DE2306059C3

DE2306059C3 - Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems

Info

Publication number: DE2306059C3
Application number: DE19732306059
Authority: DE
Inventors: Ties Siebolt Te Eindhoven Velde (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-02-19
Filing date: 1973-02-08
Publication date: 1977-01-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensysteais 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 Kornobernächen eine erste Elektrodenschicht zur Kontaktierung der Kornschalen niedergeschlagen wird, eine Materialentfernungsbehandlung durchgeführt wird, bei der Teile der Korakerne, Teile der Kornschalen und Übergänge zwischen diesen freigelegt werden,

Anbringen von Isoliermaterial abgedeckt werden. 35 denn auf den freigelegten Teilen der Kerne ein Iso-3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch liermaterial angebracht wird und eine zweite Elektrogekennzeichnet, daß das Isoliermaterial mittels
Elektrophorese dadurch angebracht wird, daß die

denschicht zur Kontaktierung der Kornkerne niedergeschlagen wird.

Die genannten Elektrodensysteme können Einkornbracht werden, das ein für elektrophoretisches 40 schichten mit als Dioden wirkenden Körnern enthal-Überziehen geeignetes Isoliermaterial enthält, und ten, wobei die erste und die zweite Elektrodenschicht

freigelegten Teile mit einem Bad in Kontakt ge-

daß die Elektrophorese erfolgt, indem an die erste Elcktrodenschicht 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 5» 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 Kornschalen in der Sperrichtung vorgespannt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial vor der Durchführung der Materialentfernungsbehandlung auf der Einkomschicht angebracht wird und daß man das Isoliermaterial nach der Behandlung derart quellen läßt, daß die freigelegten Teile auf einander gegenüber liegenden Seiten der Einkomschicht 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 Injek-Uonslumineszenzlichtquellen verwendet.

Bei der Herstellung der genannten Elektrodensysteme müssen die Kornschalen als auch die Komkeme miteinander über Elektrodenschichten verbunden werden, die nicht miteinander in Kontakt sein dürfen.

Diese Anforderung läßt sich oft schwer erfüllen, weil bei der Materialentfernungsbehandlung sowohl die Kornkerne als auch die Kornschalen freigelegt werden; dies trifft insbesondere zu, wenn eine dei Seiten des Elektrodensystems frei von Kontaktschichten sein muß. So wird bei einem Verfahren der in dei Einleitung erwähnten Art (siehe USA Patentschrift 30 40 416) auf der ersten Elektrodenschicht eine Isolierschicht angebracht und auf der Seite diesei Schichten die Materialentferniangsbehandlung durch-

der Kornschalen und die an die Übergänge gren- 65 geführt und das Material der Körner und das Mate·

zendcn Ränder der freigelegten Teile der Korn- rial der ersten Isolierschicht müssen derart aneinan

kerne überzogen werden. der angepaßt und die Materialentfernungsbehandlunj

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, derart sein, daß bei den Körnern ein Teil der erstei

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Elektrodenschjcht und ein Teil der Kprnschale entfernt werfen und zwischen deiL;K§rnern über einen größeren Teil der Schichtdicke dir«rste fcoliersehicht entfernt wjrd, ohne ,daß jedoch die erste, Elektrodenschicht völlig yon und zwischenden Körnern entfernt wird.

Nach #m Anbringen von isoliermaterial in Form einer zwdten 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, umdiedierKomkerne kontaktierendfrund von der ersten Elektrodenschicht getrennte zweite Elektrodenschicht niederschlagen, zu können.

Die Materialien der beiden Isolierschichten und der Körner müssen genau aneinander angepaßt werden; außerdem werden an die Materialentfernungsbehandlungen sehr hohe Anforderungen gestellt, wodurch das obenbeschriebene Verfahren schwierig und umständlich 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 Hegt die Erkenntnis zugrunde, daß die zweite Materialentfernungsbehandlung fortgelassen werden kann, wenn nicht mehr Isoliermaterial verwendet wird als für die Isolierung der zweiten Elektrodenschicht gegen 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 grenzenden Rändern der freigelegten Teile der Kornkerne angebracht wird und nach dem Anbringen des Isoliermaterial frei gebliebenen Teile der Kornkerne durch das Niederschlagen der zweiten Elektrodenschicht konlaktiert werden.

