DE2654476A1 - Verfahren zur herstellung einer elektrode bei einer halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer elektrode bei einer halbleitervorrichtungInfo
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Description
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, KSoWMoSien 80
Tokyo, Japan Tel, 089/982085-87
Telex: 0529802 hnkld
Telegramme: ellipsoid
Verfahren zur Herstellung einer Elektrode bei einer Halbleitervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode bei einer Halbleitervorrichtung und insbesondere
ein Verfahren zur Ausbildung einer Elektrode aus einer Nickel-Palladium-Legierung,
um beispielsweise eine Sohv. .,tkysche
Sperrschicht in einem Halbleitersubstrat auszubilden.
Es ist bekannt, daß eine Schottkysche Sperrschicht auf den
Abschnitten eines beliebigen Halbleitermaterials gebildet wird, die mit einem zugeordneten Metall in Berührung stehen. Es
sind bereits zahlreiche Halbleitervorrichtung vorgeschlagen
worden, welche die elektrischen Eigenschaften der Schottkyschen
Sperrschicht ausnutzen.
Derartige Halbleitervorrichtungen sollten wünschenswerterweise den folgenden Bedingungen genügen:
1. Die Sohottkysche Sperrschicht muß thermisch stabilisiert
sein und
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2. zur Erhöhung des industriellen Nutzwertes muß das Herstellungsverfahren einfach und auf Massenfertigungsbasis
durchführbar sein, wobei die Halbleitervorrichtungen kostensparend herstellbar sein sollen.
Bei den bisher üblichen Halbleitervorrichtungen erweist es sich als schwierig, eine Schottkysche Sperrschicht vorzusehen,
welche den nachstehend im einzelnen erläuterten Anforderungen genügt.
Das Elektrodenmaterial für die Schottkysche Sperrschicht bestand bisher hauptsächlich aus Metallen, die eine vergleichsweise
gute Adhäsion für die Halbleitermaterialien besitzen. Beispiele für solche Elektrodenmaterialien sind Metalle mit
hohem Schmelzpunkt, wie Molybdän, Wolfram, Titan usw., Metalle der Platingruppe, wie Platin, Rhodium, Palladium usw., sowie
Zirkon, Chrom, Nickel und dgl. Für die Ausbildung der Schottkyschen Elektrode bzw. Sperrschicht aus einem dieser Metalle
wurde bisher üblicherweise mittels Sprüh- oder Aufdampftechnik ein Film auf der Gesamtoberfläche der einen Seite des betreffenden
Halbleitersubstrats ausgebildet, worauf der Film auf dem Substrat nach PhotoIithographie- und Ätztechniken bis
auf einen oder mehrere vorbestimmte Abschnitte desselben weggeätzt wurde. Dieser verbleibende vorbestimmte Filmabschnitt
bzw. diese Abschnitte bildet (bilden) dann eine Elektrode bzw. mehrere Elektroden für die Schottkysche Sperrschicht.
Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich bei entsprechender
Wahl der Bedingungen für die Ausbildung des Films für die Herstellung einer Elektrode für die Schottkysche
Sperrschicht auf dem Halbleitersubstrat mit ausgezeichneter Haftung oder Adhäsion d^r Elektrode auf dem Substrat. Dieses
Vorfahren ist- zudem auch deshalb besonders vorteilhaft, weil
nur: huchi-'ilm^lzendeii Metallen und aus Metallen der Platingruppe
hergestellte Schottkysche Sperrschichten eine ausgezeichnete
thermische Stabilität besitzen. Das vorstehend umrissene Verfahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß die
für seine Durchführung benötigte Vorrichtung groi3e Abmessungen besitzt und deshalb, wegen der Notwendigkeit für die
Verwendung von Evakuiereinrichtungen, aufwendig ist. Die Erzeugung eines hohen Vakuums ist zeitraubend und der Massenfertigung
abträglich. Aufgrund der Notwendigkeit für eine Weiterbearbeitung des auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten
Films nach Photolithographie- und Ätzverfahren erhöhen sich zudem die Fertigungskosten zusätzlich.
Zur Ausschaltung der Nachteile des vorstehend geschilderten Verfahren wurden bereits Verfahren zur Herstellung von Metallen
bzw. Metallelektroden für die Schottkysche Sperrschicht nach einem Elektroplattier- bzw. Galvanisierverfahren vorgeschlagen.
