DE2332574A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiters und halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines halbleiters und halbleitervorrichtungInfo
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Description
Dr. E. Wiegand. Dipl.-!no. W. ι
Dr. M. Kohier, Dip!.-Ing. C. fiernhardt
PatentanwäUe 2332 57 A
¥.25856/73 20/Hh .C1 7
Westinghouse Brake Semi-Conduetors Limited
London (England)
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters und Halbleitervorrichtung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters und auf eine Halbleitervorrichtung.
Gemäß der Erfindung ist ein Halbleiterelement bzw. eine Halbleitervorrichtung geschaffen, in welcher getrennte
bzw. selbständige elektrische Verbindungen zu unterschiedlichen Teilen einer Stirnfläche eines aus halbleitendera
Material bestehenden Elements durch entsprechende Elektroden hergestellt sind,die durch Druck auf entsprechende
Kontakte an der Fläche angelegt werden. Ein erster Teil der Fläche ist eine nach oben vorstehende bzw, hochstehende
Schicht aus halbleitendein Material des einen Leitfähigkeitstyps. Ein zweiter Teil der Fläche ist ein leitender Bauteil,
um welchen herum die Schicht nach oben vorsteht, ohne direkte elektrische Verbindung zu diesem zu haben. Der
leitende Bauteil weist einen ersten Metallteil auf und stellt einen ohmischen Kontakt zu einer weiteren Schicht
aus halbleitendem Material des anderen Leitfähigkeitstyps her, welche ebenfalls unterhalb des ersten Teils der Fläche
liegt. Der erste Teil kann innerhalb seines Umfangs eine Kontaktschicht tragen, welche ein halbleitendes Material
und ein zweites Metall bzw. einen zweiten Metallteil mitenthält. Der leitende Bauteil hat einen Isolierüberzug,
und die Kombination ist so ausgeführt,, daß er, wenn er derartig überzogen ist, weniger erhaben ist, als die Kontaktschicht.
Die elektrische Verbindung der Kontaktschicht,
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welche eine leitende Fläche aufweist, die verformbar ist, um Unregelmäßigkeiten der Fläche des Elementes aufzunehmen,
die jedoch an Deformation gehindert ist, erstreckt sich derart, um eine elektrische Verbindung zwischen der Fläche und
dem leitenden Bauteil herzustellen.
Die Kontaktschicht kann durch Sintern hergestellt werden.
Eine Mehrzahl von leitenden Bauteilen kann von einem gemeinsamen Abschnitt für die genannte Durchdringung vorstehen.
Der gemeinsame Abschnitt der leitenden Bauteile kann selbst eine weitere Kontaktschicht tragen, welche
gleich bzw. in gleicher Weise wie die erstgenannte Kontaktschicht nach oben vorsteht. Der leitende Bauteil kann aus
einer Legierung des halbleitenden Materials und des ersten Metalls bestehen. Der leitende Bauteil kann durch Sintern
hergestellt werden.
Ein Teil der weiteren Schicht aus halbleitendeiii Material
kann zwischen dem ersten Teil und dem leitenden Bauteil nach oben vorstehen.
Ein weiterer Teil der Fläche bzw. Stirnfläche kann aus der nach oben vorstehenden Schicht aus halbleitendem Material
des einen Leitfähigkeitstyps bestehen und kann von dem gemeinsamen Abschnitt der leitenden Teile ohne direkte elektrische
Verbindung zu diesem umgeben sein und selbst eine zweite Kontaktschicht tragen, die das halbleitende Material
und den zweiten Metallteil miteinschließt, dessen Oberfläche in gleicher Weise wie die der erstgenannten Kontaktschicht
nach oben zeigt.
Die zweite Kontaktschicht kann durch Sintern gebildet werden.
Die leitenden Bauteile zusammen mit dem gemeinsamen Teil können eine sternartige Form mit gegabelten Strahlen
aufweisen, welche in die nach oben stehende Schicht aus halbleitendem Material eindringen, um Lappen oder dgl. in
dem einen Teil der Schicht zu bilden.
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Venn der weitere Teil der nach oben stehenden halbleitenden Schicht eine Hilfskathode und der andere Teil
eine Hauptkathode ist, wobei beide pn-Verbindungen zu
einem Bereich des halbleitenden Materials des anderen Leitfähigkeitstyps aufweisen, auf welchem sie getragen
sind und von welchem sie nach oben stehen, kann der leitende Bauteil oder können die Bauteile zusammen Wege von
im wesentlichen gleichem elektrischen Widerstand zwischen allen Teilen eines inneren Umfanges der Hauptkathoden-pn-Verbindung
und der Hilfskathoden-pn-Verbindung schaffen.
Die leitende Fläche der elektrischen Verbindung kann die Fläche bzw. Oberfläche eines Kupferelektrodenvorsprungs
sein, der einen Teil einer Kapsel bzw. Einkapselung für das Element bildet. In diesem Fall kann die leitende Fläche durch
den aus einem "hartem" Glas bestehenden Isolierüberzug daran gehindert werden, elektrische Verbindung zu dem leitenden
Bauteil herzustellen.
