NO127612B

NO127612B -

Info

Publication number: NO127612B
Application number: NO01910/69A
Authority: NO
Inventors: E Aro
Original assignee: Kone Oy
Priority date: 1968-07-11
Filing date: 1969-05-09
Publication date: 1973-07-23
Also published as: DE1925252B2; DE1925252A1; FI41937B; US3581892A; FR2012702A1; SU370765A3; JPS4919389B1; DE1925252C3; AT296155B; SE338744B

Description

Halvledende sperresjiktsystem med vakuumtett beholder, og fremgangsmåte til fremstilling av dette system. Semiconducting barrier layer system with vacuum-tight container, and method for manufacturing this system.

Oppfinnelsen angår et halvledende sperresjiktsystem, f. eks. en transistor The invention relates to a semiconducting barrier layer system, e.g. a transistor

eller en krystalldiode, med en vakuumtett beholder som i det minste i nærheten av det halvledende system inneholder en virksom vanndampmengde. Oppfinnelsen angår videre en fremgangsmåte for ferdigmontering av et halvledende sperresjiktsystem med vakuumtett beholder. or a crystal diode, with a vacuum-tight container which, at least in the vicinity of the semi-conducting system, contains an effective amount of water vapour. The invention further relates to a method for complete assembly of a semi-conductive barrier layer system with a vacuum-tight container.

Overflatetilstanden av et halvledende The surface state of a semiconductor

system i hvilket er innebygget et sperresjiktsystem, utøver som bekjent en sterk innflytelse på de elektriske egenskaper av sperresjiktsystemet. Ved en transistor er f. eks. strømforsterkningsfaktoren svært følsom for stoffer og gasser som adsorberes system in which a barrier layer system is built in, as is known, exerts a strong influence on the electrical properties of the barrier layer system. In the case of a transistor, e.g. the current amplification factor very sensitive to substances and gases that are adsorbed

på overflaten av det halvledende legeme. Ved strømforsterkningsfaktor, som i det etterfølgende skal betegnes med abo og er den størrelse som defineres ved ligningen on the surface of the semi-conducting body. In the case of current amplification factor, which in the following shall be denoted by abo and is the quantity defined by the equation

hvor og AIb betegner små endringer i kollektorstrømmen, resp. basisstrømmen, where and AIb denote small changes in the collector current, resp. base current,

som måles ved konstant spenningsforskjell Vce mellom emitterkontakten og kollektor-kontakten. Innvirkningen av vanndamp på de fysikalske egenskaper av en germanium-overflate er allerede undersøkt flere ganger og beskrevet i literaturen. Av Proceedings of the Institute of Radio Engineers, april 1956, årgang 44, nr. 4, side 494—503 er det kjent at ved vanndampadsorpsjon på overflaten av en germaniumtransistor sti- which is measured by a constant voltage difference Vce between the emitter contact and the collector contact. The effect of water vapor on the physical properties of a germanium surface has already been investigated several times and described in the literature. From the Proceedings of the Institute of Radio Engineers, April 1956, volume 44, no. 4, pages 494-503, it is known that when water vapor is absorbed on the surface of a germanium transistor,

ger strømforsterkningsfaktoren betydelig, mens andre egenskaper som f. eks. kollek-ter gjennomslagsspenningen og kollektor-sperrestrømmen, såfremt fuktigheten ikke er for stor, hverken forbedres eller forver-res i nevneverdig grad. gives the current amplification factor significantly, while other properties such as the collector breakdown voltage and the collector blocking current, as long as the humidity is not too great, neither improves nor worsens to a significant degree.

I praksis har det imidlertid vist seg, slik det fremgår av ovenfor nevnte artikkel, at stabiliteten av kjente sperresjiktsystemer hvor overflaten av det halvledende system adsorberer vanndamp, er utilfredsstillende, med andre ord, de elektriske egenskaper for et slikt sperresjiktsystem blir med tiden og høy driftstemperatur sterkt nedsatt. Denne nedsettelse, f. eks. av strømforsterk-ningsfaktoren, opptrer særlig når transistoren til tider belastes sterkt, f. eks. ved en temperaturstigning på 85° C eller ved sterk elektrisk belastning. Derfor er det allerede foreslått en fullstendig annen sta-biliseringsmåte, hvor vanndamp og eventuelt ytterligere adsorberende stoffer mest mulig holdes fjernt fra overflaten, f. eks. ved at transistoren under montasjen noen timer opphetes til en høy temperatur i vakuum, f. eks. 140° C. Denne fremgangsmåte som er kjent under betegnelsen «vakuum - brenning» har imidlertid den ulempe at den høye stabilitet oppnås på bekostning av strømforsterkningsfaktoren, fordi denne faller ved anvendelse av denne fremgangsmåte fra en høy verdi, som den får etter etteretsingen, til en meget lav verdi. Videre er der med denne fremgangsmåte forbundet tekniske vanskeligheter, ved at sperresjiktsystemet må ferdigmonteres under forhold som er meget vanskelige å opprett-holde, dvs. i vakuum. In practice, however, it has been shown, as appears from the above-mentioned article, that the stability of known barrier layer systems where the surface of the semiconducting system adsorbs water vapor is unsatisfactory, in other words, the electrical properties of such a barrier layer system become with time and high operating temperature greatly reduced. This reduction, e.g. of the current amplification factor, occurs in particular when the transistor is sometimes heavily loaded, e.g. at a temperature rise of 85° C or at strong electrical load. Therefore, a completely different stabilization method has already been proposed, where water vapor and possibly further adsorbing substances are kept as far away from the surface as possible, e.g. in that during assembly the transistor is heated to a high temperature in a vacuum for a few hours, e.g. 140° C. This method, which is known under the term "vacuum - burning", has the disadvantage, however, that the high stability is achieved at the expense of the current amplification factor, because this falls when using this method from a high value, which it obtains after post-etching, to a very low value. Furthermore, there are technical difficulties associated with this method, in that the barrier layer system must be fully assembled under conditions that are very difficult to maintain, i.e. in a vacuum.

