DE2628381B2 - Vorrichtung zum Bohren von Mikrokanälen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flächen eines n-leitenden Halbleiterkörpers - Google Patents

Vorrichtung zum Bohren von Mikrokanälen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flächen eines n-leitenden Halbleiterkörpers

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Christian Grenoble Baud
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Henri St. Nazaire Eymes Rougeot
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren von Mikrokanälen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flächen eines η-leitenden Halb- (l" leiterkörpers mit einer Elektrolysevorrichtung, die eine mit dem Elektrolyt in Kontakt stehende Katode, eine Anode, die von einer ebenfalls mit dem Elektrolyt in Kontakt stehenden Fläche des in die Elektrolysevorrichtung einsetzbaren Halbleiterkörpers gebildet ist, {>l und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen Katode und Anode enthält.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art können auf der ebenen Fläche eines Halbleiterkörpers Vertiefungen erzeugt werden. Eine Beeinflussung der speziellen geometrischen Form und eines bestimmten Verlaufs der Vertiefungen ist jedoch bei der bekannten Vorrichtung nicht möglich. Insbesondere lassen sich keine Vertiefungen mit geradlinigen Seitenwänden herstellen, sondern es entstehen stets kegelförmige Mulden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß sie die Erzeugung von sehr kleinen Kanälen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flächen eines η-leitenden Halbleiterkörpers ermöglicht, die sich mit geraden Seitenwänden durch den Halbleiterkörper erstrecken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der anderen Fläche des Halbleiterkörpers voneinander getrennte Löcher-Injektionsstellen angebracht sind, die miteinander und mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden sind, und daß die von der Spannungsquelle erzeugte Potentialdifferenz so eingestellt ist, daß ihr Wert größer als der Wert ist, der in dem Halbleiterkörper bei vorbestimmter Dicke und vorbestimmter schwacher Dotierung ein elektrisches Feld erzeugt, das von der mit dem Elektrolyt in Kontakt stehenden Fläche aus bis zu einem Abstand von der anderen Fläche reicht, der kleiner als die Diffusionslänge der Löcher in dem Halbleiterkörper ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet sich nach Anlagen der Potentialdifferenz zwischen der mit den Löcher-Injektionsstellen versehenen Fläche des Halbleiterkörpers und dem Elektrolyt an der Übergangsfläche zwischen dem Elektrolyt und dem Halbleiterkörper eine Sperrschicht, die die Eigenschaften von Schottky-Dioden besitzt, die sich ergibt, wenn ein Metall mit einem schwach dotierten Halbleiter in Kontakt gebracht wird. Insbesondere läßt sich an dieser Sperrschicht eine für Schottky-Dioden typische Gleichrichtung des Stroms beobachten. Wenn der Elektrolyt mit Hilfe einer zwischen die Katode und die mit den Injektionsstellen versehene Fläche des Halbleiterkörpers angelegten Gleichspannung in Bezug auf den Halbleiterkörper negativ vorgespannt wird, wird im Halbleiterkörper eine Raumladungszone erzeugt, die, ausgehend von der mit dem Elektrolyt in Kontakt befindlichen Oberfläche des Halbleiterkörpers, in dessen Inneres eindringt. Bei gegebener Dicke des Halbleiterkörpers und einer gegebenen angelegten Spannung reicht diese Zone in einem Material mit einer ausreichend geringen Dichte an freien Ladungsträgern bis in die Nähe der gegenüberliegenden Fläche und gegebenenfalls unmittelbar bis an diese Fläche. Dabei entsteht ein senkrecht zu den Oberflächen des Halbleiterkörpers verlaufendes und in einen großen Teil seiner Dicke hineinreichendes elektrisches Feld, so daß jedes von den Injektionsstellen injizierte Loch, gegebenenfalls nach einer geringen anfänglichen Diffusion, einer geradlinigen Bahn, durch die Dicke des Halbleiterkörpers hindurch folgt und an der mit dem Elektrolyt in Kontakt stehenden Fläche an einem Punkt austritt, welcher auf dieser Fläche die Projektion der Injektionsstelle ist, die das Loch injiziert hat. An diesem Punkt werden Moleküle des Materials des Halbleiterkörpers in Lösung gebracht. Da die Auflösung an den Punkten erfolgt, an welchen Löcher austreten, ergibt sich eine Reproduktion des auf der anderen Fläche des Halbleiterkörpers angebrachten Musters aus Löcher-Injektionsstellen. Das Abtragen des Halbleitermaterials
führt schließlich dazu, daß in dem Halbleiterkörper bis zu den Injektionsstellen reichende Mikrokanäle entstehen.
Die Löcher-Injektionsstellen können dabei in beliebigem Muster auf der einen Fläche des Halbieiterkörpers angebracht werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß in dem Halbleitermaterial die elektrischen und kristallographischen Eigenschaften während des Bearbeitungsvorgangs vollständig erhalten bleiben und daß keinerlei seitliche Materialabtragungen erfolgen, die zu einer Ausweitung der Kanäle führen würden. Die gebohrten Löcher folgen vielmehr genau dem senkrecht zu den Oberflächen verlaufenden elektrischen Feld im Kalbleiterkörper.
Der mit den Mikrokanälen versehene Halbleiterkörper, der sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schließlich ergibt, eignet sich insbesondere für die Anwendung in Elektronenvervielfachern, wie sie beispielsweise in den französischen Paiintschriften 12 95 026 und 14 65 381 und in der DE-AS 15 39 755 beschrieben sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 und 2 schematische Schnittansichten von zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und
F i g. 3 eine Draufsicht auf ein Detail der Vorrichtung von Fig. 1.
Der Klarheit halber wurden bewußt auf den Figuren die Schraffierungen bestimmter Teile weggelassen.
F i g. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung.
In dieser Figur ist mit 1 ein plattenförmiger Halbleiterkörper bezeichnet, der auf seiner Rückseite mit einer elektrisch leitenden und durchscheinenden Zinnoxidschicht 3 bedeckt ist. Mit dieser Schicht befindet sich eine optische Maske 40 in Kontakt, die auf beliebige Weise erhalten wurde und von welcher ein Bruchstück in der Draufsicht von F i g. 3 gezeigt ist. Diese Maske bildet ein Mosaik von Fenstern 2 im Abstand ρ von 50 Mikrometer, wobei diese Fenster in einer 2000 Ä dicken Molybdänabscheidung auf der Schicht 3 gebildet sind; mit 4 sind die nach Anbringung der Fenster verbleibenden undurchsichtigen Molybdänteile bezeichnet; in dem dargestellten Beispiel besitzen die Fenster 2 die in F i g. 3 gezeigte Form von Quadraten.
Der Halbleiterkörper 1, die Schicht 3 und die Maske 40 stellen insgesamt die Anode der Vorrichtung dar, während 11 den Elektrolyt und 5 die Platinkatode bezeichnet. In der Zeichnung, in welcher der Klarheit halber die Größenverhältnisse der einzelnen Teile nicht gewahrt wurden, bezeichnen 9 bzw. 10 den Behälter, in welchem sich der Elektrolyt befindet, bzw. eine Verbindung, welche die Dichtigkeit zwischen diesem Behälter und dem Halbleiterkörper 1 gewährleistet. Mit 12 ist die Gleichspannungsquelle der Vorrichtung bezeichnet, 13 und 14 sind die Anschlüsse dieser Quelle an die Kathode und die Anode 3 der Vorrichtung 16 ist ein Unterbrecher.
Die Anlegung einer Spannung Vo zwischen der Katode 5 und der Schicht 3 der vorstehenden Anodenanordnung erzeugt durch Schließen des Unterbrechers 16 ein gleichmäßiges elektrisches Feld in dem Halbleiterkörper 1, das senkrecht zu dessen Oberfläche verläuft. Eine intensive Belichtung von einigen Milliwatt pro cm2 im sichtbaren Spektrum und im nahen Infrarot von Seite der Maske 4 (gewellte Pfeile rechts in der Zeichnung) bewirkt infolge Fotoionisierung des Materials des Halbleiterkörpers die Injektion von Löchern (Kreuze + Kreise). Diese Ladungsträger werden durch das elektrische Feld E von rechts nach links gezogen, wie dies der Pfeil am Boden des Halbieiterkörpers 1 anzeigt Sie wandern auf die der die Maske tragenden Seite gegenüberliegende Seite des Halbleiterkörpers in Richtung der kleinen Pfeile und treten an dieser Seite aus, wo sie infolge Entfernung von Molekülen des Halbleitermaterials, wie vorstehend beschrieben, die Ätzung des Halbleiterkörpers bewirken. In dem beschriebenen Beispiel bestand dieser Halbleiterkörper aus Galliumarsenid mit 1012 negativen freien Ladungen pro cm3 und mit einer Dicke von 200 Mikrometer. Die Spannung Vo betrug 20 Volt und das elektrische Feld ΙΟ3 Volt/cm. Der Elektrolyt bestand aus einer basischen Lösung von Kaliumchromat, Cr Ot K2. Die Ätzgeschwindigkeit betrug unter diesen Bedingungen etwa ein Mikrometer pro Minute.