Dabei ergibt sich der Vorteil, daß eine zweite Materialentfernungsbehandlung fortgelassen werden kann, während erreicht wird, daß die durchzuführende 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 Elektrodcnschichten 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 Elektroden-S schicht eine Spannung in bezug auf das Bad angelegt wird, bei der die Übergänge zwischen den Kornkernen und den Kornschalen in der Sperrichtung vorgespanntsind.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform to 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 Sperrao richtung 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,
as 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 Kornkerne 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 3iner Haftschicht auf einem praktisch flachen Substrat angebracht und in eine Bindemittelschicht eingebettet werden, wonach die Einkornschicht von dem Substrat getrennt wird, um die Seite mit den freien Kornoberflächen zu erhalten.

Dann wird vorzugsveise 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 näher 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

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Teil eines Elektrodensystems in einer Stufe der Her- Anschließend wird die Einkornschicht (11, 21) von

stellung mit Hilfe einer Abwandlung des Verfah- dem Substrat 16 getrennt und so die Seite 31 mit den

rens. _; ■ freien Kornoberflächen erhalten (siehe^;Fig. 3).

Nachstehend wird die Herstellung eines Elektro- Die freie Kornoberfläche kann noch durch Behanddensystems mit den beiden Elektrodenschichten a^uf >.5 lung mit einem besonderen Lösungsmittel für das einer Seite der Einkornschicht beschrieben, wie es in Bindemittel vergrößert werden. Dies kann bei PolySonnenbatterien und Injektionslumineszenzlichtquel- urethan auf übliche Weise durch Behandlung mit len verwendet wird. Dabei wird ein Elektrodensy- einer alkoholischen Kaliumhydroxydlösung stattfinstemSl (siehe Fig. 5) mit einer Einkornschicht (11, den.

21) hergestellt, wobei Körner 11 mit einer Größe von io B e i s d i e 1 1

etwa 50 μπι aus Halbleitermaterial, z. B. Gallium- "

phosphid, mit etwa 5 μΐη dicken Schalen 12 und Ker- Im ersten Beispiel wird das Isoliermaterial 52 mitnen 13 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in tels Elektrophorese dadurch angebracht, daß die freieiner praktisch ein Korn dicken Schicht über einen gelegten Teile 43, 44 und 45 mit einem Bad in Kon-Teil der Schichtdicke in eine Bindemittelschicht 21 15 takt gebracht werden, das ein für elektrophoretisches eingebettet werden (siehe F i g. 3). Überziehen geeignetes Isoliermaterial enthält.

Auf einer Seite 31 der Einkornschicht (11, 21) mit Die Elektrophorese erfolgt dadurch, daß an die

freien Kornoberflächen wird, nachdem auf übliche erste Elektrodenschicht 41 eine Spannung in bezug

Weise in die Galliumphosphidkörner Ionen eines EIe- auf das Bad angelegt wird, bei der die Übergänge 14

mems implantiert worden sind, das den gleichen Leit- ao zwischen den Kornkernen 13 und den Kornschalen

fähigkeitstyp in dem Galliumphosphid herbeiführen 12 in der Sperrichtung vorgespannt sind,

kann wie die Koinschalen aufweisen, eine erste Elek- , Die Körner 11 bestehen z. B. aus dem Halbleiter-

trodenschicht 41 (siehe F i g. 4) zur Kontaktierung material Galliumphosphid. Die Kerne 13 sind durch

der Kornschalen, z. B. durch Aufdampfen von Gold, Dotierung mit Zink p-leitend und die Schalen 12

niedergeschlagen. Auf der ersten Elektrodenschicht 41 35 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 Materialentfer- Weise wird ein Bad mit einer Lösung eines karboxyl-

nungsbehandlung, für die vorzugsweise ein Schleif- und/oder Hydroxylgruppen enthaltenden Kunstharzes

Vorgang gewählt wird, werden Teile 43 der Korn- und eines organischen Amins oder Ammoniaks in

kerne 13, Teile 44 der Kornschalen 12 und Teile 45 30 Wasser verwendet. Die Gewichtskonzentration an

der ersten Elektrodenschicht 41 freigelegt. Feststoff dieser Lösung beträgt 10 bis 15 Vo. Als