Hensikten med oppfinnelsen er blandt annet å tilveiebringe lett gjennomførbare forholdsregler som sikrer en høy stabilitet av et sperresjiktsystem med vakuumtett beholder ved forskjellige driftstemperaturer, uten at derved de fordelaktige elektriske egenskaper, som f. eks. den høye strøm-forsterkningsfaktor, den lave sperrestrøm eller den høye gjennomslagsspenning, som et slikt sperresjiktsystem kan ha i en vanndamp-omgivelse, sikres. Hensikten er særlig å tilveiebringe en transistor med vakuumtett beholder, som kombinerer en høy strømforsterkningsfaktor med høy stabilitet. The purpose of the invention is, among other things, to provide easy-to-implement precautions that ensure a high stability of a barrier layer system with a vacuum-tight container at different operating temperatures, without thereby the advantageous electrical properties, such as e.g. the high current amplification factor, the low barrier current or the high breakdown voltage, which such a barrier layer system can have in a water vapor environment, is ensured. The purpose is in particular to provide a transistor with a vacuum-tight container, which combines a high current amplification factor with high stability.

Oppfinnelsen benytter den kjente virkning at vanndamp påvirker gunstig en-kelte halvledende sperresjiktsystemer, f. eks. de hvis halvledende system består av germanium. Oppfinnelsen tilveiebringer imidlertid en ny kjennsgjerning, nemlig år-sakene til ustabilitet av kjente ikke i vakuum behandlede halvledende sperresjiktsystemer. The invention uses the known effect that water vapor favorably affects certain semi-conducting barrier layer systems, e.g. those whose semiconductor system consists of germanium. However, the invention provides a new fact, namely the causes of instability of known semiconductor barrier layer systems not treated in a vacuum.

Oppfinnelsen er blandt annet grunnet på den kjennsgjerning at denne ustabilitet i betydelig grad kan føres tilbake på en langsom minskning av det virksomme vanndampinnhold inne i beholderen, særlig i nærheten av det halvledende system. Det er antatt at årsaken til denne minskning ligger i tilstedeværelsen av vanndamp-adsorberende eller med vanndamp reage-rende deler av beholderen eller deler inne i beholderen, som f. eks. glass- eller metall-deler eller et fyllmateriale, som ved normal drift langsomt og under særlige omstendig-heter f. eks. opphetning ved reaksjon, hur-tigere adsorberer den virksomme vanndamp i nærheten av det halvledende system. The invention is based, among other things, on the fact that this instability can be attributed to a significant extent to a slow reduction of the effective water vapor content inside the container, particularly in the vicinity of the semi-conducting system. It is assumed that the reason for this reduction lies in the presence of water vapor-adsorbing or water vapor-reacting parts of the container or parts inside the container, such as e.g. glass or metal parts or a filling material, which in normal operation slowly and under special circumstances, e.g. heating by reaction, the faster it adsorbs the active water vapor in the vicinity of the semi-conducting system.

Ved et halvledende sperresjiktsystem ifølge oppfinnelsen med en vakuumtett beholder som i det minste i nærheten av det halvledende system inneholder en virksom vanndampmengde, er der anordnet inne i beholderen et reservoar av vann i bundet tilstand, som ved eventuelle reaksjoner av vann med, eller adsorpsjon av vann av andre deler innenfor beholderen eller av selve beholderen har et vannoverskudd. Med en virksom vanndampmengde forstår man her naturligvis den vanndampmengde som er avhengig av den anvendte halvleder, og som påvirker gunstig en eller flere elektriske egenskaper ved sperresjiktsystemet. Med et vannreservoar forstås et stoff med en til stoffet bundet vannmengde som ved minskning av det virksomme vanndampinnhold i nærheten av systemet, avgir vanndamp, og som under særlige forhold, f. eks. ved en temperaturminskning kan oppta vann, og derfor er istand til å utøve en stabiliserende virkning på det virksomme vanndampinnhold inne i beholderen. Med et overskudd av vann forstås en så stor vannmengde at i lang tid, dvs. i sperresjiktsystemets levetid, vil der i vannreservoaret være tilstrekkelig vannmengde til å utligne tapet. In the case of a semi-conductive barrier layer system according to the invention with a vacuum-tight container which at least in the vicinity of the semi-conductive system contains an effective amount of water vapour, there is arranged inside the container a reservoir of water in a bound state, which in case of possible reactions of water with, or adsorption of water of other parts within the container or of the container itself has an excess of water. By an effective amount of water vapor, one naturally understands here the amount of water vapor which is dependent on the semiconductor used, and which favorably affects one or more electrical properties of the barrier layer system. A water reservoir is understood to mean a substance with a quantity of water bound to the substance which, when the effective water vapor content in the vicinity of the system is reduced, emits water vapour, and which under special conditions, e.g. when the temperature drops, can absorb water, and is therefore capable of exerting a stabilizing effect on the effective water vapor content inside the container. A surplus of water means such a large amount of water that for a long time, i.e. during the lifetime of the barrier layer system, there will be a sufficient amount of water in the water reservoir to compensate for the loss.

Fortrinnsvis består vannreservoaret av et stoff med en på dette eller i dette bundet vannmengde, som ved temperaturstigning avgir vanndamp for å minske for-dampningen av vann fra halvlederoverflaten, og hvor et etterfølgende temperatur-fall igjen opptar en like stor vannmengde, eller ved reaksjon eller adsorpsjon fjernes så meget vanndamp at etter en temperatursyklus i nærheten av systemet inntas den opprinnelige relative fuktighet igjen. Videre er vannreservoaret således innrettet at ved de forskjellige driftstemperaturer opprettholdes en fordelaktig relativ fuktighet i nærheten av systemet. Preferably, the water reservoir consists of a substance with a quantity of water bound on it or in it, which when the temperature rises emits water vapor to reduce the evaporation of water from the semiconductor surface, and where a subsequent drop in temperature again takes up an equal quantity of water, or by reaction or adsorption removes so much water vapor that after a temperature cycle in the vicinity of the system, the original relative humidity is regained. Furthermore, the water reservoir is arranged in such a way that, at the different operating temperatures, an advantageous relative humidity is maintained in the vicinity of the system.

Sperresjiktsystemer med vakuumtett beholder med et vannreservoar ifølge oppfinnelsen kan drives i lengere tid, f. eks. 1000 timer, med høy temperatur uten at de elektriske egenskaper endrer seg merkbart. Barrier layer systems with a vacuum-tight container with a water reservoir according to the invention can be operated for a longer time, e.g. 1000 hours, at high temperature without the electrical properties changing noticeably.

