DE865489C

DE865489C - Verfahren zur Herstellung von Kristallkontaktvorrichtungen

Info

Publication number: DE865489C
Application number: DEG7122A
Authority: DE
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1950-10-06
Filing date: 1951-10-03
Publication date: 1953-02-02
Also published as: GB683248A; US2723370A; NL164481B; FR1042521A; NL85899C

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Eristallkontaktvorrichtungen. Insbesondere ist die Erfindung auf Kristallkontaktvorrichtunigen gerichtet, die ein halbleitendes Germaniumelement aufweisen, daß nach dem in der britischen Patentschrift 63,5 3(8*5 beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß in dieser Beschreibung unter einem Germaniumelement ein Element aus Germanium hohen Reinheitsgrades mit oder ohne geringe Mengen von Fremdstoffzusätzen verstanden werden soll.

In der britischen Patentschrift 635 385 ist ein Verfahren zur Herstellung eines halbleitenden Elementes beschrieben, in dessen Verlauf eine kleine Menge Germanium auf einer feuerfesten Haltevorrichtung in einer geeigneten Edelgasatmosphäre oder im Vakuum derart geschmolzen wird, daß ein Germaniumelement in Form eines Kügelchens entsteht. Das Element erstarrt in dieser Form infolge der Oberflächenspannung des Germaniums, so daß die Größe der auf diese Weise herstellbaren Elemente auf einen Durchmesser von etwa höchstens 2,5 mm und eine Masse von ungefähr 45 mg/ms begrenzt ist. Eis hat sich gezeigt, daß auf diese Art hergestellte Kügelehen gewöhnlieh nicht vollkommen kugelförmig erstarren, sondern eine nasenartige Ausbeulung 1 erhalten, wie in Fig. ι der Zeichnung dargestellt. Die nasen-

formige -Ausbeulung" ι bildet sich aus dem zuletzt erstarrenden Germanium und springt gewöhnlich bei Bildung des Kügelchens nach oben! vor.

Das fertige Kügelchen 'wird am einem Metallhalter angebracht und¹ durch Entfernung eines -·-Kugelteiles,-, beispielsweise durch Schleifen, mit "'einer Kootaktfläche versehen¹. Wenn ein M'etallkontaktteil in- einen kleinüächigeni Kontakt mit dieser Oberfläche gebraucht wird, kommt dem Kbntakt eine elektrische Charakteristik der in* Fig. 2 der Zeichnung dargestellten) Florm zu, in der die zwischen diem Germaniumelement und dem Kontaktteil wirksame Spannung als Abszisse und der sich ergebende Strom als Ordinate aufgetragen sind. Diese Charakteristik zeigt eine Spitze in der Umkehrrichtung bei einer Umkehrspanmung V₇, die im folgendien als Wende spannung bezeichnet ist. In bestimmten Anwendungsfällen von Kiristallkontaktvorrichtungen ist es erwünscht, dlaß die absolute Gnpße der Wendespanniung möglichst groß ist,- dasheißt, daß die Spitze in der Umkehrrichtung in der in Fig, 2 dargestellten Charakteristik so weit links wie mßglich liegt.

Falls Kügelchen verwendet werden, wie in Fig. 1 veranschaulicht, und falls die Kristallkontaktvorrichtungen in einer unbeeinflußten "Art ohne Beziehung zu der Lage des Kontaktpunktes oder der Kontaktpunkte im Hinblick auf die nasenförmige Ausbeulung i-hergestellt werden·, hat die Untersuchung einer großen Gruppe Vorrichtungen, bei der solche aus einer einheitlichen Germaniummasse hergestellten Kügelchen ■ verwendet werde»,~ gezeigt, daß die elektrischen 'Kennwerte der Kontakte eine beträchtliche zahlenmäßige Streuung über die gesamte Gruppe aufweisen, obgleich ihre allgemeine Form durchgängig gleich ist. Insbesondere ist bei Verwendung von Kfugelchen aus Germanium hohen Reinheitsgrades der über die gesamte Gruppe ge-■ nommene Durchschnittswert der von den Kontakten gezeigten Wendespannung im allgemeinen betrachte lieh niedriger als die in der Gruppe gefundenen Wendespannungshöchstwerte.

iEline Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von· Kristallkontaktvorrichtungen zu schaffen, die halbleitenide, nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Giermaniumelemente aufweisen, durch welche die Streuung der elektrischen Kennwerte der Kontakte innerhalb einer Vorrichtungsgruppe, bei der aus einer einheitlichen Germaniummasse hergestellte Kügelchen verwendet werden», im Vergleich zu einem ungesteuerten Herstellungsverfahren verringert werden kann, Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, durch das der Durchschnittswert der Wendespannung bei Germaniumkügelchen hoher Reinheit im Vergleich zu: einem Herstellungsverfahren der Vorrichtungen vergrößert werden kann.

