DE1000935B - Formierverfahren zur bleibenden Verbesserung der elektrischen Oberflaecheneigenschaften eines Halbleiters, insbesondere zur Erhoehung des Sperrwiderstandes und zur Verrinerung des Durchlasswiderstandes elektrisch unsymmetrisch leitender Halbleiter-Kristall-Systeme - Google Patents

Description

• Formierverfahren zur bleibenden Verbesserung der elektrischen Oberflächeneigenschaften eines Halbleiters, insbesondere zur Erhöhung des Sperrwiderstands und zur Verringerung des Durchlaßwiderstandes elektrisch unsymmetrisch leitender Halbleiter-Kristall-Systeme Elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme, die einer Spannung in verschiedenen Stromrichtungen verschieden hohe Widerstände entgegensetzen, werden im wesentlichen durch die Größen dieser verschieden großen Widerstände gekennzeichnet. Je höher der Sperrwiderstand und je kleiner der Durchlaßwiderstand ist, um so besser pflegt ein derartiges System zu sein. Die Bemühungen der Hersteller zielen daher von jeher darauf, diese beiden kennzeichnenden Größen entsprechend zu verbassern.
• Elektrisch unsymmetrisch leitende Systeme sind vor allem Gleichrichter, Richtleiter und Transistoren. Insbesondere bei den beiden zuletzt genannten Arten ist die Verbesserung der vorhergehend gerannten Werte wegen der verhältnismäßig kleinen Leistungen, die zur Verfügung stehen, von ausschlaggebender Bedeutung. Es wurden Untersuchungen vorgenommen, deren Ergebnisse eine wesentliche V erlyesserung der obigen Werte erbrachten. Da das Verfahren, das diesen Untersuchungen zugrunde lag. verhältnismäßig einfach und ohne große Unkosten durchführbar ist, scheint es geeignet zu sein, einen grundlegenden Wandel in der Fertigung derartiger unsymmetrisch leitender Systeme herbeizuführen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Formierverfahren zur bleibenden Verbesserung der elektrischen Oberflächeneigenschaften eines Halbleiters - z. B. Germanium oder Silizium - mit Ausnahme von Selen, insbesondere zur Erhöhung des Sperrwiderstandes und zur Verringerung des Durchlaßwiderstandes elektrisch unsymmetrisch leitender Halbleiter-Kristall-Systeme, beispielsweise Gleichrichter, Richtleiter, Transistoren usw. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, d'aß die Halbleiteroberfläche, gegebenenfalls nach vorbereitenden Handlungen, wie Ätzen, Polieren usw., unmittelbar vor ihrem Zusammenbau mit den zusammenarbeitenden Teilen, wie flächen- oder spitzenhaften Gegenelektroden, einer Bestrahlung durch kurzwelliges Licht ausgesetzt wird. Die Intensität und die Zeitdauer dieser Behandlung hängen davon ab, welche Eigenschaften die benutzte Lichtquelle aufweist und welches Halbleitermaterial behandelt werden soll. Es zeigte sich nämlich bei den Untersuchungen, daß durch immer größere Dosierung der Bestrahlung nicht eine stetige oder laufende Verbesserung erzielbar ist, vielmehr nimmt der zunächst stetig steigende Verbesserungsfaktor nach Erreichen. eines Optimums wieder ab, so daß es notwendig ist, die jeweiligen Strahlungsbedingungen durch einen Vorversuch genauestens festzulegen, falls die, Theorie- über die erforderliche Größe nichts auszusagen vermag.
• Es wurde festgestellt, daß die Bestrahlung intensiv während mehrerer Stunden durchgeführt werden muß. Bei Zugrundelegung von Germanium als Halbleiter ergaben sich Bestrahlungszeiten zwischen 1 und 20 Stunden. Bei den vielfachen Serienuntersuchungen, die bereits durchgeführt wurden, ergab sich ein mittlerer günstigster Wert für die Bestrahlung von 2 bis 4 Stunden, wobei zwischen Quarzbrenner und Kristallen ein Abstand von 8 bis 16 cm bestand. Dies bedeutet aber keinesfalls, d@aß -dieser Wert in jedem Falle der günstigste ist. Es i,st durchaus möglich, daß bei Verwendung eines anderen Germaniums oder einer anderen Aufbereitungsart die Bestrahlungszeit weitgehend verändert werden muß.