Den relative fuktighet i nærheten av det halvledende system skal selvsagt holdes innen grenser, innen hvilke vanndam-pen er virksom på gunstig måte. På den ene side må en overdreven fuktighet unngås for å hindre ledning langs overflaten o. 1., og på den annen side må der i nærheten av systemet være så stor fuktighet at den fordelaktige innvirkning av vanndam-pen på halvlederoverflaten er tilstrekkelig merkbar. Disse grenser er selvsagt avhengig blandt annet av den anvendte halvleder. For et sperresjiktsystem hvis halv-lederlegeme består av germanium, kan der angis en øvre grense for det tillatte vanndamptrykk, som ved værelsestemperatur er ca. 15 mm Hg, og som ved temperatur på 85° C er for germanium ca. 10 mm Hg. Fortrinnsvis unngås imidlertid, og dette er et ytterligere viktig trekk ved oppfinnelsen, særlig ved høye driftstemperaturer, et høyt vanndamptrykk for å begrense eventuell reaksjon mellom halvlederen og vanndam-pen ved høyere temperatur og høyere vanndamptrykk. Ved et halvledende sperresjiktsystem, hvis halvledende legeme består av germanium, anvendes fortrinnsvis et vannreservoar som ved 85° C opprettholder et vanndamptrykk på minst 20 mm Hg og høyst 100 mm Hg. The relative humidity in the vicinity of the semi-conducting system must of course be kept within limits, within which the water vapor is effective in a favorable way. On the one hand, excessive moisture must be avoided in order to prevent conduction along the surface etc., and on the other hand there must be such great moisture in the vicinity of the system that the beneficial effect of the water vapor on the semiconductor surface is sufficiently noticeable. These limits are of course dependent, among other things, on the semiconductor used. For a barrier layer system whose semiconductor body consists of germanium, an upper limit can be specified for the permitted water vapor pressure, which at room temperature is approx. 15 mm Hg, and which at a temperature of 85° C is for germanium approx. 10 mm Hg. Preferably, however, and this is a further important feature of the invention, especially at high operating temperatures, a high water vapor pressure is avoided in order to limit any reaction between the semiconductor and the water vapor at higher temperature and higher water vapor pressure. In the case of a semi-conductive barrier layer system, whose semi-conductive body consists of germanium, a water reservoir is preferably used which at 85° C maintains a water vapor pressure of at least 20 mm Hg and at most 100 mm Hg.

Ved passende valg av et stoff med en fordelaktig affinitet til vann, kan der oppnås enhver ønsket fuktighet som er gunstig for en bestemt halvleder ved hjelp av vannreservoaret. For dannelse av et vannreservoar egner seg særlig stoff med krystallvann, såkalte hydrater, som f. eks. sinkammoniumsulfat.6aq, nikkelkaliumsul-fat.6aq, natriumbromid.2aq eller ammo-niumnikkelsulfat. 6aq og lignende. Til disse kan settes et bindemiddel som består av siliko-organiske polymerer av hvilke noen går under navnet «silikonvakuumfett» og «silokonolje» og i handelen under vare-merke «Dow Corning DC 7» og «Dow Corning 702». Det kan også tilsettes et fyll-stoff f. eks. sand. Hvis vedkommende stoff imidlertid er kjemisk reaktivt med halvledersystemet, adskilles det fortrinnsvis fra halvledersystemet ved hjelp av en porøs vegg f. eks. glassull eller asbest. By appropriate selection of a material with an advantageous affinity for water, any desired humidity favorable to a particular semiconductor can be achieved by means of the water reservoir. Substances with crystal water, so-called hydrates, such as e.g. zinc ammonium sulfate.6aq, nickel potassium sulfate.6aq, sodium bromide.2aq or ammonium nickel sulfate. 6aq and the like. To these can be added a binder consisting of silico-organic polymers, some of which go under the names "silicone vacuum grease" and "silicon oil" and in the trade under the trademarks "Dow Corning DC 7" and "Dow Corning 702". A filler can also be added, e.g. sandy. If, however, the substance in question is chemically reactive with the semiconductor system, it is preferably separated from the semiconductor system by means of a porous wall, e.g. glass wool or asbestos.

I alminnelighet er som vannreservoar de stoffer brukbare som opptar og avgir vann reversibelt, og som ved forskjellige driftstemperaturer opprettholder et gun-tig vanndamptrykk. I betraktning kommer noen oksyder og deres hydroksyder, f. eks. systemet talliumhydroksyd-talliumoksyd eller systemet magnesiumhydroksyd-mag-nesiumoksyd, noen vandige oppløsninger, f. eks. en vandig oppløsning av kalsiumklorid, manganklorid eller fosforsyre, og stoffer som f. eks. silisiummasse eller silikoorganiske forbindelser f. eks. silikonvakuumfett, som på forhånd har adsorbert tilstrekkelig vannmengde. Det er allerede kjent å an-bringe silisiummasse eller silikonvakuumfett i en beholder for et halvledende sperresjiktsystem, men i mest mulig tørr tilstand for å holde vann borte fra omgivelsen av halvlederlegemet. Hvis disse stoffer imidlertid anvendes ved et sperresjiktsystem ifølge oppfinnelsen, må de på forhånd ha opptatt tilstrekkelig vannmengde. Det kjente sperresjiktsystem adskiller seg fra sperresjiktsystemet ifølge oppfinnelsen ved at det allerede etter kort tid ved stor belastning forbruker en uunngåelig del av vanndampinnholdet, slik at systemets elektriske egenskaper forandres sterkt. In general, substances that absorb and release water reversibly, and which maintain a suitable water vapor pressure at different operating temperatures, are usable as water reservoirs. Some oxides and their hydroxides come into consideration, e.g. the system thallium hydroxide-thallium oxide or the system magnesium hydroxide-magnesium oxide, some aqueous solutions, e.g. an aqueous solution of calcium chloride, manganese chloride or phosphoric acid, and substances such as silicon mass or organosilico compounds, e.g. silicone vacuum grease, which has previously adsorbed a sufficient amount of water. It is already known to place silicon mass or silicone vacuum grease in a container for a semi-conducting barrier layer system, but in as dry a state as possible to keep water away from the surroundings of the semiconductor body. However, if these substances are used in a barrier layer system according to the invention, they must have previously taken up a sufficient amount of water. The known barrier layer system differs from the barrier layer system according to the invention in that it consumes an unavoidable part of the water vapor content already after a short time under heavy load, so that the electrical properties of the system change greatly.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til ferdigmontering av et sperresjiktsystem med en vakuumtett beholder, hvor der ifølge oppfinnelsen anbringes et vannreservoar inne i beholderen før dennes lukning. The invention relates to a method for the complete assembly of a barrier layer system with a vacuum-tight container, where, according to the invention, a water reservoir is placed inside the container before its closure.

