DE1246886B - Process for stabilizing and improving the blocking properties of semiconductor components - Google Patents
Process for stabilizing and improving the blocking properties of semiconductor componentsInfo
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Description
Verfahren zur Stabilisierung und Verbesserung der Sperreigenschaften von Halbleiterbauelementen Die an ein Halbleiterbauelement mit mindestens einem pn-übergang, insbesondere an einen Halbleitergleichrichter in Sperrichtung angelegte Spannung ruft auf beiden Seiten des pn-Übergangs eine von Ladungsträgem entblößte Raumladungszone hervor, die mit dem pn-übergang an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt, und deren Ausdehnung mit von der angelegten Spannung abhängig ist.Process for stabilizing and improving the barrier properties of semiconductor components Die to a semiconductor component with at least one pn junction, in particular applied to a semiconductor rectifier in the reverse direction Voltage causes a bare of charge carriers on both sides of the pn junction Space charge zone emerges with the pn junction on the surface of the semiconductor body occurs, and its expansion depends on the applied voltage.
Die Sperrfähigkeit des Halbleiterbauelements wird nun sehr wesentlich von der Beschaffenheit des der Raumladungszone zugeordneten Bereichs der Halbleiteroberfläche bestimmt. Sowohl die das Halbleitermaterial umgebende Atmosphäre als auch das Halbleitennaterial einhüllende Fremdstoffe können die Oberfläche chemisch oder physikalisch verändern. lonisierte Fremdatome können auf dem der Raumladungszone zugeordneten Bereich der Halbleiteroberfläche eine Verringerung der Durchbruchsspannung und damit eine Verschlechterung des Sperrvermögens des Halbleiterbauelements herbeiführen. Solche auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Ladungsträger stellen einen niederohmigen Parallelwiderstand zum hochohmigen Sperrwiderstand des Halbleitermaterials dar und bewirken eine unerwünschte Erhöhung des Sperrstroms. Diese angeführten nachteiligen Einflüsse auf die Halbleiteroberfläche führen in vielen Fällen zu Spannungsüberschlägen und zur Zerstörung des Halbleiterbauelements.The blocking capability of the semiconductor component now becomes very important on the nature of the area of the semiconductor surface assigned to the space charge zone certainly. Both the atmosphere surrounding the semiconductor material and the semiconductor material Enveloping foreign matter can chemically or physically change the surface. Ionized foreign atoms can be found on the area of the space charge zone assigned Semiconductor surface a reduction in the breakdown voltage and thus a deterioration bring about the blocking capacity of the semiconductor component. Such on the semiconductor surface The charge carriers located represent a low-resistance parallel resistance to the high-resistance Block resistance of the semiconductor material and cause an undesirable increase of the reverse current. These mentioned adverse influences on the semiconductor surface in many cases lead to flashovers and the destruction of the semiconductor component.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, die Oberfläche des Halbleitermaterials insbesondere in der Umgebung des pn-übergangs nach dem Atzen mit einem Kunststoff- bzw. Lacküberzug abzudecken. Hierfür eignen sich Lacke, die einen hohen Isolationswiderstand besitzen und auch bei den beim Einsatz im Halbleiterbauelement auftretenden hohen Betriebstemperaturen (bei Silizium-Halbleitergleichrichtern bis zu 200' Q keine nachteiligen Änderungen erfahren.To avoid these disadvantages, it is known to cover the surface of the semiconductor material, in particular in the vicinity of the pn junction, with a plastic or lacquer coating after etching. For this, coatings which have a high insulation resistance and are not adversely changes also in the involved in their use in the semiconductor component high operating temperatures (for silicon semiconductor rectifiers up to 200 'Q.