Der erste Teil der Fläche des Elements kann selbst die leitende Fläche der Verbindung bilden, und eine dehnbare
bzw. flexible Schicht kann geschaffen sein, durch welche die Verbindung zwischen dem Element und der Elektrode hindurchgeht.
Die Schicht hindert sich selbst an der Deformation und gestattet auf diese Weise die Herstellung einer
elektrischen Verbindung zu dem leitenden Bauteil.
Das halbleitende Material kann Silizium sein. Das erste Legierungsmetall und auch das zweite Legierungsmetall kann
Aluminium sein.
Die zuerst erwähnte Kontaktschicht kann aus einer Aluminium-Silizium—Legierung
mit weniger als 15 % Siliziumgehalt bestehen.
Die leitende Oberfläche des ersten Teiles der Stirnfläche kann eine weitere Schicht, aus Silber, sein, die an
der zuerst erwähnten Kontaktschicht gebildet ist.
Dio flexible Schicht kann aus einer Molybdän-Scheibe
bestehen. Diese Scheibe kann zwischen dem Element und einem Kupfervorspruii», getragen sein, um relative seitliche Bewe-
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gung des Elementes und fies Vorsprunges liei sich verändernder
Temperatur in einer zusammengebauten Vorrichtung zuzulassen. Das Halbleiterelement kann auf bzw. an einer Molybdän-Basisplatte
getragen sein.
Das Element kann in einer Kapsel befestigt sein, die eine federnde oder nachgiebige Wand aufweist, welche einen
Elektrodenvorsprung trägt, durch welchen der Druck durch eine äußere Einrichtung angelegt wird. Die Halbleitervorrichtung
kann ein gesteuerter Siliziiungleichrichter sein und die Hauptkathode des Gleichrichters kann von dem perforierten
Emittertyp sein. Auch die Hilfselektrode kann vom perforierten Emittertyp sein.
Die Hauptkathode kann durch lokalisierte Kurzschlußstromkreise
in der Form von Zonen aus halbleitendein Material von einem länglichen Aufriß perforiert sein, welche an der
Kathode mit ihrer längeren Achse parallel zur nächsten Kante der Kathode oder in gleicher Neigung zu benachbarten Katho—
denkanten an jeder Seite angeordnet sind. Vorzugsweise, wenn die Kathodenkante gestreckt ist, ist die Kante einer Zone
zwischen der längeren Achse und der Kathodenkante parallel zur Kathodenkante angeordnet und ihrerseits gestreckt ausgeführt.
Die Kurzschlußstromkreise sind an der Hauptkathodenoberfläche
vorzugsweise so verteilt, daß wenigstens $G %
der Fläche sich zwischen dem nähesten Ktirzschliißstromkreis
und der Kante der Kathodenfläche befindet. Wenn die äußere Kante der Hauptkathode kreisförmig ausgeführt ist, können
einspringende Kurzschlußstromkreisbereiche an Intervallen längs der Kante vorgesehen werden.
Der isolierende überzug kann aus Siliziuiudioxyd bestehen
und als pyrolytisclies Oxyd ausgebildet sein. Der Überzug kann wahlweise aus einem "hartem" Glas oder aus
Bleiglas bestehen.
Ein Halbleit^relcr.ifnf ihr eine Prnclc.ker.iaktverhin—
dungs-Halbleitervorrichtung kann durch Aufdanpfen eines
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Metalls auf nicht durch eine Maske abgedeckte Teile der halbleitenden Stirnfläche des Elementes, auf welche Kontaktdruck
ausgeübt wird, durch Absetzen bzw. Niederschlagen eines Isolierüberzugs über die gesamte Stirnfläche und
durch Wegätzen derjenigen Teile des Überzugs, die Bereichen der Stirnfläche entsprechen, auf welchen Druckkontakte herzustellen
sind, gebildet werden, so daß die verbleibende Isolierung nicht mehr als die Druckkontakt—Verbindungsbe—
reiche der Stirnfläche nach oben vorsteht.
Ein Teil des aufgedampften Materials bzw. Metalls kann in ohmischem Kontakt mit einer Schicht aus halbleitendem Material
niedergeschlagen werden, welche unterhalb derjenigen Schicht liegt, die die Stirnfläche bildet, und kann einen
unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp aufweisen, um einen leitenden Bauteil zu bilden. Der leitende Bauteil stellt keinen
direkten elektrischen Kontakt mit der die Stirnfläche bildenden Schicht her.
Das halbleitende Material kann Silizium sein und an der besagten Stirnfläche können beide Leitfähigkeitstypen vorhanden
sein. Das Metall kann aus Aluminium bestehen und kann dann zu einer Schicht von einer Dicke von etwa 7 bis 9 JK gesintert
werden und nicht mehr als 15 % Silizium aufweisen. Das Silizium kann aus dem Element bestehen oder auf dieses
aufgedampft sein. Der isolierende Überzug Ic ami aus pyroly—
tischem Siliziumdioxyd bestehen und eine Dicke von 10 bis 20 H. oder eine entsprechende Dicke aus Bleiglas aufweisen.
