DE977596C - Verfahren zur Herstellung eines Flaechen-p-n-Gleichrichters oder Flaechen-Transistors - Google Patents

Description

Es sind Richtleiter bekannt, die aus einem halbleitenden Stoff und einer oder mehreren, auf der Oberfläche dieses Halbleiters vorgesehenen, meist spitzenförmigen Elektroden bestehen. Die Leistung derartiger Anordnungen ist im wesentlichen wegen der geringen Belastungsmöglichkeit der Kontaktspitzen verhältnismäßig klein. Es besteht der Wunsch, derartige Richtleiter auch für höhere Leistungen zu bauen. In dieser Richtung unternommene Untersuchungen haben bereits zu sogenannten Flächenkristallgleichrichtern geführt, bei denen in einem kompakten Stück des Halbleiterstoffes der Leitfähigkeitstyp von beispielsweise p- zum n-Typ wechselt. Darüber hinaus sind auch derartige Flächentransistoren bekanntgeworden, bei denen die Reihenfolge der verschiedenen Leitungstypen, beispielsweise in Form von p-n-p oder n-p-n wechselt. Es sind in der Literatur auch vereinzelt Angaben zu finden, in welcher Weise derartige Flächenrichtleiter hergestellt wurden. Man ist hierbei jedoch noch stark auf Vermutungen angewiesen, weil diese Angaben nur sehr ungenau gehalten sind.

Da, wie eingangs ausgeführt, derartige Flächenrichtleiter wegen der höheren Belastbarkeit größtes Interesse verdienen, sind die verschiedensten Möglichkeiten, um zu derartigen Richtleitern zu gelangen, untersucht worden. Jedem Verfahren haften

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naturgemäß irgendwelche Nachteile an, die insbesondere darin bestehen, daß sich keine Reproduzierbarkeit der erzeugten Gleichrichter einstellt. Jedoch hat sich ein besonderes Verfahren als sehr vorteil-5' haft erwiesen. Gemäß der Erfindung wird zwischen einem, einen bestimmten Leitfähigkeitstyp aufweisenden, vorzugsweise stabförmigen Stück eines Halbleiters und einer Gegenelektrode, die mindestens zum Teil aus solchen Stoffen besteht, welche ίο eine Leitungstypumkehrung des Halbleiters hervorrufen, für kurze Zeit ein Lichtbogen erzeugt, wodurch am Fußpunkt des Lichtbogens der Halbleiter schmilzt; gleichzeitig wird aber, da die Gegenelektrode entweder ganz oder zum Teil aus einem Stoff besteht, der eine Leitungstypumkehrung des Halbleiters verursacht, dieser Stoff in Ionenform in die Schmelze des Halbleiters am Fußpunkt des Lichtbogens eingebracht. Nach Erstarren befindet sich dann, organisch mit ihm aus einem Stück bestehend, auf dem Halbleiterstück eine Schicht entgegengesetzten Leitungstyps, wodurch in einfachster Weise der gewünschte Aufbau eines flächenhaften Richtleiters erzielt ist.

Es ist auch vorgeschlagen worden, eine Gasentladung zur Dotierung von Halbleitern durch als Störstellen wirksame Materialien zu verwenden, indem diese in Ionenform aus einer Gasatmosphäre auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht werden. Hierbei war jedoch an eine Glimmentladung gedacht, die noch mit einer Temperung kombiniert werden mußte, um die Störstellen in tiefer liegende Bereiche des Kristalls hineinzutransportieren. Ein überraschender Vorteil wird gemäß der Erfindung gegenüber dem vorgeschlagenen Verfahren dadurch erzielt, daß die Gasentladung in Form eines Lichtbogens betrieben wird, wodurch der Halbleiter am Fußpunkt des Lichtbogens geschmolzen und die Diffusion des Störstellenmaterials innerhalb des Halbleiters wesentlich erleichtert bzw. beschleunigt wird. Hierdurch kann die Dotierung des Halbleiters besser gesteuert werden.

Einem anderen, Vorschlag zufolge ist es ein. Verfahren zur Herstellung eines für Signalübertragungsvorrichtungen bestimmten Bauelements, bestehend ♦5 aus einem Halbleiterkörper der IV. Gruppe des Periodischen Systems von bestimmtem Leitfähigkeitstyps, einer daran angeschlossenen Basiselektrode und wenigstens einem Gleichrichtungsanschluß, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß durch Wärmebehandlung der Leitfähigkeitstyp des Halbleitermaterials im Bereich des Gleichrichtungsanschlusses durch Eindiffusion einer in oder auf der Elektrode befindlichen bzw. diese bildenden Verunreinigung unter Bildung eines innerhalb des Halbleitermaterials liegenden, im Vergleich zum ungeschwächten Querschnitt der Elektrode großen pn-Übergangs umgewandelt wird und daß die Elektrode des Gleichrichtungsanschlusses mit dem Halbleitermaterial innerhalb des Anschlußbereichs durch Legierung bleibend verbunden wird. Unter anderem kann dieses Verfahren vorgenommen, werden, indem man einen Lichtbogen zwischen dem Körper des p-n-Gleichrichteranschlusses und dem Halbleiterkörper erzeugt und dann die beiden Teile zusammenschmilzt.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Flächen-p-n-Gleichrichters oder Transistors, beispielsweise aus Germanium oder ähnlichen Stoffen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem einen bestimmten Leitfähigkeitstyp aufweisenden, vorzugsweise stabförmigen Stück eines Halbleiters und einer Gegenelektrode, die mindestens zum Teil aus solchen Stoffen besteht, welche eine Leitungstypumkehrung des Halbleiters hervorrufen, kurze Zeit ein Lichtbogen erzeugt wird, wodurch der Halbleiter am Fußpunkt des Lichtbogens geschmolzen wird.

