitte durch Teile eines Elektrodensystems in aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung, und
F i g. 6 einen schematischen Schnitt durch einen
Teil eines Elektrodensystems in einer Stufe der Herstellung mit Hilfe einer Abwandlung des Verfahrens.
Nachstehend wird die Herstellung eines Elektrodensystems mit den beiden Elektrodenschichten auf einer Seite der Einkornschicht beschrieben, wie es in Sonnenbatterien und Injektionslumineszenzlichtquellen verwendet wird. Dabei wird ein Elektrodensystem 51 (siehe Fig. 5) mit einer Einkornschicht (11, 21) hergestellt, wobei Körner 11 mit einer Größe von etwa 50 μπι aus Halbleitermaterial, z. B. Galliumphosphid, mit etwa 5 μΐη dicken Schalen 12 und Kernen 13 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in einer praktisch ein Korn dicken Schicht über einen Teil der Schichtdicke in eine Bindemittelschicht 21 eingebettet werden (siehe F i g. 3).
Auf einer Seite 31 der Einkornschicht (11, 21) mit freien Kornoberflächen wird, nachdem auf übliche Weise in die Galliumphosphidkörner Ionen eines EIe-Anschließend wird die Einkornschicht (11, 21) von dem Substrat 16 getrennt und so die Seite 31 mit den freien Kornoberflächen erhalten (siehe F i g. 3).
Die freie Kornoberfläche kann noch durch Behandlung mit einem besonderen Lösungsmittel für das Bindemitlei vergrößert werden. Dies kann bei Polyurethan auf übliche Weise durch Behandlung mit einer alkoholischen Kaliumhydroxydlösung stattfinden.
Beispiel 1
Im ersten Beispiel wird das Isoliermaterial 52 mittels Elektrophorese dadurch angebracht, daß die freigelegten Teile 43, 44 und 45 mit einem Bad in Kontakt gebracht werden, das ein für elektrophoretisches Überziehen geeignetes Isoliermaterial enthält.
Die Elektrophorese erfolgt dadurch, daß an die erste Elektrodenschicht 41 eine Spannung in bezug auf das Bad angelegt wird, bei der die Übergänge 14
ments implantiert worden sind, das den gleichen Leit- 20 zwischen den Kornkernen 13 und den Kornschalen fähiekeitstyp in dem Galliumphosphid herbeiführen 12 in der Sperrichtung vorgespannt sind.
6 }V ■ ~ ' Die Körner 11 bestehen z.B. aus dem Halbleiter
material Galliumphosphid. Die Kerne 13 sind durch
kann wie die Kornschalen aufweisen, eine erste Elektrodenschicht 41 (siehe F i g. 4) zur Kontaktierung der Kornschalen, z. B. durch Aufdampfen von Gold,
niedergeschlagen. Auf der ersten Elektrodenschicht41 25 durch Dotierung mit Schwefel η-leitend gemacht,
wird eine Isolierschicht 42, z. B. aus Polyurethan, an- Auf beim elektrophoretischen Überziehen übliche
gebracht. Durch Anwendung einer Materialentfernungsbehandlung, für die vorzugsweise ein Schleifvorgang gewählt wird, werden Teile 43 der Kornkerne 13, Teile 44 der Kornschalen 12 und Teile 45 der ersten Elektrodenschicht 41 freigelegt.
Isoliermaterial 52 wird aus noch näher zu beschreibenden Materialien selektiv in Form eines Musters
von Ringen auf den freigelegten Teilen 44 der Kornschalen 12, auf den freigelegten Teilen 45 der ersten 35 von z. B. etwa + 100 V in bezug auf das Bad ange-Elektrodenschicht 41 und auf an die Übergänge 14 legt. Während des Stromdurchgangs durch das Bad
Dotierung mit Zink p-leitend und die Schalen 12
Weise wird ein Bad mit einer Lösung eines karboxyi- und/oder Hydroxylgruppen enthaltenden Kunstharzes und eines organischen Amins oder Ammoniaks in Wasser verwendet. Die Gewichtskonzentration an Feststoff dieser Lösung beträgt 10 bis 15°/o. Als Kunstharz können übliche Stoffe, wie Epoxyd-, Acrylat- oder Alkylharze Anwendung finden. An die erste Elektrodenschicht 41 wird eine positive Spannung
grenzenden Rändern 54 der freigelegten Teile 43 der Kornkerae 13 angebracht.
Dann werden beim Anbringen des Isoliermaterials sinkt der Strom schnell auf einen Bruchteil, z. B. 5 bis 10°/o des ursprünglichen Wertes herab, und die freigelegten Teile 44, 45 und höchstens Ränder 54
52 frei gebliebene Teile der Kornkerne 13 durch das 4° der freigelegten Teile 43 der Kornkerne 13 werden
überzogen. Das Isoliermaterial erreicht dabei z. B. eine Schichtdicke von 5 μΐη. Schließlich wird das Isoliermaterial einer Muffenbehandlung während 5 bis 20 Minuten bei 120 bis 1800C unterworfen. Auch
Niederschlagen der zweiten Elektrodenschicht 53 kontaktiert.
Zu diesem Zweck werden auf üblicne Weise in die