Eine weitere Materialschicht kann in den Druckkontaktbereichen angebracht sein, um eine leitende Fläche zu schaffen,
welche über das Niveau des isolierenden Überzugs angehoben sein kann, um unerwünschte Druckkontaktverbindung
zu der Stirnfläche oder Teilen dieser Fläche zu vermeiden. Die weitere Materialschicht kann aus Silber in einer Schich
von 50 ti Dicke sein, die durch elektrolytisches Plattieren
ab gesetzt w. i r d.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung
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beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine vergrößert ausgeführte perspektivische Darstellung eines Teiles der Halbleitervorrichtung
nach Figur 1. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines
Emitters einer Halbleitervorrichtung.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Stirnfläche des Halbleiterelementes einer gesteuerten Siliziumgleichrichter—
vorrichtung. Die gezeigte Stirnfläche zeigt die Kathoden— seite des Elementes mit einer äußeren kuppenförmigen Hauptkathode
10 und einer zentralen bzw, einer Hilf skcithode 20. Zwischen diesen beiden Kathoden 10 und 20 befindet sich eine
Spreizelektrode ^O (spreader) aus leitenden Bauteilen, die
zusammenarbeiten, um Pfade oder Wege von gleicher elektrischer Länge zwischen allen Teilen der Hilfskathodenverbin—
dung und der Hauptkathodenverbindung zu schaffen. Eine derartige Elektrode ist in der Britischen Patentanmeldung
25 370/69 (2659) und der Britischen Patentanmeldung
29 713/69 (2663) beschrieben. Die sternartige Form der
Spreizelektrode hO mit ihren gabelförmigen Strahlen ist insbesondere
vorteilhaft, um eine annähernd gleiche Ausblendstroiaverteilung
für die lange Kante der Hauptkathode sicherzustellen,
da der Lextungsspreizungsabstand zu irgendeinem Punkt an der Hauptkathode ein kurzer Abstand von der länglichen
Kante der Spreizelektrode ist. Auf diese Art und Weise kann ein schnelles Einschaltverhalten ohne das Risiko örtlicher
Überhitzung, die die Vorrichtung zerstört, erreicht werden.
Sowohl die Hilfskathode 20 als auch die Hauptkathode können perforiert sein, um teilweise kurzgeschlossene Emitter
zu erzeugen.
Figur 2 ist eine vergrößerte schaubildliche Darstellung
eines Teiles der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung und
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insbesondere eines der gabelförmigen Teile eines gabelförmigen
Strahles. Es ist zu sehen, daß sowohl die Kathoden als auch die Spreizelelctrode auf einem Basisbereich bzw.
Grundbereich des gesteuerten Halbleitergleichrichters getragen sind. Der Grundbereich ist eine Schicht, welche unter
den nach oben stehenden Teilen der Stirnfläche liegt. Teile der Oberfläche, 30, dieses Bereiches sind sichtbar. Der
Grundbereich ist vom p-Leitfähigkeitstyp und von diesem steht ein Kathodenbereich in zwei Teilen 11 und 21 vom
n+-Leitfähigkeitstyp nach oben. Körper 31 und 32 vom p-Leitfähigkeitstyp erstrecken sich durch die Haupt- bzw. die
Hilfskathode hindurch, um den Emitter mit der Basis bzw. dem
Grundbereich 30 teilweise kurzzuschließen. Material vom"
p—Leitfähigkeitstyp steht den Kathoden, wie bei 33 und J>k
gezeigt, als Stirn- bzw. Begrenzungsflache vor. Die Hauptkathode
10 ist ein kuppenförmiger Uinfangsbereich, während
die Hilfskathode 20 ein mittlerer kreisförmiger Bereich ist.
Kontaktschichten 13 und 23 sind an der Hauptkathode 10 bzw.
der Hilfskathode 20 gebildet und sind von leicht kleinerem Bereich bzw. Erstreckung als die Oberfläche der entsprechenden
Kathoden. Diese Kontaktschichten 13 und 23 bestehen aus einer Aluminium—Silizium-Legierung, welche durch Sintern erzeugt
-werden können und nicht mehr als 15 "Jo Siliziiunanteil
aufweisen, so daß eine gewisse Nachgiebigkeit unter dem Verbindungsdruck
auftritt, um Unregelmäßigkeiten zu beseitigen. Der Begriff Legierung wird in dieser Anmeldung sogar für den
Fall einer aufgedampften und dann gesinterten Materialmenge verwendet. Diese Legierung wird auch an der Oberfläche des
Grundbereichs 30 gebildet, und zwar als eine bevorzugte Methode des Hersteilens eines leitenden Bauteiles ltl, um
den herum der Hauptkathodenbereich nach oben vorsteht. Eine Mehrzahl von leitenden Bauteilen hi erstreckt sich von
einem gemeinsamen Abschnitt k2. Die leitenden Bauteile kl
.sollten vorzugswei.no von dom Bereich 30 weniger als die
Kathoden 11 und 21 nach oben vorstehen.
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Ein isolierender Überzug 43, welcher aus Bleiglas oder dickem pyrolytisehen Slliziunidiosyd. bestehen kann,
ist oberhalb der Stirnfläche des Elementes lait Ausnahme
derjenigen Bereiche vorgesehen, zu welchen elektrische Verbindung durch Druckkontakt hergestellt werden soll.
