DE1005647B

DE1005647B - Verfahren zum Verhindern negativer Leitungskanaele in der p-leitenden Zone eines Germaniumtransistorelementes und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Germaniumtransistorelement

Info

Publication number: DE1005647B
Application number: DEW18854A
Authority: DE
Inventors: Walter Hauser Brattain; Charles Geoffrey Blyth Garrett
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1955-06-08
Filing date: 1956-04-14
Publication date: 1957-04-04
Also published as: US2777974A; GB803298A; BE546710A; FR1148554A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verhindern negativer Leitungskanäle in der p-leitenden Zone eines Germaniumtransistorelementes mit aneinanderstoßenden Zonen von η-leitendem und p-leitendem Material, bei dem die Oberflächenausdehnung der p-leitenden Zone kleiner ist als die der η-leitenden Zone, und auf ein nach diesem A^erfahren hergestellten Transistor.

Es ist allgemein bekannt, daß das Vorhandensein von Ableitungswegen auf oder in der Nähe der Oberfläche von Halbleiterkörpern das Arbeiten derartiger Übertragungsanordnungen verschlechtern kann und in vielen Fällen tatsächlich \^rerschlechtert. Weiterhin scheint es der Fall zu sein, daß die Umgebungsbedingungen des Halbleiters zur Bildung derartiger Ableitungswege beitragen.

Es ist Aufgabe des vorliegenden Verfahrens, einen Transistor 'herzustellen, bei dem das Betriebsverhalten dadurch verbessert ist, daß die Bildung schädlicher Ableitungswege auf oder in der Nähe der Oberfläche des Halbleiters verhindert wird.

Gemäß der Erfindung wird zuerst die Oberfläche des Transistorelementes gesäubert und das Element unter Aufrechterhaltung der Oberflächenreinheit in ein Gehäuse eingebracht, anschließend das Gehäuse luftleer gemacht und dann mit Sauerstoff gefüllt und dicht geschlossen.

Ziel und Merkmale des vorliegenden Verfahrens und Merkmale der damit hergestellten Transistoren werden an Hand der folgenden näheren Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, eines Transistors gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines aus der Schmelze gezogenen NPN-Schichttransistors und

Fig. 3 und 4 schematische Ansichten von legierten PNP-Schichttransistoren.

Eine Übertragungsanordnung, bei der das vorliegende Verfahren angewendet wurde, ist ein aus der Schmelze gezogener NPN-Schichttransistor, wie er schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Eine derartige Vorrichtung kann, wie z. B. in Fig. 1 gezeigt, auf einer Grundplatte 10 angeordnet und in einer mit der Grundplatte dicht verbundenen Hülle oder Kappe 11 eingeschlossen sein. Die Hülle 11 weist in üblicher Weise einen Rohransatz 12 zum Absaugen von Gas und zum Einbringen von Gas in die Hülle auf. Die Grundplatte 10 kann eine aus Metall bestehende Hülse 13 od. dgl. aufweisen, die an einem Ende mit einem Flansch 14 versehen ist. Die Hülse 13 umschließt einen aus Glas oder einem ähnlichen Stoff bestehenden Körper oder eine Elektrodendurchführung 15, die in der Hülse dicht eingeschlossen ist. Leitun-Verfahren zum Verhindern negativer

Leitungskanäle in der p-leitenden Zone

eines Germaniumtransistorelementes

und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Germaniumtransistorelement

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. Juni 1955

Walter Hauser Brattain, Chatham, N. J.,
und Charles Geoffrey Blythe Garrett,

Morristown, N. J. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

gen 16 sind in der Elektrodendurchführung 15 dicht eingeschmolzen und dienen als Halterungen für das NPN-Stäbchen 17 im Innern der Hülle und als Anschlüsse außerhalb der Hülle.

Bei der Herstellung dieser Vorrichtung wird das Germaniumstäbchen 17 an seinen Enden zwischen zwei der Halterungsdrähte 16 befestigt, während zwei andere Halterungsdrähte mit der dazwischenliegenden p-leitenden Zone verbunden werden.

Das Germaniumstäbchen wird dann gesäubert, um Verunreinigungen der Oberfläche zu entfernen. Dies kann beispielsweise durch Ätzen mit einer Mischung aus 25 Teilen Salpetersäure und 3 Teilen Salzsäure durchgeführt werden. Das Stäbchen wird dann in strömendem, entionisiertem Wasser und Äthylalkohol gewaschen und anschließend mit Stickstoff trocken geblasen.

Die Kappe 11 wird unmittelbar danach auf die Grundplatte 10 aufgesetzt und dort z. B. durch Schweißen befestigt. Es ist auch möglich, den Grundplattenaufbau mit dem gereinigten Stäbchen in trockenem Stickstoff zu halten, bis die Hülle oder die Kappe angebracht wird. Die Hülle wird dann luftleer gemacht und über den Rohransatz 12 mit Sauerstoff gefüllt. Der Rohransatz wird dann entweder durch Abquetschen oder durch Schweißen dicht verschlossen.

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In einem aus der Schmelze gezogenen NPN-Schichttransistor der gerade beschriebenen und in Fig. 2 dargestellten Art ist die dazwischenliegende p-leitende Zone 20 sehr dünn, und die zwischen den PN-Übergängen und den metallischen Elektroden 22 liegenden η-leitenden Zonen sind relativ dick. Daher sind die Ladungsträgerwege durch die η-leitende Zone lang und durch die p-leitende Zone kurz. Die für eine derartige Anordnung schädlichen Ableitungswege sind die sogenannten Kanäle von η-leitendem Material auf oder in der Nähe der Oberfläche der p-leitenden Zone.

