DE1101626B

DE1101626B - Verfahren zur Herstellung von Selen-Gleichrichtern

Info

Publication number: DE1101626B
Application number: DES36543A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erich Nitsche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-11-30
Filing date: 1953-11-30
Publication date: 1961-03-09
Also published as: GB791053A; CH334114A; FR1113535A

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, daß bei Selen-Gleichrichtern während des Fertigungsvorganges eine Reaktion zwischen dem Metall der Deckelektrode und dem Selen stattfindet, die zur Ausbildung einer Reaktionszwischenschicht führt. Bei üblichen Deckelektrodenlegierungen, die als wirksamer Bestandteil Kadmium enthalten, besteht die Reaktionszwischenschicht aus Kadmium-Selenid. Es ist bekannt, daß Kadmium-Selenid ein Halbleiter mit Überschußleitfähigkeit ist, während Selen defektleitend ist. An der Grenze zwischen der Reaktionszwischenschicht und dem Selenkörper bildet sich daher eine Sperrschicht, die je nach der Richtung der angelegten Spannung arm an Ladungsträgern bzw. von Ladungsträgern überschwemmt ist.

Es ist ferner bekannt, daß die Sperrfähigkeit von Selen-Gleichrichtern durch bestimmte Zusätze von Metallen oder Metallsalzen, wie z. B. Thallium, Gallium, Indium oder Natriumchlorid, erheblich gesteigert werden kann. Man hat bisher diese Zusätze z. B. der Deckelelektrode beigefügt oder 'eine entsprechende Oberflächenbehandlung der Selenschicht vorgenommen. Der jeweils verwendete Zusatzstoff muß hierbei durch geeignete Fertigungsbehandlungen in die Zone der späteren Sperrschicht geführt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei diesen bekannten Verfahren nach Fertigstellung des Gleichrichters noch überschüssige Mengen der Zusätze zurückbleiben, die beim späteren Betrieb des Gleichrichters durch Einwanderung in dessen Halbleiterkörper zu einer Alterung im Sinne einer Erhöhung des Durchlaß wider-Standes des Gleichrichters führen können.

Für den Zusatz eines den Aufbau der Sperrschicht fördernden Stoffes, z. B. von Thallium, zum Metall der Deckel elektrode ist ein Anteil von 0,005 bis 0,1 % Verfahren zur Herstellung
von Selen-Gleichrichtern

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Erich Nitsche, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt worden

Herstellung von Selen-Gleichrichtern mit einer Sperrschicht an der Grenzfläche zwischen einer aus dem Halbleitermaterial und dem angrenzenden Deckelektrodenmetall erzeugten Reaktionszwischenschicht und dem weiteren Halbleiter, bei dem auf eine halogenhaltige Selenschicht eine weitere Schicht mit einem Gehalt an Thallium aufgebracht wird. Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß die weitere Schicht als thalliumhaltige Selenschicht mit einer Dicke von etwa 3 bis S-IO^-4 cm und mit einem Thalliumgehalt von 0,5 bis 5 · 1O^1-6 g/cm² der an der Sperrschichtbildung beteiligten Halbleiteroberfläche aufge

bracht wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis angegeben worden. Legt man einer Uberschlagsrech- 35 ^aus> daß der Thalliumzusatz gerade für die Ausbildung

nung gemäß dem üblichen Aufbau von Selen-Gleichrichtern eine Dicke der Deckelektrode von 1O^1-2Cm und ein spezifisches Gewicht ihres Materials von etwa 10 g/cm³ zugrunde, so ergibt sich eine Menge an Thallium von etwa 5 bis 100· 10-6 g/cm² Halbleiteroberfläche. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein Zusatz von 0,005 °/o Thallium zum Metall der Deckelektrode einen äußersten unteren Grenzwert darstellt, bei dem kaum noch eine merkliche Erhöhung der Sperrfähigkeit eintritt. Die praktisch verwendbaren Mengen liegen etwa bei 0,02 %.

Ferner ist bereits angegeben worden, daß Thallium zur Förderung der Sperrschichtbildung auch in Form einer besonderen Decklage auf die Oberfläche der Selenschicht aufgebracht werden kann. Die Literaturangaben über die Dicke einer solchen Thalliumschicht bewegen sich zwischen 100 Atomlagen (etwa 36·lO^⁶ g/cm-²) und 10-³cm (etwa 12000-1O^-6 g/cm-²).

