DEP0028906DA - Elektrische Übertragungsvorrichtung mit einem aus Silizium bestehenden Kontakt Gleichrichterelement - Google Patents

Description

Elektrische ^f^ertrsgiingsvorriehtBag alt einem ens Silizium bestehenden Aontakt-Gleichriehtungseleaent

Ziie STfiadTOg besieht sich auf elektrische "bertragungevorriehtungen, bei welchen Silizitm verwendet wird, insbesondere bezieht sie sich auf Torrichtrangen mit hochgradig reinem Silizinm für el© Änderung der Frequenz oder lellenfora elektrischer Schwingungen« richtige Anwendungen solcher Vorrichtungen sind die :Jof*,ulation, Demodulstion oder Glelchrichtxaig ö2cktrlecher Schwingungen und die Erzeugung der Harmonischen von Grundfrequenzschwixigungene

Ein Ziel der Srfiaduag ist die Schaffung einer einfachen, handfesten, sirkssse» und billigen elektrischen fbert r agungevoaS* richtung des Spitaenkontakttyps, die in der Lage ist, wirkungsvoll bei JJrequenzen der Gröosenordnung von 10 cm «ellenlange

Hai weniger zu arbeiten*

Sin weiteres Ziel der Srfinduag besteht in der Schaffung einer elektrischen übertragungsvorriohtung für rehwingungen mit extrem niedriger Amplitude, wobei die Einführung von Geräusch bei Betätigung der jbertragungevorrichtung eo gering wie möglich sein soll.

Sie Erfindung hat ausserdem zum Ziel, die Leistungsfähigkeit vonasymmetrisch leitenden ^fIbertragungavorrichtungen dee Spitzenkontakttyps mit fester Fläche dadurch zu steigern, dass der TJideratand äme EßekfläeliBÄostakte des Körpers verringert vriLrd,

Me Erfindung will weiter die Möglichkeit für den Bau von Si-IiZiumflilchenkontakt-¹Jbertragungsvorrichtungen schaffen, die vorher bestimmbare 'Jbertregungscharakteristiken haben sollen«

Ein anderes Siel der Erfindung ist die "chaffung eines beständigen Demodulat ionesystems für Schwingungen von solch hohen Frequenzen, dass Elektronen-Sntladungsvorrichtungen der üblichen Bauarten unwirksam sind«

Die Erfindung bezweckt ausserdem die Auswerting eines Sllizluablocks, um daraus möglichst viele elektrische ^bertragungsvorrichtungen von gegebener Greese herzustellen.

Bisher hat sich die Technik des Sccpfangs elektroxaagnetiecher bellen weitgehend auf die SLektronen-Sntladungsvorrichtung konzentriert, die schon seit langem die früheren Eontaktgleichrichter oder Detektoren in den allgemeinen von Dunwoody und Piokard entwicfcelxen formen verdrängt haben, bei welchen die asymmetrische LeitflLhigkeit eines Foatakte zwischen einer ?Jetallspltze und der Oberfläche eines sogenannten Halbleiterkörper ausgenutzt wurde. Zdeaer 'Techsel in der Praxis des

Hadioeispfeztge war durch, viele Faktoren bedingt; dazu gehören die Verstärkungsfähigkeit der Blefctronea-IMtladeTorrlehtBBg_i welche dl« Verstärkung schwacher eintretender Energie und die Überwindung geringer Betektorwirkung ermöglicht, ausserdem die hohe Stabilität fier Slektrcnen-Sntladevorrichtung und die Einfachheit, mit welcher si© sieh für die Kopplung an abgestimmte oder selektive Kreiae eignet«

Da die !Oechnik der t'bertragung elektromagnetischer "fellen in der Richtung höherer "Frequenzen vorwärtsschreitet, ist ein Punkt erreicht, wo die übliche Sa* Slektronen-2ntladevorrichtung vergleichsweise unwirksam eird*. Dieser Punkt, der irgendwo la Bereich von 1000 Megahertz liegt, ist durch Faktoren bedingt, die sieh aus der Tätigkeit dieser Slektronen-Entladevorrichtuncen ergeben, z.B. durch die Kapazität des Eingangs-Ereises und durch die merkliche Lauf seife der Elektronen, wenn sas, dieselbe nach der Sah! der Schwingungen mit extrem hoher Frequenz misst.

Ein Studium der Fontaktgleiehriehter-Betektoren als mögliche Alternative für die Slektrorien-Sntladevorrichtung führt dazu, dass eine Beihe von Charakteristiken äusserst erwünscht sind in einer Substsns_f aus welcher ein Körper als JIontaktdetektcr verwendet werden soll. Ein sehr bedeutsamer Punkt let die Gleichrichtungseigenöchaft, welche von dem Widerstands-Verhältnis abhängt, d.h. fcfon dem Verhältnis zwischen dem Strom, welcher den yetektor durchquert, wenn eine gegebene Spannung gleicher Sichtung aufgedrückt wird, und dem Strom, der fliesst, wenn die gleiche Spannung in der umgekehrten Richtung angelegt wird. Die Beständigkeit des Gleichrichtungskontaittes ist ebenfalls von Bedeutung; sie hängt ihrerseits ab von der chemischen Passivität der verwendeten ISaterialien und der mechanischen Ausbildung der Eontaktelemente. Ein anderer wichtiger Punkt besteht darin, dass der Körper einen genügend kleinen, spezifischen Widerstand hat.