Die Dicke des isolierenden Überzugs 43 ist derart gewählt,
daß irgendein unerwünschter Teil des Überzugs während der Herstellung weggeätzt worden ist, wobei der verbleibende
Teil nicht von der Oberfläche des Grundbereichs 30 mehr als eine Kathode und ihre Verbindungsschicht nach oben
vorsteht. In öer in Figur 2 dargestellten Ausführuugsfomi
würde der Überzug wenigstens an der oberen Fläche des leitenden Rauteils hl f wie bei 43 zu sehen, vorhanden sein;
Die Isolierung kann sich außerdem über die Seiten des Bauteiles hl und über die freigelegte Oberfläche des Grundbereichs
30 erstrecken. In dieser Art und Weise wird ein
Druckkontakt in der Form einer mit Öffnung bzw. Öffnungen
versehenen Scheibe, mit der Hauptkathode 10 daran gehindert, eine unerwünschte elektrische Verbindung rait dem
leitenden Bauteil 41, sowohl durch Kontakt als auch durch elektrischen Durchschlag über einen Zwischenraum, herzustellen,
und es ist nicht notwendig, eine komplexe Form des Kontaktes herzustellen und dann exakte Ausrichtung
zwischen dieser Form und den Kuppen der Hauptkathode 10
sicherzustellen. Druckkontakt kann mit einem mit Öffnung bzw. Öffnungen versehenen Kupfervorsprungskontakt zu einer
Aluminiuni/Siliziuinlegierungsschicht von etwa 7—9 R Dicke
vorhanden sein. In diesem Fall ist der isolierende Liberzug "hart", beispielsweise Bleiglas, und widersteht Deformation
des leitenden Kupfervorsprungs und hält ihn weiterhin davon ab, elektrischen Kontakt bzw. Verbindung zu dem leitenden Bauteil herzustellen.
Jedoch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine
weitere leitende Flachs, V>
i N-iiel swcise i'ie einer weiteren
Schicht aus Silber mit einer Dicke von ca. 2ΰ bis 40 η, ,
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auf der Legierungsschicht vorzusehen. Dies erzeugt eine Verbindung von höherer Qualität, die dauerfester ist.
Falls Druckkontaktverbindung zu dem gemeinsamen Abschnitt
h2 der Kontaktbauteile erforderlich ist, kann die weitere
leitende Oberfläche außerdem sowohl auf dieser als auch auf der Hilfskathode 20 vorgesehen werden. Die weitere
Fläche ist bei 13, 23 bzw. h2 dargestellt. Der verbleibende
Teil des Halbleiterelementes kann in irgendeiner bekannten Art und Weise hergestellt werden, die für die geforderte
Vorrichtung zweckmäßig ist, wobei jedoch im folgenden angenor.inien
wird, daß das Element eine Scheibe ist, deren eine Fläche die Druckkontaktstirnfläche ist und deren andere
Stirnfläche an einem Träger, beispielsweise einer Molybdänscheibe, befestigt ist. Eine derartige Kombination
ist für gewöhnlich in einem geschlossenen Behälter zwischen zwei Kupferanschlägen eingekapselt, welche vermittels
von den 3ehälter bildenden Teilen zusammengedrückt werden oder welche durch äußere Mittel zusacwn eng ed rückt
werden, um elektrische und thermische Verbindung durch Druckkontakt zu dem Element herzustellen.
Ein weiterhin bevorzugtes Merkmal der Erfindung ist, daß die Druckkontaktverbindung zwischen der nach oben
stehenden Stirnfläche des Elementes und dem Kupfervorsprung in einer derartigen Einkapselung durch die Vermittlung
einer flexiblen Molybdänscheibe hergestellt ist. Die Scheibe erstreckt sich über die gesamte Oberfläche des
Hauptkathodenbereichs an der Stirnfläche des Elements, um im Betrieb eine elektrische Verbindung zu dieser herzustellen,
welche Unregelmäßigkeiten durch Biegung bzw. Nachgiebigkeit aufnimmt. Die Scheibe liegt außerdem über
dem eindringenden leitenden Bauteil klt Jedoch wird Kontakt
zu diesem Bauteil verhindert, wenn die Scheibe Deformation des Kupfervorsprungs widersteht, welcher dazu neigt, sich
nach unten in Richtung auf ;len Kontaktteil auszudehnen.