Utførelseseksempler på oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningen. Embodiments of the invention shall be explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en transistor med vakuumtett glassbeholder og vannreservoar ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et diagram med strømfor-sterkningsfaktoren som ordinat, og tiden som abscisse, og hvor forløpet er tegnet opp for fire transistorer hvor oppfinnelsen ikke er anvendt, og for en transistorer ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 og 4 viser lignende diagrammer for forskjellige transistorer ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 shows a longitudinal section through a transistor with vacuum-tight glass container and water reservoir according to the invention. Fig. 2 shows a diagram with the current amplification factor as ordinate, and time as abscissa, and where the course is plotted for four transistors where the invention is not used, and for one transistor according to the invention. Fig. 3 and 4 show similar diagrams for different transistors according to the invention.

I fig. 1 er vist en germaniumtransistor 1, hvis fremstilling skal beskrives nærmere nedenfor, og som er anbragt i en vakuumtett glassbeholder som består av to til hver-andre smeltede deler, en glassklokke 2 og en glasskolbe 3. Ifølge oppfinnelsen er der inne i beholderen anbragt et vannreservoar 4, som består av en blanding av »silikonvakuumfett» og et hydrat, f. eks. sink-ammoniumsulfat.6aq. Denne blanding fyl-ler beholderen praktisk talt fullstendig. Transistorens elektroder er forbundet med tilledninger 5, 6 og 7, som er ført ut gjennom glassokkelen 2. In fig. 1 shows a germanium transistor 1, the manufacture of which will be described in more detail below, and which is placed in a vacuum-tight glass container consisting of two mutually fused parts, a glass bell 2 and a glass flask 3. According to the invention, inside the container is placed a water reservoir 4, which consists of a mixture of "silicone vacuum grease" and a hydrate, e.g. zinc ammonium sulfate.6aq. This mixture fills the container practically completely. The transistor's electrodes are connected to leads 5, 6 and 7, which are led out through the glass base 2.

De resultater som oppnås ved anvendelse av oppfinnelsen skal sammenlignes med de resultater som oppnås ved kjente transistorer, hvor det egentlige halvledende system er fremstillet på følgende måte: En enkrystallstav som består av n-type germanium på 3—5 ohm/cm deles opp ved saging og sliping i skiver med dimensjoner 2 X 3 X 0.25 mm3. De 2 X 3 mm<2> store fla-ter av disse skiver faller sammen med det krystallografiske (111)-plan. Skivene sli-pes og etses deretter til en tykkelse på ca. 150 (j. i en oppløsning som er satt sammen av en vandig 48 pst. HF-oppløsning, en 66 pst. vandig HNOs-oppløsning og H2O i The results obtained by applying the invention are to be compared with the results obtained with known transistors, where the actual semiconductor system is produced in the following way: A single-crystal rod consisting of n-type germanium of 3-5 ohm/cm is split up by sawing and grinding in disks with dimensions 2 X 3 X 0.25 mm3. The 2 X 3 mm<2> large surfaces of these slices coincide with the crystallographic (111) plane. The discs are ground and then etched to a thickness of approx. 150 (j. in a solution composed of an aqueous 48% HF solution, a 66% aqueous HNOs solution and H2O in

volumforhold 2:2:1, vaskes deretter i volume ratio 2:2:1, then wash in

avionisert vann og tørkes tilslutt. I midten av en slik 2X3 mm<2> flate av en germa-niumskive anordnes en emitterkule med en diameter på ca. 400 \ i og som består av rent indium, og denne festes til germaniumski-ven ved en kortvarig opphetning. Samtidig blir der på siden av den samme flate anordnet en basistilledning av nikkel, hvis ende er forsynt med et lite kvantum loddemetall som består av en tinn-antimonlegering (25 vekt-pst. Sn, 5 vekt-pst. Sb). På den mot-satte flate av skiven anordnes en liten kol-lektorkule av indium med en diameter på 800 (j, sentralt i forhold til emitterkulen, og denne festes også ved kortvarig opphetning. Deretter blir det hele opphetet i ca. 10 min. til 600° C i en atmosfære av hydrogen og nitrogen. Det viser seg at basistykkelsen av deionized water and finally dried. An emitter ball with a diameter of approx. 400 \ in and which consists of pure indium, and this is attached to the germanium disk by a short heating. At the same time, a base lead of nickel is arranged on the side of the same surface, the end of which is provided with a small amount of solder consisting of a tin-antimony alloy (25 wt.% Sn, 5 wt.% Sb). On the opposite surface of the disc, a small collector ball of indium with a diameter of 800 (j) is arranged, centrally in relation to the emitter ball, and this is also attached by brief heating. The whole is then heated for approx. 10 min. 600° C in an atmosphere of hydrogen and nitrogen.It turns out that the base thickness of

en således fremstillet legeringstransistor er ca. 30 [ i. Deretter blir transistoren med basiskontaktplaten sveiset til en tilførings-tråd, og emitter- og kollektorelektroden på-loddes nikkeltilledninger. Transistoren blir etterset elektrolytisk ca. 10 sek. i en vandig 40 pst.s NaOH-oppløsning, hvoretter kollek-teren forbindes med en plussklemme, idet minusklemmen består av en platinaplate, som henger i et etsebad. Etter vask i varmt, avionisert vann og tørking, er transistoren ferdig til montasje i en vakuumtett beholder. an alloy transistor produced in this way is approx. 30 [ i. Then the transistor with the base contact plate is welded to a supply wire, and the emitter and collector electrodes are soldered to nickel leads. The transistor is electrolytically repaired approx. 10 sec. in an aqueous 40 percent NaOH solution, after which the collector is connected to a plus terminal, the minus terminal consisting of a platinum plate, which hangs in an etching bath. After washing in warm, deionized water and drying, the transistor is ready for assembly in a vacuum-tight container.

