DE840418C

DE840418C - Verfahren zum Herstellen Stoerstellen enthaltender Halbleiter, insbesondere fuer Trockengleichrichter

Info

Publication number: DE840418C
Application number: DEP44432A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Phil Koch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1949-05-30
Filing date: 1949-05-30
Publication date: 1952-06-05
Also published as: GB695178A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 5. JUNI 1952

p 44432 VIIIc 121 g D

ist als Erfinder genannt worden

Die Leitfähigkeitseigenschaften von Halbleitern hängen in hohem Maße von der Art und Verteilung der Störstellen ab. Da schon Spuren von Verunreinigungen die Leitfähigkeitseigenschaften grundlegend ändern können, t>ereitet die reproduzierbare Herstellung von Halbleitern mit bestimmten Leitfähigkeitseigenschaften große Schwierigkeiten. Erfindungsgemäß wird deshalb von einem möglichst Störstellenfreien Halbleiter ausgegangen, in den die Störstellen nachträglich dadurch eingebracht werden, daß die halbleitende Substanz in einen Gasraum, der die als Störstellen einzubringenden Substanzen als Ionen einer Gasentladung enthält, auf ein Potential solcher Polarität gebracht wird, daß diese Ionen auf der Oberfläche des Halbleiters aufgefangen werden. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Germanium wird dieses, nachdem es durch geeignete Verfahren von Verunreinigungen möglichst befreit ist, als negative Elektrode in eine Edelgasentladung gebracht, in der durch Verdampfen, z. B. von Kupfer, auch Kupferionen vorhanden sind. Die Temperatur des Germaniums wird aber möglidhst hoch, vorzugsweise oberhalb von 6oo°, gehalten, damit die Wanderungsgeschwindigkeit der aufgefangenen Kupferionen im Germanium möglichst groß ist. Es muß ferner dafür Sorge getragen werden, daß die Dichte des Kupferdampfes nicht so groß ist, daß sich zuviel Kupfer auf dem Germanium abscheidet. Es kommt also darauf an, die einzubringende Substanz dem indifferenten Gas vorzugsweise dosiert, beizumischen. Dieses Verfahren läßt sich außer bei Germanium auch bei allen anderen Halbleitern anwenden. Die Art der Ionen hängt jeweils davon ab, welche Leitungseigenschaften erzielt werden sollen. Es ist zweckmäßig, im Innern des Halbleiters ein elektrisches Feld zu erzeugen, dessen Feldrichtung mit der gewünschten Diffusionsrichtung über-

einstimmt, damit die Konzentration der Störstellen auch in dem nicht an die auffangende Oberfläche unmittelbar angrenzenden Teil des Halbleiters durch die eingebrachten Substanzen genügend groß wird.

Da die Diffusion der Ionen im Halbleiter mit steigender Temperatur zunimmt, ist es zweckmäßig, ihn während der Diffusion durch Ionenbombardement und/oder durch anderweitige Erhitzung

ίο auf erhöhter Temperatur zu halten.

In manchen Fällen, beispielsweise beim Germanium, ist es zweckmäßig, dem Gas, das die als Störstellen einzubringenden Substanzen als Ionen einer Gasentladung enthält, auch Moleküle, vorzugsweise Stickstoff, beizumischen, die im neutralem Zustand in den Halbleiter hineinzudiffundieren. Zur Diffusion in neutralem Zustand werden dabei vorzugsweise solche Moleküle gewählt, die zusammen mit den hineindiffundierten Ionen die gewünschten Störstellen bilden.

Falls die Diffusion bei erhöhter Temperatur erfolgt, ist es zweckmäßig, die Abkühlung in einer im Vergleich zur Dauer der Diffusion kurzen Zeit zu bewirken, damit die bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichte Verteilung der Störstellen sich während des Abkühlungsvorganges möglichst wenig ändert.

Für manche Anwendungszwecke sind Halbleiter von Bedeutung, bei denen die Störstellenkonzentration an verschiedenen Stellen verschieden ist. Solche Halbleiter können dadurch hergestellt werden, daß zuerst nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die erwünschten Störstellen eingebracht werden und daß anschließend die Konzentration der Störstellen in der Höhe der Oberfläche durch eine Nachbehandlung, vorzugsweise durch Erwärmen oder durch chemische Reaktion mit einem dort in erhöhter Konzentration vorhandenen Partner, vermindert wird.

In manchen Fällen ist das Einbringen von Störstellen verschiedener Art oder von verschiedenen Partnern von Störstellen erwünscht. Zu diesem Zweck kann das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach nacheinander und unter Zwischenschaltung einer thermischen Behandlung (Erwärmung oder Abkühlung) und/oder unter Wechsel der Art der Ionen oder neutralen Gasmoleküle zur Anwendung gelangen. Man kann die Dauer der einzelnen Behandlungsabschnitte und die Bedingungen so wählen, daß der Halbleiter nach Anwendung dieses Verfahrens Störstellen verschiedener Art in hintereinanderlieigenden Schichten aufweist.

