DE910193C - Method for producing a rectifying, in particular light-sensitive, semiconductor element - Google Patents
Method for producing a rectifying, in particular light-sensitive, semiconductor elementInfo
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Description
AUSGEGEBEN AM 29. APRIL 1954ISSUED APRIL 29, 1954
M 15913 VIII c j2igM 15913 VIII c j2ig
ist in Anspruch genommenis used
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.The invention relates to rectifying and photosensitive semiconductor elements of the so-called P-N barrier type, in which the active part of the element consists of a barrier layer or barrier layers, which are embedded between metals, the rectifier properties of the N-type and P-type.
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, welcheThe most common method, P-N barrier connections for rectifying and photosensitive semiconductor elements consists in essential in that a contaminating diffusion of elements of the 5th and 3rd group of the Generate Periodic Table, which is deliberately divided into different parts of the length of a specimen are introduced, and that the part in which the desired connection is formed, thereafter removed from said specimen for final completion. These The method has the disadvantages that it is very expensive, shows poor reproducibility (except when great care is used), takes a long time and is very skillful in execution requires. The main object of the present invention is to provide a cheaper, faster one and to create a simpler method of making such connections and one which
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.to produce elements of the same type as possible. Further objects of the invention are to provide P-N barriers of high and predetermined value To generate light sensitivity, which should only decrease very slowly with use.
Gemäß der Erfindung wird ein gleichrichtendes, insbesondere lichtempfindliches Halbleiterelement vom P-N-Sperrschichttyp durch eine Wärmemethode hergestellt, bei welcher das eine Ende einesAccording to the invention, a rectifying, in particular, p-n junction type semiconductor photosensitive element by a thermal method manufactured, in which one end of a
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.ίο from a semiconductor installation, z. B. from germanium, existing elongated specimen of a high degree of purity, preferably in a vacuum high temperature while the other end is at an opposite that temperature is kept low temperature, so that due to the resulting high temperature gradient a P-N interface is formed in a central part along the specimen. Afterward then becomes that part of the specimen in which said barrier or barriers arises or arises, cut out of the sample.
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.The removed part is then preferably electrolytically etched in order to be rectified and to increase its photosensitivity, and preferably also the photosensitivity the connection observed during the etching process and its duration by the Observations clearly established.
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.Finally, the etched joint is protected from later deterioration by covering it with a very thin, effective, clear coating of an insulating film material, such as e.g. B. is known under the trade name Araldite.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert, von welchenThe invention is explained below with reference to the drawings, of which
Abb. ι den Hauptschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht undFig. Ι illustrates the main step of the method according to the invention and
Abb. 2 einen zusätzlich darauffolgenden Schritt darstellt.Fig. 2 shows an additional subsequent step.
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.One way of carrying out the invention is to put a strip of high purity, nitrogen-molten germanium with N-type rectifying properties and a resistivity on the order of 3 to 10 ohm-cm into a rectangular bar 1 cm in length , 2 mm wide and 1 mm thick. (The specific resistance is taken as a measure of the purity, since the impurities present are too low to be determined by normal chemical methods.) This bar is then rubbed smooth with a suitable abrasive powder and electrolytically etched, e.g. B. in a V10 normal potassium hydroxide solution using a platinum counter electrode. After this preparatory treatment, the bar, which is designated in Fig. 1 with 1, is clamped with one end firmly between two graphite blocks 2 and 3, which z. B. 0.5 cm thick, 4 cm long and 1 cm wide, in such a way that a length of 0.5 cm protrudes from the germanium bar 1 between the blocks. The protruding end of the bolt is kept in good thermal connection with a graphite plate 4, which has approximately the dimensions ι mm thickness X 1 cm length X 0.5 cm width and by means of heavy copper blocks 5 and 6, which on the one hand as limiting power supplies for serve the plate and on the other hand support it on two opposite edges, a current of about 30 A is sent through it. The apparatus, which comprises the jaws, the germanium bars and the heating plate is in the wrapping of a vacuum system provided (not shown in the drawing), in which a vacuum prevails from about io ~~ 5 mm of mercury and which is maintained during the heating. After about 2 minutes of this heating in a vacuum, the temperature of the protruding end of the germanium bar 1 has risen to about 1000 ° C., but the large heat capacity of the clamping jaws 2 and 3 means that the other, i.e. the clamped end, is below about 400 ° C. remains so that a steep temperature gradient is created in the ingot and a PN boundary layer is formed approximately midway along its length. After the bar has cooled in a vacuum, the apparatus is dismantled, the position of the boundary layer is determined by measuring the photosensitive cross-section over the boundary area and then a part about 2 mm long, the ends of which are both about 1 mm from the actual seat of the photosensitive cross-section are removed, cut from the ingot with a diamond impregnated copper disk rotating at high speed. This cutout forms the desired element, and its ends are then electroplated with nickel and lead wires are soldered to this coating. Then its photosensitivity and its rectifying characteristics are compared with a standard PN connection.
