DE2842492C2 - Verfahren zur Herstellung einer aus einem Halbleiter-Glas-Verbundwerkstoff bestehenden Photokathode - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer aus einem Halbleiter-Glas-Verbundwerkstoff bestehenden PhotokathodeInfo
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Description
[aG(T)-as(T)]dT
<3 · 10"
wobei mit kg und as die Ausdehnungskoeffizienten
von Glas und Halbleiter bezeichnet sind, und daß der Verbundwerkstoff nach Beendigung des Temperungsvorgangs
mit einer Abkühlrate r bis auf Zimmertemperatur abgekühlt wird, die nach der Beziehung
r > K/min.
von der Zähigkeit η3 des Glases bei der Temperungstemperatur
T3 abhängig ist, um in der Halbleiterschicht eine Dehnung ε
<O,3%o und eine Versetzungsdichte /VV<
2 · !06Cm-2 einzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperung aber eine Zeit von mindestens
15 Minuten durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist
aus der US-PS 37 69 536 bekannt.
Demnach kommt es zur Erzielung optimaler Umwandlungswirkungsgrade darauf an, mechanische Spannungen
in der Halbleiterschicht möglichst zu vermeiden.
Ein Tempern von Gläsern im sogen. Entspannungsbereich ist in der Glastechnologie üblich, um Eigenspannungen
im Glas zu vermeiden (vgl. z.B. GlT 7 (1963), Heft 12, »Typische Temperaturen von Glas«).
Bekannte Halbleiter-Glas-Verbundwerkstoffe zeigen in der Regel infolge starker elastischer Verformungen
und einer hohen Versetzungsdichte im Halbleiterbeistandteil;
welche durch die bei höherer Temperatur stark nichtlineare thermische Ausdehnung des Glases
bedingt sind, keine befriedigenden Eigenschaften.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern,
daß die damit hergestellten Photokathoden einen höheren Umwandlüngswirkungsgrad aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1
angegebene Erfindung gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geht aus dem Unteranspruch hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung eines HaJbleiter-Glas-Verbundwerkstoffs
mit verringerten elastischen Verspannungen und insbesondere einer reduzierten Versetzungsdichte im Halbleitermaterial.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß "s im Hinblick auf den Umwandlungswirkungsgrad von besonderer
Bedeutung ist, die Versetzungsdichte durch schneileres Abkühlen möglichst klein zu halten und dafür
u. U. höhere elastische Verspannungen in Kauf zu nehmen. Auf diese Weiso erhält man eine Dehnung
£<O3%o und eine Versetzungsdichte im HalbleitermateriaiyVv<2
- 106 pro cm2.
Zur Herstellung des Halbleiter-Glas-Verbundwerkstoffs
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Glas und Halbleiter gemeinsam auf die Verbindungstemperatur Tc gebracht und unter Druck verbunden.
Anschließend wird der Werkstoff nicht zügig bis auf Zimmertemperatur abgekühlt, sondern mindestens 15
Minuten lang bei der Temperatur Ta getempert. Die
Temperungstemperatur wird dabei so gewählt, daß die Zähigkeit η3 des Glasanteils des Verbundwerkstoffs
beim Temperungsvorgang zwischen 10" bis 1012·5 Pa · s
liegt und der Wert des Integrals
la(,(T)-as(T)]dT
<3 ■ 10"4
Nach Beendigung des Temperungsvorgangs wird der Verbundwerkstoff auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Dabei wird eine Abkühlrate reingehalten, die nach folgender
Beziehung von der Zähigkeit η3 abhängt:
^ 2-ΙΟ12 „. .
τ > K/min
τ > K/min
Ία
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das anhand der Zeichnung näher erläutert wird, besteht der
neuartige Verbundwerkstoff aus dem Halbleiter GaAs und dem Glas ZKN 7 (Glassorte der Fa. Schott).