Zu diesem Zwecke sind Siliconlacke vorgeschlagen worden, jedoch zeigen mit einem Siliconlack abgedeckte Silizium-Gleichrichter nach einer gewissen Betriebsdauer in unterschiedlicher Weise eine Zunahme des Sperrstroms. Es tritt, wie Versuche gezeigt haben, insbesondere dann eine erhebliche Verschlechterung der Sperrfähigkeit des Halbleiterbauelements ein, wenn die auf dem vorbestimmten Oberflächenbereich des Halbleitennaterials aufgebrachte Siliconlackschicht bei Temperaturen von ungefähr 200' C eingebrannt wird. Diese Verschlechterung der Sperrfähigkeit wird auf den insbesondere bei diesen Temperaturen ungünstigen Einfluß von Sauerstoff auf die Halbleiteroberfläche zurückgeführt. Es ist bekannt, daß Siliconlacke noch eine relativ hohe Diffusion des Sauerstoffs zulassen.Silicone varnishes have been proposed for this purpose, but silicon rectifiers covered with a silicone varnish show an increase in the reverse current in different ways after a certain period of operation. It occurs, as tests have shown, in particular a considerable deterioration of the blocking capability of the semiconductor device on when the force applied to the predetermined surface area of the Halbleitennaterials silicone varnish layer at temperatures of about 200 'C is baked. This deterioration in the blocking capability is attributed to the unfavorable influence of oxygen on the semiconductor surface, particularly at these temperatures. It is known that silicone varnishes still allow a relatively high diffusion of oxygen.
Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, dem Siliconlack zum Schutz der Halbleiteroberfläche gegen atmosphärische Einflüsse, insbesondere zum Schutz gegen Feuchtigkeit, Füllstoffe mit einer hohen Dielektrizitätskonstante und/oder mit einem hohen Diploment, beispielsweise Bariumtitanat, zur Verminderung des am pn-übergang bei elektrischer Belastung des Halbleiterbauelements auftretenden elektrischen Feldes beizugeben.It has also been proposed to protect the silicone varnish the semiconductor surface against atmospheric influences, especially for protection against moisture, fillers with a high dielectric constant and / or with a high diploma, for example barium titanate, to reduce the am pn junction when the semiconductor component is subjected to electrical stress Field.
Nach einem anderen Lösungsvorschlag wird dem Isolierlack feinverteiltes fasriges oder blätterförrniges Isoliermaterial hinzugefügt.According to another proposed solution, the insulating varnish is finely divided Fibrous or flaky insulation material added.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese vorgeschlagenen Füllstoffe für den Isolierlack zwar schädliche Einflüsse der das Halbleitermaterial umgebenden Atmosphäre vermindern bzw. vermeiden, daß jedoch die auf der Halbleiteroberfläche befindlichen ionisierten Fremdstoffe weiterhin eine Verschlechterung des Sperrvermögens des Halbleiterbauelements bewirken können.However, it has been shown that these proposed fillers for the insulating varnish is harmful to the influences of the semiconductor material surrounding it Reduce or avoid atmosphere, but that on the semiconductor surface ionized foreign matter present further a deterioration in the barrier capacity of the semiconductor component can cause.
Schließlich wurde mehrfach vorgeschlagen, zur Erhöhung der Ableitung der beim Einsatz im Halbleitermaterial entstehenden Verlustleistungswärme dem Isolierlack gut wärmeleitende Füllstoffe, beispielsweise Titandioxyd beizugeben.Finally, it has been suggested several times to increase the discharge the heat dissipated when used in the semiconductor material, the insulating varnish Adding fillers that conduct heat well, for example titanium dioxide.
Gegenüber den bekannten Lösungen zur Stabilisierung und zur Verbesserung des Sperrverhaltens von Halbleiterbauelementen werden bei dem Verfahren nach der Erfindung dem Isolierlack stark oberflächenaktive Füllstoffe beigegeben, die durch ihre hohe Adsorptionsfähigkeit sowohl den Zutritt der das Halbleitermaterial umgebenden Atmosphäre und damit die Diff-usion von Fremdstoffen durch den Schutzlack wesentlich vermindern als auch den störenden Einfluß von auf der Halbleiteroberfläche befindlichen unerwünschten Fremdstoffen durch adsorbtive Bindung derselben beseitigen.Compared to the known solutions for stabilization and improvement the blocking behavior of semiconductor components are in the method according to Invention of the insulating varnish added strong surface-active fillers, which by their high adsorptive capacity as well as the access of those surrounding the semiconductor material Atmosphere and thus the diffusion of foreign matter through the protective lacquer essential reduce as well as the disruptive influence of those on the semiconductor surface remove unwanted foreign substances by adsorbing them.