Derartige Galvanisierverfahren lassen sich einfach unter Verwendung lediglich einer elektrischen Stromversorgung
und eines Galvanisierbehälters durchführen, so daß sie eine ausgezeichnete Eignung für die Massenfertigung besitzen und
einen hohen praktischen Nutzwert bieten. Außerdem entfällt dabei die Notwendigkeit für Photolithographie- und Ä'tzvorgänge,
weil das Sperrsehichtmetall elektrisch auf einen oder mehrere ausgewählte Abschnitte eines Halbleitersubstrats aufgalvanisiert
werden kann. Diese Galvanisierverfahren sind andererseits insofern nachteilig, als bei ihnen eine Einschränkung
bezüglich der Art des Sperrschichtmetalls besteht und es dabei schwierig ist, Sperrschichtmetalle zu gewährleisten,
die eine gute Haftung auf dem zugeordneten Halbleitersubstrat besitzen und die thermisch stabil sind. Die derzeit als brauchbar
bezeichneten Sperrschichtmetalle sind z.B. Gold und Nickel. Darüberhinaus besitzt die nach dem Galvanisierverfahren hergestellte
Schottkysche Sperrschicht nur eine Wärmebeständigkeit bis zu etwa 2oo°C, wodurch ihr praktischer Einsatz fraglich wird
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.^ ö 5 4 A 7 6
•fr.
Der Erfindung liegt dr'imit die Aufgab-· zugrunde, dip Nachte.1 iIe
der vorstehend beschriebenen, bisher üblichen Verfahren durch S 'haff'ung eines verbesserten Verfahr--ns zur' Herstellung einer
Elektrode aus einer Nickel-Palladium-Legierung für eine Halbleitervorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer
Elektrode bei einer Hulbleitervorri -nturig erfiridungsgemäß
dadurch gelöst, daß ein Halbleiters« tütrat in ein Galvanisierbad,
das Nickel und Palladium jeweil; in vorbestimmten Mengenante
ilen enthält, eingebracht wird, ind daß unter vorbestimmten
Ga lvanis ier bedingungen und nach i-ilvanisierverfahren eine
Elektrode aus Niokel-i'alladium-Legi-'.ung auf dem Substrat
ausgebildet wird.
Ein besonderes Merkmal besteht dabei darin, dai3 das Galvanisierbad.
5 bis ~5o g Nickel und 5 bis -o g Palladium auf jeweils
einen Liter der im Bad enthaltenen G-.* Ivariisierlösung enthält.
Vorteilhaft kann die Elektrode aus t-iner Nickel-Palladium-Legierung
hergestellt v/erden, die ein Verhältnis von Nickelatomen zur Summe der Nickel- und Pa L t;idiumatome im Bereich
von 4o:6o bis 8o:2o besitzt.
Die vorbestimmten Galvanisierbedingurigen können eine Stromdichte
von 1 bis 1,5 A/dm , eine Temperatur von 25 bis 3o°C und einen pH-Wert des Galvanisierbads von Y,8 +o,1 umfassen,
wobei eine aus Kohlenstoff bestehende Anode verwendet wird.
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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ORIGINAL INSPECTED
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pig. 1 einen Teilschnitt durch eine Halbleitervorrichtung mit einer auf dieser nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ausgebildeten Elektrode und
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Änderungsgröße der
Durchbruchspannung während einer Schutzbehandlungsperiode in einer Atmosphäre von 2oo C zum Vergleich
zwischen einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 und einer bisher üblichen, eine nur aus Nickel bestehende Schottkysche
Sperrschicht aufweisenden Vorrichtung.
Im Hinblick darauf, daß auf Halbleiter aufgalvanisiertes Nickel
im Vergleich zu Gold eine bessere Adhäsion zum Substrat, aber eine mangelhafte Wärmebeständigkeit besitzt, sind erfindungsgemäß
Galvanisierlösungen entwickelt worden, die Palladium
(Metall der Platingruppe) in der Nickel-Galvanisierlösung enthalten.
Durch Aufdampfen oder Aufsprühen hergestellte Schottkysche
Sperrschichten besitzen eine Wärmebeständigkeit "i 4oo°C oder
mehr. Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung einer aus Nickel-Palladium-Legierung
bestehenden Schottkyschen Sperrschicht, welche die Eigenschaften be-ider Metalle besitzt, den eingangs
erwähnten Erfordernissen 1) und 2) gleichzeitig entsprochen
werden kann.
