DE2554626B2 - Abschirmeinrichtung und Verfahren zu deren Aufbringung - Google Patents

Abschirmeinrichtung und Verfahren zu deren Aufbringung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Abschirmeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und ein Verfahren zu deren Aufbringung r.ach Anspruch 7. Eine derartige Abschirmeinrichtung ist z. B. aus der DE-OS 15 64 598 bekannt.
Es gibt bereits eine elektrostatisch geschirmte optoelektronische Einrichtung (DE-OS 15 14 829), bei der eine Elektrode verwendet wird, um eine kapazitive Kopplung von elektrischen Wechselfeldern zwischen dem Sender und dem Empfänger eines Optokopplers zu verhindern. Um diese Wirkung zu erzielen, muß die Elektrode eine ausreichende Leitfähigkeit aufweisen, also niederohmig sein. Es findet sich kein Hinweis auf eine Lichtdurchlässigkeit der Elektrode, zumal diese nur solche Teile des Empfängers abdeckt, durch die ohnehin nicht die vom Sender abgegebene Strahlung hindurchtritt.
Es gibt weiterhin bereits eine optoelektronische Halbleitervorrichtung (DE-OS 15 64 598) mit einem optischen Medium aus Glas, wobei zur Verbesserung der Haftfähigkeit die Oberfläche des dem optischen Medium zugewandten Halbleiterbauelements vor dem Zusammenbau mit einer absorptionsarmen Metallschicht versehen wird. Derart dünne Metallschichten, die für optische Strahlung durchlässig sind, weisen aber eine so geringe elektrische Leitfähigkeit auf, daß sie als Abschirmeinrichtung für elektrische Felder im allgemeinen unbrauchbar sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für die Abschirmeinrichtung der eingangs genannten Art geeignete Materialien anzugeben und diese so auf dein
vorzusehen
Einwirkung elektrostatischer Felder ohne wesentliche Verringerung der optischen Strahlung weitgehend ausgeschlossen wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Abschinneinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst
Die angegebenen Materialien haben eine ausreichende Leitfähigkeit, um die Einwirkung elektrostatischer Felder ohne wesentliche Verringerung optischer Strah- ι ο lung weitgehend auszuschließen.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 11.
Zur Aufbringung von polykristallinem Silicium eignet sich das Aufdampfen. Diese Methode ist technisch leicht ι s zu handhaben und verursacht außerdem geringere Kosten.
je nach den speziellen Anforderungen kann es vorteilhaft sein, Abschirmeinrichtungen au." Halbleiterbauelemente so anzubringen, daß das Aufbringen durch Abscheiden aus der Gasphase erfolgt oder mittels eines Molekularstrahls oder durch Zerstäuben einer oder mehrerer Materialkomponenten durchgeführt wird.
Es lassen sich beispielsweise Abschirmeinrichtungen aus Silicium mittels thermischer Zersetzung von SiH4 oder S1H2CI2 in inertem Gas abscheiden.
Weiterhin lassen sich Abschinncinrichtungen durch Zerstäuben oder gleichzeitiges Bedampfen mit einer nichtleitenden und einer leitenden Materialkomponente herstellen. Als nichtleitende Substanz kann S1O2 und als leitende Substanz Chrom oder Kupfer verwendet werden. Durch gleichzeitiges Bedampfen mittels zweier verschiedener Quellen z. B. mittels einer SiO2-Quelle und einer Chrom-Quelle lassen sich ebenfalls Abschirmeinrichtungen abscheiden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch einen optoelektronischen Koppler, bei dem der Empfänger ein Fototransistor ist, und
F i g. 2 einen Schnitt durch einen optoelektronischen Koppler, bei welchem Sender und Empfänger als Dioden ausgebildet sind.
Ein optoelektronischer Koppler 1 setzt sich aus einem optischen Sender 3 und einem optischen Empfänger 2 zusammen. Der optische Empfänger 2 besteht aus einem Fototransistor mit einem Halbleiterkörper 4, der beispielsweise N-dotiert ist. In den N-leitenden Halbleiterkörper 4 ist von der Oberfläche 9 aus eine zentrale P-leitende Zone 5 eindotiert. Weiterhin sind von der Oberfläche 9 des Halbleiterkörpers 4 aus N+ -leitende Zonen 6 sowohl in N-leitende Bereiche des Halbleiterkörpers 4 als auch in die zentrale P-leitende Zone 5 eindiffundiert. Schichten 7 auf der Halbleiteroberfläche 9 stellen Siliciumdioxidschichten dar. Eine Schicht 8 ist ein metallischer Kontakt der N+-dotierten zentralen Zone 6, der über eine Leitung 16 zum Anschluß 17 aus dem Bauelement herausgeführt wird.