For å sammenligne stabiliteten av sperresjiktsystemet med vakuumtett beholder ifølge oppfinnelsen med stabiliteten av sperresjiktsystemer av kjent type uten anvendelse av oppfinnelsen, ble et antall av disse halvledende systemer smeltet inn i vakuumtette glassbeholdere med forskjel-ligartede vanndepoter, mens et mindre antall ferdigmonterte sperresjiktsystemer ble montert i vakuumtette beholdere uten anvendelse av oppfinnelsen. For i løpet av kort tid å la eventuelle endringer fremtre klart, ble endel av disse ferdigmonterte transistorer underkastet et vanskelig for-søk hvor de ble opphetet til 85° C uten anvendelse av elektrisk belastning, mens en annen del ble opphetet langsomt til 50° C og samtidig belastet elektrisk med 50 mW (kollektorbasisspenning 10 volt, kollektor-strøm 5 mA). Forsøkene ble avbrutt etter 100 timer, 500 timer, 1000 timer i et øyeblikk for å avkjøle transistorene til værelsestemperatur slik at transistorens forskjellige størrelser kunne kontrolleres ved værelsestemperatur, slik som f. eks. strømforsterk-ningsfaktoren, sperrestrøm og støy. In order to compare the stability of the barrier layer system with a vacuum-tight container according to the invention with the stability of barrier layer systems of a known type without application of the invention, a number of these semiconductor systems were melted into vacuum-tight glass containers with different types of water reservoirs, while a smaller number of ready-assembled barrier layer systems were mounted in vacuum-tight containers without application of the invention. In order to allow any changes to appear clearly within a short time, part of these pre-assembled transistors were subjected to a difficult test where they were heated to 85° C without the application of an electrical load, while another part was heated slowly to 50° C and simultaneously charged electrically with 50 mW (collector base voltage 10 volts, collector current 5 mA). The experiments were interrupted after 100 hours, 500 hours, 1000 hours for a moment to cool the transistors to room temperature so that the different sizes of the transistor could be checked at room temperature, such as e.g. the current amplification factor, blocking current and noise.

I figurene 2—4 er måleresultatene for strømforsterkningsfaktoren ved disse for-søk vist. Måleresultatene med hensyn til støy og sperrestrøm som begge er svært små og neppe viser noen endringer, er ikke vist. For tydelig å angi hvilke målepunkter som gjelder en bestemt transistor, er disse målepunkter forbundet med streker. I alle disse figurer er begynnelsen av forsøket angitt med tidspunktet 0, i fig. 2 er dessuten angitt et tidspunkt før tidspunktet 0, nemlig verdien E, for strømforsterkerfak-toren etter etteretsingen. Figures 2-4 show the measurement results for the current amplification factor in these experiments. The measurement results with regard to noise and blocking current, which are both very small and hardly show any changes, are not shown. To clearly indicate which measurement points apply to a particular transistor, these measurement points are connected by lines. In all these figures, the beginning of the experiment is indicated by time 0, in fig. 2 also indicates a time before time 0, namely the value E, for the current amplifier factor after the post-etching.

Transistoren med karakteristikken 10 i fig. 2 ble etter etteretsingen, da strømfor-sterkerfaktoren var 97, opphetet 3 timer i vakuum til 145° C, og i denne fullstendig tørre tilstand smeltet inn i en glassbeholder. Som følge av denne vakuumbrenning falt strømforsterkningsfaktoren til 25, dvs. til ca. 14 av den opprinnelige verdi. Deretter ble transistoren underkastet et lengere forsøk ved 85° C. Som det fremgår av karakteristikken 10 var stabiliteten av denne transistor særdeles god ved monte-ring på denne kjente måte uten anvendelse av oppfinnelsen, men strømforsterknings-faktoren var imidlertid svært liten. The transistor with the characteristic 10 in fig. 2, after the post-etching, when the current amplifier factor was 97, was heated for 3 hours in a vacuum to 145° C., and in this completely dry state was melted into a glass container. As a result of this vacuum burning, the current amplification factor fell to 25, i.e. to approx. 14 of the original value. The transistor was then subjected to a longer test at 85° C. As can be seen from characteristic 10, the stability of this transistor was particularly good when mounted in this known manner without application of the invention, but the current amplification factor was however very small.

Karakteristikken 11 i fig. 2 gjelder en transistor hvis strømforsterkningsfaktor etter etteretsingen var 106, og som i den vakuumtette glassbeholder ble omgitt på kjent måte med «silikonvakuumfett» som på forhånd var tørket i noen tid ved 100° C. Etter innsmeltningen viste det seg at strømforsterkningsfaktoren var falt til 89. Under det etterfølgende forsøk ved 85° C falt strømforsterkningsfaktoren stadig mer, slik at etter 1000 timer var den bare 30. Stabiliteten av denne transistor, som var montert på i og for seg kjent måte uten anvendelse av oppfinnelsen var særdeles dårlig. Etter 1000 timer ble glassbehdlderen brutt og transistoren som ennå var omgitt av «silikonvakuumfett» ble anbragt i luft med en relativ fuktighet på 60 pst. ved væ-elsestemperatur, hvoretter strømforsterk-ningsfaktoren igjen etterhvert øket til 96, slik at den praktisk talt inntok sin opp-innelige verdi. Dette forhold rettferdig-gjør den antagelse at fallet i strømfor-sterkningsfaktoren under forsøket kan tilskrives en minskning av vanninnholdet på elektrodeoverflaten. Det samme fremgår av forholdene for transistorene med karakteristikkene 12 og 13 i fig. 2. The characteristic 11 in fig. 2 applies to a transistor whose current amplification factor after post-etching was 106, and which in the vacuum-tight glass container was surrounded in a known manner with "silicone vacuum grease" which had previously been dried for some time at 100° C. After melting, it turned out that the current amplification factor had fallen to 89 During the subsequent test at 85° C, the current amplification factor fell more and more, so that after 1000 hours it was only 30. The stability of this transistor, which was mounted in a manner known per se without application of the invention, was extremely poor. After 1000 hours, the glass container was broken and the transistor, which was still surrounded by "silicone vacuum grease", was placed in air with a relative humidity of 60 per cent at room temperature, after which the current amplification factor again gradually increased to 96, so that it practically assumed its up-inner value. This relationship justifies the assumption that the drop in the current amplification factor during the experiment can be attributed to a reduction in the water content on the electrode surface. The same is evident from the conditions for the transistors with the characteristics 12 and 13 in fig. 2.