Weiterhin hat es sich gezeigt, daß für die Ausbildung von praktisch
anwendbaren Filmen durch Galvanisieren von Nickel-Palladium-Legierungen die Galvanisierlösungen Einschränkungen bezüglich
der Gehalte des in ihnen gelösten Nickels und Palladiums unterworfen sind. Hieraus ist ohne weiteres ersichtlich, daß
das Mengenverhältnis von Nickel zu Palladium im hergestellten
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Film seinerseits auf bestimmte Grenzwerte festgelegt ist. Dieses Mengenverhältnis von Nickel zu Palladium ist vom Gehalt
an beiden Metallen in der jeweiligen Galvanisierlösung abhängig, so-lange die betreffenden Galvanisierbedingungen unverändert
bleiben.
Palladium und Nickel können durch Palladiumchlorid (PdCIp)
bzw. Nickelsulfat (NiSO^ . 7H2O) geliefert werden. Um der diese
beiden Verbindungen enthaltenden Lösung eine Pufferwirkung zu erteilen und ihre elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen,
kann der Lösung ein Ammoniumsalz einer organischen oder anorganischen Säure zugesetzt werden.
Weiterhin hat es sich herausgestellt, daß durch Änderung des Gehalts an Nickel und Palladium in der beschriebenen Lösung
auf einen Wert im Bereich von 5 bis 3° 6/1 der Nickelgehalt
in der erhaltenen Nickel-Palladium-Legierung ebenfalls von 15 bis 82#, bezogen auf das prozentuale Verhältnis von Nickelatomen
zur Summe der Nickel- und Palladiumatome, variierbar ist, Der Mengenanteil an Nickel oder Palladium in der Nickel-Palladium-Legierung
ist im folgenden in jedem Fall durch das prozentuale Verhältnis von Nickel- oder Palladiumatomen zur
Summe der Nickel- und Palladiumatome ausgedrückt. Bei einem Gehalt von jeweils 1o g/l an Nickel und Palladium enthält die
gebildete Legierung beispielsweise etwa 6o% Nickel. Wenn die
Lösung 1o g/l Nickel und 2o g/l Palladium enthält, beträgt
der endgültige Nickelgehalt etwa 45#. Zudem hat es sich herausgestellt,
daß der Mengenanteil an dem betreffenden Bestandteil um etwa +5%, abhängig von den Galvanisierbedingungen, z.B.
pH-Wert, der Temperatur der verwendeten Galvanisierlösung, der
Stromdichte usw., geändert werden kann.
Weiterhin hat es sich gezeigt, daß der Gehalt an Nickel und Palladium in den aufgebrachten Legierungen in hohem Maße sowohl
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die Adhäsion bzw. Haftung der gebildeten Schottkyschen Sperrschichtelektrode
am zugeordneten Halbleitersubstrat als auch ihre thermische Stabilität beeinflußt. Bei einem Nickelgehalt
von J5% und mehr wird beispielsweise die Adhäsion gut,
während die Wärmebeständigkeit (Warmfestigkeit) mangelhaft
wird und praktisch derjenigen einer nur aus Nickel gebildeten Schottkyschen Sperrschicht entspricht. Bei einem Nickelgehalt
von 35$ oder darunter verschlechtert sich dagegen die Adhäsion
sehr stark. Die für praktische Zwecke günstigsteGalvanisierlegierung
enthält daher Nickel in einer Menge von 45 bis 7°&
bezogen auf das prozentuale Verhältnis von Nickelatomen zur Summe der Nickel- und Palladiumatome. Es hat sich auch herausgestellt,
daß mit Galvanisierlösungen, mit denen in den aufgalvanisierten
Legierungen Nickelanteile im angegebenen Bereich erhalten werden, gleichbleibend Nickel-Palladium-Legierungen
mit jeweils praktisch identischer Zusammensetzunge
hergestellt werden können, auch wenn der pH-Wert der Galvanisierlösung
im Bereich von +0,1 variiert. Der Galvanisiervorgang läßt sich daher leicht steuern.
Schottkysche SperrschichteIektroden, die Nickel im vorstehend
angegebenen Zusammensetzungsbereich enthalten, besitzen eine ausgezeichnete Adhäsion zum zugeordneten Halbleitersubstrat
bei guter thermischer Stabilität und guten elektrischen Eigenschaften. Außerdem zeigt eine durch eine derartige Elektrode
gebildete Schottkysche Sperrschicht zusätzlich die Wirkung, daß das Energiepotential bzw. die SperrSchichthöhe an der
Grenzschicht zwischen der Sperrschicht und dem zugeordneten Halbleitermaterial in Abhängigkeit vom Verhältnis von Nickelzu
Palladiumatomen verändert werden kann. Dies bedeutet, daß eine erfindungsgemäß aus der Nickel-Palladium-Legierung hergestellte
Schottkysche Sperrschicht eine Höhe besitzt, deren Wert zwischen o,6i V für die Höhe einer Nickelsperrschicht und
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Wound 0,78 V für die Höhe einer Palladiumsperrschicht in bezug
auf ein n-Typ-Halbleitermaterial liegt.
