DEP0050557DA - Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern, insbesondere von Selengleichrichtern - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern. Es kommt insbesondere für Selengleichrichter in Betracht, und es sei daher im folgenden vor allem auf Selengleichrichter Bezug genommen. Selengleichrichter umfassen als Hauptteile die Grundelektrode, die auf diese aufgebrachte dünne Selenschicht und die sich daran anschließende Deckelektrode. Die Sperrschicht bildet sich in der Grenzzone zwischen der Selenschicht und der Deckelektrode, für die im allgemeinen eine Zinn-Cadmium-Legierung oder eine Zinn-Cadmium-Wismuth-Legierung benutzt wird.

Für die Güte eines Gleichrichters ist das sog. Gleichrichterverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen dem Sperrwiderstand (Widerstand in der Sperrichtung) und dem Flußwiderstand (Widerstand in der Flußrichtung, d.h. in der Stromdurchlaßrichtung) maßgebend. Es kommt darauf an, bei der Herstellung der Gleichrichter einen möglichst hohen Sperrwiderstand und einen möglichst kleinen Flußwiderstand zu erzielen.

Es ist bekannt, dem für die Deckelektrode verwendeten Grundstoff

(z.B. der Zinn-Cadmium-Legierung) Thallium und/oder andere Zusatzstoffe beizumengen, die die Sperrschichtbildung begünstigen bzw. den Sperrwiderstand erhöhten. Als Zusatzstoffe dieser Art kommen außer Thallium z.B. auch Indium und Silber und Alkalien in Betracht. Es ist ferner bekannt, dem Selen einen oder mehrere Zusatzstoffe beizumengen, die die Leitfähigkeit des Selens erhöhen und somit den Flußwiderstand erniedrigen. Hierfür werden vor allem Halogene oder Halogenverbindungen verwendet.

Es ist eine nachteilige Erscheinung der Trockengleichrichter, daß sie "altern", d.h. daß sich allmählich ihr Flußwiderstand vergrößert, was eine begrenzte Lebensdauer der Gleichrichter bedeutet. Wenngleich es gelungen ist, Herstellungsverfahren zu entwickeln, die Gleichrichter mit größerer Beständigkeit erheben, so war es bisher doch nicht möglich, die Beständigkeit der Gleichrichter noch weiter zu steigern bzw. das Altern ganz zu beseitigen.

Die Erfindung beruht auf neuen Erkenntnissen, die bei der Anmelderin gewonnen wurden und aus denen mit großer Wahrscheinlichkeit folgt, daß die Erscheinung des Alterns der Gleichrichter folgendermaßen zu erklären ist:

Während der Herstellung durchlaufen die Gleichrichter eine Behandlungsstufe, in der die Thalliumteilchen o.dgl. in Richtung auf die Selenschicht vorwandern und in der Oberflächenzone der Selenschicht chemische Verbindungen mit den leitfähigkeitsverbessernden Zusatzstoffen (insbesondere Halogen) des Selens eingehen. Dadurch werden diese leitfähigkeitsverbessernden Zusatzstoffteilchen in der Oberflächenzone der Selenschicht unwirksam. Es entsteht eine Grenzschicht, die für den Sperrwiderstand des Gleichrichters von ausschlaggebender Bedeutung ist. Es tritt hierbei zwar auch eine gewisse ERhöhung des Flußwiderstandes ein, jedoch ist zunächst die Erhöhung des Sperrwiderstandes sehr viel größer als die gleichzeitig eintretende Erhöhung des Flußwiderstandes, so daß also das Gleichrichterverhältnis groß wird. Je nach dem angewandten Herstellungsverfahren besteht die vorgenannte Behandlungsstufe z.B. in einem elektrischen Formierprozeß, bei dem der Gleichrichter bei gleichzeitiger Erwärmung in Sperrichtung an Spannung gelegt wird, oder in einer Wärmebehandlung, bei der die Gleichrichter für eine gewisse Zeitdauer einer Temperatur von etwa 110°C bis 130°C oder auch einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt werden.

Bei der Benutzung der Gleichrichter werden sie durch die Verlustwärme erhitzt, sie nehmen die Betriebstemperatur (etwa 50°C bis 70°C) an. Infolgedessen treten die gleichen Erscheinungen auf, wie bei der vorerwähnten Behandlungsstufe während des Herstellungsverfahrens. Die in der Deckelektrode noch vorhandenen Thalliumteilchen o.dgl. wandern in Richtung auf die Selenschicht vor und gehen chemische Verbindungen mit dem den Flußwiderstand herabsetzenden Halogen oder sonstigen Zusatzstoff des Selens ein. Das Verhältnis zwischen der Zunahme des Sperrwiderstandes und der Zunahme des Flußwiderstandes ist wieder, sobald der Sperrwiderstand einen gewissen Wert erreicht hat - und dieser Wert wird im allgemeinen schon während der Herstellung der Gleichrichter erreicht -, nicht mehr dasselbe wie vor der Erreichung dieses Wertes. Der Flußwiderstand wächst vielmehr stärker als vorher, das Gleichrichterverhältnis verschlechtert sich, der Gleichrichter altert und wird allmählich unbrauchbar.