Sine Kontaktgleichrichtungsvorrichtung kann unter gewissen Bedingungen als asymmetrischer Gleichrichter mit einem Nebenweg, der in Reihe Widerstand und Kapazität enthält, angesehen werden. Der Hebenweg bewirkt eine Verminderung der Empfindlichkeit und eine Änderung in der exponentialen Ansprechcharakterietik_f wenn die Erequenz über bestimmte Grenzen hinausgeht. Im allgemeinen nimmt der durch solche Vorrichtungen gehende Otrom als eine exponential Punktion der wachsenden Spannung zu. ¹Sana eine wechselnde elektromotorische IIreft angelegt wird, so kann man für "praktische Zwecke innerhalb relativ niedriger Bereiche der angelegten Ipannung annehmen, dass der gleichgerichtete Strom sich entsprechend dem Quadrat der angelegten Spannung ändert. Das ist recht befriedigend für den Signalempfang und für Messzwecke.

Die Hochfrequenzgrenze, bis zu welcher ein Hontakt-Glelchrichter wirksam bleibt, hängt von den Flächenverhältniseen an dem Gleichrichtungskontakt ab. Wenn z.B. ein Spitzenkontakt an einer vollkommen aktiven Ttelle hergestellt wird, kann eine

sehr wünschenswerte Charakteristik erhalten werden. Wenn andererseitig der Eontakt an einer stelle gemacht wird, die teils aktiv imd teils inaktiv ist, so wird der inaktive Teil einen wirksamen Sebenweg entstehen lassen und suf diese Weise die Empfindlichkeit der Vorrichtung als Ganzes verringern. Es ist daher wichtig, dass Vorrichtungen dieser Art aus Materialien erstellt werden, deren Oberflächenstellen so vollkommen aktiv wie möglich sind«

Eine andere Besonderheit, die für die Leistungsfähigkeit von Detektoren des Kontaktgleichrichter-Syps Bedeutung hat, ist das durch den Detektor eingeführte Geräusch. Dieses ist abhängig von der verwendeten besonderen Substanz und auch von der Amplitude der Ströme, die auf den Detektor einwirken. Tienn z.B. ein Super-Überlagerungssystera mit einem Zerhacker verwendet wird, wächst das Geräusch mit der Leistungsaufnahme der Zerhackerschwingungen in der Weise, dass für niedrige Stärken des Schwingiingsstroiaea die Signalzunahme infolge wachsender Arsplitude der Zerhackerschwingungen rascher vor sich geht als die ZunahBe an Geräusch, während für grosse Stärken des Schwingungsetroms die Sjgnalsunahae mit wachsenden Zerhackerschwingungen nur gering, die Geräuschzunahme aber gross -ejjbB^-.

Bs ist zu beachten, dass die verschiedenen STharakteristiken und wünschenswerten Besonderheiten, welche aufgezeigt worden sind, für die praktische Ausnutzung beim Empfang von Millimeter» Wellen_f in einem Gerät verwirklicht werden müssen, dessen physikalische Dimensionen für den Empfang solcher Willen geeignet sind« und welches daher extrem kleine Ausmasse hat. Das beruht darauf, dass für die Übertragungen in diesem Frequenzbereich koachslale Sreise und Wellenführungen angewendet werden, bei denen es häufig erwünscht ist, das übertragungssystem innerhalb der koachsialen Leitung oder Wellenführung unterzubringen. Die kleinen physikalischen Dimensionen,, die die Xontaktelement-Übertragungsvorrichtung erhält, machen die Vorrichtung für diesen Zweck besonders geeignet« Darüberhinaus bieten die winzigen Dimensionen der Vorrichtung und ihrer träger die Möglichkeit, jede mit der Vorrichtung verbundene unerwünschte Kapazität so klein zu halten, dass die tTbertragungseigenschaften eines koachsialen Ereises oder eines anderen Ubertragungssystems für hochfrequente Schwingungen reicht zu nachteilig durch die Eiebenverbindung einer solchen t?bertragungsvorrichtung beeinflusst werden«

Bei der Prüfung der elektrischen fbertragungsvorrichtungen mit Verwendung von Silizium wurde gefunden, dass die Spltzenkontaktgleichrichtungscharakteristik und andere elektrische Sigenschaften sich bemerkenswert verbessern lassen, wenn man Silizium mit hohem Reinheitsgrad, z.B. in der GrÖss enordnung von wenigstens 99?* verwendet.''^iliziua von solcher Seinheit war jedoch auf dem Uiarkt in Stücken von ausreichender Grosse, um daraus elektrische "*bertragurigsvorrichtungen herzustellen,

nicht verfügbar« Atif deo Markt ^ibt es granuliertes Siliziua sit einer Reiniieit von etwa 99 *85 &s ävs von der ßleetroaetsllargicsl Company .herbstelit wird. Verfahren aar Gewinnung soleliea granulierten Silisisss sind in Äea aaorikani-Bchen Patent 1,386,227 angegeben* K.B.Tucker von dem Brltiah Satioaal Physical Laboratory hat ein anderes Verfahren is des Journal of Iron and Steel Institute* Band 15, Seite 412,. 1927, beschrieben, Elser und taend heben auch hochgradig rein® Silizium in Palverfom geliefert«