Ein Kontakt 18 ist auf der P-Ieitenden Zone 5 des optischen Empfängers 2 angebracht, der über eine Leitung 19 zum Anschluß 20 aus dem Bauelement herausgeführt wird. Schließlich wird der Halbleiterkörper 4 des optischen Empfängers 2 durch eine Schicht 21 mittels einer Leitung 22 mit einem Anschluß 23 verbunden. b5
Die Schichten 10 stellen die erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtungen dar. Der optische Sender 3 besteht aus einer Lumineszenzdiode mit einem N-leitenden Halbleiterkörper 13, in den an der Oberfläche 14 eine P-leitende zentrale Zone 11 eindiffundiert ist Der Halbleiterkörper 13 wird durch eine Elektrode 21' (wie der Halbleiterkörper 4) kontaktiert Die Elektrode 2Γ ist über eine Leitung 22' mit einem Anschluß 23' verbunden. Die Schichten 12 an der Oberfläche 14 bestehen aus Siliciumdioxid. Die Schichten 12 sind mit Schichten 10 überlagert, welche die erfir.dungsgemäßen Abschirmeinrichtungen darstellen. Zur Kontaktierung der P-leitenden Zone 11 ist auf der Oberfläche 14 des optischen Senders 3 ein Kontakt 24 angebracht der über eine Leitung 25 an einen Anschluß 26 aus dem Bauelement herausgeführt wird. Die Lumineszenzdiode 3 und der Fototransistor 2 werden durch eine Kunststoffvergußmasse 15 gekoppelt
Die F i g. 2 unterscheidet sich von der F i g. 1 nur dadurch, daß auch der optische Empfänger 2 als Diode ausgebildet ist Die den Empfänger darstellende Diode ist daher mit dem Bezugszeichen 3' versehen.
Zur Herstellung von optoelektronischen KoppJern werden Abschirmeinrichtungen empfängerseitig und gegebenenfalls auch senderseitig, wie in den Figuren dargestellt angebracht Es ist zweckmäßig, jede Abschirmeinrichtung an höchstens eine Transistorzone anzuschließen. Es ist jedoch auch möglich, elektrische Anschlüsse an den einzelnen Abschirmeinrichtungen anzubringen und isoliert aus dem Halbleiterbauelement herauszuführen.
Die Materialien der Abschirmeinrichtungen müssen eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die Verwendung von Metallen als Material erfordert, bedingt durch die Forderung der Durchlässigkeit für optische Strahlung, äußerst geringe Schichtdicken. Diese haben ihrerseits eine geringe mechanische und chemische Stabilität zur Folge.
Bei der Verwendung von halbleitendem Material ist vor allem polykristallines Silicium zu nennen. Polykristallines Silicium verfügt einerseits über eine hinreichende Leitfähigkeit um elektrische Störfelder von dem zugehörigen Halbleiterbauelement abzuschirmen, andererseits ist polykristallines Silicium ausreichend hochohmig, so daß durch Anbringen einer derartigen Abschirmein.-ichtung die Signalanstiegs- bzw. Signalabfallzeiten des Halbleiterbauelements durch das Anbringen der Abschirmeinrichtung nicht vergrößert werden.
Bei der Verwendung von halbleitenden Materialien für Abschirmeinrichtungen lassen sich für den spektralen Arbeitsbereich eines optischen Halbleiterbauelements Materialien mit hinreichend geringer Absorption finden, so daß die Schichtdicken der Abschirmeinrichtungen im Hinblick auf deren mechanische und chemische Stabilität ausreichend stark gehalten werden können.
Die Verwendung von polykristallinen Halbleiterschichten als Abschirmeinrichtungen ist besonders vorteilhaft, da das Aufbringen derartiger Schichten beherrscht wird. Außerdem lassen sich pclykristalline Si-Schichten mit hohem spezifischem Widerstand herstellen so daß durch das Anbringen derartiger Abschirmeinrichtungen die Güte des betreffenden Halbleiterbauelements nicht verringert wird.
Als weitere Materialien kommen Verbindungshalblei ter, insbesondere Verbindungshalbleiter von der Art AiBvi, AiiBvi, AiiiBv, AivBiv, AvBm, AviBn und AvnBi sowie deren Mischungen in Betracht. Speziell sind hierzu folgende Halbleiterverbindungen zu nennen: Kupferjodid CuJ, Kupferoxid CU2O, Nickeloxid NiO, Kobaltoxid CoO. Urandioxid UO2. Bleisulfid PbS,
Bleiselenid PbSe, Zinkoxid ZnO, Titandioxid T1O2, Wolfranitrioxid WO3, Eisenoxid Fe2C>3, Siliciumcarbid SiC, Galliumaluminiumarsenid GaAlAs, Galliumindiumarsenid GaInAs, Zinksulfid ZnS, Kadmiumsulfid CdS1 Bleisulfid PbS.
Als weiteres Material kommen halbleitende Gläser in Betracht.
Weitere Materialien können auch Gemische aus Nichtleitern und Leitern sein, z. B. Gemische aus S1O2 und Metallen wie Chrom, Kupfer, Silber, Gold.
Zur Anbringung der Abschirmeinrichtungen ist zu sagen, daß diese nicht unbedingt fest auf den Oxidschichten angebracht sein müssen, die ihrerseits fest auf der Halbleiteroberfläche abgelagert sind. Es ist durchaus auch möglich, sie in einem gewissen Abstand von Halbleiteroberfläche und Oxidschichten anzubringen.