Karakteristikken 12 i fig. 2 gjelder en transistor hvis strømforsterkningsfaktor etter etteretsingen var 104. Beholderen for denne transistor ble før lukningen fylt med luft med en relativ fuktighet på 32 pst. Som følge av gjensmeltningen falt strøm-forsterkningsfaktoren til 96. Deretter ble transistoren underkastet forsøket ved 85° C. Strømforsterkningsfaktoren falt i løpet av de første 500 timer til 43, mens den i løpet av de neste 500 timer bare falt lite, dvs. til 37. Stabiliteten av denne transistor som var ferdigmontert uten anvendelse av oppfinnelsen, var således dårlig, særlig i løpet av de første 500 timer, mens strøm-forsterkningsfaktoren i de neste 500 timer bare var ca. 1/3 av den opprinnelige verdi. Etter forsøket ble transistorbeholderen brutt, og transistoren anbragt ved værelsestemperatur i en omgivelse som består av luft med en relativ futighet på ca. 60 pst. Deretter steg strømforsterkningsfaktoren nesten straks til 98, en verdi som praktisk talt stemmer overens med den opprinnelige. The characteristic 12 in fig. 2 applies to a transistor whose current amplification factor after post-etching was 104. Before sealing, the container for this transistor was filled with air with a relative humidity of 32 percent. As a result of the remelting, the current amplification factor fell to 96. The transistor was then subjected to the test at 85° C. The current gain factor dropped during the first 500 hours to 43, while during the next 500 hours it only dropped slightly, i.e. to 37. Thus, the stability of this transistor which was fully assembled without the application of the invention was poor, especially during the first 500 hours, while the current amplification factor in the next 500 hours was only approx. 1/3 of the original value. After the experiment, the transistor container was broken, and the transistor placed at room temperature in an environment consisting of air with a relative humidity of approx. 60 percent. Then, the current amplification factor rose almost immediately to 98, a value that practically matches the original.

Karakteristikken 13 i fig. 2 gjelder en transistor hvis strømforsterkningsfaktor etter etteretsingen var 76, og som ble smeltet inn i en vakuumtett beholder etterat denne var fylt med luft med en relativ fuktighet på ca. 81 pst. Etter gjensmeltningen var strømforsterkningsfaktoren 71, og denne høye verdi ble bibeholdt i løpet av de første 500 timer av forsøket ved 85° C. Etter 1000 timer var strømforsterknings-faktoren falt til 34. Også denne transistor, som var ferdigmontert uten anvendelse av oppfinnelsen, viste seg i lengden ikke å være stabil. Etter forsøket ble beholderen brutt, og transistoren bragt i en omgivelse av luft med en relativ fuktighet på ca. 60 pst. ved værelsestemperatur, hvoretter strøm-forsterkningsfaktoren straks øket til sin opprinnelige verdi 76. Den større stabilitet av denne transistor i løpet av de første 500 timer i forhold til karakteristikken 12 må tilskrives det høyere vanndampinnhold som til å begynne med var tilstede i transistorens beholder. The characteristic 13 in fig. 2 applies to a transistor whose current amplification factor after post-etching was 76, and which was melted into a vacuum-tight container after it had been filled with air with a relative humidity of approx. 81 percent. After remelting, the current amplification factor was 71, and this high value was maintained during the first 500 hours of the experiment at 85° C. After 1000 hours, the current amplification factor had fallen to 34. Also this transistor, which was fully assembled without the use of the invention, in the long run proved not to be stable. After the experiment, the container was broken, and the transistor was placed in an environment of air with a relative humidity of approx. 60 percent at room temperature, after which the current amplification factor immediately increased to its original value of 76. The greater stability of this transistor during the first 500 hours compared to characteristic 12 must be attributed to the higher water vapor content initially present in the transistor's container.

Transistoren ifølge karakteristikken 14 i fig. 2 var ferdigmontert i en vakuumtett beholder under anvendelse av oppfinnelsen. I den lukkede ende av kolben var der på forhånd anbragt et vannreservoar som bestod av 60 mg bariumklorid.2aq. Det øv-rige rom rundt transistoren i kolben var utfylt med «silikonvakuumfett» og adskilt fra vannreservoaret ved hjelp av en porøs vegg av glassull. Før anbringelsen av det halvledende system i beholderen, og før gjensmeltningen av beholderen, ble kolben med vannreservoaret og «silikonvakuum-fettet» oppbevart i luft med en relativ fuktighet på 60 pst. ved værelsestemperatur. Strømforsterkningsfaktoren etter etteretsingen var 145 og hadde etter gjensmeltningen en verdi på 153. Deretter ble transistoren ifølge oppfinnelsen underkastet et forsøk ved 85° C. Under dette forsøk ble den opprinnelige høye verdi av strømfor-sterkningsfaktoren opprettholdt. Stabiliteten av denne transistor ifølge oppfinnelsen var betydelig bedre enn noen av de transistorer som var montert uten anvendelse av oppfinnelsen, og som er vist ved karakteristikkene 11—13 i fig. 2. Dessuten tålte denne transistor en høyere temperatur ved gjensmeltning. Naturligvis er de opptredende absolutte endringer av strøm-forsterkningsfaktoren ved denne transistor større enn ved transistoren ifølge karakteristikken 10, som var brent i vakuum, fordi absoluttverdiene av strømforsterk-ningsfaktoren ved den første transistor er betydelig større enn ved den transistor som er brent i vakuum. De opptredende endringer som for størstedelen kan føres tilbake på målefeil, er imidlertid uten betydning i praksis. The transistor according to characteristic 14 in fig. 2 was fully assembled in a vacuum-tight container using the invention. A water reservoir consisting of 60 mg of barium chloride.2aq was previously placed in the closed end of the flask. The remaining space around the transistor in the flask was filled with "silicone vacuum grease" and separated from the water reservoir by means of a porous wall of glass wool. Prior to placing the semiconductor system in the container, and prior to remelting the container, the flask with the water reservoir and the "silicone vacuum grease" was stored in air with a relative humidity of 60 percent at room temperature. The current amplification factor after post-etching was 145 and after remelting had a value of 153. The transistor according to the invention was then subjected to a test at 85° C. During this test, the original high value of the current amplification factor was maintained. The stability of this transistor according to the invention was significantly better than some of the transistors which were assembled without application of the invention, and which are shown by the characteristics 11-13 in fig. 2. Also, this transistor could withstand a higher temperature when remelting. Naturally, the occurring absolute changes of the current amplification factor for this transistor are greater than for the transistor according to characteristic 10, which was burned in vacuum, because the absolute values of the current amplification factor for the first transistor are significantly greater than for the transistor that was burned in vacuum. However, the changes occurring, which for the most part can be attributed to measurement errors, are of no importance in practice.

