DE972851C

DE972851C - Halbleiterwiderstand, insbesondere Heissleiter, mit flaechenhaften Kontaktschichten

Info

Publication number: DE972851C
Application number: DE1948P0012352
Authority: DE
Inventors: Dierick Dr Kossel; Herbert Dr Sachse
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1959-10-08

Description

Halbleiterwiderstand, insbesondere Heißleiter, mit flächenhaften Kontaktschichten Die Lebensdauer von auf Halbleiterwiderständen aufgebrachten, flächenhaften Kontaktschichten ist besonders bei hoher elektrischer Belastung dadurch begrenzt, daß das Kontaktmaterial sich ablöst. Außerdem wird beobachtet, daß, vom Kontakt ausgehend, ein dünner Film des Kontaktmaterials, z. B. ein Silberfilm, über den Halbleiterwiderstand wandert, der bis zum Oberflächenkurzschluß zwischen den Elektroden führen kann.
Die Erfindung betrifft einen derartigen Halbleiterwiderstand, insbesondere Heißleiter, mit durch Aufspritzen oder Aufdampfen bzw. Zersetzung im Vakuum aufgebrachten metallischen, flächenhaften Kontaktschichten, an denen gegebenenfalls Anschlußteile befestigt sind. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß beim Stromdurchgang in den Kontaktschichten Kontaktmetall in Form von Ionen gelöst wird, die dann entlang der Heißleiteroberfläche dem Feld entsprechend wandern. Diese elektrolytische Ablösung und Wanderung kann nun durch die Kombination der Auswahl des Kontaktmetalls und der Ausbildung der Kontakte stark vermindert oder ganz unterbunden werden. Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch eine Kontaktschicht aus solchen Metallen, die bei den auftretenden Betriebsbedingungen an Luft keine stabilen, nur einfach ionisierten Ionen bilden, und solche Ausbildung der Kontaktschicht, daß die zwischen ihnen entstehenden elektrischen Feldlinien auf denjenigen Flächen, auf denen die Kontaktschichten aufgebracht sind, nur Komponenten geringen Betrages besitzen, die auf die kontaktfreien Flächen des Widerstandes gerichtet sind. Die Bedeutung der ersteren Maßnahme erhellt daraus, daß bei der Bildung von Silberionen die Ionisationsarbeit von nur 7,6 eV aufgewendet werden muß. Auch die Ionisationsarbeit bei der Bildung anderer einfach ionisierter Metallionen ist nur unwesentlich größer, z. B. beträgt sie für Gold etwa 8,5 eV. Eine- entscheidende Erhöhung der Ionisationsarbeit wird erst beim Übergang zu zweifach ionisierten Ionen erreicht. Sie beträgt dann etwa 1d. ... 20 eV.
Es sind zwar auch schon früher neben einwertigen auch zweiwertige Metalle, insbesondere Platin, als Kontaktmaterial für Heißleiter verwendet worden, und zwar auch in Form- von Schichten. In diesen Fällen entspricht aber die Ausbildung und Anbringung der Schichten nicht der zweiten Forderung hinsichtlich des Feldlinienverlaufes auf den kontaktierten Flächen.
Die Regel gemäß der Erfindung, beide Maßnahmen gleichzeitig anzuwenden, ist jedoch nicht bekannt, weil offenbar nicht erkannt war, daß erst durch die gleichzeitige Anwendung beider Maß= nahmen die störende Wanderung von Ionen aus dem Kontaktmaterial längs der Halbleiteroberfläche wirksam vermieden wird. Andererseits ist es auch bekannt, Halbleiterwiderstände mit eingesinterten Metallstiften zu versehen.
Die Erfindung bezieht sich demgegenüber nicht auf Widerstände mit eingesinterten Drähten oder Stiften, sondern ausdrücklich auf Widerstände mit flächenhaften Kontaktschichten, die auf die Oberfläche des Körpers aufgebracht sind und bei denen die Gefahr eines Oberflächenkurzschlusses durch Feinwanderung um so größer ist, je ausgedehnter die Schichten sind. Diese Kontaktschichten können entweder selber als Endkontakte dienen und müssen dann entsprechend stark ausgebildet sein, oder sie können wesentlich dünner gehalten werden, wobei auf ihnen dann das Endkontaktmaterial in der üblichen Weise aufgebracht wird, z. B. durch Aufsintern oder durch Aufspritzen. Als Material für die Beläge kommen in Frage Mangan, Nickel Kobalt, Eisen, Platin und andere. Vorzugsweise geeignet für diesen Zweck sind aber nur solche Metalle, die sich leicht aus ihren Verbindungen durch Zersetzung oder Aufdampfung im Vakuum aufbringen lassen und ferner eine nicht zu große Oxydationsgeschwindigkeit haben, so daß sie der Erwärmung beim Betrieb oder auch einer notwendigen Nachkontaktierung bei höherer Temperatur gerecht werden, z. B. Platin, Nickel, Kobalt, Vanadin, Molybdän und Wolfram. Soweit bei der Nachkontaktierung das Aufdampfen technisch Schwierigkeiten macht, kann unter Umständen- auch das Aufspritzen vorgesehen werden.