Zur Beseitigung des Feldeffekts bei Optokopplern ist das in der F i g. 1 dargestellte Beispiel besonders geeignet. Dabei wird der optische Sender durch eine Lumineszenzdiode dargestellt, der optische Empfänger durch einen Fototransistor. Die Kopplung von Sender und Empfänger erfolgt durch eine Kunststoffvergußmasse, die, wie in der F i g. 1 dargestellt, zwischen Sender und Empfänger gegossen ist. Zur Vermeidung des Feldeffekts sind auf dem Oxidrahmen der Kollektor-Basis-Diode sowie der Basis-Emitter-Diode Abschirmeinrichtungen angebracht, die das Eindringen eines äußeren elektrischen Feldes in den Fototransistor abschirmen. Durch diese Abschirmung wird eine Veränderung der elektrischen Kenngrößen des Fototransistors vermieden. Wirkungsweise und Güte des Fototransistors bleiben deshalb trotz bestehender äußerer Felder unverändert.
Auch senderseitig können im Bedarfsfall Abschirmeinrichtungen, wie in den Figuren dargestellt, angebracht werden. Die Anbringung senderseitiger Abschirmeinrichtungen ist jedoch nicht in allen Fällen nötig.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Abschirmeinrichtung (10) für optische Halbleiterbauelemente (2 bzw. 3),
a) bestehend aus halbleitenden Substanzen oder
b) bestehend aus halbleitenden Gläsern
c) die jeweils für optische Strahlung durchlässig sind,
dadurch gekennzeichnet,
d) daß die Abschirmeinrichtung eine hinreichende Leitfähigkeit aufweist und daß die halbleitenden Substanzen
ei) entweder aus Verbindungshalbleitern, insbesondere aus AiBvn-i AnBvr. AmBv-, AivBiv-, AvBw-, AviBii-, AviiBi-Verbindungen oder Gemischen dieser Verbindungen,
oder
β2) aus polykristallinen Halbleiterschichten, insbesondere aus polykristallinem Silicium, oder
e3) aus halbleitenden Gläsern
oder
β4) aus Gemischen von Nichtleitern und Leitern, insbesondere aus einem Gemisch aus S1O2 und Chrom,
bestehen.
2. Abschirmeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
f) daß die auf der Halbleiteroberfläche des abzuschirmenden Halbleiterbauelements (2 bzw. 3) angebrachte Abschirmeinrichtung (10) jeweils einen PN-Übergang an der Halbleiteroberfläche derart überdeckt, daß zwischen der Halbleiteroberfläche und der Abschirmeinrichtung (10) eine Isolierschicht (12), insbesondere bestehend aus Halbleiteroxid, liegt.
3. Abschirmeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
g) daß der elektrische Widerstand der Abschirmeinrichtung (10) so hoch ist, daß das Produkt aus dem Widerstandswert der Abschirmeinrichtung (10) und der Kapazität der Abschirmeinrichtung (10) gegen den darunter liegenden Halbleiterkörper, der auf einem anderen Potential als die Abschirmeinrichtung (10) liegt, eine Zeitkonstante ergibt, die größer ist als die kürzeste Signalanstiegs- bzw. Signalabfallzeit für das Halbleiterbauelement (2 bzw. 3).
4. Abschirmeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
h) daß die Abschirmeinrichtung (10) bei optoelektronischen Kopplern (1) sender- und/oder empfängerseitig vorgesehen ist.
5. Abschirmeinrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
i) daß ein empfängerseitiger Fototransistor (2) oder Verstärkertransistor derart mit den Abschirmeinrichtungen (10) versehen ist, daß eine erste Abschirmeinrichtung (10) den mit einer Isolierschicht (12) bedeckten Kollektor-Basis-PN-Übergang und eine zweite Abschirmeinrichtung (10) den ebenfalls mit einer Isolierschicht (12) bedeckten Basis-Emitter-PN-Übergang überdeckt. *>5
6. Abschirmeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
Jf uau uic OpiiSCiiC oCiiiCiitvjiCKC vjCT r-iuSCuiPiTiCiM-
richtung (10) so gewählt wird, daß die Reflexion an der Abschirmeinrichtung (10) minimaüsiert wird,
k) und daß die Abschirmeinrichtung (10) im Spektralbereich zwischen 400 und 1100 run durchlässig ist
7. Verfahren zum Aufbringen von Abschirmeinrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
1) daß das Aufbringen durch Aufdampfen erfolgt.
8. Verfahren zum Aufbringen von Abschirmeinrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
m) daß das Aufbringen durch Abscheiden aus der Gasphase erfolgt
9. Verfahren zum Aufbringen von Abschirmeinrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
n) daß das Aufbringen mittels eines Molekularstrahls erfolgt
10. Verfahren zum Aufbringen von Abschirmeinrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
o) daß das Aufbringen durch Zerstäuben einer oder mehrerer Schirmmaterialkoinponenten erfolgt
11. Verfahren zum Aufbringen von Abschirmeinrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
p) daß das Aufbringen durch Sedimentation aus einer Anschlemmung geeigneter Materialien erfolgt.
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