• Da infolge der intensiven Bestrahlungseinwirkung eine Temperaturerhöhung der Halbleiter eintritt, was unter Umständen einen ungünstigen Einfluß auf die Eigenschaften und die Werte des Halbleitermaterials ausüben kann, empfiehlt es sich, den Halbleiter während der Bestrahlung zu kühlen. Es zeigte, sich, da13 , ein Luftraum ausreichend ist.
• Die verschiedenen durchgeführten Versuchsreihen zeigten im wesentlichen das gleiche Bild mit überraschend gleichmäßig hohen Verbesserungen. Es wurde der Du:rchlaß.strom von Germaniumkristallen bei -:- 1 Volt durchgehend auf 125 % verbessert, während der Sperrwiderstand bei - 5 Volt auf 220% anstieg. Während der bisher 3000 Stunden übersteigenden Beobachtungszeit derart hergestellter unsymmetrisch leitender Systeme zeigt sich, daß die verbesserten Eigenschaften konstant blieben, daß also etwaige Vermutungen, daß es sich nur um kurzzeitige Effekte handeln könnte, unrichtig sind. Eine besonders zweckmäßige Bestrahlungsanordnung sieht folgendermaßen aus: Um einen geraden, gestreckten Quarzbrenner als Achse wird im Abstand von etwa 10 cm ein hohlzylindrischer Körper angeordnet, der als Träger der auf seiner Innenoberfläche angebrachten HaINeiterkri:atalle dient: Da die Halbleiterkristalle selbst mit ihrer Halterung nur einige Quadratmillimeter Fläche beanspruchen, ist in dieser Weise die gleichzeitige und vor allem gleichmäßige Behandlung einer sehr großen Anzahl von Kristallen möglich. Durch den Hohlzylinder kann zu Kühlungszwecken ein Luftstrom geblasen werden.
• Die Ergebnisse nach. dem gekennzeichneten Verfahren lassen sich im Prinzip wie folgt denken. Die durch Photoeffekt in einer Schicht von 10--4 cm Tiefe ausgelösten Elektronen legen sich. an Sauerstoffatome an, welche an der Halbleiteroberfläche adsorbiert sind, wodurch eine besonders gut ausgebildete stabile Doppelschicht entsteht. Die Gleichrichterengenischaften der sich an die Doppelschicht anschließenden Schottkyschen Randschicht werden hierdurch wesentlich verbessert. Vermutlich spielt hierbei sekundär noch eine Veränderung der Störstellenverteilung in der Randschicht eine Rolle.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Formierverfahren zur bleibenden Verbesserung der elektrischen Oberflächeneigenschaften eines Halbleiters - z. B. Germanium oder Silizium - mit Ausnahme von Selen, insbesondere zur Erhöhung des Sperrwiderstandes und zur Verringerung des Durehlaßwiderstandes elektrisch unsymmetrisch leitender Halbleiter -Kri@stall-Sysfieme, beispielsweise Gleichrichter, Richtleiter, Transistoren usw., dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche, gegebenenfalls nach vorbereitenden Handlungen, wie Atzen, Polieren USW., unmittelbar vor ihrem Zusammenbau mit den zusammenarbeitenden Teilen, wie flächen-oder spitzenhaften Gegenelektroden, einer Bestrahlung durch kurzwelliges Licht ausgesetzt wird.
2. 2. Formierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung während mehrerer Stunden in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Lichtquelle und dem zur Anwendung gelangenden Halbleitermaterial durchgeführt wird.
3. 3. Formnerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Germaniumkristalle zwischen 1 bis 20 Stunden einer intensiven Bestrahlung durch UV-Licht ausgesetzt wenden.
4. 4. Formierverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bestrahlung während 2 bis 4 Stunden vorgenommen wird.
5. 5. Formierverfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter während der Bestrahlung beispielsweise durch einen Luftstrom gekühlt werden.
6. 6. Einrichtung zur Durchführung des Forrnierverfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß um einen gestreckten Quarzbrenner als Achse ein hohdzylindrilscher Körper als Träger der auf seiner Innenoberfläche angebrachten Halbleiterkristalle vorgesehen isst und daß gegebenenfalls durch den Hohlzylinder ein Kühlluftstrom geleitet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Pa:tentschriften Nr. 2 504 627, 2 504 628; Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Vol. 5, S. 524, S 139195 VIIIc/21g; ,deutsche Patentanmeldung S 8310 VIII c/ 21g.