Ua Eörper sas hochgradig reine® Silizium von für elektrische Üb ertragungsvorriehtungen ausreichender Grösse zu erhalten, kann saal eine Charge von hochgradig reinem granuliertem oder pulverföraigem S iliziusa der angegebenen Art susaassasehmelsea« fegen des hohen Sebmelspunktes (1410 C - 10 ) von Siliglam aad seiner starken Affinität zu Sauerstoff muss dss Silizium unter Bedingungen gescfcraolaen werden, die eiae Oxydatioa aueschliessen* Es wurde gefunden, dass die innere physikalisehe Struktur von so hergestellten Siliziuablöeken keines- ?;egs homogen ist, und das® in gleicher Tfeise die elektrisch ca Charakteristiken &es ü&tcriais nicht gieiehföreig sind, sosüers - ist Gegenteil - von einer Zone sur anderen auffallende Teränderungen erfahren« Baispielsweiee lässt eis kleiner Block des Iiaterials_f der an einer Dtelle herausgeschnitten v.-urdc, Slektrcmea nur in Iiichtung von der aetallischen Spltse aus Block passieren, während ein ähnlich geformtes Stiiek_t welches aus einer anderen üone des Eohhloekes etamntt, den Imrehgcng der Blektronen nur in der Sichtung vom Bleck sar metallischen Spitae zulässt. Aueserdea ist an eines Parikt zwischen den Lagen, "der beiden Blöcke IiagB einer verhältoisfflüssig flüssen innerenfläche oder Grease ein stark unterschiedliches inneres asymmetrisches Verhalten f estzus teilen! Ber leichteren. Uber— eicht wegen soll eis Bereich des Blocke_s «eleher Stroia aar leicht durchlässt, wenn, der Bleek positiv ist, ale P-Zone bezeichnet werden, und ein Bereich, in welchem der Bloek nur dann Strom leicht durchlässt, wean er negativ ist, mit S-Zone; der dazwischen liegende Bereich berw» Fläche alt innerer aoystietrischer Grenze soll Sperr-Sone oder Sperr-Fläche bezeichnet ■werden.

Der Erfindung gesass werden kleine Stucke aue hochgradig reinem "ilisiuja, die aus solchen Lagen des Rohblocks stammen, deas si« die gewünschten Charakteristiken aufweisen, eis Halbleiter-» elemente in asymmetrischen elektrischen Ubertrasun^vorrichtungen, wie z.B. in Hoc hf re q uenz -ilon tak t de t ekt ore n, ilodulatoren, Sleichriektern oder Generatoren für Harmonische verwendet« Solche Detektoren.haben eisen a® etwa 15 Deeibel geringeren Verlus ι als die früher bekannten üblichen Silizlusn-I>etektoren. Ss wurde festgestellt» dass sie ein hohes Sr !άβιε tends-Verhaltnic aufweieen, chemisch bestandig sind und sich gut zwecks Bildung des rückwärtigen Kontakts elektroplattieren lassen. Sie Bind verhältnismässig frei von Kontaktgeräusch and haben bei Eateehne aus der H-Sone sehr geringen epezi-

^fisItr !^idV^aticImulicht die Struktur-Charakteristik eines Blocks aus hochgradig reineia Silizium, dessen Verwendung für den Bau von iibertragungsVorriehfoinges alt der Erfindung empfohlen wird:

Fig. 2 veranschaulicht eise Stufe bei der Fertigang einer Mehrzahl von Betettar-Bialieiten von rechtwinkliges Querschnitt®

Fig. 5 zeigt die Anbringung eines einzelnes Betslctors auf eimer Stützach raube;

Fig% 4 veranschaulicht die Porauiag des Kopfes der 3etcktoreiaheltf

Fig. 5 seigt d£S Serltt für die abschliessende SchleiföÄanälaau der Kontaktflächen aoterere? -Detekto r~ einheitenj

Fig· δ gibt ein Schaubild von der Gleichrichtuags-lei stangsfähigkeit der bekannten Silisisaa-Detektorens

Pig· 7, 3 and 9 ge ten ähnliche Sehaubilder_f welche die Leistaa^fiüiigksit eines durchschnittlichen 1-fyp Detektors hei der ersten IIontaktgsfee_f die entsprechende Charakterietik nach elektrischer £in.~ Stellung des Eontakts, und die Chtirakteriatik eines P-Typ-Detektors zeigen;

Fig* 10 gibt ein Schaltbild aar Erläuterung gewisser Aspekte fax- die Ausführung von über.tragungavorriehttm@eii gemäss der Erfindung,

Bs ist lange bekannt geweeea_s dass Körper aus der Klaeee VQii SiEterialien_f Sie «ils Halbleiter bekannt sind» and sa d©a©s Silisiaa gehöx-t^ fur Iiontakt-Betektorea elektrischer Schwingongen Verwendbar siad· Beispiele solcher KontGktdetektoren sind in den amerikanischen Patentschriften 856,531 «ad 333,191 erläutert, In einest Artikel in ^itSlectricel World'¹ νοτ, 24·3ο-Teaber 194)6, Seite 1005₁ hat Picksrd angegeben, das® aaeh einer Untersachaag Tieler Eleaeiite and Terbindungen reines Silisiua sich als sehr befriedigender SleichrichttmgB-^ontaktdetektor ezwiesen hat* Ira amerikanischen Pateat 1,698,668 ist auf'die Verwendung vea raffiniertes Siliaium hingewiesen» Ss' steht nasser Sweifel_f dass, es sich bei de a handelsüblichen "reinen Silizium", das I'ickard sur Verfügung Stand, uad bei dem "raffinierten Siliaiumⁿ um Substansen isit einer Reinheit von höchstens 985t und eines Mindestgehalt an Unreinem von 2$ gehandelt hat. Srst viel später ist auf des Merkt das bereits besprochene feisetüekige Silizium alt einem sehr hohen Beinheitsgred in ύ&τ ffröseeaordamg mn 99*5$ verfügbar geworden*

