DE826175C

DE826175C - Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern, insbesondere Selengleichrichtern

Info

Publication number: DE826175C
Application number: DEP51794A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Schweickert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1949-08-11
Filing date: 1949-08-11
Publication date: 1951-12-27

Description

Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern, insbesondere Selengleichrichtern Trockengleichrichter umfassen als'Haupbbestandteile die Grundelektrode, die darauf aufgebrachte Halbleiterschicht und die sich daran anschließende Deckelektrode. Der Anschaulichkeit halber sei im folgenden vor allem auf Selentrockengleichrichter Bezuggenommen. Bei diesen wird dieDeckelektrode in der Regel aus einer leicht schmelzenden Metalllegierung hergestellt, insbesondere aus einer Zinn,-Cadmium-Legierung oder aus einer Zinn-Cadmium-Wismut-Legierung. Der für die Deckelektrode verwendeten Metallegierung wird im allgemeinen ein Zusatzstoff zugemischt, der die Gleichrichtereigenschaften mitbestimmt. Als Zusatzstoff wird vor allem Thallium, aber auch z. B. Indium, Silber, Magnesium verwendet. Diese Zusatzstoffe haben die Wirkung, daß sie die Sperreigenschaften des Gleichrichters verbessern, sie führen aber zugleich auch zu einer unerwünschten Erhöhung des Flußwiderstandes, d. h. des Widerstandes in der Stromdurchlaßrichtung. Aus diesem Grunde kommt es auf eine genaue Dosierung der Zusatzstoffe an.
Nach neueren Untersuchungen beruht die Wirkung der Zusatzstoffe darauf, daß sie aus der Deckelektrode in die Selenschicht einwandern und hier Reaktionen mit dem Selen bzw. mit den im Selen enthaltenen Beimengungen, insbesondere Halogenbeimengungen, eingehen.
Neben den genannten Beimengungen in der Selenschicht und in der Deckelektrode ist es zur Erzielung eines brauchbaren Gleichrichters notwendig, die Seienschicht ans dem amorphen Zustand, in dem sie in der Regel aufgebracht wird, in den bestleitenden kristallinen Zustand umzuwandeln. Zu diesem Zweck wird, wie 'bekannt, die Selenschicht einem oder mehreren thermischen. Umwandlungsprozessen unterworfen, d. h., sie wird jeweils für eine bestimmte Zeitdauer auf eine bestimmte Temperatur erhitzt.
Gegenstand derr Erfindung ist ein Herstellungsverfahren, das es gestattet, die obengenannten Verhältnisse und Gesichtspunkte sicher zu beherrschen bzw. zu berücksichtigen, und das zugleich in der Durchführung besonders einfach ist. Das neue Verfahren besteht darin, daß die auf die Grundelektrode aufgebrachte Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, in eine Metallschmelze getaucht wird und hierdurch der thermische Umwandlungsprozeß der Halbleiterschicht und/oder die Einwanderung eines die Gleichrichtereigenschaften mitbestimmenden Zusatzstoffes und/oder die Aufbringung der Deckelektrode herbeigeführt wird.
Das neue Verfahren bietet also einmal d,ie Möglichkeit,'bei der Herstellung von Selengleichrichtern den thermischen Umwandlungsprozeß durch das Eintauchen der Selenschicht in eine Metallschmelze durchzuführen. Diese Verfahrensweise hat den großen Vorteil, daß eine gleichmäßige Temperatur aller Teile der Selenschicht während dieses thermischen Umwandlungsprozesses erzielt wird. Bei den bisherigen Herstellungsverfahren, bei denen die thermische Umwandlung in der Regel in einem Ofen erfolgt. ist hingegen mit einer so großen Gleichmäßigkeit der Temperatur in allen Teilen der Selenschicht nicht zu rechnen. Wegen dieser gleichmäßigen Temperatur führt das neue Verfahren zu einer besseren Gleichförmigkeit der durch den thermischen Umwan.dlungsprozeß zu erzielenden Gleichrichtereigenschaften.
