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DE910193C - Verfahren zur Herstellung eines gleichrichtenden, insbesondere lichtempfindlichen Halbleiterelements - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines gleichrichtenden, insbesondere lichtempfindlichen Halbleiterelements

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Publication number
DE910193C
DE910193C DEM15913A DEM0015913A DE910193C DE 910193 C DE910193 C DE 910193C DE M15913 A DEM15913 A DE M15913A DE M0015913 A DEM0015913 A DE M0015913A DE 910193 C DE910193 C DE 910193C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
specimen
test piece
rectifying
high temperature
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DEM15913A
Other languages
English (en)
Inventor
William Edward Copsey
Ian George Archie Cressell
Michael Frederick Madigan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BAE Systems Electronics Ltd
Original Assignee
Marconi Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marconi Co Ltd filed Critical Marconi Co Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE910193C publication Critical patent/DE910193C/de
Expired legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/02—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion materials in the solid state
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Description

AUSGEGEBEN AM 29. APRIL 1954
M 15913 VIII c j2ig
ist in Anspruch genommen
Die Erfindung bezieht sich auf gleichrichtende und lichtempfindliche Halbleiterelemente vom sogenannten P-N-Sperrschichttyp, tei welchem der aktive Teil des Elementes aus einer Sperrschicht oder Sperrschichten besteht, welche zwischen Metallen eingelagert sind, die Gleichrichtereigenschaften vom N-Typ und P-Typ besitzen.
Die gebräuchliche Methode, P-N-Sperrschichtverbindungen für gleichrichtende und lichtempfindliche Halbleiterelemente zu erhalten, besteht im wesentlichen darin, eine verunreinigende Eindiffusion von Elementen der 5. und 3. Gruppe des Periodischen Systems zu erzeugen, welche vorsätzlich in verschiedene Teile der Länge eines Probestückes eingeführt werden, und daß der Teil, in welchem die gewünschte Verbindung gebildet wird, danach aus dem besagten Probestück zur endgültigen Fertigstellung entfernt wird. Diese Methode hat die Nachteile, daß sie sehr kostspielig ist, schlechte Reproduzierbarkeit zeigt (außer, wenn große Sorgfalt verwendet wird), viel Zeit in Anspruch nimmt und großes Geschick in der Ausführung erfordert. Der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine billigere, schnellere und einfachere Methode zur Herstellung solcher Verbindungen zu schaffen und eine solche, welche
möglichst gleichartige Elemente herzustellen gestattet. Weitere Gegenstände der Erfindung sind es, P-N-Sperrschichten von hoher und vorgegebener Lichtempfindlichkeit zu erzeugen, welche beim Gebrauch nur sehr langsam nachlassen sollen.
Gemäß der Erfindung wird ein gleichrichtendes, insbesondere lichtempfindliches Halbleiterelement vom P-N-Sperrschichttyp durch eine Wärmemethode hergestellt, bei welcher das eine Ende eines
ίο aus einem Halbleitereinkrlstall, z. B. aus Germanium, bestehenden länglichen Probestücks von·hohem Reinheitsgrad vorzugsweise im Vakuum einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, während das andere Ende auf einer gegenüber dieser Temperatur niedrigen Temperatur gehalten wird, so daß infolge des hierdurch bedingten hohen Temperaturgradienten in einem mittleren Teil längs des Probestücks eine P-N-Grenzschicht gebildet wird. Anschließend wird dann der Teil des Probestücks, in welchem die besagte Sperrschicht oder Sperrschichten ensteht oder entstehen, aus dem Probestück herausgeschnitten.
Der entfernte Teil wird dann vorzugsweise auf elektrolytischem Wege geätzt, um seine Gleichrichterwirkung und seine Photoempfindlichkeit zu erhöhen, und vorzugsweise wird auch die Photoempfindlichkeit der Verbindung während des Ätzprozesses beobachtet und seine Dauer durch die Beobachtungen eindeutig festgelegt.
Schließlich wird die geätzte Verbindung vor späterer Verschlechterung dadurch beschützt, daß sie mit einem sehr dünnen, wirksamen, durchsichtigen Überzug eines isolierenden Filmmaterials überzogen wird, wie es z. B. unter dem Handelsnamen Araldite bekannt ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert, von welchen
Abb. ι den Hauptschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht und