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur der Reaktionszwischenschicht von wesentlicher Bedeutung ist. Durch das Verfahren nach der Erfindung wird bewirkt, daß bereits beim Aufbau des Halbleiterkörpers das Thallium unmittelbar in denjenigen Bereich der Selenschicht eingebracht wird, der bei den weiteren Fertigungsvorgängen, insbesondere bei der thermischen und elektrischen Formierung des Gleichrichters, an der Bildung der Reaktionszwischenschicht teilnimmt. Dieser Bereich der Selenschicht hat erfahrungsgemäß etwa eine; Tiefe von einigen 10 ~⁴ cm. Dadurch, daß das Thallium in räumlicher Verteilung von vornherein an der Stelle eingebaut wird, an der es bei der Bildung der Reaktionszwischenschicht benötigt wird, gelingt es, die Menge des Thalliums erheblich unter die bisher üblichen Mengen herabzusetzen und damit die Alterungsbeständigkeit des Gleichrichters entsprechend zu verbessern, ohne daß dabei eine Einbuße an Sperrfähigkeit in Kauf genommen werden muß. Es hat sich gezeigt, daß sich

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bereits mit den genannten geringen Thalliummengen Gleichrichter für hohe Sperrspannungen von etwa 40 V herstellen lassen, deren Alterungsbeständigkeit weit über diejenige hinausgeht, die bei nach bekannten Verfahren hergestellten Selen-Gleichrichtern erreicht werden konnte. Hieraus ist zu schließen, daß nach der Fertigstellung des Gleichrichters keine freien, für den Aufbau der Reaktionszwischenschicht nicht verbrauchten Thalliummengen mehr vorhanden sind.

Die thalliumhaltige Selenschicht kann beispielsweise durch Aufdampfen auf den Hauptkörper der Selenschicht aufgebracht werden. Mit Vorteil wird hierfür ein entsprechendes Gemisch aus Selen und Thallium aus einem gemeinsamen Verdampfer verdampft. Da hierbei einerseits sehr geringe, andererseits sehr genau definierte Thalliummengen gleichzeitig mit dem Selen über die Dampfphase auf die Oberfläche der eigentlichen Selenschicht übertragen werden müssen, empfiehlt es sich, gemäß einem früheren Vorschlag dem Ausgangsmaterial des Verdampfers einen Halogenzusatz zu geben. Ein solcher Halogenzusatz erleichtert das Verdampfen des Thalliums in eindeutiger Menge.

Die selenhaltige Thalliumschicht kann jedoch auch im Verlauf eines kontinuierlichen Aufdampfprozesses der eigentlichen Halbleiterschicht derart erzeugt werden, daß in der Schlußphase der Bedampfung dem Selen-Dampfstrom ein unabhängig von diesem erzeugter Thallium-Dampfstrom hinzugefügt wird und beide dann in einem gemeinsamen Strom der zu bedampfenden Fläche zugeleitet werden.

Die thalliumhaltige Selenschicht kann auch durch abwechselndes Aufbringen dünner Lagen aus Selen bzw. Thallium hergestellt werden. Dieser Aufbringungsprozeß wird vorzugsweise unmittelbar anschließend an das Aufbringen der eigentlichen Selenschicht vorgenommen. Für das Aufbringen dieser feinen Lagen erweist sich das Kathodenzerstäubungsverfahren als besonders geeignet.

Der Hauptkörper des Selens, auf den die thalliumhaltige Selenschicht aufgebracht wird, kann einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut sein. Gemäß früheren Vorschlägen kann er außer einem Halogenzusatz einen Metallzusatz in geringer Menge zur weiteren Leitfähigkeitserhöhung aufweisen. Ebenso können Teilschichten des Selenkörpers mit unterschiedlichen S tor stellengehalten versehen sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Selen-Gleichrichtern mit einer Sperrschicht an der Grenzfläche zwischen einer aus dem Halbleitermaterial und dem angrenzenden Deckelektrodenmetall erzeugten Reaktionszwischenschicht und dem weiteren Halbleiter, bei dem auf eine halogenhaltige Selenschicht eine weitere Schicht mit einem Gehalt an Thallium aufgebracht wird, dadurch .gekennzeichnet, daß die weitere Schicht als thalliumhaltige Selenschicht mit einer Dicke von etwa 3 bis 5 · 10~⁴ cm und mit einem Thalliumgehalt von 0,5 bis 5-10"⁶ g/cm² der an der Sperrschichtbildung beteiligten Halbleiteroberfläche aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aufbringen der thalliumhaltigen Selenschicht mittels Verdampfung ein Gemisch von Selen und Thallium aus einem gemeinsamen Verdampfer verdampft wird, wobei diesem Gemisch ein Zusatz von einem oder mehreren Halogenen beigegeben ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thalliumhaltige Selenschicht ausabwechselnden, äußerst dünnen Schichten aus Selen bzw. aus Thallium erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten durch Kathodenzerstäubung niedergeschlagen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 820 318;

österreichische Patentschrift Nr. 153 134;

niederländische Patentanmeldung 97 133;

deutsche Patentanmeldung L 8368 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 11. 6. 1952);

Zeitschrift »Der Radiomarkt«, Beilage in der »Elektrotechnik«, Coburg vom9. Februar 1951, S. 14bis 16;

Auszüge deutscher Patentanmeldungen Bd. 5/IV, S. 285: Patentanmeldung L 105929 VIII c/21 g.