Es ist hier noch nachzuholen, daß der thermische Umwandlungsprozeß bei den bisherigen Herstellungsverfahren häufig in mehreren Stufen erfolgt, insbesondere in der Weise, daß zunächst bei einer niedrigeren Temperatur, etwa bei i io° C, eine Vorumwandlung, d. h. ein Vorkristallisieren der Selenschicht, herbeigeführt wird und in einem späteren Abschnitt des Herstellungsverfahrens noch ein thermischer Urnwandlungsprozeß bei einer höheren "Temperatur, etwa bei 2io° C, vorgenommen und hierbei die bereits vorkristallisierte Selenschicht in dn bestleitenden kristallinen Zustand übergeführt wird (Endumwandlung). Bei dem neuen Verfahren ist es ebenfalls möglich, denn durch Eintauchen der Selenschicht in dieMetallschmelze erfolgenden thermischen Umwandlungsprozeß in. mehreren Stufen durchzuführen. Das Eintauchen der Selenschicht in die Metallschmelze kann dazu benutzt werden, nur die thermische Vorumwanndlung oder auch nur die thermische Endumwandlung oder beide thermische Umwandlungen durchzuführen. Dementsprechend findet z. B. nur eine Metallschmelze mit einer bestimmten Temperatur, oder es finden zwei Metallschmelzen mit verschiedenen Temperaturen Anwendung, oder es wird die zunächst auf eine niedrigere Temperatur gebrachte Metallschmelze im weiteren \"erlauf auf die benötigte höhere Temperatur erhitzt.
Wird der Metallschmelze der die Gleichrichtereigetischaften mitbestimmende Zusatzstoff, z. B. Thallium, beigemengt, so führt dies dazu, daß während des Eintauchens der Selenschicht in die Metallschmelze der Zusatzstoff in die Selenschicht einwandert und dort die gewünschte Beeinflussung hervorruft. Es kommt hierbei, wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, auf eine genaue Dosierung des in die Selenschicht einwandernden Zusatzstoffes an. Eine solche genaue Dosierung läßt sich bei dem neuen Verfahren besonders einfach erreichen, und zwar einmal durch entsprechende Bemessung des Anteils des Zusatzstoffes an der Gesamtschmelze, zum anderen durch entsprechende Wahl der Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur. Diese Verfahrensstufe, die dazu dient, eine wohlbemessene Menge des Zusatzstoffes in die Selenschicht einwandern zu lassen, kann zugleich dazu mitbenutzt werden, nach den vorstehenden Ausführungen den thermischen Umwandlungsprozeß ganz oder teilweise durchzuführen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den thermischen Umwandlungsprozeß ganz oder teilweise bereits vor oder nach dem Eintauchen der Selenschicht in die Metallschmelze vorzunehmen und somit den Eintauchprozeß im wesentlichen dazu zu benutzen, dieEinwanderung des dieGleichrichtereigensehaften mitbestimmenden Zusatzstoffes in die Selenschicht herbeizuführen.
Wird der Eintauchprozeß zur Einbringung des Zusatzstoffes in die Selenschicht benutzt, so wird das Verfahren vorzugsweise so durchgeführt, daß mit der Beendigung des Eintauchprozesses die gewünschte Zusatzstoffmenge in die Selenschicht eingewandert ist. Hierbei wird für die Deckelektrode ein Metall oder eine :Metallegierung verwendet, die von dem Zusatzstoff frei ist. -Man kann das Verfahren aber auch in der Weise durchführen, daß nach Beendigung des Eintauchprozesses noch eine gewisse Ergänzungsmenge an Zusatzstoff oder Zusatzstoffen in die Selenschicht einzuführen ist. In diesem Falle wird dem für die Deckelektrode verwendeten Metall (Metallegierung) eine bestimmte Ergänzungsmenge des Zusatzstoffes beigemengt, sofern nicht in einer gesonderten Verfahrensstufe die benötigte Ergänzungsmenge in die Selenschicht eingebracht wird. Ob für die Deckelektrode ein Metall oder eine lTletallegierung verwendet wird, die ganz frei vor.Zusatzstoffen ist. oder eine Metalllegierung bzw. eine Deckelektrodenschicht, die eine bestimmte wohlbemessene Ergänzungsmenge an Zusatzstoffen enthält, in beiden Fällen wird erreicht, daß mit dem :M>schluß des Herstellungsverfahrens die Deckelektrode nahezu frei von Zusatzstoffen ist. Dies hat den Vorteil, daß während der Lagerung oder der Benutzung der Gleichrichter eine weitere Einwanderung von Zusatzstoffteilchen in die Selenschicht nicht stattfinden kann und infolgedessen das lästige .1ltern der Gleichrichter unterbunden ist.
