DE757999C

DE757999C - Verfahren zur Erzielung geringer Streuungen des spezifischen Widerstandswertes von Halbleiterwiderstaenden

Info

Publication number: DE757999C
Application number: DES131149D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Phil Lehfeldt
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1938-03-06
Filing date: 1938-03-06
Publication date: 1953-02-16

Description

Verfahren zur Erzielung geringer Streuungen des spezifischen Widerstandswertes von Halbleiterwiderständen Bekannte Verfahren zur Herstellung von Halbleiterwiderständen, insbesondere mit negativ verlaufender Widerstandscharakteristik, deren Widerstand vom Sauerstoffüberschuß abhängig ist, bestehen darin, z. B. durch thermische Behandlung in. Luft oder durch weitgehende Entziehung des Sauerstoffes, z. B. in Hochvakuum, den spezifischen Widerstand des Halbleiters zu beeinflussen. Da die einmal als notwendig erachteten Bedingungen meist außerordentlich genau eingehalten werden müssen und da auch andererseits bei der Verwendung derartiger Widerstände, namentlich bei höherenTemperaturen, leicht Änderungen dieses Sauerstoffgehaltes, auch ganz besonders in Abhängigkeit von der Reinheit des Ausgangsbaustoffes, auftreten, so ist es dringend erwünscht, für die Herstellung derartiger Widerstände ein Verfahren anzuwenden, daß diese Fehler nicht zeigt.
Das gedingt sehr gut durch das Verfahren nach der Erfindung, das darin besteht, den Ausgangsstoffen, eines durch thermische Behandlung, z. B. Sintern, herzustellendenHalbleiterwiderstandes, dessen Leitfähigkeit vom Sauers,toffüberschuß abhängig ist, einen geringen Prozentsatz (höchstens: - 5 '/o) von keinen, Sauerstoff abgebenden Alkaliverbindungen, z. B. von Natrium oder Kalium, vorzugsweise in der Form von Hydroxyden oder Carbonaten beizumengen. Das Verfahren läßt sich also auf die bekannten Oxydationshalbleiter anwenden, bei denen mit zunehmendem Sauerstoff die Leitfähigkeit ansteigt.
Es gelingt mit diesen. Zusätzen je nach dem geringen oder großen Prozentsatz, einmal den spezifischen Widerstand um Zehnerpotenzen herabzusetzen, des weiteren in Abhängigkeit von der Reinheit des Ausgangsstoffes Widerstände mit einer Streuung von höchstens i :2, statt bisher oftmals i :.Iooo, zu erreichen und außerdem auch die zeitliche Konstanz ganz wesentlich zu verbessern. Offenbar werden die den Widerstand bestimmenden überschüssigen Sauerstoffionen durch Alkalimetallionen ersetzt. Da das Alkaliion nicht in dem Maße die Neigung besitzt, aus dem Körper herauszudiffundieren wie der Sauerstoff, so ist die hohe Konstanz und Reproduzierbarkeit derWiderstandswerte damit erklärlich. Es ist daher dann. auch nicht mehr so entscheidend, ob die Sinterung in Luft oder bei Sauerstoffüberdruck geschieht, wenn auch ein Sauerstoffüberdruck von ioo Atü etwa ioo° höhere Temperaturen zuläßt und damit zur Erhöhung der elektrischen Konstanz beitragen kann. Die günstigste Wirkung, eine bestimmte Leitfähigkeit zu erreichen, wird bei Alkalizusätzen von etwa 0,05 bis 5 % erreicht.
Bei Anwendung des Verfahrens auf Widerstände aus Kupferoxyd wird zweckmäßig eine Menge von i o/oo bis. i °/o Natrium oder Kalium in Form von Hydroxyd oder Carbonat zugesetzt; dabei ergeben sich spezifische Widerstände je nach der Zusatzhöhe zwischen i und i ooo Ohm-cm, auch bei Sinterung ohne erhöhten Sauerstoffdruck, sofern die Ausgangsbaustoffe ohne Zusatz etwa einen spezifischen Widerstand von mindestens 104 Ohm - cm zeigen.
Bei Preßkörpern aus Kupferoxyd mit den Zusätzen nach der Erfindung hat sich eine Sintertemperatur von über 700°C als besonders geeignet erwiesen.
Man hat zwar schon nichtleitende, feuerbeständige Körper, wie Tan, mit Leiterstoffen, wie Schwefelblei oder Schwefeleisen, vermischt. Es ist ferner bereits bekannt, feuerfesten Ton nach dem Brennen in ein Bad aus geschmolzenem Schwefelblei oder Schwefeleisen oder auch Oxyden, Sulfiden usw. von Eisen, Blei, Kupfer usw. unter Zusatz von Flußmitteln der alkalischen Erden zur beschleunigten Verbindung mit dem nichtleitenden Grundkörper zu tauchen. Derartige Körper zeigen aber einen ungleichmäßigen, von Stelle zu Stelle sich ändernden spezifischen Widerstand. Außerdem ist die Belastbarkeit wesentlich geringer als bei Widerständen mit im Querschnitt homogenem Aufbau, wie sie Gegenstand des vorliegenden Verfahrens sind.
Auch ist es bereits bekannt, Heißleiterwerkstoffen größere Prozentsätze von Erdalkalien beizumengen, um eine Horizontalisierung der Stromspannungskennlinie zu erzielen. Dies kann jedoch nicht die vorstehende Lehre vermitteln, zur Verringerung der Streuungen und zur Herabsetzung des spezifischen Widerstandswertes von Halbleiterwiderständen den Ausgangsstoffen geringe Mengen von Alkaliverbindungen beizufügen.
Schließlich hat man auch, um den Widerstandswert von Widerständen, deren Leitfähigkeit mit zunehmendem Sauerstoffüberschuß größer wird, zu verringern, Sauerstoff abgebende Alkaliverbindungen benutzt. In diesem Fall sollte jedoch die an sich bekannte Wirkung des von der Verbindung abgespaltenen Sauerstoffes zur Werteinstellung benutzt werden, die die vom Alkali verursachte ähnliche Wirkung nicht erkennen lassen konnte. so daß die Tatsache, Sauerstoff abgebende Alkaliverbindungen. zur Widerstandsherabsetzung zu benutzen; lediglich dem in der Beschreibungseinleitung skizzierten Stand der Technik entspricht.

Claims

PATENTAXSPRLCHE; i. Verfahren zur Erzielung geringer Streuungen in den Sollwerten bei gleichzeitiger Einstellung eines bestimmten spezifischen Widerstandswertes von thermisch behandelten, insbesondere gesinterten Halbleiterwiderständen, deren Leitfähigkeit vom Sauerstoffüberschuß abliängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß den -Ausgangsstoffen Alkaliverbindungen, die keinen Sauerstoff abgeben, von Bruchteilen eines Prozentes bis zu einigen wenigen, höchstens 5 Prozent beigemengt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung von Natrium- oder Kaliumverbindungen in Form von Hydroxyden oder Carbonaten.
3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von.Widerständen aus Kupferoxyd die Preßkörper bei einer Temperatur von über 700° erhitzt werden. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Üsterreichische Patentschriften Nr. 42 86o, 152 234; deutsche Patentschrift X- r. 643 4o5.