Von den obigen Erkenntnissen ausgehend, besteht das Wesen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens darin, daß die Deckelektrode mehrschichtig mit abgestufter Konzentration des Zusatzstoffes aufgebracht wird. Das neue Verfahren wird vorzugsweise so ausgeführt, daß nur für einen Teil der Schichten der Deckelektrode ein Metall (Metallegierung) verwendet wird, das den Zusatzstoff enthält. Wird hierbei im einfachsten Fall die Deckelektrode zweischichtig ausgeführt, so wird nur für die der Selenschicht unmittelbar benachbarten Schicht der Deckelektrode ein Thalliumzusatz oder ein sonstiger Zusatzstoff benutzt. Die Außenschicht der Deckelektrode bleibt hier vom Zusatzstoff frei. Das neue Verfahren ermöglicht es somit, auf einfachem Wege zu erreichen, daß der zunächst in der Deckelektrode enthaltene Zusatzstoff bis zum Abschluß des Herstellungsverfahrens in die Grenzschicht vorgewandert bzw. zum Aufbau der Grenzschicht verbraucht ist und daß somit die Deckelektrode mit dem Abschluß des Herstellungsverfahrens von dem Zusatzstoff ganz oder nahezu frei ist. Infolgedessen ist die Gefahr eines Alterns der so hergestellten Gleichrichter beseitigt oder doch sehr vermindert. Es besteht auch die Möglichkeit, durch eine Zwischenschicht der Deckelektrode ein Vorwandern der in den folgenden Schichten etwa noch enthaltenen Zusatzstoffteilchen zu verhindern. Im allgemeinen wird es am einfachsten sein, die äußere Schicht (Schichten) der Deckelektrode von vornherein von dem Zusatzstoff freizuhalten.

Es besteht auch die Möglichkeit, die unmittelbar an die Halbleiterschicht angrenzende Schicht der Deckelektrode ganz oder im wesentlichen nur aus Thallium oder dem sonst verwendeten Zusatzstoff zu bilden. Die aus Thallium o.dgl. bestehende Schicht ist naturgemäß, entsprechend der in Betracht kommenden Dosierung, besonders dünn zu halten, was sich aber, z.B. durch Aufdampfen der Schicht, leicht erreichen läßt.

Zum vollen Verständnis der Erfindung ist zu beachten, daß man in aller Regel gezwungen ist, zur Erzielung einer hinreichenden Querleitfähigkeit der Deckelektrode ihr eine gewisse Stärke zu geben. Infolgedessen sind bei homogener Verteilung des Zusatzstoffes in dem für die gesamte Deckelektrode verwendeten Grundstoff - und das entspricht dem bisher bekannten Herstellungsverfahren - an der Bildung der Grenzschicht nur diejenigen Thalliumteilchen o.dgl. beteiligt, die zunächst in der unmittelbar an die Selenschicht angrenzenden Grenzzone der Deckelektrode enthalten sind. Es würde also so nicht gelingen, nach Beendigung der Herstellung das weitere Vorwandern von Thalliumteilchen o.dgl. zur Selenschicht hin zu verhindern. Sofern indes, z.B. für besondere Zwecke, sehr dünne Deckelektroden genügen, läßt sich die Erfindung auch in der Weise verwirklichen, daß die Deckelektrode einschichtig, jedoch in einer gegenüber den bisherigen Gleichrichtern ungewöhnlich geringen Stärke aufgebracht wird. Es ist dies nur eine Abwandlung des Erfindungsgedankens, der in der oben angegebenen Fassung vor allem auf die gewöhnlichen Verhältnisse abgestellt ist.

Die Vorteile des neuen Verfahrens erschöpfen sich nicht in der wesentlich erhöhten Beständigkeit der nach dem neuen Verfahren hergestellten Gleichrichter. Die Verwendung einer mehrschichtigen Deckelektrode mit hoher Konzentration des Thalliumzusatzes o.dgl. in der an die Selenschicht oder sonstige Halbleiterschicht unmittelbar angrenzenden Schicht oder Schichtengruppe der Deckelektrode führt auch zu einer Abkürzung der während des Herstellungsverfahrens durchzuführenden Wärmebehandlung. Durch die hiermit verknüpfte schnellere und heftigere Einwirkung des Thalliumzusatzes o.dgl. werden ferner die Gleichrichtereigenschaften verbessert.

Es ist vorteilhaft, das neue Verfahren mit denjenigen Herstellungsverfahren zu vereinigen, bei denen die Temperung, die zur Überführung der Selenschicht in den bestleitenden kristallinen Zustand dient und die im allgemeinen bei etwa 210°C vorgenommen wird, erst nach dem Aufbringen der Deckelektrode durchgeführt wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß ein etwaiger kleiner Rest von Thalliumteilchen o.dgl. mit Sicherheit aus der Deckelektrode in die Selenschicht vorwandert und dort wegen der höheren Temperatur im wesentlichen nur Verbindungen mit dem Selen eingeht, die auf die Gleichrichtereigenschaften ohne Einfluß bleiben.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern, insbesondere von Selengleichrichtern, bei dem für die Deckelektrode ein Grundstoff (z.B. Zinn-Cadmium-Legierung) verwendet wird, der einen die Gleichrichtereigenschaften mitbestimmenden Zusatzstoff, z.B. Thallium, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckelektrode mehrschichtig mit abgestufter Konzentration des Zusatzstoffes aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur für einen Teil der Schichten der Deckelektrode ein Metall (Metallegierung) verwendet wird, das den Zusatzstoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die unmittelbar an die Selenschicht oder sonstige Halbleiterschicht angrenzende Schicht oder Schichtengruppe der Deckelektrode ein Metall (Metallegierung) verwendet wird, das den Zusatzstoff enthält oder ganz aus ihm besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dahin abgeändert, daß die Deckelektrode einschichtig, jedoch in einer sehr geringen Stärke aufgebracht wird, derart, daß nach Beendigung des Herstellungsverfahrens die Deckelektrode von dem Zusatzstoff ganz oder im wesentlichen frei ist.