Karakteristikken 15 i fig. 3 gjelder en transistor ifølge oppfinnelsen, montert i en vakuumtett beholder, som på forhånd var fylt inntil ca. 3/4 med en blanding av 90 vekt-pst. «silikonvakuumfett» og 10 vekt-pst. av hydratet sinkammoniumsulfat.6aq. Strømforsterkningsfaktoren var etter etteretsingen 59, men falt under gjensmeltningen noe, nemlig til 50. Under forsøket ved 85° C var verdien fullstendig uten endringer. The characteristic 15 in fig. 3 applies to a transistor according to the invention, mounted in a vacuum-tight container, which was previously filled up to approx. 3/4 with a mixture of 90 wt. "silicone vacuum grease" and 10% by weight. of hydrated zinc ammonium sulfate.6aq. The current amplification factor was 59 after post-etching, but fell somewhat during remelting, namely to 50. During the test at 85° C, the value was completely unchanged.

En transistor ifølge oppfinnelsen, hvis karakteristikk 16 er vist i fig. 3, ble montert vakuumtett i en beholder som på forhånd var fylt med en blanding av 90 vekt-pst. «silikonvakuumfett» og 10 vekt-pst. kaliumkobaltsulfat.6aq. Strømforsterk-ningsfaktoren var etter etteretsingen 138 og falt under gjensmeltningen til 112. Under forsøket ved 85° C ble denne verdi praktisk talt opprettholdt. A transistor according to the invention, whose characteristic 16 is shown in fig. 3, was mounted vacuum-tight in a container that had previously been filled with a mixture of 90 wt. "silicone vacuum grease" and 10% by weight. potassium cobalt sulfate.6aq. The current amplification factor was 138 after post-etching and fell during remelting to 112. During the experiment at 85° C, this value was practically maintained.

Karakteristikken 17 i fig. 3 gjelder en transistor ifølge oppfinnelsen under for-søk ved 85° C, hvor beholderen var fylt med sand med en tilsetning på 10 mg med hydratet kalium-nikkelsulfat.6aq. Strøm-forsterkningsfaktoren, som etter etteretsingen og innsmeltningen var 172 resp. 158, falt i løpet av de første 100 timer til ca. 150, og denne høye verdi viste seg særlig stabil under forsøket. The characteristic 17 in fig. 3 applies to a transistor according to the invention under test at 85° C, where the container was filled with sand with an addition of 10 mg of hydrated potassium-nickel sulphate.6aq. The current amplification factor, which after post-etching and fusion was 172 resp. 158, fell during the first 100 hours to approx. 150, and this high value proved particularly stable during the experiment.

Karakteristikken 18 i fig. 3 angår en transistor ifølge oppfinnelsen hvis beholder praktisk talt fullstendig var fylt med sili-sium-masse, i hvilken var opptatt 2 vekt-pst. vann. Som følge av den høye temperatur som transistoren ble utsatt for under gjensmeltningen, falt strømforsterknings-faktoren fra 274 til 78, men under de første 100 timer av forsøket ble endel av følgene av den høye gjensmeltningstemperatur øyensynlig utlignet ved levering av vann fra reservoaret, slik at strømforsterknings-faktoren nådde en verdi på ca. 140, hvilken verdi ble ytterligere øket i løpet av for-søket til ca. 150. Av dette eksempel fremgår at også stoffer som har adsorbert tilstrekkelig vannmengde egner seg som vannreservoar. For å nå en stabil slutt-verdi hurtigst mulig, blir en slik transistor eventuelt etter gjensmeltningen fortrinnsvis underkastet en stabiliserende tempera-turbehandling, f. eks. ved 140° C i 6 timer. The characteristic 18 in fig. 3 relates to a transistor according to the invention whose container was practically completely filled with silicon mass, in which 2 wt. water. As a result of the high temperature to which the transistor was exposed during remelting, the current amplification factor dropped from 274 to 78, but during the first 100 hours of the experiment, some of the effects of the high remelting temperature were apparently offset by the supply of water from the reservoir, so that the current amplification factor reached a value of approx. 140, which value was further increased during the trial to approx. 150. This example shows that substances that have adsorbed a sufficient amount of water are also suitable as water reservoirs. In order to reach a stable final value as quickly as possible, such a transistor is preferably subjected to a stabilizing temperature treatment after the remelting, e.g. at 140° C for 6 hours.

Karakteristikken 19 i fig. 4 angår en transistor ifølge oppfinnelsen som var ferdigmontert i en vakuumtett beholder, som på forhånd var utfylt med en blanding av 90 vekt-pst. «silikonvakuumfett» og 10 The characteristic 19 in fig. 4 relates to a transistor according to the invention which was fully assembled in a vacuum-tight container, which had previously been filled with a mixture of 90% by weight. "silicone vacuum grease" and 10

vekt-pst. av hydratet sinkammoniumsul- weight-pt. of hydrate zinc ammonium sul-

fat.6aq. Strømforsterkningsfaktoren var etter etteretsingen 84 og falt til 81 under gjensmeltningen. Ved forsøk ved 50° C med en samtidig elektrisk belastning på 50 mW barrel.6aq. The current gain factor was 84 after post-etching and fell to 81 during remelting. When tested at 50° C with a simultaneous electrical load of 50 mW

forble strømforsterkningsfaktoren praktisk talt konstant. the current gain factor remained practically constant.

