DE1489283A1 - Elektrischer Kontakt zwischen einem Germanium-Silizium-Halbleiterkoerper und einem Kontaktstueck - Google Patents
Elektrischer Kontakt zwischen einem Germanium-Silizium-Halbleiterkoerper und einem KontaktstueckInfo
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Description
uns.Z.: PLA 65/1867 Soe/Hü
Elektrischer Kontakt «wischen einem Germanium-Silizium-Halbleiterkörper und einem Kontaktstück
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontakt zwischen einem Germanium-Silizium-Halbleiterkörper und einem Kontaktstück, insbesondere für Thermogeneratoren.
Das Kontaktstück derartiger Kontakte kann als Anschlußstück
für eine elektrische Leitung oder bei Thermoelementen als Teil einer Kontaktbrücke dienen. Es muß etwa den gleichen
Ausdehnungskoeffizienten wie das Halbleitermaterial haben, damit bei einer Temperaturänderung des Kontaktes keine zu
großen mechanischen Spannungen entstehen, ferner muß das Kontaktstück gegenüber einer aggressiven Atmosphäre beständig
sein und schließlich soll in vielen Fällen das Kontaktstück elektrisch isoliert sein, damit es, beispielsweise zu Kühlzwecken, an einen metallischen Wärmeaustausohkörper anpreßbar ist.
Ein elektrischer Kontakt der einleitend genannten Art, der alle diese Forderungen erfüllt, besteht erfindungsgemäß
darin, daß als Material für das Kontaktstück Titandieilizid
oder eine siliziumreichere Variante dieses Materials verwendet
ist.
' — 1 —
009809/0361
Un'orlarjcn ιλπ. / .·. ι / . .··....... -«.·..■..... ..ü.gcgos. ν.4.9.
Akt.Z.: P H 89 283.21 489283
. Uns.Z.: PLA 65/1867 Soe/Hü
Vorzugswelse besitzt das Kontaktstück mit Ausnahme der Kontaktstellen
einen Überzug aus einer Mischung von Siliziumoxyden und Titanoxyden. Ein Überzug aus diesen Mischoxyden ist bei dem
genannten Kontaktstückmaterial in bekannter Weise durch Erhitzen zu erreichen. Wird beispielsweise Titandisilizid in einer sauerstoff
haltigen Atmosphäre, z.B. Luft, auf eine Temperatur erhitzt, die möglichst dicht unter dem Schmelzpunkt des Materials
für die Kontaktstücke liegt, so bilden sich an der Oberfläche des Körpers Oxyde und zwar Siliziumoxyde, in denen Titanoxyde
gelöst sind.
Der erfindungsgemäße Kontakt erfüllt nicht nur die oben erwähnten
Forderungen, er besitzt darüber hinaus wesentliche vorteilhafte Eigenschaften. Da das Kontaktstück eine Komponente des
Halbleitermaterials enthält, ist der Halbleiterkörper unmittelbar oder nach Entfernung der Oxydschicht an den Kontaktstellen,
auflegier- bzw. aufschmelzbar, so daß zum Verbinden kein zusätzliches
Lot verwendet werden muß, das die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters im ungünstigen Sinne beeinflussen kann.
Das mit der Oxydschicht überzogene Kontaktstück besitzt eine sehr große Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit,
eine große Härte und eine große Bruchfestigkeit. Der erfindungsgemäße
Kontakt ist deshalb in besonderer Weise für Thermogeneratoren
geeignet. Versuche haben ergeben, daß die Kontaktstelle ohne weiteres bis über 10000C betrieben werden kann,
so daß bei Thermogeneratoren ein besserer Wirkungsgrad als bei den bisher bekannten Kontaktstückmaterialien möglich ist.
009*0^70368
Akt.Z.: P 14 89 283.2 Uns.Z.: PLA 65/1867 Soe/Hü
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zwischen dem Halb- , leiterkörper und dem Kontaktstück eine Schicht oder ein Netz
aus Wolfram oder Molybdän vorgesehen. Hierdurch wird beim Aufschmelzen des Halbleiterkörpers auf das Kontaktstück der Halbleitermaterialfluß
in das Kontaktstück hinein behindert. Außerdem wird auf diese Weise eine noch bessere Angleichung der Ausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Halbleiterkörper und dem Kontaktstück erzielt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeiapieles näher erläutert.