Isoliermaterial 52 wird aus noch näher zu beschrei- Kunstharz können übliche Stoffe, wie Epoxyd-, Acry-

benden Materialien selektiv in Form eines Musters lat- oder Alkylharze Anwendung finden. An die erste

von Ringen auf den freigelegten Teilen 44 der Korn- Elektrodenschicht 41 wird eine positive Spannung

schalen 12, auf den freigelegten Teilen 45 der ersten 3.5 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

grenzenden Rändern 54 der freigelegten Teile 43 der sinkt der Strom schnell auf einen Bruchteil, z. B.

Kornkerne 13 angebracht. 5 bis 1O⁰Z₀ des ursprünglichen Wertes herab, und die

Dann werden beim Anbringen des Isoliermaterials freigelegten Teile 44, 45 und höchstens Ränder 54

52 frei gebliebene Teile der Komkerne 13 durch das 4" der freigelegten Teile 43 der Kornkerne 13 werden

Niederschlagen der zweiten Elektrodenschicht 53 überzogen. Das Isoliermaterial erreicht dabei z.B.

kontaktiert. eine Schichtdicke von 5 μπι. Schließlich wird das Iso-

Zu diesem Zweck werden auf übliche Weise in die liermaterial einer Muffenbehandlung während 5 bis

Galliumphosphidkörner Ionen eines Elements im- 20 Minuten bei 120 bis 180⁰C unterworfen. Auch

plantiert, das den gleichen Leitfähigkeitstyp in dem 45 kann beim Anbringen des Isoliermaterials derart ver-

Galliumphosphid herbeiführen kann wie die Korn- fahren werden daß eine bestimmte Stromdichte (in

kerne aufweisen, und eine zweite Elektrodenschicht der Größenordnung von 0,1 mA/cm²) eingestellt und

53, z. B. durch Aufdampfen von Gold, niederge- gestoppt wird, wenn die Spannung einen bestimmten

schlagen. hohen Wert erreicht hat

Die erste Elektrodenschicht 41 und die zweite 5"

Elektrodenschicht53 können auf übliche Weise mit Beispiel 2

Stromleitern versehen werden. Das zweite Beispiel weicht insofern von dem ersten

Bei Anwendung eines Schleifvorgangs als Material- Beispiel ab, daß nun das Isoliermaterial 52 mittels

entferaungsbehandlung ist es vorteilhaft, wenn die elektromechanischer Polymerisation dadurch ange-

Körner mit ihren freien Kornoberflächen über einen Si bracht wird, daß die freigelegten Teile 43, 44, 45 mit

etwa gleichen Abstand ans der Bindemittelscbicht einem Bad in Kontakt gebracht werden, das einen

hervorragen. Stoff enthält, der durch elektrochemische Polymerisa-

Daher wird vor dem Niederschlagen der ersten tion in das Isoliermaterial umgewandelt wird. Die

Elektrodenschicht 41 die Einkornschicht (11, 21) Polymerisation erfolgt dadurch, daß an die erste Elekdadurch erhalten, daß die Körner 11 als eine prak- 60 trodenschicht 41 eine Spannung in bezog auf das Bad

tisch ein Korn dicke Schicht in einer Haftschicht 15 angelegt wird, bei der die Übergänge 14 zwischen den auf einem praktisch Sachen Substrat 16 angebracht Kornkernen 13 und den Kornschalen 12 in der

werden (siehe F i g. 1). Sperrichtung vorgespannt sind.

Die Haftschicht 15 besteht z. B. aus einem übli- Auf bei elektrochemischer Polymerisation übliche chen Gurnmüeim und das Substrat 16 aus Glas. Die &3 Weise wird ein Bad mit einem Gemisch von Orthoiso-Körner 11 werden in die Bindemittelschicht 21 einge- propylphenol und Triethylamin in einem Molekularbettet (siehe Fig. 2), die aas «imera elektrisch isotie- verhältnis von 10:1 verwendet Bei einer positiven

renden Material, z. B. Polyurethan, besteht. Spannung von 4- 200 V an der ersten Elektroden-

schicht 41 in bcsnig auf das Bad wird Isoliermaterial das Quellen überzogenen Stellen zurück.