Demzufolge betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Stabilisierung und Verbesserung der Sperreigenschaften von Halbleiterbauelementen aus Element-oder Verbindungs-Halbleitern mit mindestens einem pn-übergang, bei dem zumindest die Halbleiteroberfläche in der Umgebung des pn-Übergangs mit einem Isolierlackfiberzug versehen wird, der feinverteiltes, elektrisch isolierendes Material insbesondere hoher Dielektrizitätskonstante und/oder hohen Dipolmoments enthält. Sie besteht darin, daß als Isolierlack ein an sich bekannter Siliconlack verwendet wird, daß dem Isolierlack als Füllstoff stark adsorbierende Metall- und/oder Halbleiteroxyde beiaegeben werden und daß der den oder die Füllstoffe enthaltende Isolierlack in einer oder mehreren Schichten aufgebracht und eingebrannt wird.Accordingly, the invention relates to a method for stabilization and improvement of the barrier properties of semiconductor components made of element-or Compound semiconductors with at least one pn junction, in which at least the Semiconductor surface in the vicinity of the pn junction with an insulating lacquer coating is provided, the finely divided, electrically insulating material in particular contains high dielectric constant and / or high dipole moment. she consists in that a known silicone varnish is used as insulating varnish that metal and / or semiconductor oxides that are strongly adsorbed as filler in the insulating varnish are added and that the insulating varnish containing the filler or fillers in one or more layers is applied and baked.
Insbesondere hat sich oberflächenaktives Titandioxyd und/oder Zirkondioxyd zur Lösung der gestellten Aufgabe als besonders vorteilhaft erwiesen. Es kann auch oberflächenaktives Aluminiumoxyd verwendet werden, welches zusätzlich noch den Vorteil einer guten Ableitung der im Halbleiterbauelement entstehenden Verlustleistungswärme zeigt. Auch Siliziumoxyd eignet sich in vorteilhafter Weise zur Verwendung als Füllstoff. Die Menge der dem Isolierlack beigegebenen Füllstoffe soll vorzugsweise 5 bis 40 Gewichtsprozent betragen.In particular, surface-active titanium dioxide and / or zirconium dioxide has proven to be particularly advantageous for solving the problem. Surface-active aluminum oxide can also be used, which additionally has the advantage of good dissipation of the heat dissipated in the semiconductor component. Silicon oxide is also advantageously suitable for use as a filler. The amount of fillers added to the insulating varnish should preferably be 5 to 40 percent by weight.
Das Auftragen der Lackschicht kann in an sich bekannter Weise durch Aufsprühen (Spritzen), Aufstreichen oder im Tauchverfahren erfolgen. Es können hierbei Schichten mit mehreren Füllsubstanzen oder mehrere Schichten mit verschiedener Füllsubstanz oder mit Mischungen mehrerer Füllsubstanzen aufgetragen werden.The lacquer layer can be applied in a manner known per se Spraying (spraying), brushing on or using the immersion method. It can do this Layers with several fillers or several layers with different fillers or can be applied with mixtures of several fillers.
