DE840418C - Verfahren zum Herstellen Stoerstellen enthaltender Halbleiter, insbesondere fuer Trockengleichrichter - Google Patents
Verfahren zum Herstellen Stoerstellen enthaltender Halbleiter, insbesondere fuer TrockengleichrichterInfo
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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 (12)
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
1 5033 5.
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