Ein Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer Kristallkontaktvorrichtung besteht darin, zunächst eine kleine Menge Germanium auf einer feuerfesten Haltevorrichtung in einer geeigneten Eidelgasatmosphäre oder im Vakuum zu schmelzen, so daß ein Germaniumelement in Form eines Kügelchens entsteht, das unter Bildung einer nasenföfrmigen Ausbeulung erstarrt, sodann das Klügelchen'auf einem'Mietallhalter so anzubringen, daß die Ausbeulung vom-Metallhalter nach außen vorspringt, darauf den ausgebeulten Teil des Kügelchens zwecks Bildung einer Kontaktfläche zu entfernen und schließlich wenigstens einen Metallkontaktteil in kleinflächigen) Kontakt mit der Kbntaktfläche an einem Punkt zu bringen, der in der mittlerem Hälfte der Länge des ursprünglichen Kügelchens in Richtung des V'orsprungs der Ausbeulung liegt.

Eis wird angenommen¹, daß die durch Anwendung der Erfindung erzielten verbessertem Ergebnisse in der folgenden Weise erklärt werden können. Wenn ein Kügelchen erstarrt, ist die Konzentration der F'remdstofBe im Germanium nicht durch das gesamte Kügelchen/ einheitlich, und zwar infolge der Tatsache, daß die Fremdstoffe in dem flüssigen Germanium löslicher als. festes Germanium sind und das gesamte Kügelchen nicht gleichzeitig erstarrt. Insbesondere ist die Konzentration der Fremdstoffe im dem nasenfclrmig ausgebeulten Teil des .Kügelchens größer als im dem übrigen Teil des Kügelchens, da der ausgebeulte Teil erst zuletzt erstarrt. Wird nuni ein Teil des Kügelchens zwecks Bildung einer Kbntaktfläche entfernt, dann ändert sich die Konzentration der Fremdstoffe an dem Kontaktpunkt mit der Lage des Kontaktpunktes in dem Kügelchen. Die elektrische Charakteristik irgendeines Kontaktes hängt von der Konzentration 95· der Fremdstoffe an' dem Kbntaktpunkt und infolgedessen von der Lage des Kontaktpunktes in dem Kügelchen ab. Wird also auf diese Weise gewährleistet, daß der Kontaktpunkt oder die Kontaktpunkte in der mittleren Hälfte der Länge des ursprünglichent Kügelchens in· Vörsprumgsrichtumg der nasenförmigen Ausbeulung 1 liegt bzw. liegen, das heißt zwischen den Ebenen 2 und 3, nach Fig. 1, dann kann eine größere Gleichmäßigkeit der elektrischen Kennwerte der Kontakte erhalten werden. Dies kann mach der Erfindung bequem dadurch erreicht werden, daß das Kügelchen mit der nasenföirmigeni Ausbeulung 1 nach außen vorspringend angebracht und dann der ausgebeulte Teil des Kügelchens zwecks Bildung der Kontaktfläche entfernt wird. Weiterhin wurde gefunden, daß die im Durchschnitt bei einer Vorrichtungsgruppe auftretende Wendespannung ein Maximum erreicht, wenn sich die Kbntaktpunkte zwischen den Ebenen ® und 3 befinden, und daß sich dabei eine verhältnismäßig kleine Streuung zwischen diesen Grenzwerten ergibt.

Nun wird als Beispiel eine Anordnung nach der Erfindung im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig¹, ι· eim Germaniumelement in Form eines Kügelchens,

Fig. 2! die elektrische Charakteristik eines Kontaktes· zwischen einem Germaniumelement und einem Metallkontaktteil, der sich in kleinflächigem Kontakt mit dem Element befindet,

Fig. 3 eine Herstellungsphase eines Kristallgleichrichters, der mit einem halbleitenden Germaniumelement versehen ist, und

Fig. 4 den vollständigen Kristallgleichrichter, teilweise im 'Schnitt.