Im folgenden ist die Erfindung in Verbindung mit einem speziellen Ausführungsbeispiel einer Halbleiterdiode mit
Schottkyscher Sperrschicht anhand von Fig. 1 näher beschrieben. Die dargestellte Anordnung besteht aus einem Halbleitersubstrat
1o aus Silizium, Galliumarsenid o.dgl. und einer
an sich bekannten Oberflächen-Passivierschicht 12 auf der
einen Substrat-Hauptfläche, bei der dargestellten Ausführungsform
auf der oberen Hauptfläche 1oa des Substrats 1o gemäß Fig. 1. Die Oberflächen-Passivierschicht 12 ist dabei, ebenfalls
in an sich bekannter Weise, in einem vorbestimmten Bereich mit einer öffnung 12a versehen, welche die Passivierschicht
12 bis an die obere Hauptfläche 1oa des Substrats 1o heran durchsetzt und mit einer metallischen Elektrode 14
aus einer Nicke1-Palladium-Legierung gemäß der Erfindung gefüllt
ist.
Die Ausbildung der Elektrode 14 erfolgt dadurch, daß das mit
der Oberflächen-Passivierschicht 12 und der öffnung 12a
darin versehene Substrat 1o in eine Galvanisierbad mit einer aus Kohlenstoff bestehenden Anode eingebracht wird. Dieses
Bad enthält eine Galvanisierlösung aus 2o g Palladium(II)amminchlorid
(Pd(NH ^Cl2), 50 g Ammoniumsulf at ((NH2^ )2S0^), 5og
Nickelsulfat (NiSO^ . 7H2O) und 50 ml 28^-iges Ammoniakwasser
auf jeweils einen liter der Lösung. Die Lösung enthält dabei pro Liter 1o g Palladium und 1o,5 g Nickel. Mit anderen Worten:
die Lösung enthält 5o# Palladium und 21$ Nickel»
Mit einem durch das Galvanisierbad, das auf einer Temperatur von 25 bis 500C und auf einem pH-Wert von 7,8 +0,1 gehalten
wird, hindurchgeleiteten elektrischen Strom mit einer Stromdichte von 1 bis 1,5 A/dm wird eine Nickel-Palladium-Legie-
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rung auf dem durch die öffnung 12a hindurch freiliegenden
Abschnitt der oberen Hauptfläche 1oa in einer Dicke elektrisch bzw. galvanisch ausgefällt, welche praktisch der
Dicke der Oberflächen-Passivierschicht 12 entspricht. Auf diese Weise wird die aus der Nickel-Palladium-Legierung
bestehende Elektrode auf dem vorbestimmten Abschnitt der oberen Hauptfläche 1oa des Substrats 1o durch Galvanisieren
aufgetragen, wodurch eine Schottkysche Sperrschicht gebildet wird.
Die Ergebnisse einer Auger-Analyse und einer Röntgenstrahlenbeugungsanalyse
zeigen, daß in der so gebildeten Elektrode ein Verhältnis von Nickel- zu Palladiumatomen von 6o:4o vorhanden
ist.
Bei einer Schottkyschen Elektrode, die auf einer kristallographischen
Ebene (111) eines n-Typ-Siliziumsubstrats auf vorstehend beschriebene Weise ausgebildet wird, beträgt die
resultierende Sperrschichthöhe o,68 V; diese Zahl liegt
zwischen den auf reinem Nickel und reinem Palladium beruhenden Werten.
Schließlich wird in an sich bekannter Weise eine Metall-Elektrode 16 in ohmschem Kontakt mit der anderen bzw. unteren
Fläche 1 ob des Substrats 1o angeordnet, wodurch eine Halbleiterdiode
mit Schottkyscher Sperrschicht vervollständigt ist.