Die Scheibe hat eine zentrale Öffnung, um eine getrennte
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bzw, separate elektrische Verbindung zn dem gemeinsamen
Abschnitt der leitenden Teile und zu der Hilfskathode,
wie gewünscht, hindurchgehen zu lassen« Da die Scheibe flexibel ist, kann sie sich deformieren und irgendwelche
Unregelmäßigkeiten im Eingriff der Stirnfläche des Kupfervorsprungs
mit der Stirnfläche des Hauptkathodenbereichs aufnehmen. Demgemäß wird, falls der Hauptkathodenbereich
nicht vollständig eben ist, die Scheibe die Unregelmäßigkeiten aufnehmen. Weiterhin wird die Scheibe in Verbindung
mit der Aluminium-Siliziumlegierung, welche nicht mehr als 15 % Siliziumgehalt aufweist, und der leitenden Silberschicht,
wie oben erwähnt, irgendwelche kleinen Wellen bzw. Unebenheiten (3—^ U.) zwischen diesen beiden Flächen
aufnehmen. Insbesondere wird die Molybdänscheibe die Einbuchtung der nach oben stehenden Stirnfläche des Elementes
aufnehmen, was bisher ein Problem gewesen ist. Auf diese Art und Weise wird die Gleichförmigkeit der elektrischen
Verbindung zum Hauptkathodenbereich verbessert.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes, wie beschrieben, wird nun angegeben. Ein Element, welches
Schichten 11 und 21 von zweckmäßiger Form mit Stirnflächen .33 und 3k aus Basismaterial an der Fläche bzw. Oberfläche
des Grundbereichs 30 aufweist, kann durch bekannte herkömmliche
Verfahren hergestellt werden. Aluminium/Silizium wird
dann auf die gesamte Stirnfläche des Elementes aufgedampft, um vorzugsweise durch Sintern eine Aluminium/Silizium-Legierungsschicht
herzustellen. Diese Schicht hat eine Dicke von ungefähr 6-10 u. und der Sinterprozeß wird so gesteuert,
daß der Siliziumgehalt der erzeugten Legierung 15 % nicht Überschreitet, was eine spröde Schicht erzeugen würde. Die
Legierung wird dann durch Masken abgedeckt und durch photolitographische
Verfahren geätzt, um die getrennten Abschnitte der Metallisierung, wie gezeigt und oben beschrieben,
zu erzeugen. Als Alternative kann das Aufdampfen durch eine Maske durchgeführt werden. Der isolierende Überzug aus
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aus Siliziumdioxyd wird dann bis zu einer Dicke von
2,0 + 0,5 j*. über der gesainten Stirnfläche abgesetzt. Die
Stirnfläche wird dann photographisch durch Masken abgedeckt nnd mit gepufferter Fluorwasserstoffsäure geätzt,
um den Isolierüberzug von denjenigen Bereichen zu entfernen, an denen Druckkontaktverbindungen herzustellen
sind. Die Anwendung einer Aluminium/Silizium-Metallisierung in einem Verfahren, welches darauffolgend Fluorwasserstoffsäure-Ätzung
einsetzt, ist insbesondere vorteilhaft, da diese Metallisierung lediglich sehr langsam mit der
Säure reagiert. Da die gewünschte Dicke des isolierenden Überzugs nicht überall gleichmäßig niedergeschlagen wird,
sind Variationen bis zu 0,5 ρ über eine Scheibe von ungefähr
38 mm (1,5 ") Durchmesser zu beobachten, es sei denn, die Metallisierung wäre gegenüber der Ätzung widerstandsfähig,
dann würde sie selbst weggeätzt werden, wenn sie während des Ätzens der isolierenden Schicht ausgesetzt wird,
bevor ihre Entfernung von allen gewünschten Teilen vervollständigt war.
Als Alternative kann eine Bleiglasschicht durch bekannte Verfahren als isolierender Überzug abgesetzt bzw.
niedergeschlagen werden, um so eine druckbeständige Schicht bzw. Überzug zu erhalten. Das Bleiglas muß einen Koeffizienten
der thermischen Ausdehnung aufweisen, der mit dem des halbleitenden Materials des Halbleiterelementes verträglich
ist.
In dem bevorzugten Verfahren wird die leitende Fläche 13 durch eine Silberschicht von ungefähr 25-^0 jx. Dicke erzeugt,
die an dem oberen Teil der Aluminium/Siliziutnlegie— rungsschicht in den Druckkontaktverbindungsbereichen niedergeschlagen
wird. In diesem Verfahren hat der gesamte Aufbau von der Fläche der Siliziutnschicht Ii der Figur 2
aus ungefähr Ί0 bis 50 p. Höhe. Falls die Silberschicht 13
weggelassen, wird und ein "harter" Glasüberziig verwendet
wird, hat die AluinJ.niufu/Siliziuu-LegieruNgsschicht 12
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immer noch ungefähr 7-9 J^ Dicke.
Die Molvbd.änsclieibe, die wie oben ber?ehriebe!i i;;it
einen Eleneiit verwendet wird, v;olchos dnrc'i das bevor—
zurrte Verfahre}] erzeugt wird, hot eine Dicke von ungefähr
250 J[U.
Es ist auf die Verwendung von perforierten Erbittern
für die Kathoden Bezug jcnowmen vorden. Oh-OhI die Erfindung
nicht auf derartige Emitter beschränkt ist, kann sie
vorteilhaft mit diesen verbunden werden, r.ncl in einer bevorzugten
Ausführungsforr.i, in welcher die Hauptkathode teilweise
mit den Grundbereich 30 durch den perforierten Emitter
kurzgeschlossen ist, sind die Perforationen von einer hes
t i ΐΓ,ϋΐ t en vo r t ο i 1 h af t eη F ο rrc b ζ w. A υ οrd nu η ς.
Jede Perforation (siehe Figur 3) hat eine Läi.uTs- urrd
eine seitliche Achse, wobei die Längsachse längs der längeren
Dimension der Perforation angeordnet ist. Die Längs—
abmessung- ist vorzugsv/eise doppe"! t so groß wie die seitliche
Abmessung. Die Perforationen sind auf bzw. an dom
Hauptkathodenbereich so angeordnet, daß ihi-e Längsachse
parallel zur nächsten Kante der Kathode angeordnet ist.