Die Wirkung der umgebenden Sauerstoffatmosphäre ist die, daß auf oder in unmittelbarer Nähe der Oberfläche von η-leitenden und von p-leitenden Zonen eine Schicht von p-leitendem Material gebildet .wird. Daher können sich η-leitende Kanäle oder Ableitungswege in der p-leitenden Zone nicht bilden bzw. wenn sich derartige Kanäle bereits gebildet haben, werden sie beseitigt, indem sie zu η-leitendem Material umgewandelt werden. Für die Länge des ladungsführenden ao Weges ist der Querschnitt der p-leitenden Schicht, die sich auf der Oberfläche des η-leitenden Materials bildet, so klein im Vergleich zum Querschnitt des zum Ladungsträgertransport zur Verfugung stehenden, η-leitenden Materials, daß dieser Teil der p-leitenden Schicht keine erhebliche Wirkung besitzt.

Ein anderer Transistor, bei dem die Erfindung anwendbar ist, ist ein legierter PNP-Schichttransistor. In einer derartigen, schematisch in den Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnung weist ein Körper oder eine Scheibe 30 aus η-leitendem Material zwei Zonen 31 und 32 aus p-leitendem Material auf, das in gegenüberliegende Seiten einlegiert wurde. Die Elektroden 33 und 34 sind mit diesen Zonen verbunden. Die Verbindung zu der η-leitenden Zone wird durch einen Metallring 35 hergestellt, der mit dem Körper verbunden, jedoch von den anderen Elektroden in einem gewissen Abstand angeordnet ist.

Die p-leitenden Zonen können dadurch gebildet werden, daß ein kleines Stückchen Legierungsmetall auf dem Körper 30 befestigt wird. Dieses Metall kann z. B. Akzeptoren liefern bzw. eine eine p-leitende Formation bildende Verunreinigung darstellen. Das Legierungsmetall vrird erhitzt, so daß die Verunreinigung in den Körper in einen schmalen Bereich rund um das Stückchen herum hineindiffundiert. Das Metallstückchen dient dann als Elektrode und der eindiffundierte Teil als p-leitende Zone. Eine geeignete Akzeptorverunreinigung ist Indium oder Gallium.

In einer derartigen Anordnung sind die Ladungsträgerwege von den PN-Übergängen durch die p-leitenden Zonen zu den Elektroden relativ kurz und von geringem Querschnitt, während die Wege von der Elektrode 35 durch das η-leitende Material langer sind und einen größeren Querschnitt aufweisen. Eine derartige Anordnung kann: in gleicher Weise in einer Hülle untergebracht werden, wie sie für den oben beschriebenen: NPN-Transistor verwendet wurde.

Durch Reinigen der Oberfläche des Halbleiterkörpers, durch. Auf rechterhalten der Reinheit, Einkapseln des Körpers und Einbringen des Körpers in Sauerstoff wird mit dieser Anordnung die gleiche wünschenswerte Wirkung erreicht wie mit dem aus der Schmelze gezogenen NPN-Schichttransistor. Die Wirkung des Sauerstoffs, eine p-leitende Zone zu bilden, beseitigt alle η-leitenden Kanäle auf oder in der Nähe der Oberfläche der kurzen, geringen Querschnitt aufweisenden p-leitenden Zone, während eine dünne p-leitende Schicht, die sich auf der n-leitenden Zone bilden kann, nicht ausreicht, um diese Zone kurzzuschließen.

Die Erfindung ist nicht auf die bestimmten Ausführungsformen einer Übertragungseinrichtung, wie sie gerade beschrieben wurde, beschränkt, sondern ist ebenfalls auf andere, aus Germanium bestehende Übertragungseinrichtungen anwendbar, die aneinanderstoßende η-leitende und p-leitende Zonen aufweisen und bei denen die Ladungsträgerwege auf oder in der Nähe der Oberfläche der p-leitenden Zone relativ kurz und in der η-leitenden Zone relativ lang sind. Dabei ist die Masse der η-leitenden Zone derart ausgebildet, daß die zur Verfügung stehenden Ladungsträgerwege ausreichend sind, um irgendwelche p-leitenden Wege, die sich auf oder in der Nähe der Oberflächen einer η-leitenden Zone bilden können, in ihrer Wirkung zu überdecken.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verhindern negativer Leitungskanäle in der p-leitenden Zone eines Germaniumtransistorelementes mit aneinanderstoßenden Zonen von η-leitendem und p-leitendem Material, bei dem die Oberflächenausdehnung der p-leitenden Zone kleiner ist als die der η-leitenden Zone, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Oberfläche des Elementes gesäubert und das Element unter Aufrechterhalten der Oberflächenreinheit in ein Gehäuse eingebracht wird und daß anschließend das Gehäuse luftleer gemacht, dann mit Sauerstoff gefüllt und dicht verschlossen wird.

2. Germaniumtransistoreiement, das nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aneinanderstoßende η-leitende bzw. p-leitende Zonen aufweist, daß die Oberflächenausdehnung der p-leitenden Zone geringer ist als die der η-leitenden Zone und daß der Halbleiterkörper in einem dichten Gehäuse befestigt ist, in dem sich eine Sauerstoff atmosphäre befindet.

3. Germaniumtransistoreiement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf beiden Seiten einer dünnen p-leitenden Zone eine an diese Zone anstoßende breite η-leitende Zone befindet und daß durch den in dem dichten Gehäuse eingeschlossenen Sauerstoff die p-Leitfähigkeit der p-leitenden Zone an der Oberfläche der p-leitenden Zone aufrechterhalten wird.

4. Germaniumtransistoreiement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen mit jeder Zone aus dem Gehäuse herausgeführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen