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Verfahren zur Herstellung von InSb-Dünn-
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filmelementen und die dabei erhaltenen Produkte Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von InSb-Dünnfilmelementen bzw. Dünnschichtelementen
sowie die dabei erhaltenen Produkte.
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Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von InSb-Dünnfilmelementen,
mit verbesserten Eigenschaften durch Erhitzen des InSb-Dünnfilms auf eine über dem
Schmelzpunkt des InSb liegenden Temperatur, gemäß dem ein InSb-Dünnfilmelement oder
-Dünnschichtelement gebildet wird, dessen InSb-Dünnfilm oder -Dünnschicht eine Dicke
von höchstens 0,2 Sm aufweist und gute elektrische Eigenschaften besitzt.
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In jüngster Zeit ist mit der Steigerung der Rechengeschwindigkeit
von Elektronenrechnernes erforderlich geworden, die Betriebsgeschwindigkeit der
in den Elektronenrechnern verwendeten Transistoren zu steigern. Daher ist es auch
erforderlich, die Betriebsgeschwindigkeit der für Elektronenrechner geeigneten MOS-IC's
zu erhöhen. Da die Betriebsgeschwindigkeit eines Transistors im allgemeinen proportional
ist der Elektronenbeweglichkeit des den Transistor bildenden Halbleitermaterials,
sind MOS-FET's aus einem Halbleitermaterial mit hoher Elektronenbeweglichkeit erwünscht.
Die Elektronenbeweglichkeit des Siliciums (Si), das bislang für Transistoren verwendet
wird, beträgt mehrere Hundert cm2/V#s. Es ist zu sagen, daß, was die Verwendung
von Silicium anbetrifft, die hohen Betriebsgeschwindigkeiten der daraus gefertigten
Transistoren beschränkt sind. Andererseits haben Untersuchungen gezeigt, daß ein
InSb-Film mit einer Dicke von beispielsweise 1,5 jim eine hohe Elektronenbeweglichkeit
von bis zu 6 x 104 cm2/ V s besitzt. Daher kann man mit MOS-FET's, die solche InSb-Filme
aufweisen, Geschwindigkeiten erreichen, die die Grenzen der Betriebsgeschwindigkeit
der herkömmlichen Silicium-MOS-Transistoren übersteigen.
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Wenn die Dicke des InSb-Films eines MOS-FET's größer als etwa 0,2
;im ist, kann durch die Anordnung einer Gate-Elektrode ein zu der Filmoberfläche
senkrechtes elektrisches Feld nicht in wirksamer Weise ausgebildet werden, so daß
der Betrieb des Feldeffekttransistors (FET) schwierig ist. Daher ist ein InSb-Dünnfilm,
dessen Dicke etwa 0,2 pm oder weniger beträgt und der gute elektrische Eigenschaften
und insbesondere eine ausgezeichnete Elektronenbeweglichkeit aufweist, äußerst erwünscht.
Bislang ist es jedoch extrem schwierig gewesen, solche InSb-Dünnfilme herzustellen.
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Es ist bereits gut bekannt, daß man einen InSb-Film mit erhöhter Elektronenbeweglichkeit
dadurch herstellen kann, daß man ihn in einer Dicke von etwa 1 ptm auf einen Substrat
abscheidet
und anschließend erneut schmilzt, um (1) die Bildung
größerer Kristallite und (2) eine Reinigung zu bewirken. Es ist ferner bekannt,
daß, wenn man in diesem Fall keine Deckschicht auf den InSb-Film aufbringt, beim
Erhitzen über die Schmelztemperatur des InSb-Kristalls (525°C) hinaus (1) ein Zusammenfließen
der InSb-Schmelze unter Aufbrechen des Films und (2) ein selektives Verdampfen des
Sb-Bestandteils des InSb-Materials, der einen höheren Dampfdruck aufweist, erfolgen,
so daß die Stöchiometrie des Materials beeinträchtigt wird. Als Deckschicht oder
Deckfilm zur Behebung dieses Nachteils ist ein In203-enthaltender Oxidfilm verwendet
worden (A. R. Billings, J. Vac. Sci. Techn., Vol. 6 (1969), Seite 757).
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Da der Oxidfilm jedoch weich ist, wird der InSb-Film wellig, wenn
das InSb-Material aus der Schmelze rekristallisiert.
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Wenn die dem Kristallwachstum des InSb-Materials zugeschriebene Welligkeit
nicht unterdrückt wird, läßt sich keine gleichmäßige Dicke des InSb-Films auf dem
Substrat erzielen. Wenn man zur Beseitigung dieses Nachteils eine harte, glasige
Deckschicht auf dem InSb-Film abscheidet und den InSb-Film schmilzt, bilden sich
Risse in der Glasschicht. Wenn andererseits ein welliger Dünnfilm mit einer Dicke
von höchstens 0,2 Fm gebildet wird, wie es oben beschrieben wurde, erhält man einen
Dünnfilm mit ungleichmäßiger Oberfläche, so daß die Herstellung der elektronischen
Bauelemente erschwert wird. Wenn andererseits die Rekristallisation, die für die
Welligkeit verursacht wird, nicht durchgeführt wird, läßt sich nur eine sehr geringe
Elektronenbeweglichkeit des InSb-Films erreichen, so daß dieser für praktische Zwecke
ungeeignet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren anzugeben,
mit dem ohne weiteres ein InSb-Dünnfilmelement hergestellt werden kann, dessen eigentlichw
oder wesentlicher Bestandteil ein InSb-Dünnfilm mit einer Dicke von höchstens 0,2
gm ist und das eine glatte bzw. gleichmäßige Oberfläche und gute elektrische Eigenschaften
aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
von InSb-Dünnfilmelementen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man 1) ein
Substrat herstellt, das mindestens eine Oberfläche aus Aluminiumoxid (der Ausdruck
Aluminiumoxid soll dabei sämtliche Aluminiumoxide umfassen) oder einem anorganischen
isolierenden Material, das mindestens 12 Mol-% Aluminiumoxid enthält, aufweist,
und auf der Oberfläche des Substrats einen InSb-Dünnfilm ausbildet, dessen Dicke
höchstens 0,2 pm beträgt; 2) auf dem InSb-Dünnfilm eine Schicht (Deckschicht) aus
Aluminiumoxid oder einem anorganischen isolierenden Material, das mindestens 12
Mol-% Aluminiumoxid enthält, abscheidet; 3) den InSb-Dünnfilm auf eine über dem
Schmelzpunkt des InSb liegende Temperatur erhitzt; und 4) den InSb-Dünnfilm abkühlt
und das InSb rekristallisiert.
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Es hat sich gezeigt, daß, wenn man unterhalb des InSb-Films mit einer
Dicke von höchstens 0,2 zm und oberhalb des Films eine Unterschicht bzw. eine Deckschicht
aus Aluminiumoxid oder einem anorganischen isolierenden Material, das mindestens
12 Mol-% Altrminiurnoxid enthält, vorsieht und anschließend den InSb-Film über den
Schmelzpunkt der InSb-Kristalle erhitzt und anschließend abkühlt und rekristallisiert,
die Rißbildung der Deckschicht des InSb-Films und das Zusammenballen des InSb-Films
verhindert werden und man ein Dünnfilmelement erhält, das flach bzw. eben ist und
hervorragende elektronische Eigenschaften aufweist.
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Wenn man bei den Stufen 1) und 2) des erfindungsgemäßen Verfahrens
ein anorganisches isolierendes Material einsetzt, dessen Aluminiumoxidgehalt weniger
als 12 Mol-% beträgt, so zeigt der InSb-Film beim Schmelzen die Neigung zusammenzufließen
bzw. sich zusammenzuballen. Als anorganisches isolierendes Material, das mindestens
12 Mol-% AluminiumDxid enthält, kann man in den Stufen 1) und 2) des erfindungsgemäßen
Verfahrens beispielsweise
das von der Firma Dow Corning Inc. vertriebene
Glas Nr. 7059 verwenden (das im folgenden als Glas 7059 bezeichnet wird und aus
50 Mol-% SiO2, 12 Mol-% Al203, 25 Mol-% BaO, 13 Mol-% B2O3, 0,05 Mol-% MgO und weniger
als 0,01 Mol-% Na2O besteht). Im allgemeinen kann man jedoch ein aus einem Oxid
und Glimmer bereitetes glasiges Material zu diesem Zweck verwenden, vorausgesetzt,
daß es mindestens 12 Mol-% Aluminiumoxid enthält.
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Das Substrat kann vollständig aus Aluminiumoxid bestehen oder kann
aus dem anorganischen isolierenden Material bestehen, das mindestens 12 Mol-% Aluminiurtoxid
enthält. Selbst wenn das eigentliche Substrat ein davon verschiedenes Material ist,
genügt es, wenn mindestens eine Oberfläche des Substrats eine isolierende Schicht
darstellt, die aus Aluminiumoxid oder dem aluminiumDxidhaltigen Material besteht.
Im ersteren Fall kann man als Substratmaterial auch Sa#ftrverwenden. Im letzteren
Fall scheidet man die isolierende Schicht mit Hilfe eines üblichen Filmbildungsverfahrens,
beispielsweise durch Aufdampfen, durch Aufspritzen oder durch ein chemisches Aufdampfverfahren,
in einer geeigneten Dicke von 0,05 pim bis 10 m ab. Wenn die Dicke weniger als 0,05
Zm beträgt, neigt der Film bzw. die Schicht zur Porosität, während die Abscheidung
eines Films bzw. einer Schicht mit einer Dicke von mehr als 10 pm langwierig ist,
wobei sich weiterhin in gewissen Fällen während oder nach der Bildung Risse bilden
Als eigentliches Substrat kann man in diesem Fall ohne weiteres einen Silicium-Einkristall
verwenden.
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Obwohl man zur Bildung des InSb-Dünnfilms irgendein bekanntes Verfahren
anwenden kann, verwendet man im allgemeinen ein Aufdampfverfahren. Die Dicke des
Dünnfilms soll 0,2 ;im oder weniger betragen. Wenn die Dicke oberhalb 0,2 pm liegt,
ergeben sich, wenn der Dünnfilm für die Herstellung von Feldeffekttransistoren (FET)
verwendet wird, Schwierigkeiten beim Betrieb dieser Bauteile, wie es oben bereits
erwähnt wurde. Wenn die Dikke unterhalb 100 A liegt, neigt die abgeschiedene Schicht
dazu, in Form von Inseln vorzuliegen, so daß die Dicke vorzugsweise
mindestens
100 A (0,01 ;im) betragen sollte. Ein bevorzugter Bereich der Dicke des InSb-Dünnfilms
erstreckt sich von 400 Ä (0,04 #m) bis 1000 A (0,1 #m). Bei Anwendung eines Dünnfilms
mit einer Dicke in diesem Bereich können selbst dann, wenn der Dünnfilm für Feldeffekttransistoren
verwendet wird, mit Hilfe einer an die Gate-Elektrode angelegten Spannung ein wirksames
elektrisches Feld senkrecht zur Filmoberfläche ausgebildet werden und die Elektronenbeweglichkeit#ho'ch#gehalten
werden.
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Hinsichtlich der Dicke der Schicht aus dem Aluminiumoxid oder dem
anorganischen isolierenden Material, das mindestens 12 Mol-% Aluminiumoxid enthält,
das in der Stufe 2) auf den InSb-Dünnfilm abgeschieden wird, ist zu sagen, daß im
allgemeinen Dicken von 0,05 jim bis 1 jim geeignet sind. Wenn die Dicke weniger
als 0,05 jim beträgt, neigt die Schicht dazu, porös zu sein. Wenn die Schichtdicke
1 jim übersteigt, läßt sich keine weitere Verbesserung des Effekts erreichen, der
darin besteht, daß das Auftreten der Welligkeit der Oberfläche bei der Rekristallisationsbehandlung
unterdrückt wird. Damit bei der Verwendung des Dünnfilms für Feldeffekttransistoren
durch eine geeignete Gate-Spannung ein ausreichendes elektrisches Feld senkrecht
zu der Filmoberfläche ausgebildet werden kann, ist es günstiger, die isolierende
Schicht auf dem InSb-Dünnfilm nicht zu dick auszulegen.
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Wenn beispielsweise die auf den Feldeffekttransistor einwirkende Feldstärke
105 V/cm und die Gate-Spannung 5 V betragen sollen, sollte die Dicke der isolierenden
Schicht etwa 5000 A (0,5 pm) betragen. Vom diesem Standpunkt aus gesehen, sollte
die Dicke der isolierenden Schicht auf der InSb-Schicht geeigneterweise höchstens
1 jim betragen. Wenn die Feldeffekttransistoren als integrierte Schaltkreise (IC)
ausgelegt werden, sollte die isolierende Schicht vorzugsweise eine Dicke von höchstens
0,6 jim aufweisen.
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Als Verfahren zur Ausbildung der isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid
oder dem Aluminiumoxid enthaltenden Material und als Material dafür verwendet man
die oben beschriebenen Methoden bzw.
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Materialien an. Wenn man jedoch als anorganisches isolierendes
Material
Glas verwendet, muß bei der Bildung des Glasfilms oder der Glasschicht das Erhitzen
des InSb-Dünnfilms auf eine oberhalb seines Schmelzpunkts liegende Temperatur vermieden
werden.
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Da bei der Schmelzbehandlung des InSb-Films in der Stufe 3) des Verfahrens
der Film auf eine Temperatur von mehr als 5250C erhitzt wird, erweicht die isolierende
Schicht, beispielsweise die Schicht aus dem Glas 7059 in gewissen Fällen. Um diese
Schwierigkeit zu überwinden, kann man gegebenenfalls als Glas-Deckschicht eine harte
Glasschicht, beispielsweise eine sio2-Schicht auf die isolierende Schicht, beispielsweise
die Schicht aus dem Glas 7059 auftragen.
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Die in der Stufe 3) des Verfahrens angewandte Aufheiztemperatur entspricht
mindestens dem Schmelzpunkt des Materials InSb (etwa 5250C). Aus Kostengründen ist
es erwünscht, daß die Temperatur etwa 10000C nicht übersteigt.
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Das Erhitzen erfolgt im allgemeinen in einer inerten Gasatmosphäre,
beispielsweise einer Heliumatmosphäre oder einer gemischten Gasatmosphäre aus Argon
und Wasserstoff.
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Bei dem Erhitzen erzielt man die besten Ergebnisse mit Hilfe eines
Zonenschmelzverfahrens. Man kann auch das normale Erstarrungsverfahren anwenden,
gemäß dem nach dem Erhitzen und Schmelzen in einem Ofen mit Temperaturgradient das
Abkühlen und Erstarren bzw. Verfestigen durchgeführt wird. Alternativ ist es erfindungsgemäß
möglich, ein homogenes Schmelzverfahren anzuwenden, bei dem das gesamte Substrat
gleichmäßig erhitzt wird. Bei dem homogenen Schmelzverfahren und dem normalen Erstarrungsverfahren
ist die Zeit, während der das Material auf die angegebenen Heiztemperatur erhitzt
wird, mindestens so lang,daß ein vollständiges Schmelzen des InSb-Films erreicht
wird. Im allgemeinen beträgt die Zeit für das Schmelzen etwa 30 Sekunden oder mehr.
Nach dem vollständigen Schmelzen des Materials kann das Erhitzen fortgesetzt werden,
obwohl hierdurch kein speziell vorteilhafter Effekt erreicht wird.
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Im allgemeinen liegt daher die Heizzeit in einem Zeitraum von 1 Minute.
Es bestehen jedoch keine besonderen Beschränkungen bezüglich
dieser
Heizzeit. Bei dem Zonenschmelzverfahren erzielt man gute Geschwindigkeiten, wenn
man bei einer Bewegungsgeschwindigkeit der geschmolzenen Zone von 0,1 pm/s bis 10
pm/s arbeitet. Man kann jedoch auch andere Geschwindigkeiten anwenden.
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Bei dem Abkühlen in der Stufe 4) des Verfahrens kann man die Substrate,
wenn nicht besondere andere Gründe bestehen, auf Raumtemperatur abkühlen. Wenn die
Abkühlgeschwindigkeit 300000C pro Stunde übersteigt, erfolgt in gewissen Fällen
eine Rißbildung in dem das Substrat bildenden isolierenden Material. Daher sollte
die Abkühlgeschwindigkeit höchstens den angegebenen Wert erreichen.
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Üblicherweise wird nach der Durchführung der Stufe 4) des erfindungsgemäßen
Verfahrens die auf dem InSb-Dünnfilm abgeschiedene isolierende Schicht zur-Ausbildung
der elektrischen Kontakte teilweise entfernt, so daß in diesen Bereichen die InSb-Filmoberfläche
freigelegt wird. Erforderlichenfalls kann man natürlich die isolierende Schicht
vollständig entfernen. Die Beseitigung der isolierenden Schicht kann mit Hilfe von
Verfahren erreicht werden, die in der Halbleitertechnologie üblich sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der zwischen die Schichten
aus dem anorganischen isolierenden Material vorhandene InSb-Dünnfilm mit einer Dicke
von höchstens 0,2 jim geschmolzen und rekristallisiert werden, ohne daß der Dünnfilm
zusammenfließt oder sich zusammenballt und wellig wird und ohne daß sich Risse in
den Schichten aus dem anorganischen isolierenden Material bilden. Durch den Schmelz-
und Rekristallisations-Prozeß werden die Kristallitgröße des InSb-Dünnfilms auf
0,1 bis 10 mm gebracht und die Verunreinigungskonzentration in dem gesamten Film
vermindert, so daß man einen InSb-Dünnfilm mit guten elektronischen Eigenschaften
und einer hohen Elektronenbeweglichkeit erhält. Weiterhin besitzt der erhaltene
InSb-Dünnfilm, wie bereits angegeben, eine flache oder ebene Oberfläche.
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Demzufolge besitzt der InSb-Dünnfilmb,estandteil des erfindungsgemäß
hergestellten InSb-Dünnfilmelements außergewöhnlich gute Eigenschaften. Da die erhaltenen
Filme, wie oben beschrieben, höchstens eine Dicke von 0,2 jim aufweisen, kann man
das Dünnfilmelement ohne weiteres für praktische Zwecke verwenden, insbesondere
für InSb-MOS-FET's, die bislang nicht möglich waren, undes kann natürlich auch für
magnetempfindliche Dünnfilmelemente, Infrarotstrahlungsdetektoren etc. verwendet
werden.
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Die Elektronenbeweglichkeit der InSb-Dünnfilme der erfindungsgemäß
hergestellten Dünnfilmelenente besitzt Werte, die gleich oder größer sind als diejenigen
von Siliciumeinkristallelementen.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen InSb-Dünnfilmelemente
sind im folgenden angegeben: (A) Die InSb-Dünnfilmelemente, die ein Substrat, das
mindestens eine Oberfläche aufweist, die aus Aluminiumoxid oder einem anorganischen
isolierenden Material, das mindestens 42 Mol-% Aluminiumoxid enthält, besteht, einen
InSb-Dünnfilm, der auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden ist und eine Dicke
von höchstens 0,2 jim aufweist und geschmolzen und rekristallisiert worden ist,
und eine Schicht umfassen, die auf dem InSb-Dünnfilm abgeschieden ist und aus Aluminiumoxid
oder einem anorganischen isolierenden Material, das mindestens 12 Mol-% Aluminiumoxid
enthält, besteht.
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(B) Die InSb-Dünnfilmelemente der unter (A) definierten Art, bei denen
die Dicke des InSb-Dünnfilms in einen Bereich von 0,01 jim bis 0,2 jim liegt.
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(C) Die InSb-Dünnfilmelemente der unter (A) definierten Art, bei denen
die Dicke des InSb-Dünnfilms in einem Bereich von 0,04 jim bis 0,1 jim liegt.
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(D) Die unter (A) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen die
Oberfläche des Substrats aus Aluminiumoxid besteht.
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(E) Die unter (A) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen die
auf den InSb-Dünnfilm abgeschiedene Schicht aus Aluminiumoxid besteht.
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(F) Die unter (A) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen die
Oberfläche des Substrats aus einem anorganischen isolierenden Material besteht,
das mindestens 12 Mol-% Aluminiumoxid enthält.
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(G) Die unter (F) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen das
anorganische isolierende Material, das mindestens 12 Mol-% Aluminiumoxid enthält
und die Oberfläche des Substrats bildet, aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein
glasiges Material aus einem Oxid und Glimmer umfaßt.
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(H) Die unter (A) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen die
auf dem InSb-Dünnfilm abgeschiedene Schicht aus einem anorganischen isolierenden
Material besteht, das mindestens 12 Mol-% Aluminiumoxid enthält.
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(I) Die unter (H) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen das
auf dem InSb-Dünnfilm abgeschiedene, anorganische isolierende Material, das mindestens
12 Mol-% Aluminiumoxid enthält, aus der Gruppe ausgewählt ist, das ein glasiges
Material aus einem Oxid und Glimmer umfaßt.
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(J) Die unter (A) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen die
Dicke der auf dem InSb-Dünnfilm ausgebildeten Schicht in einem Bereich von 0,05
jim bis 1 jim liegt.
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(K) Die unter (J) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen die
Dicke der auf dem InSb-Dünnfilm abgeschiedenen Schicht eine Dicke im Bereich von
0,05 jim bis 0,6 Am aufweist.
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(L) Die unter (A) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen zusätzlich
auf der den InSb-Dünnfilm bedeckenden Schicht eine harte Glasschicht abgeschieden
ist.
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(M) Die unter (A) definierten InSb-Dünnfilmelemente, bei denen in
einem vorbestimmten Bereich der auf dem InSb-Dünnfilm abgeschiedenen Schicht ein
bis zu dem InSb-Dünnfilm reichendes Loch vorbestimmter Form zur Aufnahme einer Elektrode
vorgesehen ist.
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Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der weiteren Beschreibung und den Beispielen, in denen auf die
beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.
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In den Zeichnungen zeigen: Die Fig. 1a, 1b, 1c und 1d Schnittansichten
von gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen InSb-Dünnfilmelementen
und die Fig. 2 Materialien für die isolierenden Schichten und Schnittansichten von
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und nach herkömmlichen Verfahren hergestellten
InSb-Dünnfilmelementen.
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Beispiel 1 Auf einem Substrat 1 aus dem Glas 7059, das eine Dicke
von 1 mm aufweist, dampft man einen InSb-Dünnfilm 2 mit einer Dicke von 0,15 jim
auf, wozu man die bekannte Dreitemperatur-Aufdampfmethode anwendet. Dadurch, daß
man die Temperatur des Glassubstrats 1 während des Aufdampfens bei 3500C hält, erhält
man einen glatten und ebenen InSb-Film 2 mit spiegelnder Oberfläche. Anschließend
bringt man durch thermische Zersetzung von Aluminiumisopropylat in einer Argonatmosphäre
bei 4000C eine Aluminiumoxidschicht 3 mit einer Dicke von 0,6 jim auf dem InSb-Film
2 auf.
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Das erhaltene Substrat wird dreimal mit Hilfe der bekannten Heißdrahtmikrozonenschmelzmethode
zonengeschmolzen. Eine Schnittansicht des in dieser Weise hergestellten Elements
ist in der
-Fig. 1a dargestellt. Nach dem Zonenschmelzen zeigt
der InSb-Film eine glatte und ebene Oberfläche und keine Risse oder Brüche. Die
gebildete Aluminiumoxidschicht wird dann lokal entfernt, worauf die Elektronenbeweglichkeit
des InSb-Films bei Raumtemperatur nach der Methode von van der Pauw bestimmt wird.
Durch das Zonenschmelzen wird die Elektronerteweglichkeit, die nach dem Aufdampfen
210 cm2/V s betragen hat, auf 830 cm2/ V s erhöht.
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Bei der oben beschriebenen Dreitemperatur-Aufdampfmethode betragen
die Temperatur der In-Quelle 10000C, die Temperatur der Sb-Quelle 5400C und die
Temperatur des Substrats 4000C. Beim Zonenschmelzen arbeitet man bei einer Heiztemperatur
von 5250C bis 527°C, in einer strömenden Heliumgasatmosphäre und bewegt die geschmolzene
Zone mit einer Geschwindigkeit von 6 bis 7 jim/s. Die Aluminiumoxidschicht wird
mit Hilfe des wohlbekannten Fotoätzverfahrens lokal entfernt, wozu man als flüssiges
Atzmittel eine Mischung aus einem Teil konzentrierter Fluorwasserstoffsäure und
10 Teilen Wasser verwendet.
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Die Elektronenbeweglichkeit wird bei einer Stromdichte von 5000 Aicm2
und einer Magnetflußdichte von 200 Gauss nach der Methode von van der Pauw (L. J.
van der Pauw, Philips Research Reports, Vol. 13, Nr. 1 (Febr. 1958), Seite 1) bestimmt.
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Beispiel 2 Man bringt ein Siliciumsubstrat 5 mit einer Dicke von 1
mm in eine Vorrichtung zur Durchführung des gutbekannten chemischen Aufdampfverfahrens
ein, in der gasförmiger Sauerstoff zusammen mit Triisobutylaluminium-enthaltendem
Stickstoffgas strömt. In dieser Weise scheidet man auf dem auf 4000C erhitzten Siliciumsubstrat
eine Aluminiumoxidschicht 4 mit einer Dicke von 0,3 jim ab. Dann bringt man auf
die auf 4000C erhitzte Aluminiumoxidschicht 4 mit Hilfe des gutbekannten Flash-Aufdampfverfahrens
einen InSb-Film 6 mit einer Dicke von 0,08 m
auf. Anschließend
bildet man mit Hilfe des bekannten Spritzverfahrens eine Aluminiumoxidschicht 7
mit einer Dicke von 0,3 jim auf den InSb-Film 6 aus.Das erhaltene Substrat wird
dann in einen Hochtemperaturofen mit einem Temperaturgradienten von 8000C/cm eingebracht,
in dem der InSb-Film geschmolzen wird. Anschließend kühlt man das Material ab und
verfestigt es. Wenn man zu diesem Zeitpunkt das gesamte Substrat erneut auf mehr
als 5250C erhitzt und dann abkühlt, so erfolgt das normale Erstarren, wobei das
Verfestigen von der einen Seite des Substrats zur anderen hin erfolgt. Diese Maßnahme
des normalen Erstarrens wird sechsmal wiederholt. Man erzielt in dieser Weise einen
InSb-Film mit einer Elektronenbeweglichkeit von 530 cm2/V.s.
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Bei der Abscheidung der Aluminiumoxidschicht 4 mit Hilfe des chemischen
Aufdampfverfahrens arbeitet man bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Stickstoffs,
den man bei 10 bis 400C durch flüssiges Triisobutylaluminium leitet, von 2 1 pro
Minute und mit einer Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs von 1 1 pro Minute.
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Bei dem Aufdampfen der Aluminiumoxidschicht 7 durch das Aufspritzverfahren
erhitzt man die Quelle durch Bestrahlen mit einem CO2-Laser.
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In der Fig. 1b ist eine Schnittansicht durch das in dieser Weise gebildete
Element dargestellt. Die Aluminiumoxidschicht 7 ist mit einem Loch 8 versehen, über
das eine geeignete Elektrode angeschlossen werden kann.
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Beispiel 3 Man bildet einen InSb-Film 12 mit einer Dicke von 0,2 jim
oder 0,4 jim. Als Unterschicht 11 verwendet man eine Schicht aus SiO2 (O % Al203),
Glas 7059 (etwa 12 % Al203) bZW. Aluminiumoxid (100 % Al203). Als Deckschicht 13
verwendet man eine Schicht aus SiO2, Glas 7059, eine doppelte Schicht aus dem
Glas
7059 und Silo2, eine Schicht aus (SiO2)0,5 5~(Al203)0 5 und eine Schicht aus Aluminiumoxid.
Man bereitet Proben durch Kombinieren dieser Schichten. Um die Beobachtung des Zusammenfließens
oder des Zusammenballens des InSb-Dünnfilms 12 zu erleichtern, wird bei diesem Beispiel
die Substratoberfläche mit einem Kanal einer Tiefe versehen, die der gewünschten
Dicke des InSb-Dünnfilms entspricht, worauf der InSb-Dünnfilm auf der gesamten Oberfläche
mit einer Dicke abgeschieden wird, die geringfügig größer ist als die Tiefe des
Kanals. Dann wird der InSb-Film von deren anderen Bereichen, mit Ausnahme des Kanalbereiches
durch Läppen entfernt, so daß die in dem Kanal vorhandene Schicht zurückbleibt,
worauf eine isolierende Deckschicht 13 aufgebracht wird. Bei der Anwendung einer
Schicht aus (SiO2)0,5.(Al2O3)0,5 bildet man die Schicht mit Hilfe eines bekannten
chemischen Aufdampfverfahrens, bei dem man beispielsweise Monosilan und Triisobutylaluminium
einsetzt. Von den in dieser Weise erhaltenen Elementen sind die guten, die frei
von einem Zusammenfließen oder einer Zusammenballung des InSb-Films sind, als Schnittansichten
in den Fig. 1c und 1d dargestellt.
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In der Fig. 1c ist der Fall wiedergegeben, daß eine einzige Deckschicht
vorhanden ist, während die Fig. ld den Fall verdeutlicht, bei dem zwei Deckschichten
aufgebracht sind. In der Fig. 1d steht die Bezugsziffer 13 für die isolierende Schicht
aus dem Glas 7059, während die Bezugsziffer 14 für die auf der Schicht aus dem Glas
7059 aufgebrachte zusätzliche SiO2-Schicht steht.
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Zur Verdeutlichung der Zusammenballung oder des Zusammenfließens der
InSb-Dünnfilme sind verschiedene Kombinationen aus Deckschichten und Unterschichten
verwendet worden. Die Fig. 2 läßt Schnittansichten dieser verschiedenen Elemente
erkennen.
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Aus der Figur ist ohne weiteres zu ersehen, daß die stark umrandeten
Kombinationen jene sind, die die InSb-Dünnfilme mit guter Qualität ergeben, während
bei den anderen InSb-Filmen eine
Zusammenballung oder ein Zusammenfließen
der inSb-Dünnfilme erfolgt oder sich Risse in der Deckschicht bilden.
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Es ist weiterhin ersichtlich, daß es erfindungsgemäß wesentlich ist,
daß die Dicke des InSb-Dünnfilms höchstens 0,2 µm beträgt und daß die unter und
über dem InSb-Dünnfilm vorhandenen Unterschichten bzw. Deckschichten Schichten sind,
die aus li##iumoxid oder einem anorganischen isolierenden Material, das mindestens
12 Mol-% AIuminiumozid enthält, bestehen.
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Wie oben genauer erläutert, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
der InSb-Dünnfilm mit guter Qualtat, der eine Dicke ke von höchstens 0,2 µm aufweist
und zwischen die Schichten aus dem anorganischen isolierenden Material eingebettet
ist, gescbitolzen und rekristailisiert werden, ohne daß sich Risse in den Schichten
aus dem anorganischen isolierenden aterial bilden. Neben dem in den Beispielen beschriebenen
Zonenschmelzverfahren und dem normalen Erstarrungs oder Gefrierverfahren kann nan
als Schmelzverfahren auch die halogene Schmelzmethode anwenden, gemäß der das gesamte
Substrat gleichmäBig oder homogen erhitzt wird. Durch die Rekristallisation des
aus einer großen Vielzahl von Vielzahl von sehr kleinen Kristalliten bestehenden
inSb-Dünnfilms kann man ohne weiteres einen qualitativ hochwertigen InS-Dünnfilm
mit großer Kristallkorngröße herstellen, dessen Verunreinigungskonzentration aufgrund
des Reinigungseffektes gering ist und der zusätzlich eine plane bzw. ebene Oberfläche
aufweist. Bei dem erhaltenen Insb-Dünn filmelement beträgt die Dicke des InSb-Dünnfilms
höchstens 0,2 pm, wobei dieser InSb-Dünnfilm eine hohe Elektronenbeweglichkeit aufweist.
Daher besitzt auch das erfindungsgeiäß her~ gestellte Element gute elektronische
Eigenschaften.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die in den Beispielen
angegebenen Dicken des Substrats, Methoden zur Abscheidung der isolierenden Schichten
Methoden zur Bildung des InSb-Dünnfilms nnd Methoden zum Schmelzen und Rekristallisieren
des InSb-Films beschränkt ist.
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