Sie sind so angeordnet, daß sich der größtmöglichste Kathodenbereich
zwischen den Perforationen und der Snreizelektrone
40 befindet. In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsforra befindet·
sich wenigstens 50 °h des Kathodenbereiches zwischen,
der nächsten Perforation und, dieser Kante. In der in Figur
gezeigten Ausfiihrungsf orni beträgt der Ge samt durchine es er der
Hauptkathode ungefähr 3O rarci und Jede Perforation ist etwa
1 ir.m χ 0,5 mm (0,04 χ 0,02 ") groß. Die Perforationen, wenn
sie in einer geraden oder gestrecki:en Linie angeordnet sind,
sind in einem Abstand von 1 mra (0,0?i ") voneinander und von
der benachbarten Kante der Hauptkathode avoordnet. Diese
Form bzw. Gestalt ,jeder Perforation und die Art der gewählten
Anordnung ist herausgefunden worden, v.i\ die Auspproizung"
b'-zw. Au?l-reitun"srreschwiiKliiVait ?,u verbessern und ;! ' c;
kürzeste-Au:-;.';?:roizi:iif:'^-::'o'; " ■·.. Λ;!ί·'^Γ(:·:ίίu:: '^"oit :fi.:r «-.·';>.:
iJinso'uilten der Vorricii in*'-:; ?-\ι sc'ipf fen.
30988?/1192
Es wird bemerkt, wie in Figur 3 zu sehen, daß die
Hauptkathode mit am Umfang angeordneten Kurzschlxißstrom—
kreisen versehen ist, um die Kapazität zu kompensieren, welche in der Vorrichtung, wenn sie in Betrieb ist, vorhanden
ist.
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Claims (3)
1. Halbleiterelement bzw. Halbleitervorrichtung, in
welcher getrennte elektrische Verbindungen zu unterschiedlichen Teilen einer Stirnfläche des Elementes aus halbleitendem
Material durch entsprechende Elektroden hergestellt sind, welche durch Druck auf die entsprechenden Kontakte
an der Stirnfläche angelegt werden, wobei ein erster Teil der Stirnfläche eine nach oben stehende Schicht aus halbleitendem
Material des einen Leitfähigkeitstyps ist; ein zweiter Teil der Stirnfläche ein leitender Bauteil ist,
ura den herum die Schicht ohne direkten elektrischen Kontakt zu diesem nach oben vorsteht; der halbleitende Bauteil
ein erstes Metall aufweist und einen ohmischen Kontakt zu einer weiteren Schicht aus halbleitendem Material
des anderen Leitfähigkeitstyps herstellt, welche ebenfalls unterhalb des ersten Teils der Stirnfläche liegt; der
erste Teil innerhalb seines Urafanges eine Kontaktschicht
trägt, die ein halbleitendes Material und ein zweites Metall aufweist; der leitende Teil einen Isolierüberzug
aufweist und die Kombination, sogar wenn sie auf diese Weise-überzogen worden ist, weniger als die Kontaktschicht.
. nach oben vorsteht iiiiä wobei die elektrische Verbindung
zu der Kontaktschicht eine leitende Fläche bzw. Oberfläche miteinschließt, welche verformbar ist, um Unregelmäßigkeiten
der Stirnfläche des Elementes aufzunehmen, die jedoch von Deformation abgehalten ist, die sich so erstrecken, um
elektrische Verbindung zwischen der Oberfläche und dem leitenden Bauteil herzustellen.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht durch Kondensation eines Materials
aus einem Dampf gebildet ist.
3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kondensierte Material in die Kontaktschicht ein-
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gesintert ist.
h. Element nach einen der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet
durch eine Hehrzahl von leitenden Bauteilen, die sich von einem gemeinsamen Abschnitt her erstrecken.
5. Element nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet,
üaß der gemeinsame Abschnitt selbst eine weitere Kontaktschicht
trägt, die gleich hoch mit der erstgenannten Kontaktschicht nach oben vorsteht.
6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Bauteil aus einer Legierung
des ersten Metalls und des halbleitenden Materials besteht.
7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet\
daß das halbleitende Material das gleiche Material ist, wie dasjenige, welches das Element bildet,
8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der leitende Bauteil durch Sinterung hergestellt ist,-
9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Teil der weiteren Schicht aus halbleitendem
Material zwischen dem ersten Teil und dem leitenden Bauteil nach oben vorsteht.
10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben vorstehende Schicht aus
halbleitendem Material des einen Leitfähigkeitstyps einen weiteren Teil der Stirnfläche bildet.
11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der weitere Teil der Stirnfläche von
dem gemeinsamen Abschnitt der leitenden Bauteile mit direkter
elektrischer Verbindung zu diesen umgeben ist.
12. Element nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Teil der Stirnfläche
fjonnorftcits ei no zweite Kontaktschicht trägt, die ein halb-
1 e:i .t';>iöos Material tir·:] ein zvreitcf: vietaJl nn t einschließt,
und ti;.'iJ die Oberfläche der Schicht mit uor der erstgenannten
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Kontaktschicht g] eichvroi t nach oben vorsteht.
i'f). Element nach Anspruch 12, dadurch gekenn^eii cJmet,
daß die zweite Kontaktschicht durch Sinterung hergestellt ist,
i'i. Element nach einem der Ansprüche k his 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der leitenden Bauteile zu» sacimen mit dem geneinsamen Anschnitt eine sternartige Form
mit gegabelten Strahlen aufweist und daß der eine Teil der Schicht des nach oben stehenden halhleitenden Materials in
Form von Lappen zwischen diesen Strahlen gebildet ist.
15. Element nach einen der Ansprüche 10 bis Vi1 dadurch
gekennzeichnet, daß der eine Teil aer nach oben stehenden
halbleitenden Schicht eine Hauptkathode und der weitere*Teil
eine iiilf skathodc ist, die jeweils pn—Verbindungen zu eine;?!
Bereich aus ha] bleitender.i Material des anderen Leitfähig—
keitstyps aufweisen, auf λ* eich ein sie getragen sind und von
welchem sie hochstehen und daß der leitende Bauteil oder die ]eitenden Bauteile allgemein Teile von in wesentlichen
elektrisch gleichem Widerstand zwischen allen Teilen der Hilfskathode—pn—Verbindung und einem inneren Umfang der
Hauptkathode-pn-Verb inching schaffen.
16. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet
durch Einschluß in einer Kapsel mit einem Ivupferelekfci'Oueirvorsprung, dessen Oberfläche die leitende
Fläche der elektrischen Verbindung ist.
17. Element nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Fläche durch eiuen isolierenden Überzug
aus "hartem" Glas an elektrischer Verbindung zu dem leitenden Bauteil gehindert ist.
18. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitende Fläche an dem ersten Teil
der Stirnfläche des Mlewojites seihst gebildet ist.
19- Element nach An'-ruch IS, gekennzeichnet chirch
fine }'iükan;jcJ !nie, dj»- -*:" ·.;;; Cl nktrod önvi M-s;irpm>: urd sij';o
fjejvjijle bzw. flo.hnhcae Hcuiclit auf'.,-eist, uircii welenc ..rir
elelv ί T-i.sciie Yorai ικΙπί". "v.j.scheii de;;. Eleüeni und den
309887/119 2
BÄf> ORtQfNAt
Elektrodenvorsprimg hindurchgeht, wobei sich die Schicht
seihst an der Deformation hindert, die die Herstellung
einer elektrischen Verbindung mit dem leitenden Bauteil
ermöglicht.
20. Element nach einem der Ansprüche 1 his 19, dadurch
gekennzeichnet, daß das hall)leitende Material des Elements
Silizium ist.
21. Element nach einem der Ansprüche 1 his 20, dadurch gekennzeichnet, daß das halbleitend^ in der Kontaktschicht
eingeschlossene Material Silizium ist.
22. Element nach einem der Ansprüche 1 his 21, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Netall Aluminium ist.
23. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das zweite Metall Aluminium ist.
2h. Element nach einem der Ansprüche 1 his 23, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht des ersten Teiles
der Stirnfläche aus Aluminium und Silizium besteht und daß
der Siliziumgehalt weniger als 15 % beträgt»
25. Element nach einem der Ansprüche IS bis 2'i, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitende Oberfläche eine weitere Schicht, aus Silber, ist, die an der Kontaktschicht des
ersten Teiles der Stirnfläche gebildet ist.
26. Element nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, daß die flexible oder biegsame Schicht eine Molybdänscheibe ist.
27. Element nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänscheibe zwischen dem Element und einem
Kupferelektrodenvorsprung getragen ist, um relative seitlich
ο Bewegung des Elementes und des Vorsprungs bei sich ändernder Temperatur in der Einkapselung zuzulassen.
28. Element nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, daß das Element an bzw. auf einer Molybdän—
busispliitte gehaltert ist.
29. Elenont nach einen tier Ansprüche 16 bis 28, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einkapselung eine nachgiebige Wand
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aufweist, welche einen Elekirodenvorsprung trägt, an welchen
Druck flurcli äußere Mittel zur Herstellung separater
!»zw. getrennter elektrischer Verbindung angelegt ist.
30. Elenent nach einen der Ansprüche 1 "bis 29 für
einen gesteuerten Halbleitergleichrichter, gekennzeichnet durch eine Hauptkathode vora perforierten Emittertyp.
31. Element nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch
eine Ilill'skathode vom perforierten Er-ittertyp.
32. Elerient nach einer; der Ansprüche 30 oder 31, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hauptkathode durch lokalisierte
KurzKchlußstroEilcreise in der Form von Zonen aus
halbleitencleni Material von einem länglichen Aufriß perforiert
bzw. unterbrochen ist, die an der Kathode jnit ihrer
längeren Achse parallel zur nächsten Kante der Kathode oder zu benachbarten Kathodenkanten gleichgeneigt zu beiden
Seiten angeordnet sind.
33. Element nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kathodenkante geradlinig bzw. gestreckt ist und die Kante einer Zone zwischen der längeren Achse und der Kathodenkante
parallel angeordnet ist und selbst geradlinig ausgebildet
ist.
J1I. Eleinent nach einen! der Ansprüche 30 bis 33, dadurch
gekennzeichnet, daß die Perforationen lokalisierte Kurz— sohlxißstroiiikreise sind, die an der Hauptkathodenoberflache
so verteilt sind, daß wenigstens 50 0Jo der Oberfläche sich
zwischen dein nähesten Kiirzsclilußstroinkreis und der Kante der Kathodenoberfläche befindet.
35. Element nach einem der Ansprüche 30 bis Jk, dadurch
gekennzeichnet, daß die äußere Kante der Hauptkathode kreisförmig ausgebildet ist und mit Kurzschlußstronikreisbereicheii
an Intervallen längs ihrer Kante versehen ist.
36. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Überzug aus Siliziiu-idioxyd
besteht.
37. Element nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet,
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daß eier Siliziiiricli oxyd-irberz'.i?; als pyrolyti schcs Oxyd
gebildet int.
3S. Element nach einen der Ansprüche 1 bis 35, dadurch
gekenrzeiclmet, daß der isolierende Überzug aus
einem "hartem" GInR5 freispiel swei.se Bleiglas "besteht,
59. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters "bzw.
eines ITalbleiterelcrjonts für eine Druckkontaktverbindungs—
Halbleitervorrichtimg, welches die Stufen des Aufdampfens
von Metall auf nicht durch Masken abgedeckte Teile einer Halbleitermaterial stirnfläche des Elements, zu welchen
Druckkontakt herzustellen ist, des Niederschiagens eines isolierenden Überzugs über die gesamte Stirnfläche und
des Vyregätzens derjenigen Teile des Überzugs, der den Bc*-
reichon der Stirnfläche entspricht, zu welchen Druckkontakt herzustellen ist, aufweist, wobei die verbleibende
Isolierschicht nicht niehr als die Druckkontaktbereiche der
Stirnfläche nach oben vorstehend angeordnet werden.
^O. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet,
doß ein Teil des aufgedampften Metalls in ohmischein Kontakt
Kit einer Schicht a-αε halbleitendem Material niedergeschlagen
wird, welche unter derjenigen Schicht liegt, die die Stirnfläche bildet und von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp ist, he einen leitenden Bauteil zu bilden, wobei der
leitende Bauteil keinen direkten elektrischen Kontakt mit der die Stirnfläche bildenden Schicht herstellt.
hl. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 oder ^iO, dadurch
gekennzeichnet, daß als halbleitendes Material Silizium
verwendet wird und beide Lcitfähigkeitstypen an der
Stirnfläche angeordnet werden.
h2. Verfahren nach einen der Ansprüche 39 bis hl, d.O.—
du rc Ii geirennzeicijnet, deiß als aufgedampftes Metall Aluminium
verwende (, wi rd.
Ί3. V^rfabror· nach Anmriioh *i2, dadurch fro
·-'.··Π '.) i ι :··;·.■'Wi γ-ήγ·!; {·!?■(■ (\jc. ■·■>.·!} L duroii Masken a
'If j ! (■ a·.' i'^orlaiüpf I". ^\r;i rd.
9 882/119?
BAOOFUQfNAL
llJi. Verfahren nr,>-h einer; C er Ansprrciif: ~?2 oder Ό,
ixekenjizcioWint clr.reh Sintern, iv.i eine A!n::n.n:uin/S j Iiz:h;: :--
Schicht vo! 7-9 )'- Meke Kit bilden, die nicht s;ehr nls 15 ';■?
S11 χ ζ i iivs e η ί · h M11,
;>5. Ver:f"i.!.h"ren nach ein Gin Oer Arisprficlie 39 ^' s; J'!l-, ?e_
lierüizeicluict i.iircli Al)setj:eij \>z\f. Xicricrselilageii tios xsoIIg
rendeii überblies aus pyrolytisclis;:! Siliziiuudioxyf1 bis zu
eir'or Γ-icke von in.":.creJ';;hr 10—20 ^t,.
hb. Yerfabren iipch eine:" Oer Ansoriiche 39 bis 7O, f;o—
kennzej.clmet durcJi Bilden tlcs isolierenden Überzugs ons
B'i oi,rrlas von mi^efAihr 10-20 α !"Jicke.
■^7» VcrfP.hrcn iie^li eines?; der Ansprüche 39 bis ';f>, "C~
iiiei cltircii Anl.;.rjn.''en einer weiteren Material FcJuOi.·
zn den Drueirlroni-a'ctboroiclien, ιυ^ eine lelienue Fl.'iclie zu
bilden, die eich über cas Niveau des isol:i erenrlen Überzugs
zwecks Vernei dnng uriei.^irscliter Pri'cJckor'ta'iitverbi nrjiinpr zu
der S tjrnf lache oder Teilen tiieaex" St-ivnf lache anhebt.
hS. Ver:fr.liren naco Anspruch ^7? tlaclnroJi gelcerm^eieiinei
daß als v/ei leres Material Silber in einer Schicht von tniü;e
fähr 50 p. Dicke durch elektrolytisches Plattieren a.bi>;eset;r
bzw. niedergeschlagen v.'ird.
3 O 9 8 ft ? / 1 1 η
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