Abb. 2 einen zusätzlich darauffolgenden Schritt darstellt.
Eine Art, die Erfindung auszuführen, besteht darin, einen Streifen von in Stickstoff geschmolzenem Germanium mit hohem Reinheitsgrad und mit N-Typ-Gleichrichtereigenschaften und mit einem spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 3 bis 10 Ohm-cm in einen rechteckigen Riegel von 1 cm Länge, 2 mm Breite und 1 mm Dicke zu zerschneiden. (Der spezifische Widerstand wird als Maß für die Reinheit genommen, da die vorhandenen Verunreinigungen zu gering sind, um durch normale chemische Methoden bestimmt zu werden.) Dann wird dieser Riegel mit einem geeigneten Schleifpulver glattgerieben und elektrolytisch geätzt, z. B. in einer- V10 normalen Kaliumhydroxydlösung, wobei eine Platingegenelektrode verwendet wird. Nach dieser vorbereitenden Behandlung wird der Riegel, der in Abb. 1 mit 1 bezeichnet ist, mit einem Ende fest zwischen zwei Graphitblöcke 2 und 3 geklemmt, welche z. B. 0,5 cm dick, 4 cm lang und 1 cm breit sein können, und zwar so, daß noch eine Länge von 0,5 cm von dem Germaniumriegel 1 zwischen den Blöcken hervorspringt. Das hervorspringende Ende des Riegels wird in guter Wärmeverbindung mit einer Graphitplatte 4 gehalten, welche ungefähr die Abmessungen ι mm Dicke X 1 cm Länge X 0,5 cm Breite besitzt und durch die, vermittels schwerer Kupferblöcke 5 und 6, welche einerseits als begrenzende Stromzuführungen für die Platte dienen und andererseits diese auch an zwei entgegengesetzten Kanten stützen, ein Strom von ungefähr 30 A hindurchgeschickt wird. Der Apparat, welcher die Klemmbacken, den Germaniumriegel und die Erhitzungsplatte umfaßt, ist in die Umhüllung eines Vakuumsystems gestellt (in der Zeichnung nicht gezeigt), in welchem ein Vakuum von ungefähr io~~5 mm Quecksilbersäule herrscht und welches während der Erhitzung aufrechterhalten wird. Nach ungefähr 2 Minuten dieser Erhitzung im Vakuum ist die Temperatur des hervorspringenden Endes des Germaniumriegels 1 auf ungefähr 10000 C angestiegen, wobei aber die große Wärmekapazität der Klemmbacken 2 und 3 bewirkt, daß das andere, also das eingespannte Ende unterhalb von ungefähr 4000 C bleibt, so daß ein steiler Temperaturgradient in dem Barren entsteht und ungefähr in der Mitte seiner Länge eine P-N-Grenzschicht gebildet wird. Nachdem sich der Barren im Vakuum abgekühlt hat, wird der Apparat abgebaut, die Lage der Grenzschicht durch Messung des photoempfindlichen Querschnitts über dem Grenzbereich ermittelt und dann wird ein Teil von ungefähr 2 mm Länge, dessen Enden beide ungefähr 1 mm vom eigentlichen Sitz des photoempfindlichen Querschnitts entfernt sind, aus dem Barren mit einer diamantimprägnierten, sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Kupferscheibe herausgeschnitten. Dieser Ausschnitt bildet das gewünschte Element, und seine Enden werden dann galvanisch mit Nickel überzogen und an diesen Überzug Zuführungsdrähte angelötet. Dann werden seine Photoempfindlichkeit und seine Gleichrichtercharakteristiken mit einer Standard-P-N-Verbindung verglichen.
Die Zuführungsdrähte und die mit Metall überzogenen Enden des Elementes werden dann mit einem passenden Isolierlack überzogen und dann das besagte Element als Anode einer elektrolytischen Zelle gegen eine Platinkathode in einer n/100 wäßrigen Kaliumhydroxydlösung verwendet, durch welche ein ätzender Strom von ungefähr ι mA fließt. Dies ist schematisch in Abb. 2 gezeigt, wo das Element vergrößert mit 11 bezeichnet ist und die Buchstaben P und N auf jede Seite der Verbindung angeschrieben sind. In Abb. 2 ist A die Platinanode, R ein einstellbarer Widerstand, S eine passende Spannungsquelle und M ein Milliamperemeter. G ist ein Galvanometer, welches mit dem Element 11 verbunden ist. Der ätzende Strom verursacht ein Anwachsen der Empfindlichkeit im Laufe der Zeit, und das Anwachsen wird während des Ätzvorganges beobachtet, indem die P-N-Verbindung mit weißem Licht (nicht dargestellt) beleuchtet wird und die Anzeige des Galvanometers G, welches parallel zu der Verbindung liegt, beobach-
tet und gegen die Zeit aufgezeichnet wird. Die Ätzung wird so lange fortgesetzt, bis die maximale Empfindlichkeit erreicht ist.
Das Element wird jetzt aus dem Ätzbad entfernt und, nachdem der Schutzlack in einer passenden Lösung aufgelöst worden ist, in Benzin gewaschen und getrocknet. Es wird dann auf allen Oberflächen mit einer gewöhnlichen, durchscheinenden, dünnen, isolierenden Schutzschicht von ungefähr ίο μ Dicke