Bas bait® erhältliche, granulierte, hochgradig reine Siliaiurn s-ird durch Brechen eines Materials erzeugt, das. in grossen Industrieanlagen erschmolaaen wird« Das von der Electroraetallurgical Company gelieferte Material hat solche Körnung, dase es durch ein 3i)-faaschensieb hindurchfällt und von einem 30-Ilaschensieb aurückb e ha 1 te η rird. Das gebrochene Material <virä durch Behandlung mit Säuren gereinigt, bio es einen erheblich über 99P liegenden fieiaheitsgrad erreicht hat. Die chemische Susamensetseag einer typischen Prehe dieses Materials 1st etwa wie folgt:

Si C
Fe
£1

Ca
E
O
H
Sg

99. β5

.019

.031
.020
»JJ5
.008
*36i
.001
.0J7
.011
.002

la einigen Jrroben warden Dis sä iuÖ3f Ti aad 0, JU4^ Cr gefunden*

Uscb eiser Behandlungsart wird das granulierte üfiteriiil in eines Eieeelerde-2iegel Gefüllt und dam la Iioliesa VgIcuuei oder in einer Heliua&taosphäre in elnesi Iadaktions-Jfen geschmolzen, ,ie ge a der Beigang sur Gesentwic Itlung nd isr dadurch bedingtes heftigen Ourchwirbelung der Hasse ist es wünschenswert, den Einsatz- laagsaza bis sua Seaaelspimkt zu erhitecn. Sie Verwdn-(luns flacher Tiegel mit weiter Öffnung fär die Aufnshae der S iliziumcharge erleichtert diese Bedingatigs es kann &mr nuch v/unsehenswert sein, das Schmelzen in einer Atuoephare aus inertes S-bb_f wie z.B. Heliua oder «asDeretoff bei ataosphärische a Drucic durchzuführen* Die Seciperatur der Schaelse wird bis auf etwa 150 bis 200 C über dem Dchnelzpunbt getrieben, d.h. biß auf etwa 16QG C. Die des Indulctioneofen zugefiihrte Leistung wird denn herabgesetzt, dasit die Sehaelse langsam abkühle» kann» und zwar nicht schneller als as 150 pro Silnute, bis die lasse in einer dicken Schicht an der Aussenseite eine Seaperatur von 1250 bis 120J C erreicht h«t. Dann leenn die Beheizung ganz aufhören und dem Siliziua Gelegenheit zum raschen Abkühlen gegeben werden.

Ler nach Pig_eI in dem Siegel 11 geformte und gewonnene Block unterscheidet sieh von einem entsprechenden Eörper nms hnndeleübliehea Silizium dadurch, dass er .•neehaaisch fest und frei von Sprengen und Blasen lt. lach Hochslanzpolitur seift «er eine hellere graue Farbe al© das handelsübliche Enterlsi Die physikalischen Eigenechaften des Materials verändern eich . kit dem Abstand von der oberen Fläche dee Blocks« Sie geselgt« ht.t der zuerst abzahlende Teil nahe der oberen Fläche in de® Tiegel 11 eine in senkrechter liichtung säulesartige Struktur. Jjaran sehliesst sieh eine nicht-säulenartige Poraation an, die durch kleine GaseineehLisse und - beim Aufschneiden- durch einen azetylen-arsigen Geruch gekennzeichnet ist. Diesee nichts^ulfcnartise katerial ist «»ehr graulich und besteht aus viel kleineren kristallen als das laterial m. Kopf des Blocks *

Die Keinheit dieses ^terisIs ist sehr hoch and in der 2at weseatlich hoher als diejenige von Silizium, wie es bisher in fu.r elektrische Zwecke ausreichender Grösse verfügbar war: der Gehalt an anderen Bestandteilen liegt zwischen 0.1$ und 0.2£. Bei der Kristnllisation, die nach dea Nachlassen der Temperatur einsetzt, stellt sieh eine nicht gleichmässige

Verteilung der Teraareisigattseii ein, aas m ist anBoaehaen» dass dieser Onterachiefl in äer VeruareinigungEkonzentration die physikalischen Bigenecaaftea äem Siliaiaas derart beeinflusst, äuse Proeea_f öle aas TerseMedeoea feilen eia«s Blocke herauagsselini ttea Sind₄» unterschiedlich® Strulttur and asrfc©rseM.edliclie elektrische Gliarakteristikeo sufWeiaea» Es hat den Inseheis_i daas eis. sehr kleiner Proseatests an Siliaiua-IInrbid eine sehr bedeutende Soll spielt.