So kann beispielsweise dem Siliconlack eine Mischung von Aluminiumoxyd und Titandioxyd zugesetzt werden. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß zuerst eine im wesentlichen Titandioxyd enthaltende Lackschicht und darüber eine im wesentlichen Aluminiumoxyd enthaltende Lackschicht aufgetragen wird, wobei hier zusätzlich die Eigenschaft des Aluminiumoxyds, Feuchtigkeit aufzunehmen, ausgenutzt werden kann.For example, a mixture of aluminum oxide can be used in the silicone varnish and titanium dioxide can be added. Another advantageous development of the method according to the invention consists in that first a substantially titanium dioxide containing Lacquer layer and above it a lacquer layer essentially containing aluminum oxide is applied, with the additional property of aluminum oxide, moisture can be exploited.
Durch diese Füllstoffe wird nicht nur die Durchlässigkeit des Siliconlacks für Fremdstoffe, beispielsweise für Sauerstoff, erheblich vermindert, sondern diese Fremdstoffe werden durch chemische Bindung direkt adsorbiert.These fillers not only improve the permeability of the silicone varnish for foreign substances, for example for oxygen, considerably reduced, but these Foreign substances are adsorbed directly through chemical bonding.
Silizium-Gleichrichter, welche mit einem oberflächenaktiven Titandioxyd enthaltenden Siliconlack abgedeckt wurden, zeigten nach dem Einbrennen des Lackes bei 200' C durchweg auch bei einer an das Halbleiterbauelement angelegten Sperrspannung von 1500 V keinen Anstieg des Sperrstroms. Diese Gleichrichter bieten außerdem, wie Versuche gezeigt haben, die Gewähr für über längere Betriebsdauer stabiles Sperrvermögen.Silicon rectifiers, which were covered with a surface-active titanium dioxide-containing silicone varnish, consistently showed no increase in the reverse current after the varnish had been baked at 200.degree. C. even with a reverse voltage of 1500 V applied to the semiconductor component. As tests have shown, these rectifiers also guarantee a stable blocking capacity over a longer period of operation.
Diese Verbesserung der Gleichrichter-Eigenschaften wird sowohl bei der Verwendung eines Halbleitermaterials vom n-Typ als auch bei Verwendung von p-leitendem Halbleitermaterial erzielt, und zwar mit ein und demselben Füllstoff. Das Auftreten von Spannungsüberschlägen auf der Halbleiteroberfläche wurde durch die Verwendung von Isolierlacken g#-mäß der Erfindung wesentlich vermindert. Versuche haben ergeben, daß solche Spannungsüberschläge außerhalb des Halbleiters, aber innerhalb des Siliconlackes noch auftraten, wenn der Isolierlack keinen Füllstoff gemäß der Erfindung enthält.This improvement in the rectifier properties is used for both the use of an n-type semiconductor material as well as when using p-conductive Achieved semiconductor material, with one and the same filler. The appearance of voltage flashovers on the semiconductor surface was due to the use of insulating varnishes according to the invention significantly reduced. Tests have shown that such flashovers outside of the semiconductor, but within the silicone varnish still occurred when the insulating varnish contains no filler according to the invention.
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich nicht nur zur Anwendung bei Silizium- oder Germanium-Gleichrichtern, sondern auch für Halbleiterbauelemente anderer Art mit einem oder mehreren pn-übergängen, beispielsweise für Transistoren, Fototransistoren u. dgl.The method according to the invention is not only suitable for use for silicon or germanium rectifiers, but also for semiconductor components of another type with one or more pn junctions, e.g. for transistors, Phototransistors and the like
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1960S0069712 DE1246886B (en) | 1960-07-30 | 1960-07-30 | Process for stabilizing and improving the blocking properties of semiconductor components |
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| DE1960S0069712 DE1246886B (en) | 1960-07-30 | 1960-07-30 | Process for stabilizing and improving the blocking properties of semiconductor components |
Publications (1)
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|---|---|
| DE1246886B true DE1246886B (en) | 1967-08-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1960S0069712 Pending DE1246886B (en) | 1960-07-30 | 1960-07-30 | Process for stabilizing and improving the blocking properties of semiconductor components |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1246886B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1960
- 1960-07-30 DE DE1960S0069712 patent/DE1246886B/en active Pending
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