In Abb. i ist die bisherige Ausführung gezeigt. Auf dem Halbleiter, z. B. dem- flachen Heißleiter i, sind die Kontakte 2, 3 in der gezeichneten Weise aufgebracht. Offenbar verläuft bei dieser Ausführüng, besonders in der Nähe der Kontakte, eine starke Komponente der elektrischen Feldlinien parallel zur Oberfläche des Heißleiters, und im Betrieb stellen sich infolgedessen die obengenannten Mängel heraus.
Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Kontakte 2, 3 auf den weiterhin als Frontflächen bezeichneten Flächen des zylindrischen Heißleiters i aufgebracht sind. Reicht hierbei das Kontaktmaterial bis an den Rand des Halbleiters, so verhält sich diese Ausführung ähnlich wie die nach Abb. i ; denn sobald etwas Kontaktmaterial um die Kanten herum auf die Längsflächen des Heißleiters gewandert ist, beginnt eine starke Abwanderung des Kontaktmaterials. Um diesen Mangel zu vermeiden, werden die Kontaktschichten so ausgebildet, daß sie nur einen Teil der Frontflächen des Halbleiters bedecken, dergestalt, daß die Kontaktschichten an keiner Stelle bis an den Rand der Frontflächen reichen.
Eine weitere Ausführung der Erfindung wird durch -.Einsenken der Kontaktschichten in Vertiefungen, insbesondere der Frontflächen, des Halbleiters erzielt. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Abb.3. Der dort im Schnitt dargestellte Heißleiter i besitzt an seinen Frontflächen eine oder mehrere Vertiefungen, in die das Kontaktmaterial e, 3 eingebracht ist, zweckmäßig derart, daß die Kontaktschichten die Vertiefungen nur teilweise bedecken. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß praktisch keine Komponenten der Feldstärke auftreten, die von der durch die Kontaktschichten berührten Fläche auf die freien Flächen des Heißleiters in Richtung auf den- anderen Kontakt gerichtet sind und damit ein Abwandern des Kontaktmaterials fast völlig vermieden ist.
Um die Sicherheit der Kontaktgabe weiter zu erhöhen, ist bei der Ausführungsform nach Abb. q. an der Frontfläche des Heißleiters i die Kontaktschicht 2 in einer im Innern des Heißleiters erweiterten Vertiefung. aufgebracht. Dadurch wird die Schicht zusätzlich mechanisch gehalten, und die Kontaktgabe ist auch dann gewährleistet, wenn die Schicht mit ihrer Oberfläche nicht mehr ausreichend am Heißleitermaterial haftet. Außerdem wird dadurch die Kontaktfläche vergrößert, d. h. die Stromdichte und damit auch die elektrolytische Ablösung verringert..
Es ist jedoch, z. B. bei Gleichstrombelastung, nicht immer notwendig, beide Kontaktschichten des Heißleiters in der erfindungsgemäßen Weise aufzubringen, da das Kontaktmaterial nur in Richtung des Stromes wandert und damit die genannten Nachteile nur bei einer der beiden Schichten auftreten können. So ist z. B. in Abb. q. die Schicht 3 in der in Abb. 2 gezeigten Form aufgebracht, kann i aber auch in der bisher üblichen Weise ausgeführt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Halbleiterwiderstand, insbesondere Heißleiter, mit durch Aufspritzen oder Aufdampfen bzw. Zersetzung im Vakuum aufgebrachten metallischen, flächenhaften Kontaktschichten, an denen gegebenenfalls Anschlußteile befestigt sind, gekennzeichnet durch eine Kontaktschicht aus solchen Metallen, die bei den auftretenden Betriebsbedingungen an Luft keine stabilen, nur einfach ionisierten Ionen bilden, und solche Ausbildung der Kontaktschichten, daß die zwischen ihnen entstehenden, elektrischen Feldlinien auf denjenigen Flächen, auf denen die Kontaktschichten aufgebracht sind, nur Komponenten geringen Betrages besitzen, die auf die kontaktfreien Flächen des Widerstandes gerichtet sind.
2. Halbleiterwiderstand nach Anspruch I, gekennzeichnet durch die Verwendung solcher Metalle für die Kontaktschichten, die sich leicht aus ihren Verbindungen durch Zersetzung oder durch Aufdampfen im Vakuum aufbringen lassen und eine nicht zu große Oxydationsgeschwindigkeit haben.
3. Halbleiterwiderstand nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschichten die Frontflächen des Halbleiters nur teilweise bedecken, dergestalt, daß die Kontaktschichten an keiner Stelle bis an den Rand der Frontfläche reichen.
4.. Halbleiterwiderstand nach Anspruch I, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Vertiefungen, insbesondere der Frontflächen des Halbleiters, in denen die Kontaktschichten angebracht sind.
5. Halbleiterwiderstand nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschichten die Vertiefungen nur teilweise bedecken.
6. Halbleiterwiderstand nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschichten in der Frontfläche in einer im Inneren des Halbleiterwiderstandes erweiterten Vertiefung aufgebracht sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 68o 166; österreichische Patentschrift Nr. r26 373; USA.-Patentschriften N r. 2 418 460, 2 418 46 i.