Das Material des Blocke iet auch hinsichtlich aelaer elektrisches Eigeaschaf tea nicht homogen; es bee tent sus drei ziemlich gut definierten Sonen. Der obere Ieil_f der sueret abkühlt, hat ein positives Elektrotherraal-Poten t isl gegenüber iupf er. Lieser^HP*-Zonen-Ieilⁿ reicht gea&ss ?ig.l bis zu einer aweitea Zone_f die als ^wB-Soneⁿ beseichnet ist, was Sperrsoae bedeuten βoll. Per spezifische widerstand des i-Soaea-fflaterials ist beträchtlich höher als der widerstand gewö hai Ieflea₉ handelsüblichen Siliziums« In äer S-Zone ο feeigt der tVideretend sehr steil auf *erte» die des Suadeztflecke der «erte in dem Jberflächenberei en der P-üone betragen. Jenseits der Sperr-Soae liegt die fi-Ion® des .laterirls. In ihres Bereich ist der Ö Breheehaittiiehe Widerstaad viel geringer als derjenige in den beiden anderen Zonen₉ use swar Tielieicht asar ein Drittel des daTOh©eli»itt liehen »tider— standee des P-üonen-Haterir..ls·

Der ^loek ist kräftig ^enug, as be is Schneiden in kleine StUcke nicht sa Äerbröckela» wie das bei Übliches Siliziua der Pell ist. 'wenn eine kleine metallische Spitse alt der Oberfläche eiaes Stück© von des Material in Berührung gebracht SiM_i 0pt fSstzasteIlea_t iaas der Kontakt stark ausgeprägte asymmetrische Eigenschsftea aufweist* AIb der Widerstand der aus de® Silisittsstüek und der metallische» Spitse bestehesdea ^oabiaatioa ©oll willMiriieh die Seigung der Stroni-3pstnnungskurve der G-Ie lebri cbtuagsvorriehtung für 1 Volt der angelegten Spnmang in Eicfetmg des niedrigen filderstnndes Gezeichnet werden. Βεβ Verhältnis des Stroias am desjenigen, der sieh, bei umgekehrter Spaaaoag ergibt, soll als Wideretaada-VerbältzaiE beaeichnet werden* Im allgesseiaeia können die Chcreicteristiken des 5is.terip.ls wie folgt angegeben werden, wobei die 3 iderstands-Verliäitnisse durch Me«- eoagen mit 1 Volt aufgedrückter Spannung ermittelt sind:

Ispedanz Ctoomdarehgaag bei 1 Volt i'iders tnnde-Ver-

Mltnis bei 1 ¥

aledrig

7 bis 30 £ilIiaaoere (140 b1.- 35 dhm)

5 so 50

mittel

2 bis 7 Lillliempere (500 bis 140 Ofea)

ίο sa 100

hoch

unter 2 Milliampere (sehr alc 5θΟ Ohm)

1 zu 1000

Ss ist verständlich, dass, wenn f*uch Sic Sperrflache bess?» die Sperrschicht zuweilen & osserordea tlich äüan ist, eic

is cllgemeiaeri eise Anssiil praktisch parallele Sreaaf liich en aufseiet,, die eng benachbart sind« Sie Sperraoae ist nicht besonders geeignet für Paaltt-S₁Qatsfet-Iietektorea_p da ihre SirJariehtung sit Sesug auf die Sleiehriehtaag unbestiaat eein xana* Je aaehiea mit welchem Ptmkt der" Oberfläche die metallische Spitze Koataitt a&efe>4*&aeat« -I^rIe festgestellt Vuxue_f ist der ßpesifische Widerstand dee Sperr-aonen-ünieriale hoch im Vergleich zu demjenigen der beiden anderen /.onen.

Die ISndflliche des Silisiuiafcorpers der ileichriclitor-Kontakt-Ginrichtung_f sa weicher 4er tion takt anliegt» ist hochglanzpoliert and vergleichsweise gross. Bie glätte Fläche verringert die firsuag der verteilten Sapsiität and verein-

cht die Feststeilims einer r.-irksr.-nen ^fiie iehrichtungs-S-Oiitafctstelle_f bei der £lnotellung des borates.

Juin aaderee Verfahren zur erfiaaungsgeaüssea Herstellaag von iLri8tall-ii.0Qtakt-Gieiea2"ichter--l)etefetöreiaLpite?i unter Verwendung von hochgradig reines Silizium Ipt is. den :Pig, 2, 5f 4 und 5 ve ra ns cha al ic h t · Usch diesem Verfahren v,lrd ein SLock 36 von nahezu kubischer Foiai a«s der Ii-Zone eines Eohbiocks geailsss Fig .1 herausgeschnitten. Der Bloek «ird auf der Bodenfliiche geglättet» and swar mittels einer eisernen Mlerscheifee_f unter Verwendung tos Aloxyd-Kcrming 600, Aloxyd&örnung 10'JO_f optischem PalTer Nr.95 von der Carborundea Company oder optiocheta Pulver Ir· «-502 von der American Optical Cosspany. Der Block wird dann schwach geätzt in einer 25- oder 33-prozentigen heissen Lösung von"Hatriuahydroxyd oder ixs.1 iuahydroxyd. Bie glätte ge ätz te Fläche des Blocke wird dann in destilliertem -Sasoer abgewaschen tad einige Minutes Icag in einer 60 C warnen Khoöium-Phoephetlössmg mittels Platlnanode bei einer Sir die Viaeserctoffentwiefclung gerade aasre ich enden Stromdichte rait Hhodium nicht sa stark elektropiattiert* la allgemeinen beträgt dabei die Spannung etwa '5,2 feit* Die Spannung 1± Jedosh häufig höher, falls der innere Widerstand des Silisimas gross ist« Bie plattierte Fläche wird dann mit einea weiches Zias-JjOt Übersogen unter Verwendung vos, SiakehlBriäsiiure als Flussmittel« Der Silisiua-Block 56 wird dann auf ein era MessingeInsstz festgeechweisst (37} oder'festgelötet, der in eine Schneidmaschine eingespannt werden Iiann_a

Bei Silizium iet es schwierig* Irötaagsn auszuführen, oder smvarlässlge elektrische Anschlüsse anzubringen* Gewöhnliches, handeleüblichee Silizium ist in dieser Hinsicht besonders schwierig, und es hoaist oft vor, dsss man g»r nicht IStea kann» Sei des hochgradig reinen Siiisiastnaterial fcs. na mit Bhodium ein ©ehr befriedigender VertenA bus -geführt werden, der nicht locker wird. Itoräberhinaus erweist sich eine Bhoditisplattieroag ale sehr widerstandsfähig gegen Korrosimi_e Besgeaäss iet die Verweadong von Ehodiua für diesen Zweck ein bedeutsaaes Ketiaseichen des Verfahrens zur Herstellung guter elektrischer Übertragung©- eleaente, für weiche hochgradig reineβ Silisiua verwendet wird.