Galliumphosphidkörner Ionen eines Elements implantiert das den gleichen Leitfähigkeitstyp in dem 45 kann beim Anbringen des Isoliermatenals derart ver-Galliumphosphid herbeiführen kann wie die Korn- fahren werden daß eine bestimmte Stromdichte (in
- ■ - der Größenordnung von 0,1 mA/cm2) eingestellt und
gestoppt wird, wenn die Spannung einen bestimmten hohen Wert erreicht hat.
kerne aufweisen, und eine zweite Elektrodenschicht S3, z. B. durch Aufdampfen von Gold, niedergeschlagen.
Die erste Elektrodenschicht 41 und die zweite Elektrodenschicht 53 können auf übliche Weise mit Stromleitern versehen werden.
Bei Anwendung eines Schleifvorgangs als Materialentfernungsbehandlung ist es vorteilhaft, wenn die
Beispiel 2
Das zweite Beispiel weicht insofern von dem erster Beispiel ab, daß nun das Isoliermaterial 52 mittel; elektromechanischer Polymerisation dadurch ange
Körner nut ihren freien Kornoberflächen über einen 55 bracht wird, daß die freigelegten Teile 43, 44, 45 mi etwa deichen Abstand aus der Bindemittelschicht einem Bad m Kontakt gebracht werden, das emei hervorra Stoff enthält, aer durch elektrochemische Polymerisa
Daher wird vor dem Niederschlagen der ersten tion in das Isoliermaterial umgewandelt wird. Di' Elektrodenschicht 41 die Einkornschicht (11, 21) Polymerisation erfolgt dadurch, daß an die erste Elek dadurch erhalten, daß die Körner 11 als eine prak- 60 trodenschicht 41 eine Spannung in bezug auf das Bai tisch ein Korn dicke Schicht in einer Haftschicht 15 angelegt wird, bei der die Übergänge 14 zwischen dei auf einem praktisch flachen Substrat 16 angebracht Kornkernen 13 und den Kornschalen 12 in de weiden (siehe F i g. 1). Sperrichtung vorgespannt sind.
Die Haftschicht 15 besteht z. B. aus einem übli- Auf bei elektrochemischer Polymerisation üblich
chen Gummileim und das Substrat 16 aus Glas. Die 65 Weise wird ein Bad mit einem Gemisch von Orthoisc
Körner 11 werden in die Bindemittelschicht 21 v».ingebettet (siehe Fig. 2), die aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Polyurethan, besteht.
propylphenol und Triäthylamin in einem Molekulai verhältnis von 10: 1 verwendet. Bei einer positive Spannung von + 200 V an der ersten Elektroder
schicht 41 in bezug auf das Bad wird Isoliermaterial 52 mit einer Dicke von 0,6 [im angebracht. Dabei sinkt die Stromdichte während des Vorgangs von etwa 10 3 A/cmä auf etwa 10"6AyCm- herab.
Beispiel 3
Das dritte Beispiel weicht insofern von den voran gehenden Beispielen ab, daß das Isoliermaterial voi der Durchführung der Materialentfernungsbchandlung auf der Einkornschicht (11, 21) angebracht wird und man das Isoliermaterial nach der Behandlung derart quellen läßt, daß die freigelegten Teile 45 der ersten Elektrodenschicht 41. die freigelegten Teile 44 der Kornschalen 12 und die an die Übergänge 14 grenzenden Ränder 54 der freigelegten Teile 43 der Kornkerne 13 überzogen werden (siehe F i g. 6). Das Isoliermaterial wird z. B. als eine Isolierschicht 42 angebracht. Als Material für die Isolierschicht 42 wird vorzugsweise Polyurethan verwendet, das durch Behandlung mit Äthylacetat- Dampf quellt.
Nach Entfernung des Äthylacetats durch Verdampfung bei 80° C bleibt Isoliermaterial 52 auf den durch das Quellen überzogenen Stellen zurück.
Es kann statt des Galliumphosphids ein anderes geeignetes Halbleitermaterial, z. B. Zinkselenid, Mischkristalle von Galliumarsenid und Galliumphosphid oder Mischkristalle von Galliumarsenid und Aluminiumarsenid, verwendet werden. Auch können die Kornkerne η-leitend und die Kornschalen p-leitend sein. Im letzteren Falle müssen naturgemäß das beim elektrophoretischen Überziehe verwendete Isoliermaterial und der bei der elektrochemischen Polymerisation verwendete Stoff an die sich in bezug auf das Bad ändernde Polarität der ersten Elektrodenschicht angepaßt werden. Beim elektrophoretischen Überziehen kommen dann z. B. Kunstharze auf Basis
is von Melamin in Betracht. Beim Anbringen von Isoliermaterial durch Quellen ist es egal, ob die Kornschalen p- oder η-leitend sind.
Auch kann das Verfahren nach der Erfindung bei der Herstellung von Elektrodensystemen verwendet
so werden, bei denen sich die Elektrodenschichten auf einander gegenüberliegenden Seiten der Einkornschicht befinden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
#09521/437