Die Verfahrensweise, bei der nach Abschluß des Eintauchprozesses in die Selenschicht noch eine Ergänzungsmenge an Zusatzstoffen einzuführen ist, kommt insbesondere dann in Betracht, wenn in die Selenschicht verschiedene Zusatzstoffe eingebracht werden. Man kann z. B. so vorgehen, daß durch den Eintauchprozeß der eine Zusatzstoff eingebracht und durch eine anschließende Behandlung oder durch entsprechende Zusammensetzung des für die Deckelektrode verwendeten Metalls (Metallegierung) der zweite Zusatzstoff in die Selenschicht eingeführt wird. Es versteht sich, daß man auf diese oder eine ähnliche Weise auch mehr als zwei Zusatzstoffe in die Selenschicht einbringen kann. Ebenso ist es möglich, von vornherein der Metallschmelzezwei oder mehrereZusatzstoffe beizugeben. Der in der Deckelektrode etwa enthaltene Zusatzstoff kann in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer thermischen oder elektrischen Behandlung, z. B. durch Anlegen einer elektrischen Spannung in Sperrichtung, zur Einwanderung in die Selenschicht gebracht werden.
Das neue Verfahren kann endlich, ausschließlich oder zusätzlich zu den obengenannten Zwecken, n iimlich zur thermischen Umwandlung und/oder zum Esinbringen der Zusatzstoffe, dazu benutzt werden, die Deckelektrode ganz oder teilweise aufzubringen. In diesem Falle wird für die Metallschmelze das Metall (Metallegierung) verwendet, aus dem auch die Deckelektrode herzustellen ist. Zum Aufbringen der Deckelektrode wird der Austauchvorgang so gehandhabt, daß auf der Selenschicht eine Schicht des Deckelektrodenmetalls haftentleibt. Es besteht die Möglichkeit, auf diese Schicht noch eine weitere Metallschicht, z. 13. durch Aufspritzen, aufzubringen, 6o daß man alsdann eine mehrschichtige Deckelektrode erzielt, deren Schichten gegebenenfalls unter sich in der Zusammensetzung verschieden sind, insbesondere dahin gehend, da ß die der Selenschicht unmittelbar benachbarte Deckelektrodenschicht eine gewisse Menge Zusatzstoff enthält, während die darauffolgende Deckelektrodenschicht von Zusatzstoffen frei ist. Auf diese Weise läßt sich die etwa benötigte Ergänzungsmenge des "Zusatzstoffes genau dosieren. Soll der Eintauchprozeß nicht zum Aufbringen der Deckelektrode mitbenutzt werden, so wird nach (lern Herausnehmen der die Selenischicht umfassenden Einheit diese durch .Abbürsten, Abschütteln und ähnliche Maßnahmen von den anhaftenden Teilchen der Metallschmelze befreit.
Die Vorteile, die mit dem Aufbringen der Deckelektrode nach dem neuen Verfahren verbunden sind, werden besonders deutlich, wenn man beachtet, daß nach den bisherigen Herstellungsverfahren die Deckelektrode in der Regel aufgespritzt wird und es hierbei sehr schwierig ist, Deckelektroden mit gleichmäßiger Korngröße zu erzielen. Ferner ist hierbei die Temperatur, mit der das Spritzlot auf die Selenschicht auftrifft, nicht an allen Stellen gleich groß, so daß sich gewisse Ungleichförmig-, keiten der so hergestellten Gleichrichter ergeben. Beim neuen Verfahren wird hingegen eine wesentlich 'bessere Gleichförmigkeit erreicht.