Bei ausreichender Belichtungsdauer durchqueren die erhaltenen Mikrokanäle den Halbleiterkörper von einer Seite zur anderen, wie dies erforderlich ist, wenn diese Kanäle als Elektronenvervielfacher wirken sollen. Nach seiner Abnahme kann der Halbleiterkörper dann in die elektronischen Geräte auf dem Fachmann bekannte Weise eingebaut werden.
Bei begrenzter Belichtungsdauer erhält man blinde Kanäle, wie dies mit 15 in der Zeichnung angezeigt ist.
F i g. 2 zeigt als Beispiel eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel bestehen die Injektionsstellen für die Löcher in dem Halbleitermaterial aus ohmschen Kontakten. Der Halbleiterkörper 1 ist auf seiner rechten Seite mit einer zusammenhängenden Schicht 6 aus einem elektrisch isolierenden Material bedeckt, auf dem man in beliebiger bekannter Weise bestimmte Teile so entfernt hat, daß sich ein Netz aus Bereichen 7 bildet, in welchen der Halbleiterkörper sichtbar ist. Diese Bereiche werden ebenfalls auf beliebige bekannte Weise mit einem elektrisch leitenden Material ausgefüllt; man erhält so auf dem Halbleiterkörper ein Gitter von ohmschen Kontakten 8. Eine als Elektrode dienende Leiterschicht 30 wird schließlich sowohl auf die Schicht 6 als auch auf die Kontakte 8 aufgebracht. Diese Schicht 30 stellt dann den Anodenanschluß der Vorrichtung dar. Die Anlegung der Spannung von der Quelle 12 zwischen den Elektroden 5 und 30 bewirkt den Einschuß von Löchern in den Halbleiterkörper, ausgehend von den Kontakten 8. Diese Löcher werden unter den gleichen Bedingungen wie im vorstehenden Beispiel auf den Elektrolyt zu durch das elektrische Feld transportiert.
Vorstehend wurde die Herstellung von plättchenförmigen Halbleiterkörpern beschrieben, die nach der Entnahme aus der Vorrichtung in die für sie bestimmten elektronischen Geräte eingebaut werden. Die gleiche Vorrichtung ermöglicht unter Bedingungen, welche die Injizierung und die Wanderung der Löcher, wie vorstehend beschrieben, gewährleisten, die Herstellung von bereits in für die Herstellung dieser elektronischen Geräte bestimmte Bauteile eingebauten insbesondere wenn diese Halbleiterkörper der Elektronenyervielfachung dienen sollen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Bohren von Mikrokanälen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flächen eines η-leitenden Halbleiterkörpers mit einer Elektrolysevorrichtung, die eine mit dem Elektrolyt in Kontakt stehende Katode, eine Anode, die von einer ebenfalls mit dem Elektrolyt in Kontakt stehenden Fläche des in die Elektrolysevorrichtung einsetzbaren Halbleiterkörpers gebildet ist, und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen Katode und Anode enthält, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Fläche des Halbleiterkörpers (1) voneinander getrennte Löcher-Injektionsstellen angebracht sind, die miteinander und mit dem Pluspol (14) der Spannungsquelle (12) verbunden sind, und daß die von der Spannungsquelle (12) erzeugte Poteniialdiffercnz so eingestellt ist, daß ihr Wert größer als der Wert ist, der in dem Halbleiterkörper (1) bei vorbestimmter Dicke und vorbestimmter schwacher Dotierung ein elektrisches Feld erzeugt, das von der mit dem Elektrolyt (11) in Kontakt stehenden Fläche aus bis zu einem Abstand von der anderen Fläche reicht, der kleiner als die Diffusionslänge der Löcher in dem Halbleiterkörper (1) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (1) photoelektrisch ist, daß die andere Fläche des Halbleiterkörpers (t) mit einer elektrisch leitenden, durchscheinenden Schicht (3) bedeckt ist, die mit einer undurchsichtigen Schicht überzogen ist, und daß die Löcher-Injektionsstellen von Fenstern (2) in der weiteren Schicht gebildet sind, die für eine Photonenstrahlung durchlässig sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher-Injektionsstellen aus ohmschen Kontakten (8) bestehen, die durch elektrisch isolierende Teile (7) voneinander getrennt sind und mit einer am Pluspol (14) der Spannungsquelle (12) angeschlossenen leitenden Elektrode (30) in Kontakt stehen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (1) aus η-leitendem Galliumarsenid mit höchstens 1012 freien Ladungsträgern pro cm3 besteht, und daß der Elektrolyt (11) eine basische Lösung von Kaliumchromat ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (1) ein Plättchen mit einer Dicke von 200 Mikrometer ist, und daß die von der Spannungsquelle (12) erzeugte Potentialdifferenz 20 V beträgt.
20
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