Zur Untersuchung der thermischen Stabilität von Halbleiterdioden
mit erfindungsgemäß hergestellter Schottkyscher Sperrschichtelektrode wird ein Hochtemperatur-Schutzbehandlungsversuch
durchgeführt. Genauer gesagt, werden dabei diese Dioden in einer Atmosphäre von 2oo C einer Schützbehandlung
(preservation) unterzogen, wobei das Xnderungsverhältnis der
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Durchbruchspannung Vn der Schottkyschen Sperrschicht in bestimmten
Zeitabständen gemessen wird. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in Fig. 2 veranschaulicht, in welcher das Ä'nderungsverhältnis
der Durchbruchspannung VR auf der Ordinate in Abhängigkeit
von der Behändlungszeit (in min) auf der Abszisse aufgetragen
ist. Wie durch die gerade waagerechte Linie A in Fig. 2 veranschaulicht,
erfährt die Durchbruchspannung V1-. der Schottkyschen
Sperrschicht auch nach Ablauf von einer Stunde kaum eine Veränderung. Die mit B bezeichnete Kurve gibt die Durchbruchspannung
einer bisher üblichen Schottkyschen Sperrschicht an. Wie sich an der Kurve B ablesen läßt, fällt bei der bisher üblichen
Schottkyschen Sperrschicht die Durchbruchspannung nach 1o min
um etwa 2o^ und nach ^o min um etwa 50% gegenüber dem Anfangswert
ab.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Erfindung ein Galvanisierverfahren zur einfachen und kostensparenden
Herstellung einer Metall-Elektrode aus einer Nickel-Palladium-Legierung geschaffen wird, wobei diese Elektrode eine
ausgezeichnete thermische Stabilität und ausgezeichnete elektrische
Eigenschaften besitzt und zudem die charakteristischen Merkmale von Nickel im Verein mit denen von Palladium zeigt.
Obgleich die Erfindung vorstehend lediglich in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, sind
dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der
Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise ist die Erfindung nicht nur auf Elektroden für Halbleiter-Gleichrichtervorrichtungen,
wie sie vorstehend beschrieben sind, sondern auch auf Elektroden für nicht-gleichrichtende Halbleitervorrichtungen,
etwa Gunn-Dioden, anwendbar. Dies beruht darauf, daß das mit
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dem hochdotierten Halbleitermaterial in intakter Form
oder nach der Wärmebehandlung in Berührung stehende Metall
mit diesem Halbleitermaterial in ohmschen Kontakt gebracht wird.
In Zusammenfassung besteht die Erfindung darin, daß in einem
Galvanisierbad mit 5 bis Jo g 1 Nickel und 5 bis Jo g/l
Palladium eine Nickel-Palladium-Legierung auf einen freiliegenden Bereich eines Halbleitersubstrats mit einer Strom-
p
dichte von 1 bis 1,5 A/dm aufgalvanisiert wird, während das
dichte von 1 bis 1,5 A/dm aufgalvanisiert wird, während das
Bad auf einer Temperatur von 25 bis 3o°C und einem pH-Wert
von 7,8 +o,1 gehalten wird. Die erhaltene Legierung enthält 45 bis 7o# Nickel, bezogen auf das prozentuale Verhältnis
von Nickelatomen zur Summe von Nickel- und Palladiumatomen.
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Leerseite
Claims (8)
1.) Verfahren zur Herstellung einer Elektrode bei einer
Halbleitervorrichtung,, dadurch gekennzeichnet , daß ein Halbleitersubstrat in ein Galvanisierbad, das Nickel
und Palladium jeweils in vorbestimmten Mengenanteilen enthält, eingebracht wird, und daß unter vorbestimmten Galvanisierbedingungen
und nach Galvanisierverfahren eine Elektrode aus Nickel-Palladium-Legierung auf dem Substrat ausgebildet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Galvanisierbad 5 bis 3° S Nickel
und 5 bis 30 g Palladium auf jeweils einen Liter der im Bad
enthaltenen Galvanisierlösung enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus Nickel-Palladium-Legierung
ein Verhältnis von Nickel- zu Palladiumatomen im Bereich von 4o:6o bis 8o:2o aufweist.
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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Galvanisierbad Palladiumchlorid
und Nickelsulfat enthält.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Galvanisierbad ein Ammoniumsalz
einer ausgewählten organischen oder anorganischen Säure zugesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter den vorbestimmten Galvanisier-
bedingungen eine Stromdichte von 1 bis 1,5 A dm , eine Temperatur von 25 bis 300C und ein pH-Wert von 7*8+0,1 in der
Galvanisierlösung angewandt werden und eine aus Kohlenstoff
bestehende Ano-de verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Nickel-Palladium-Legierung
bestehende Elektrode auf einem Halbleitersubstrat für eine Halbleiterdiode mit Schottkyscher Sperrschicht ausgebildet
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Nickel-Palladium-Legierung
bestehende Elektrode auf einem Substrat für eine nicht-gleich richtende Halbleitervorrichtung ausgebildet wird.
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