Claims (8)

Patentansprüche: ^
1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems mit einer zu kontaktierenden Einkornschicht, bei dem Körner aus Halbleitermaterial mit Schalen und Kernen entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen in einer praktisch ein Korn dicken Schicht über einen Teil der Schichtdicke in eine Bindemittelschicht eingebettet werden, auf einer Seite der Einkornschicht mit freien Kornoberflachen eine erste Elektrodenschicht zur Kontaktbrung der Kornschalen niedergeschlagen wird, eine Materialentfernungsbehandlung durchgeführt wird, bei der Teile der Kornkerne, Teile der Kornschalen und Übergänge zwischen diesen freigelegt werden, denn auf den irdgelegten Teilen der Kerne ein Isoliermaterial angebracht wird und eine zweite Elektrodenschicht zur Kontaktierung der Kornkerne niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial selektiv auf den freigelegten Teilen der Kornschalen und der Übergänge und auf den an die Übergänge grenzenden Rändern der freigelegten Teile der Kornkerne angebracht wird und nach dem Anbringen des Isoliermaterials die freigebliebenen Teile der Kornkerne durch das Niederschlagen der zweiten Elektrodenschicht kontaktiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Elektrodenschicht eine Isolierschicht angebracht wird und daß die beiden letzteren Schichten der Makrialentfernungsbehandlung unterworfen werden, bei der Teile der ersten Elektrodenschicht freigelegt werden, welche letzteren Teile beim selektiven Anbringen von Isoliermateria1 abgedeckt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial mittels Elektrophorese dadurch angebracht wird, daß die freigelegten Teile mit einem Bad in Kontakt gebracht werden, das ein für elektrophoretisches Überziehen geeignetes Isoliermaterial enthält, und daß die Elektrophorese erfolgt, indem an die erste Elektrodenschicht eine Spannung in bezug auf das Bad angelegt wird, bei der die Übergänge zwischen den Kornkernen und den Kornschalen in der Sperrichtung vorgespannt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial mittels elektrochemischer Polymerisation dadurch angebracht wird, daß die freigelegten Teile mit einem Bad in Kontakt gebracht werden, das einen Stoff enthält, der durch elektrochemische Polymerisation in das Isoliermaterial umgewandelt wird, und daß die Polymerisation erfolgt, indem an die erste Elektrodenschicht eine Spannung in bezug auf das Bad angelegt wird, bei der die Übergänge zwischen den Kornkernen und den Kornschaien in der Sperrichtung vorgespannt sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch
Kkennzeichnet, daß das Isoliermaterial vor der urchführung der Materialentfernungsbehandlung auf der Einkornschicht angebracht wird und #eß man das Isoliermaterial nach der Behandlung derart quellen läßt, daß die freigelegten Teile <er Kornschalen und die an die Übergänge grentenden Ränder der freigelegten Teile der Kornterne überzogen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß als Materialentfernungsbehandlung ein Schldf- oder Poliervorgang gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Niederschlagen der ersten Elektrodenschicht die Einkornschicht dadurch erhalten wird, daß die Körner als eine praktisch ein Korn dicke Schicht in einer Haftschicht auf einem praktisch flachen Substrat angebracht und in die Bindemittelschicht eingebettet werden, wonach die Einkornschicht von dem Substrat getrennt wird, um die Seite mit den freien Kornoberflächen zu erhalten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß danach die Seite mit den freien Kornoberflächen mit einem besonderen Lösungsmittel für das Bindemittel behandelt wird, um die freie Kornoberfläche zu vergrößern.
DE19732306059 1972-02-19 1973-02-08 Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems Expired DE2306059C3 (de)

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NL7202215A NL7202215A (de) 1972-02-19 1972-02-19

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DE2306059A1 DE2306059A1 (de) 1973-08-23
DE2306059B2 true DE2306059B2 (de) 1976-05-20
DE2306059C3 DE2306059C3 (de) 1977-01-13

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FR2172359A1 (de) 1973-09-28
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GB1421459A (en) 1976-01-21
FR2172359B1 (de) 1977-12-30
IT977808B (it) 1974-09-20
JPS5117877B2 (de) 1976-06-05
JPS4896090A (de) 1973-12-08
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