Die zu beschreibende Anordnung betrifft die Herstellung von Kristallgleichrichtern mit halbleitenden Germaniumelementen hohen. Reinheitsgrades, bei denen es erwünscht ist, daß der Durchschnittswert der an den Kontakten auftretenden Wendespannung so hoch wie möglich ist. In dieser Anordnung werden Germaniumkügelchen hoher Reinheit und in der in F'ig. ι veranschaulichten Form mit der in der britischen Patentschrift 635 385 beschriebenen Methode hergestellt, bei der Germaniumpulver in kleinen. Löchern in einem Kohlenstoffblock geschmolzen wird, wobei die Kügelchen einen Durchmesser von etwa 1,6 mm und eine Masse von ungefähr 12 mg/ms haben.

Wie in Fig. 3 dargestellt, wird jedes Kügelchen hier so an einem Metallstumpf 5 angebracht, daß seine nasenförmige Ausbeulung r· von dem Stumpf 5 nach außen vorspringt, der mit einem Anschlußdraht 6, ausgerüstet ist. Das Kügelchen 4 wird zuerst vernickelt und dann in eine Nut 7 eingelötet, die am Eimde des Stumpfes 5 ausgebildet ist.

Der ausgebeulte Teil des Kügelchens 4 wird dann so abgeschliffen, daß eine ebene Kontaktfläche 8* entsteht, die in einer praktisch zur Vorsprungsrichtung der Ausbeulung 1 senkrechten Ebene 9 und in der mittleren Hälfte der Länge des ursprünglichen Kügekhens 4 in Vorsprungsrichtung der AusbeulungiL liegt, d.h. zwischen den in Fig. ι dargestellten Ebenen 2 und 3. Dann wird die Kontaktfläche 8 geätzt und der Stumpf 5 in der in der britischen Patentschrift 616 065 beschriebenen Weise montiert, so daß er einen Teil des in Fig. 4 gezeigten Kristallgleichrichters bildet. Das aus dem Kügelchen 4 gefertigte Germaniumelement arbeitet mit einem Metallkonitaktteil in. Form eines angespitzten Wolf ramdrahtes 10 zusammen, der einen Punktkontakt mit der Kontaktfläche 8 bildet und von einem mit einem Anschluß draht uz versehenen Metallstumpf 11 getragen wird. Das Element und der Draht na befinden sich in einer Glashülle 113,, die abgedichtet mit Metallrohren 14 und 15 verbunden ist, in der die Stümpfe 5 und 11 befestigt sind.

Der Kontakt zwischen dem Germaniumelement und dem Draht 10 zeigt eine elektrische Charakteristik der in Fig. 2 dargestellten Form. Es hat sich dabei gezeigt, daß der Durchschnittswert der Wendespannung V₁- einer Gleichrichtergruppe, die nach dem oben beschriebenen \'erfahreni hergestellt ist, beträchtlich höher ist als der Durchschnittswert, der bei einer Gleichrichtergruppe erhalten. wird, .die ohne Berücksichtigung der Lage des Kontaktpunktes in dem ursprünglichen Kügelchen 4 hergestellt wird.

. Es ist naheliegend, daß die Erfindung nicht auf die Herstellung von Kristallgleichrichtern: oder Kristallkontaktvorrichtungen mit ebenen Kontaktflächen beschränkt ist. Sb kann sie beispielsweise mit Vorteil zur Herstellung solcher Kristallkontaktvorrichtungen benutzt werden, wie sie in. der britischen Patentschrift 647 935 und der deutschen Patentschrift 832102121 beschrieben sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Herstellung einer Kristallkontaktvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, zunächst eine kleine Menge Germanium auf einer feuerfesten Haltevorrichtung in einer geeigneten Eidfclgasatmosphäre oder im Vakuum zu schmelzen, so daß ein Germaniumelement in Form eines Kugelchens entsteht, das unter Bildung einer nasenförmigen Ausbeulung erstarrt, sodann das Kügelchen auf einem Metallhalter so anzubringen, daß die Ausbeulung vom Metallhalter nach außen vorspringt, darauf den ausgebeulten Teil des Kügekhens zwecks Bildung einer Kontaktfläche zu entfernen und schließlich wenigstens einen Metallkontaktteil in kleinflächigen Kontakt mit der Kontaktfläche an einem Punkt zu bringen, der in der mittleren Hälfte der Länge des ursprünglichen Kügekhens in Richtung des Vorsprungs der Ausbeulung liegt.

2¹. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche praktisch eben ist und in einer Ebene liegt, die im wesemfr- go liehen zur Vorsprungs richtung der nasenfötmigen Ausbeulung senkrecht liegt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche durch Schleifen hergestellt wird¹.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Germanium einen hohen Reinheitsgrad hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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