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-The lead wires and the metal-coated ends of the element are then coated with a suitable insulating varnish and then the said element is used as an anode of an electrolytic cell against a platinum cathode in a n / 100 aqueous potassium hydroxide solution, through which a caustic current of about ι mA flows. This is shown schematically in Fig. 2, where the element is shown enlarged with 11 and the letters P and N are written on each side of the connection. In Fig. 2, A is the platinum anode, R is an adjustable resistor, S is a suitable voltage source and M is a milliammeter. G is a galvanometer connected to the element 11. The corrosive current causes an increase in sensitivity over time, and the increase is observed during the etching process by illuminating the PN connection with white light (not shown) and the display of the galvanometer G, which is parallel to the connection, observing
tet und gegen die Zeit aufgezeichnet wird. Die Ätzung wird so lange fortgesetzt, bis die maximale Empfindlichkeit erreicht ist.tet and recorded against time. The etching is continued until the maximum Sensitivity is reached.
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 DickeThe element is now removed from the etching bath and, after the protective lacquer has been dissolved in a suitable solution, washed in gasoline and dried. It is then applied to all surfaces with an ordinary, translucent, thin, insulating protective layer about ίο μ thick
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 Stundenίο covered from a suitable, film-forming material. The material known under the trade name Araldite is preferably made from an acetone solution dusted to form this layer, which then lasts for about 5 hours
t5 bei etwa 1200 C getrocknet wird.is dried at about 120 0 C t5.
Das schließliche Ergebnis ist ein stabiles und empfindliches Element, welches gut gegen spätere Verschlechterung durch eine langsame Oxydation der empfindlichen Oberflächen geschützt ist.The final result is a stable and sensitive element that is good against later Deterioration is protected by a slow oxidation of the sensitive surfaces.
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.ao It should be pointed out that the process according to the invention can of course also be used for production of barrier layer combinations can be used in which a P- or N-conductive middle layer of a semiconductor crystal embedded between two layers with N or P conductivity is. Such N-P-N or P-N-P type barrier layer combinations are known to be used in manufacture required by junction transistors.
Claims (6)
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| 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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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| DE956434C (en) * | 1953-12-10 | 1957-01-17 | Siemens Ag | Semiconductor arrangement with two or more junctions between zones of different conductivity types and an additional hook |
| DE1058633B (en) * | 1955-06-14 | 1959-06-04 | Ibm Deutschland | Process for the production of barrier-free electrodes on cadmium sulfide semiconductors |
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1951
- 1951-11-30 GB GB28198/51A patent/GB699329A/en not_active Expired
-
1952
- 1952-10-18 DE DEM15913A patent/DE910193C/en not_active Expired
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| DE956434C (en) * | 1953-12-10 | 1957-01-17 | Siemens Ag | Semiconductor arrangement with two or more junctions between zones of different conductivity types and an additional hook |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB699329A (en) | 1953-11-04 |
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