Die Teon^Lrkliehung von Betektorea aus Iiesfegradig reinem Silisiam im Siaae der jSrfiadang wird teaser verständlich aa Hand der Sciiaubilder in Pig. 6 Ms 9. fig 6 ist nach den latern für Silizixaa-Stahlirontakte entworfen, die von Ästin auf Seite 155 der Zeitaehrift ^wBullefcia of Btzreau of Standards", Jahrgang 1908» angegeben worden sind. Sieee «Baten Wiarden bei Gleiehstrommessungen erhalten und zeigen, dass das System in beiden Richtungen, selbst bei Anwendung einer kleinen Spannung von relativ grossen Strömen durchflossen wird.

Die in H.g.7» 8 und 9 gezeigten Schaubilder beruhen auf oseillographlsehen Aufzeichnungen» die sich als Ansprechwerte beim Anlegen von Wechselapannungen an Betektoren ergaben, die entsprechend der Erfindung auegeführt wares*

Fig- 7 veranschaulicht die Gleichrlchoungs--Leistungsfähigkeit einer durchschnittlichen Type S-Sinheit bei der ersten Xontaktga.be. Die Charakteristik ändert sieh, wenn der Kontakt dadurch in seiner Beschaffenheit eingestellt wird, das® sas einen grossen Kondensator sich über den Kontakt entladen lässt« ^ϊβηη man beispielsweise einen 4 Mikrofarad-EIondensatcr von einer 9 Tolt-Batterie aufladet und anschliessend in Siehtung des geringen Widerstandes entladet, und zwar durch einen Sontakt, dessen .anfängliche Leistungsfähigkeit in Hg*.? dargestellt ist, so ändert sich die Charakteristik entsprechend EgA. Dieser Torgang stabilisiert die ieistuugsfahigke it des Sontakts und verringert die laspedans desselben.

Pig. 8 zeigt die Gleichrichlrungs-Cliarakteristiken eines ausgesprochenen Type-K-Betektore aus hochgradig reinem Silizium. Fir einen Wechselstrom alt einer Spannfing von 1 Volt liefert die positive Halbwelle einen beträchtlichen Strom, die negative" Halbwelle dagegen einen Strom, der nahezu vernachlässigbar ist. Die grösste Stromänderung für eine gegebene Joiderung der elektromotorischen Kraft in dem betrachteten 1 Volt-Bereich tritt zwischen etwa 0,5 Volt und 1 Volt ein* für aufgedrückte Wechselspannungen in der Srössenordnung von 1 Tolt kann der gleichgerichtete oder Gieieh-Stron_f der sich ergibt, roh durch die Sleichung ausgedruckt werden

I * K⁷^

worin I den gleichgerichteten Strom und E die aufgedruckte Wechselspannung bedeuten. Tatsächlich ist der Exponent von E häufig grösser als 1/2» Die Vorrichtung, insbesondere bei Terwendung als Serhacker-Frequsn«-33etektor, ist daher in diesem Bereich.» d.h. bis zu 1 Volt so wirkungsvoll, dass wenig gewonnen wird, im allgemeinen sogas kleine Verlust® eintreten, wenn die aufgedrückte Spannung über 1 Volt hinaus vergrössert wird. Im Vergleich zu Siliziuj^Eontekt-ixleichrichter-ßetektoren €er alten Aart_f bei denen ein Ssequens-Waadlungsverlust von etwa 20 Dezibel bestanden hat, beträgt der Verlust bei einem Silizium-Type-S-Detektor gemäss der ISrfindung etwa 5 !Dezibel. Sine solche Vorrichtung ist insbesondere geeignet als erster Detektor von achwachen ankommenden Badioschwingunge n. Der vergleichsweise geringe spezifische Widerstand und die sehr grosse Smpfindlichkeit sind äusserst vorteilhaft für solche Anwendungen. Demgemäss hat es ο ich bei Verwendung als Zerhacker-Prequenz oder erster Detektor als wünschenswert

erwiesen, sit einer aufgedrückt en Spaiaaimg zu arbeit en, deren Spitzenwert 2 Volt nicht überschreitet. Di« niedrige Spannung Terriagert auch das Be t ekt or a t r oiage r äus ch , welches natürlich eine Funlction des durch den Detektor fliessenden Stromes ist. Während in älteren SpitTien-Kontakt-Detektoren das Itrofflgerausch his etwa 40 Deaihel oberhalb des thermischen Geräuschpegels eines gleichwertigen Widerstands betrug, kann das ntromgeräuseh bei einem Sjp®»! Η-Detektor nach der Erflndmg weniger süLs 5 Dezibel über dem thermischen Geräusch ausmachen; es wurde in der fat häufig beobachtet, dass das 3tr omger äU3ch weniger al a 1 Desibel über des thermischen GerHusch eines gleichwertigen Widerstandes liegt* Iias ist offensichtlich eine sehr beachtliche Verbesserung* Ds läset sieh feststellen, dass im Hinblick auf das Detektor-Stromgeräusch die Ausführung des verbesserten Detektors grä** Seren Zrfolg bietet als er mit Setektoren der üntladungsröhren-Type erzielt worden ist. Hoch in anderer Hinsicht ist die IRSglichkeit des wirkungsvollen Betriebs bei niedrigen Spannungen vorteilhaft* Hohe aufgedrückte Opannungen haben häufig die Tendenz, auf der feinstpoliertea Fläche des Eontakt-Gleiciirichter-Detektors kleine Barben oder Krater zu erzeugen« Dieser Bangel ist bei der erfiadungsgemässen Vorrichtung wirksam vermieden.