Während es sich beim Gegenstand des obengenannten älteren Vorschlags um die Erzeugung eines gleichrichtenden Kontaktes handelt, ist es Ziel der Erfindung, an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine umdotierte Zone zu erzeugen.

Man wählt als Halbleiter beispielsweise ein Stück Germanium oder einen ähnlichen Halbleiterstoff, der durch Zugabe bestimmter Mengen bestimmter Stoffe einen ganz bestimmten Leitungstyp darstellt und zieht zwischen diesem und einer Gegenelektrode einen Lichtbogen.

Bei Wahl von Germanium als Halbleiterstoff kann man durch Galliumzusatz beispielsweise p-Leitungstyp erzeugen. Besteht nun die Gegenelektrode ganz oder zum Teil z. B. aus Arsen oder Antimon, so wird durch Einbringen derartiger Stoffteilchen in die oberste Schicht des Germaniumstäbchens dort ein n-Leitungstyp ausgebildet.

Es hat sich als zweckmäßig gezeigt, die Gegenelektrode aus Kohle zu wählen, die entweder an ihrer Oberfläche oder in ihrer Seele mit z. B. Antimon- bzw. Arseneinlagerungen versehen ist. Man kann jedoch die Kohle auch durchgehend mit einer z. B. Antimon- bzw. Arsenlösung präparieren, beispielsweise imprägnieren. Die Kohle hat weiterhin den Vorteil, selbst inaktiv zu bleiben, so daß keine weiteren unerwünschten Verunreinigungen in den Richtleiter gelangen können.

Wendet man zur Ausbildung des Lichtbogens eine Gleichspannung an, so ist es sinnvoll, den Halbleiter als Kathode und die Gegenelektrode als Anode zu schalten, damit die den Leitungstyp umkehrenden Ionen über den Lichtbogen in den Halb- "0 leiter eindringen können. Da während der Lichtbogenbrennzeit, die nur verhältnismäßig kurz zu sein braucht, der Halbleiter stark erhitzt wird, ist es zweckmäßig, um einen Abbrand bzw. eine Oxydation oder ähnliches zu verhindern, den Licht- "5 bogen bei Unterdruck oder unter Anwesenheit eines neutralen, inaktiven oder reduzierenden Gases, beispielsweise Wasserstoff, vorzunehmen. Das beschriebene Verfahren gestattet in einfacher und schneller Weise die Lösung der gestellten Aufgabe in reproduzierbarer Form, da die Einfluß gwinnenden Mittel und Maßnahmen sämtlich eindeutig steuerbar sind. Bei den bis jetzt durchgeführten Untersuchungen haben sich Flächengleichrichter mit Widerstandsverhältnissen von ungefähr ι : 5000 erzeugen lassen.

Hierbei werden Sperrspannungen bis etwa 50 Volt erreicht. Andere, durch geringfügige Abwandlung der Herstellungsbedingungen erzeugte Gleichrichter, beispielsweise mit einer Sperrspannung von etwa 10 Volt, besaßen sehr hohen Vorstrom, größer als 10 mA bei 1 Volt bei einer Fläche von etwa 1 mm².

In der gekennzeichneten Weise sind aber weiterhin auch Systeme herstellbar, die abwechselnd mehrmals Leitungstypumkehrung zeigen. Wenn man den vorstehend beschriebenen Halbleiter durch längere Brenndauer des Lichtbogens mit einer verhältnismäßig starken Schicht des entgegengesetzten Leitungstyps versehen hat, kann man darauf durch Benutzung einer entsprechend entgegengesetzt ausgebildeten Gegenelektrode wiederum eine Schicht des Halbleitertyps des ursprünglichen Halbleiters erzeugen, so daß man so zu dem gewünschten p-n-p-Typ kommt oder, falls man vom η-Typ ausgegangen ist, auch einen n-p-n-Typ erhalten kann. Durch weitergehende sinnvolle Anwendung des gekennzeichneten Verfahrens ist es auch durchaus möglich, eine nochmalige oder öftere Schichtumkehrung vorzunehmen bzw. auch eine andere Seitenfläche des Halbleitergrundstäbchens mit entsprechenden Schichten zu versehen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung eines Flächenp-n-Gleichrichters oder Flächentransistors, beispielsweise aus Germanium oder ähnlichen Halbleiterstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem einen bestimmten Leitfähigkeitstyp aufweisenden, vorzugsweise stabförmigen Stück eines Halbleiters und einer Gegenelektrode, die mindestens zum Teil aus solchen Stoffen besteht, welche eine Leitungstypumkehrung des Halbleiters hervorrufen, für kurze Zeit ein Lichtbogen erzeugt wird, wodurch der Halbleiter am Fußpunkt des Lichtbogens geschmolzen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode aus Kohle hergestellt wird, die mit dem den entsprechenden Leitungstyp verursachenden Zusatz imprägniert oder sonstwie versehen ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode als Anode in einem Gleichstromkreis geschaltet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen bei Unterdruck oder/und in einer Schutzgasatmosphäre, z. B. Wasserstoff, erzeugt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß durch zeitlich aufeinanderfolgende Anwendung mehrerer verschiedenartiger Gegenelektroden Schichten entgegengesetzten Leitungstyps aufeinander erzeugt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 840418;
   belgische Patentschrift Nr. 505 814.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 977 596.

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