Karakteristikken 20 i fig. 4 angår det The characteristic 20 in fig. 4 concerns it

samme forsøk for en transistor ifølge opp- same experiment for a transistor according to op-

finnelsen. Denn transistor var montert i en vakuumtett glassbeholder, i hvilken der var anbragt et vannreservoar bestående av 35 mg K2S04Al2(S04)3.24aq adskilt fra det halvledende system. Rommet rundt det halvledende system var fylt med «silikonvakuumfett» og skilt fra vannreservoaret ved hjelp av en porøs vegg av glassull. Strømforsterkningsfaktoren, som etter etteretsingen var 90, var etter gjensmelt- the invention. This transistor was mounted in a vacuum-tight glass container, in which was placed a water reservoir consisting of 35 mg of K2S04Al2(S04)3.24aq separated from the semiconductor system. The space around the semiconducting system was filled with "silicone vacuum grease" and separated from the water reservoir by means of a porous wall of glass wool. The current amplification factor, which after the post-etching was 90, was after remelting

ningen 88, hvilken verdi holdt seg sær- ning 88, which value remained

deles konstant under forsøket. are shared constantly during the experiment.

Karakteristikken 21 i fig. 4 for en The characteristic 21 in fig. 4 for one

transistor ifølge oppfinnelsen viste en høy stabilitet under forsøket ved 50° C og 50 transistor according to the invention showed a high stability during the experiment at 50° C and 50

mW elektrisk belastning. I transistorens beholder var anbragt et vannreservoar på 60 mg bariumklorid.2aq, som var skilt ved hjelp av en porøs vegg av glassull fra det halvledende system som var omgitt med «silikonvakuumfett». mW electrical load. In the transistor's container was placed a water reservoir of 60 mg of barium chloride.2aq, which was separated by means of a porous wall of glass wool from the semiconducting system which was surrounded by "silicone vacuum grease".

Karakteristikken 22 i fig. 4 angår en The characteristic 22 in fig. 4 concerns one

transistor ifølge oppfinnelsen og montert i en vakuumtett beholder, som var fylt med fuktet «silikonvakuumfett» som på forhånd var oppbevart i en fuktig atmosfære med en relativ fuktighet på 60 pst., og derved hadde adsorbert ca. 1.6 mg vann for hvert gram «silikonvakuumfett». Strømforsterk-ningsfaktoren var etter etteretsingen ca. transistor according to the invention and mounted in a vacuum-tight container, which was filled with moistened "silicone vacuum grease" which had previously been stored in a humid atmosphere with a relative humidity of 60 per cent, and thereby had adsorbed approx. 1.6 mg of water for each gram of "silicone vacuum grease". After the investigation, the power amplification factor was approx.

300 og falt som følge av gjensmeltningen forholdsvis lite, tatt i betraktning den høye begynnelsesverdi, nemlig til 230, og denne særlig høye verdi ble bibeholdt un- 300 and fell relatively little as a result of the remelting, taking into account the high initial value, namely to 230, and this particularly high value was maintained until

der forsøket ved 50° C og en elektrisk be- where the experiment at 50° C and an electric be-

lastning på 50 mW. Av dette eksempel fremgår at også «silikonvakuumfett», som har adsorbert en tilstrekkelig vannmengde er egnet som vannreservoar. load of 50 mW. This example shows that also "silicone vacuum grease", which has adsorbed a sufficient amount of water, is suitable as a water reservoir.

Tilslutt skal bemerkes at oppfinnelsen Finally, it should be noted that the invention

selvsagt ikke er begrenset til de ovenfor beskrevne eksempler av vannreservoarer og beholderkonstruksj oner. Anvendelsesområ- is of course not limited to the above described examples of water reservoirs and container constructions. Area of application

det er heller ikke begrenset til halvledende sperresjiktsystemer, hvis halvledende le- nor is it limited to semiconducting barrier layer systems, whose semiconducting le-

gemer består av germanium, idet de sam- gems consist of germanium, as they con-

me gode resultater kan oppnås ved anven- good results can be achieved by using

delse av montasjen av slike halvledende sperresjiktsystemer, hvor der anvendes en part of the assembly of such semiconducting barrier layer systems, where a

halvleder, hvor en eller flere fysikalske egenskaper påvirkes gunstig ved vann- semiconductor, where one or more physical properties are favorably affected by water

damp. steam.

Claims

1. Semiconductor barrier layer system, e.g. a transistor or a crystal diode, with a vacuum-tight container which, at least in the vicinity of the semi-conducting system, contains an effective quantity of water vapour, characterized by the fact that, to stabilize the electrical properties of the barrier layer system, a reservoir of water in a bound state, which water reservoir, in case of any reactions or adsorption of water on other parts of the container or on the container wall itself, ensures an excess of water vapor and thus by releasing water vapor during reactions or such adsorption can stabilize the effective amount of water vapor.

2. System according to claim 1, characterized in that the water reservoir, which consists of a substance with a quantity of water bound to it or in it, when the temperature rises emits sufficient water vapor to reduce the evaporation of water on the semiconductor surface, and upon subsequent temperature drop again occupies an equal a large amount of water or by reaction or adsorption removes so much water vapor that after a temperature cycle the relative humidity on the system's surface is brought back to its original value.

3. System according to claim 1 and/or 2, characterized in that the water reservoir contains a substance with crystal water.

4. System according to one or more of claims 1-3, characterized in that the water reservoir contains an oxide with its hydroxide.

5. System according to one or more of claims 1-4, characterized in that the water reservoir contains silicone organo-polymers which have absorbed a sufficient amount of water.

6. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that the semiconductor system is made of germanium, and that the water reservoir maintains a water vapor pressure which at room temperature is no more than 15 mm Hg and at 85° C is no more than 300 mm Hg.

7. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that the semiconductor system is made of germanium, and that the water reservoir at 85° C maintains a water vapor pressure of at least 10 mm Hg.

8. System according to one or more of the preceding claims, characterized in that the water reservoir at 85° C maintains a water vapor pressure of at least 20 mm Hg and at most 100 mm Hg.