ίο aus einem passenden, filmbildenden Material überzogen. Vorzugsweise wird das unter dem Handelsnamen Araldite bekannte Material aus einer Acetonlösung aufgestäubt, um diese Schicht zu bilden, die dann während einer Dauer von ungefähr 5 Stunden
t5 bei etwa 1200 C getrocknet wird.
Das schließliche Ergebnis ist ein stabiles und empfindliches Element, welches gut gegen spätere Verschlechterung durch eine langsame Oxydation der empfindlichen Oberflächen geschützt ist.
ao Es sei darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auch zur Herstellung von Sperrschichtkombinationen angewendet werden kann, bei welchen eine P- oder N-leitende Mittelschicht eines Halbleiterkristalls zwischen zwei Schichten mit N- bzw. P-Leitfähigkeit eingebettet ist. Solche Sperrschichtkombinationen vom N-P-N- oder P-N-P-Typ werden bekanntlich zur Herstellung von Flächentransistoren benötigt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE:
    i. Verfahren zur Herstellung eines gleichrichtenden, insbesondere lichtempfindlichen Halbleiterelementes vom P-N-Sperrschichttyp, . dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende eines aus einem Halbleitereinkristall, ζ. Β. aus Germanium, bestehenden länglichen Probestücks von hohem .Reinheitsgrad vorzugsweise im Vakuum einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, während das andere Ende auf einer gegenüber dieser Temperatur niedrigen Temperatur gehalten wird, so daß infolge des hierdurch bedingten hohen Temperaturgradienten in einem mittleren Teil längs des Probestücks eine P-N-Grenzschicht gebildet wird, und daß dann der Teil des Probestücks, in welchem die besagte Sperrschicht oder Sperrschichten entsteht oder entstehen, aus dem Probestück herausgeschnitten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe Temperatur an dem einen Ende des Probestücks durch Berührung mit einer Graphitplatte erzeugt wird, durch welche ein starker elektrischer Strom fließt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung einer niedrigen Temperatur am anderen Ende des Probestücks dieses zwischen zwei Graphitblöcke von großer Wärmekapazität geklemmt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der herausgeschnittene Teil des Probestücks elektrolytisch geätzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfindlichkeit der Verbindung während des Ätzvorganges beobachtet wird und die Dauer des Ätzvorganges an Hand der Beobachtungen festgelegt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Element auf allen Oberflächen mit einer sehr dünnen, durchsichtigen Schutzschicht aus einem isolierenden, filmbildenden Material überzogen wird.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    1 9511 4.54
DEM15913A 1951-11-30 1952-10-18 Verfahren zur Herstellung eines gleichrichtenden, insbesondere lichtempfindlichen Halbleiterelements Expired DE910193C (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB28198/51A GB699329A (en) 1951-11-30 1951-11-30 Improvements in or relating to semi-conductor rectifying and photo-sensitive elements

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Publication Number Publication Date
DE910193C true DE910193C (de) 1954-04-29

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ID=10271842

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DEM15913A Expired DE910193C (de) 1951-11-30 1952-10-18 Verfahren zur Herstellung eines gleichrichtenden, insbesondere lichtempfindlichen Halbleiterelements

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DE (1) DE910193C (de)
GB (1) GB699329A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE956434C (de) * 1953-12-10 1957-01-17 Siemens Ag Halbleiteranordnung mit zwei oder mehr UEbergaengen zwischen Zonen von unterschiedlichem Leitungstypus und zusaetzlichem Hook
DE1058633B (de) * 1955-06-14 1959-06-04 Ibm Deutschland Verfahren zur Herstellung sperrfreier Elektroden auf Cadmiumsulfid-Halbleitern

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE956434C (de) * 1953-12-10 1957-01-17 Siemens Ag Halbleiteranordnung mit zwei oder mehr UEbergaengen zwischen Zonen von unterschiedlichem Leitungstypus und zusaetzlichem Hook
DE1058633B (de) * 1955-06-14 1959-06-04 Ibm Deutschland Verfahren zur Herstellung sperrfreier Elektroden auf Cadmiumsulfid-Halbleitern

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GB699329A (en) 1953-11-04

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