In der Figur ist ein Thermogenerator 1 dargestellt mit einem
Wärmeaustauscher 2 für ein gasförmiges Medium an der heißen Kontaktstelle und einem Wärmeaustauscher 3 für ein flüssiges
Medium an der kalten Kontaktstelle. Der Thermogenerator enthält zwei Thermoschenkel 4 und 5 aus Germanium-Silizium-Halbleitermaterial,
von denen der eine durch eine Dotierung mit z.B. Bor, Gallium oder Indium p-leitend, der andere durch
eine Dotierung mit z.B. Phosphor, Arsen oder Antimon n-leitend gemacht ist. Die Kontaktetücke 6, 7 und 8 des Thermogenerators,
von denen das letztere als Brücke ausgebildet ist, bestehen aus Titandisilizid. Sie besitzen mit Ausnahme der Kontaktstellen
einen Oberzug 9t 10 bzw. 11 aus Mischoxyden. Zwischen
den Halbleiterkörpern und den Kontaktstücken sind Schichten 12, 13, 14 bzw. 15 aus Wolfram vorgesehen. Die Kontaktstücke
6 und 7 besitzen elektrische Zuleitungen 16 und 17.
009809/0368 .
Akt.Z. ί P 14 Ö9 285.2
Uns.Z.: PLA. 65/1867 Soe/Hti
Durch den elektrisch isolierenden Überzug aus Mischoxyden kann bei einer Thermobatterie die elektrische Schaltung unabhängig
vom Wärmestromweg gemacht werden. So können beispielsweise die Thermoschenkel elektrisch in Reihe und thermisch parallel angeordnet
werden.
Der erfindungsgemäße Kontakt wird auf die folgende Weise hergestellt.
Die entsprechend vorgeformten Kontaktstücke aus Titan-
disilizid oder siliziumreicheren Varianten dieser Materialien
werden auf eine Temperatur erhitzt, die möglichst dicht unterhalb der Schmelztemperatur des Titandisilizids liegt. Hierbei
bilden sich an der Oberfläche des Körpers Oxyde (Siliziumoxyde und Titanoxyde), die zu einer Glasur verschmelzen. Bach dem Abkühlen
werden die zu kontaktierenden flächen Mechanisch von der Glasur befreit. Auf die bearbeiteten Stellen werden die Halbleiterschenkel
aufgeschmolzen. Die Zwischenschichten 12 bis 15 erhält man, wenn man vor dem Aufschmelzen der Halbleiterschenkel
eine Folie oder ein Hetz aus Molybdän bzw. Wolfram einlegt.
" 4 " 009809/0388
Claims (6)
1.) Elektrischer Kontakt zwisohen einen Germanium-Silizium-Halbleiterkörper und einen Kontaktstück, insbesondere für Thermogeneratoren, daduroh gekennzeichnet, daß als Material für das
Kontaktstück (6, 7, 8) Titandisilizid oder eine siliziumreichere Variante dieses Materials verwendet ist.
2. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kontaktstück nit Ausnahme der Kontaktstellen einen Überzug (9, 10, 11) aus einer Mischung von Siliziumoxyden
und Titanoxyden besitzt.
3· Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterkörper (4) und dem Kontaktstück (6) eine Schicht oder ein letz (12) aus Molybdän
oder Wolfram vorgesehen ist.
4. Herstellungsverfahren für einen elektrischen Kontakt nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet, daß ein Kontaktstück
der gewünschten Form aus Titandisilizid oder siliziumreicheren Varianten hiervon auf eine Temperatur, die möglichst dicht
unter den Schmelzpunkt des Materials für die Kontaktetücke liegt, erhitzt nach einer Glasurbildung auf der Oberfläche
abgekühlt, die vorgesehene Berührungsfläche nit den Halbleiterkörper von der Glasur befreit und auf diese Stelle der Halbleiterkörper aufgeschmolzen wird.
009809/03*·^
6 Akt.Z.: P H 89 283.2 Uns.Z.: PLA 65/1867 Soe/Hü
U89283
5. Herstellungsverfahren für einen elektrischen Kontakt nach Anspruch
3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktstück der gewünschten Form aus Titandisilizid oder siliziumreicheren
Varianten hiervon auf eine Temperatur, die möglichst dicht unter dem Schmelzpunkt des Materials für die Kontaktstücke
liegt, erhitzt,nach einer Glasurbildung auf der Oberfläche abgekühlt, die vorgesehene*Berührungsfläche mit dem Halbleiterkörper
von der Glasur befreit und auf diese Stelle der Halbleiterkörper nach Zwischenlegen einer Schicht bzw. eines
Netzes aus Molybdän bzw. Wolfram aufgeschmolzen wird.
009809/0368
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