Allgemein, aber insbesondere dann, wenn der Eintauchvorgang zum Aufbringen der Deckelektrode mitbenutzt wird, empfiehlt es sich, vor dem Eintauchen der Selenschicht in die Metallschmelze die Selenschicht und die Grundelektrode an den Rändern mit einer Lackschicht oder sonstigen Isolierschicht zu überziehen, so daß ein Kontakt zwischen der Deckelektrode und der Grundelektrode verhindert wird.
In den obigen Erläuterungen ist der Anschaulichkeit halber insbesondere auf Selentrockengleichrichter Bezug genommen. Es ist aber durch die Darstellung zugleich deutlich geworden, daß an die Stelle von Selen auch ein anderer geeigneter Halbleiter treten kann und daß somit das neue Verfahren zwar insbesondere für Selengleichrichter, aber allgemein für Halbleitertrockengleichrichter benutzt werden kann.
Der in -der obigen Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Ausdruck Trockengleichrichter ist allgemein aufzufassen; es sollen darunter auch noch solche aus einem Halbleiter, außer Selen auch z. B. Kupferoxydul, Germanium, Silicium usw., und aus Elektroden bestehende Einheiten verstanden werden, die ihrer Art und ihrem Verwendungszweck nach weniger als Gleichrichter, sondern mehr als Verstärker zu betrachten sind, bei deren Herstellung es aber auch darauf ankommt, den Halbleiter mit geeigneten Elektroden zu versehen und durch eine thermische Behandlung und/oder durch Einführung eines Zusatzstoffes in den Halbleiter diesen in seinen Eigenschaften dem Verwendungszweck anzupassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern, insbesondere Selengleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Grundelektrode aufgebrachte Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, in eine Metallschmelze getaucht wird und hierdurch der thermische CTmwandlungsprozeß der Halbleiterschicht und/ oder die Einwanderung eines die Gleichrichtereigenschaften mitbestimmenden Zusatzstoffes und/oder die Aufbringung der Deckelektrode herbeigeführt wird. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Umwandlung der Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, ganz oder teilweise bereits vor oder nach dem Eintauchen in die Metallschmelze durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch i oder a, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Metallschmelze in die Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, einwandernde Zusatzstoff genau dosiert wird, und zwar durch entsprechende Wahl der Temperatur, der Dauer und der Zusammensetzung der verwendeten Metallschmelze. :I. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Innehaltung der Dosierung des in die Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, einzuführenden Zusatzstoffes für die später aufgebrachte Deckelektrode ein Metall (Metallegierung) verwendet wird, das von dem Zusatzstoff frei ist oder ihn nur in einer bestimmten Ergänzungsmenge enthält. 5. Verfahren nach Anspruch i und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, mindestens zwei Zusatzstoffe eingeführt werden, und zwar in der Weise, daß der erste Zusatzstoff durch Eintauchen der Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, in idie den Zusatzstoff enthaltende Metallschmelze und der zweite Zusatzstoff durch die später aufgebrachte und diesen Zusatzstoff enthaltende Deckelektrode eingeführt wird, indem vorzugsweise mit Hilfe einer thermischen und/oder elektrischen Behandlung die Einwanderung des zweiten Zusatzstoffes aus der Deckelektrode in die Halbleiterschicht, insbesondere Selenschicht, herbeigeführt wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, insbesondere für Selengleichrichter, für die Metallschmelze als Hauptbestandteil Zinn-Cadmium oder Zinn-Cadmium-Wismut oder eine ähnliche geeignete Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzstoff Thallium oder ein sonstiger den Sperrwiderstand erhöhender Stoff verwendet wird. B. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintauchen der Halbleiterschicht in die Metallschmelze die Halbleiterschicht und die Grundelektrode an den Rändern mit einer Isolierschicht überzogen werden, so daß ein Kontakt zwischen der durch das Eintauchen erzeugten Deckelektrode und der Grundelektrode verhindert wird.