übertragungasysteae des W-Jyps sind auch recht brauchbar als Modulatoren und Sraeuger von HarmoniKGhen» Bei solchen Anwendungen sind höhere Leistungsnieveaus erwünscht als im Palle der ersten Detektorstufen. Der Umstand, dass N-Typ-Einheiten ausgewählt werden können, die über einem grossen Spannungsbüreich und für hohe absolute Spannungen ein sehr günstiges !'iderstandsverhältnis ergeben, verleiht ihnen besondere Bedeutung für solche Verwendungsfäile. Bei der erzeugung ungerader Harmonischer kann es erwünscht sein, dem H^--Typ-Srzeuger eine einseitige Spannung gleicher Kictrcu^ auf zudrücke n. Das lässt sich dadurch verwirklichen® dass man einen Reihen-Kondensator mit der U-Typ-Elnhcit zusammenschaltet, um auf diese Weise eine selbsttätig vorbelastende elektromotorische Kraft zu entwickeln. Die Kapazität, des Kondensators und die Grösse des im Nebenschluss zum Eon«näator bestehenden Ableitungs-Widerstandes lassen sich leicht durch Vercsuch ermitteln. Ss kann euch erwünscht sein, einen ähnlichen Ausweg anzuwenden, um eine kleine vorbelastende Spannung auf sudrücken zum Sapfang von ?<chwingungen, bei denen der Spfczenwert der Spannang weniger als 0,3 Volt beträgt, um den Detektor auf den Knisbereich der öle ichrlehtungs-lSFharakteristik einzustellen.

Fig.9 veranschaulicht die Gleichrichtungs-Leistungsfähigkei-c eines Durchschnittsdetektors vom P-Typ. P-Typ-Detektoren mit geringem Widerstand sind brauchbar für Voltmeter und Signalempfang. Hormalerweise sind sie keinen höheren Spannungen als 2 Volt ausgesetzt, aber in Sonderfällen können effektiv© Weehselspannungen bis 12 Volt angelegt werfen. P-Typ-Detektoren haben bei niedrigen Spannungen eine Gleichrichtungscharakteriatik^ die etwa der Ponael

1 m Eil²

entspricht, wo 1 flea Gleichstrom und E dia angelegte 'Wechselspannung "bedeuten. Bie Chsrslrfceristifc des Iⁱ-Typ-Gleichrichters ist derjenigen der alten handelsüblichen Silizium-Gleichrichter ähnlich; der P-Typ-Gleichrichter besitzt aber ein stark überlegenes WiderstandBverhältnie rad ist de BhaLb eis Snergieumformer wesentlich wirksamer als der beste Silizium-Detektor der alten Art. Dieser " quadrat is che" Tup der Charakteristik ist vorteilhaft für die Energie-Meaaungi da die Ablenkung · eines Gleichstrois-Mikroamperesieters_t ' das mit einer solchen Vorrichtung, znsasaengesshaltet ist, annähernd proportional der Weeeselstromstärke ist und ausserdem wirksam ist, um Spannung des gleichgerichteten Gleichstroms in der Grössenordnung von 720 Volt anzuzeigen. Durch Verwendung eines empfindlichen Galvanometer8 können Gleiehstromepannungen von weniger als 1 Millivolt gemessen werden. Sine solche Verrichtung kann ohne weiteres für die Kraftmessung bei einer Frequenz von 30.000 Megahertz oder einer Wellenlänge von 1 era benutzt werden.

Im schaffen Gegensetz zu Silizium-Eontakt-Detektoren der alten Ausführung sind die erläuterten neuen Vorrichtungen mechanisch, chemisch und elektrisch haltbar und beständig. Wenn der Eontakt einmal eingestellt ist, bleibi er für die Dauer eines Monats wirksam, ohne einer Sachstellung zu bedürfen. Sine Anzahl noch in Benutzung befindlicher Versuchsgeräte sind sogar für viel längere Seitspannun in Tätigkeit gehalten worden. Infolgedessen ist es nicht mehr erforderlich, feine und teure Reguliervorrichtungen für die ITachstellung des Kontakts vorzusehen, die bei den meisten früheren Elontaktdetektoren eine wesentliche Solle spielten. Diese detektoren sind wirksam Über den gesamten Bereich bis zu Schwinguogsfrequenzen über 10.000 Megahertz. Ihre Leistung liegt um etwa.if Besibel höher als die Leistung, die mit den wirksamsten früheren Silisium-Deteiktoren erzielbar war, und sie sind wesentlich freier von Stromgeräuach, das auf weniger als 3 Dezibel über dem thermischen Geräusch verringert ist.