Bei dem in Fig. 1 in schematischer Darstellung wiedergegel>enen Ausführungsbeispiel ist auf einer neutralen Trägerelektrode 1, beispielsweise aus Kohlenstoff, eine etwa 0,1 mm starke Germaniumschicht 2 aufgebracht, die zunächst nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Störstellen versehen ist, die ihr in ihrer gesamten Dicke Überschußleitungscharakter verleihen. Anschließend werden aus einer etwa 0,001 mm dicken Oberflächenschicht 3 die eingebrachten Störstellen möglichst wieder entfernt und durch Störstellen ersetzt, die dem Halbleiter in dieser Schicht Mangelleitungscharakter verleihen, während in der dickeren restlichen Schicht 2 der Überschußleitungscharakter erhalten bleibt. Die Überschußleitungscharakter aufweisende Schicht 2 des Germaniums möge Kupfer als Störstellen enthalten, während diese Störstellen in der Oberflächenschicht 3 durch Einwirkung von Sauerstoffspuren in einer Heliumatmosphäre unschädlich gemadht werden. In diese Schicht wird nachträglich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Aluminium eingebracht, so daß sie nunmehr mangelleitend ist. Es entsteht also ein Halbleiter, der in seinem Innern ein Grenzgebiet aufweist, in dem der Leitungscharakter sich ändert.

Es gibt nur verhältnismäßig wenig Substanzen, die sich als neutrale Trägerelektroden eignen. Kohlenstoff weist den Nachteil auf, daß er eine verhältnismäßig geringe Leitfähigkeit besitzt und nur schwer mit gut leitenden Substanzen elektrisch einwandfrei verbunden werden kann. Es ist deshalb vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren so zu führen, daß mindestens die an eine der Zuführungselektroden angrenzende Schicht gemischten. Leitfähigkeitscharakter (Überschuß- und Mangelleitung) aufweist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sei die Germaniumschicht 2 erfindungs- gemäß mit ihr Überschußleitungscharakter verleihenden Störstellen versehen, welche mit Hilfe von Stickstoff gebildet worden sind. Nachträglich wird durch chemische Reaktion oder durch erneute Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter anderen thermischen Bedingungen die Oberflächenschicht 4 durch Neutralisieren eines Teiles der zunächst eingebrachten Ionen oder durch Einbringen weiterer Störstellen gemischter Leitfähigkeitscharakter verliehen. Auf diese Schicht 4 wird dann, beispielsweise durch Aufspritzen oder Aufdampfen, eine Zuführungselektrode 5 aus Metall aufgebracht. Erforderlichenfalls kann die andere Oberflächenschicht 3 vor oder nach dem Aufbringen der Zuführungselektrode 5 in der beschriebenen Weise verändert und schließlich mit einer Zuführungselektrode 6 versehen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen Störstellen enthaltender Halbleiter, insbesondere für Trockengleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß ein möglichst Störstellenfreier Halbleiter in einem Gasraum, der die als Störstellen einzubringenden Substanzen als Ionen einer Gasentladung enthält, auf ein Potential solcher Polarität gebracht wird, daß diese Ionen auf der Oberfläche des Halbleiters aufgefangen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, idaß die Gasentladung in einem indifferenten Gas erfolgt, dem die einzubringende Substanz, vorzugsweise dosiert, beigemischt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Halb-

leiters ein elektrisches Feld erzeugt wird, dessen Feldrichtung mit der gewünschten Diffusionsrichtung übereinstimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter während der Diffusion durch das Ionenbombardement und/oder durch anderweitige Erhitzung auf erhöhter Temperatur gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Moleküle enthält, die in neutralem Zustand in den Halbleiter hineindiffundieren.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Diffusion in neutralem Zustand Moleküle gewählt werden, die zusammen mit den hineindiffundierten Ionen die gewünschten Störstellen bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung in einer im Vergleich zur Dauer der Diffusion kurzen Zeit bewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Störstellen in der Nähe der Oberfläche durch eine Nachbehandlung, vorzugsweise durch Erwärmen oder durch chemische Reaktion mit einem dort in erhöhter Konzentration vorhandenen Partner, vermindert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrfach nacheinander unter Zwischenschaltung einer thermischen Behandlung (Erwärmung und/oder Abkühlung) und/oder unter Wechsel der Art der Ionen oder neutralen Gasmoleküle zur Anwendung gelangt.

10. Halbleiter, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er Störstellen verschiedener Art in hintereinanderliegenden Schichten (Fig. 1) aufweist.

11. Halbleiter, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er Störstellen verschiedener Art in der gleichen Schicht aufweist (Fig. 2).

12. Halbleiter, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die an eine der Zuführungselektroden angrenzende Schicht gemischten Leitfähigkeitscharakter (Überschuß- und Mangelleitung) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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