52 mit einer Dicke von 0,6 μΐη angebracht Dabei Es kann statt des Galliumphosphids ein andere:

sinkt die Stromdichte während des Vorgangs von et- geeignetes Halbleitermaterial, z. B. Zinkselenid

wa 10-· A/cm* auf etwa 10~* A/cm² herab. Mischkristalle von Galliumarsenid und Galliumphos

„ . S phid oder Mischkristalle von Galliumarsenid unc

Beispiel 3 Aluminiumarsenid, verwendet werden. Auch könner Das dritte Beispiel weicht insofern von den voran- die Kornkerne η-leitend und die Kornschalen p-lei

gehenden Beispielen alt, daß das Isoliermaterial vor tend sein. Im letzteren Falle müssen naturgemäß da;

der Durchführung der Materialentfernungsbehand- beim elektrophoretischen Überziehen verwendete Is»

lung auf der Einkornschicht (11, 21) angebracht wird io liermaterial und der bei der elektrochemischen Poly

und man das Isoliermaterial nach der Behandlung merisation verwendete Stoff an die sich in bezug aui

derart quellen läßt, daß die freigelegten Teile 45 der das Bad ändernde Polarität der ersten Elektroden

ersten Elektnxknschicht 41, die freigelegten Teile 44 schicht angepaßt werden. Beim elektrophoretischei

der Kornschaleii 12 und die an die Übergänge 14 Überziehen kommen dann z. B. Kunstharze auf Basis

grenzenden Ränder 54 der freigelegten Teile 43 der 15 von Melamin in Betracht Beim Anbringen von Iso

Komkernel3 überzogen werden (siehe Fig. 6). Das liermaterial durch Quellen ist es egal, ob die Korn Isoliermaterial wird z. B. als eine Isolierschicht 42 schalen p- oder n-leitcnd sind,

angebracht. Als Material für die Isolierschicht 42 Auch kann das Verfahren nach der Erfindung be

wird vorzugsweise Polyurethan verwendet, das durch der Herstellung von Elektrodensystemen verwende;

Behandlung mit Äthylacetat-Dampf quellt »> werden, bei denen sich die Elektrodenschichten au; Nach Entfernung des Äthylacetats durch Verdamp- einander gegenüberliegenden Seiten der Einkorn

fung bei 80° C bleibt Isoliermaterial 52 auf den durch schicht befinden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

PatentansgarOehe;

Verfahren zur Herstellung eines Eiektrodsuans mit einer zu kontaktierenden Einkornbicht, bei dem Körner aus Halbleftennatenai it Schalen und Kernen entgegengesetzter Leit-Mgkeitstypen in einer praktisch ein Korn dicken ^Schicht über einen Teil der Schichtdicke in eine I Bindemittelschicht eingebettet werden, auf einer ^s * Seite der Einkornschicht mit freien Kornoberflächen eine erste Elektrodenschicht zur Kontaktie- io. rung der Kornschalen niedergeschlagen wird, eine Materialentfernungsbehandlung durchgeführt, wird, bei der Teife der · Kornkerne, Teile der Kornschalen und Übergänge zwischen diesen freigelegt werden, denn auf den freigelegten Teilen der Kerne ein Isoliermaterial angebracht wird und eine zweite Elektrodenschicht zur Kontaktierung der Korakerne niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial selektiv auf den freigelegten Teilen der Kornscha- ao len und der Übergänge und auf den an die Übergänge grenzenden Rändern der freigelegten Teile der Komkeme 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 Materialentfernungsbehandlung unterworfen werden, bei der Teile der ersten Elektrodenschicht freigelegt werden, welche letzteren Teile beim selektiven dadurch gekennzeichnet, daß als Materialentfernungsbehandlung ein Schleif- oder Poliervorgang gewählt wird,

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis6, 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 Vjpn dem Substrat getrennt wird, um die Seite mit Sen freien Kornoberflächen zu erhalten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß danach die Seite mit den freien KomöberBächen mit einem besonderen Lösungsmittel für das Bindemittel behandelt wird, um die freie Kornoberfläche zu vergrößern.