Die Ausführung einer Gleichrichtuiig8-^f'bertregungsvorrichtung der erläuterten Art und ihre wirkungsvollste Bemessung sollen teilweise unter Bezugnahme auf die in Pig.10 gezeigte Schaltung erl&utert werden, #elche eine ungefähre Ersatsachaltuag zeigt. E 1 stellt den liderstand dar, dem man in dem Silizium-Eorper begegnet, S 2 den inneren Widerstand über den Spitzen-Eontakt, der bei aussergewöhnlich niedrigem Wert der aufgedrückten "psnnung festgestellt worden ist. So ist de? einstellbare Widerstand, der für die Ausführung der llbertragungseinheit grundsätzliche Bedeutung hat, und der natürlich eine völlig nicht-lineare Kennlinie hat. Die Kapazität C entspricht derjenigen an der JLontaktstelle zwischen der Metallspitze und der Silisiumflache. R 2 ist der Nebenwiderstand für alle Uege in der Übertragungsvorrichtung, durch welchen Strom fliessen kann, ohne den Gleichriehtungsweg durch £0 zu nebfeen· Bei Verwendung für hohe' Frequenzen ist es wichtig, R so klein wie möglich zu machen. Das lässt sich dadurch bewerkstelligen, dass man den Siliziu^-ilärper sehr dünn macht oder/und

"bestleiteades Material wählte Ia bestimmten Anwendtuagsfällen werde der Siliziumkörper in einer Bicfee von nur 5/1OOfii am hergestellt ohne Verlust oder-andere Besonderheiten. Der Widerstand E 2, der für die Snergieleitmg eines lebenweg zum Gleichriahtungsweg TOn Ho bildet, sollte so gross wie afSglie-h gemacht werden» Saa ist im wesentlich©» eine Präge der Materialauswahl,, Ser PertigbearbeitiaBg der Siliaiiamflache, der Kontaktspitsengrösse und des Kontaktspitzendrucks, Bie Eapazität C ist auch von der Grösse der Kontsktspitse abhängig. V/enn der Widerstand von E 1 null wäre, könnte die Kapazität G auf sehr hohe Ifreqmensen abgestimmt aeiai aber bei der praktischen Bemessung hat ea sich pm wirksamsten erwiesen, wenn der Mirehmesaer der Kontaktspitze verringert wird. Das bewirkt eine entsprechende unmittelbare Verrigerung der Kapazität. Damit wird auch der Anschein eines Kontakts verringert, defc sonst mit einem winzigen, dürftigen Gleichrichtungspunkt nahe dem für den Tio-7/eg benutzten Punkt bestehen könnte. Ss besteht noch ein anderer praktischer Vorteil mit Bezug auf Herstellung, Kosten und. Instsndhitltung, da es mit einem extrem feinen ■^raht, wie er aus Platin-Iridium-Legierung hergestellt werden kann, möglich- ist, auf eine Abflachung der Enden des ipitzenkonjfefcktdrahtes zu verzichten. Iolche Spitzen sind aus Drähten mit 0,05 ram und selbst mit 0,25 ma Durchaesser hergestellt Worden.· Sie sehr kleinen Spitzen sind äusserst erwünscht, wenn*es sich um Wellenlängen von 3 cm oder weniger handelt»

Claims (6)

(Ε.S.Ohl ~ esse 70 (-37-) Pat ©nt a η β ρ r α ο h β ♦

1. ) Blektxisohe Übe rtragungsvo rriohtung föx elektrische

Wellen in der Größenordnung yon zehn Zentiaetex oder weniger, mit einem aus Silizium liestehenaen Kontakt— Gle ichri ohtungselement, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper eine Reinheit in der GröAnordnung Ton 99,8 $ aufweist®

2. ) Vorrichtung nach Jaiapruoh 1, äaduroh gekennzeichnet , daß die Reinheit des S iliziumkb'rpers über 99,85 $ liegt .

S..) Tort^rIohtung nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Siliziumkörper aus einer Platte eines durch Schmelzen gewonnenen Siliziumblocks herausgeschnitten ist, die in dem Blook eine im wesentlichen parallele Xage zu der zuerst alikühlenden Fläche einnahm.

4·) Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß der SilisimkSrpsz ans der P-Zone eines durch Schmelzen gewonnenen Silizlumblooks herausgeschnitten 1st·

5m) Vorrichtung naoh einem der vorangehenden Ansprüohe, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt fläche des Siliziumkörpers auf Hochglanz poliert ist*

6.) Verfahren zur Herstellung eines Kontaktgleiohrloh-

timgeal«jaeitt«s £ΰχ mim Yaxrloliiituag ümOi einea Ä«r

daß Sillsiusa mit «itiöm PvöSiiIi«ttagaKÄ M *tr GeSAa?» ordmzag von 99,8 £ -outer Bedixsgmigfiai» dift *±» V«3?- mHeisl&Hig ImsroiaieSsii_s gsesfcsftlMi tmft dswl β- «iitsia/BXook abgaMhlt wird, iroa «tltitam «ta· Platt« oäss Sclas St« £Sr fteetigsaag &»s gawlmssälisi SI* llsi-uiuliixpexs ab rjeschnitten wirf,-»

7·) ¥#x£sto2x xiaoh. itasprußlx 6» ägKtasoh geksci^.,Msast.₃ ein. mm dexa üil izitca-itoMjlocifc gefiMt» Sloefc vor Sau Ssiaitiäes. iafexizwBiee geaoülltat nisi, a© daß das zwischen am BeiOttea »ÄlfiÄeie Silteimi Suite VitlsaHi iron. PXatStB geeigneter ßaSJJite «»· Itgt -wird«