Aus einer GaAs-Substratscheibe mit der Dicke 300 μιτι und einer Zn-Dotierung von 5 · 1017/cm3 wird
durch Ultraschallbohren eine Scheibe 1 mit 20 nun Durchmesser entnommen. Eine Seite der Scheibe ist
poliert.
Es wird eine Glasscheibe 3, (ZKN 7 der Fa. Schott) mit dem Durchmesser 32 mm und der Dicke 3 mm hergestellt.
Beide Seiten der Scheibe 3 sind poliert.
Glasscheibe 3 und Halbleiterscheibe 1 werden zeitweilig so auf einer Keramikhalterung montiert, daß die
polierte Seite 2 der GaAs-Scheibe 1 das Glas 3 berührt. Die Keramikhalterung 4 besteht aus einer kreisförmigen
Bodenplatte 5 von etwa 1 cm Dicke und 50 mm Durchmesser mit einer kreisförmigen Einlassung 6 von
' 100 μΐη Tiefe und 20,5 mm Durchmesser und der Justierhilfe
7; diese ist als Kreisring ausgebildet, mit einer Höhe von 2 mm, einer Wandstärke von 1 mm und einem
inneren Durchmesser von 32,5 mm.
Die Keramikhalterung 7 wird zusammen mit dem
darauf angeordneten Glas 3 und Halbleiter 1 in einen Ofen eingebracht und auf die Verbindungstemperatur
T1. von 66O0C erwärmt.
f. 3
% Zur Fördenjng des Verbindungsvorgangs wird das in
"|. einem vertikal verschiebbaren Halter angeordnete Ge-ί
wicht 10 von etwa 150 g auf das Glas 3 gelegt und nach % etwa 10 Min. wieder entfernt.
Anschließend wird die Ofentemperatur auf die Tem-
pertemperatur T3 von 555° C abgesenkt und bei dieser
i. Temperatur mindestens 15 Minuten, vorzugsweise 30
Minuten gehalten. Bei dieser Tempertemperatur gilt für % das Glas ZKN / und den Halbleiter GaAs
ϊ ίο
ϊ ίο
¥- ' Ia0(T)- as(T)]UT
= + 1-10"
Γ 25°C
5
1 Die Zähigkeit des Glases ZKN 7 beträgt (555° C)
Z ^3 = 2,3 - 10n Pa - s.
ή Dei Verbundwerkstoff wird anschließend auf Zim-
ij mertemperatur abgekühlt mit einer AbkAhlungsge-
I schwindigkeit rvon 9 K/min.
I Eine danach hergestellte Verbindung von GaAs und
I Glas zeigt elastische Verzerrungen von £<O,2%o und
I eine Versetzungsdichte von 1,1 · 106/cm2.
I Dieser Verbundwerkstoff eignet sich hervorragend
:i als Fotokathode und wird zweckmäßig als Iichtempfind-
I licher Bestandteil einer Bildverstärkerröhre verwendet.
I Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch
I besonders gut zur Verbindung eines Glassubstrats mit
i einer aus verschiedenen Komponenten, z. B. Gallium-
*! arscnid und Gallium-Aluminium-Arsenid, bestehenden
6 Haibleiterschicht
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
40
45
50
65
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung eher aus einem Halbleiter-Glas-Verbundwerkstoff bestehenden
Photokathode, deren mindestens eine Halbleiterschicht in der Weise dauerhaft mit einem plattenförmigen
Glassubstrat verbunden wird, daß Halbleiter und Glas zusammen bis auf die Verbindungstemperatur
erhitzt, unter Druckeinwirkung miteinander verbunden und anschließend wieder auf Zimmertemperatur
abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff nach dem Verbindungsvorgang bei der Verbindungstemperatur
Tc bei einer zwischen der Temperatur Tc und
Zimmertemperatur liegenden Temperatur T3 getempert
wird, bei der die Zähigkeit des Glases zwischen 10" und 1O12-3 Pa - s liegt und bei der gilt
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