DE2015247C3 - Halbleiter-Bauelement - Google Patents

Halbleiter-Bauelement

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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiter-Bauelement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 2. Derartige Halbleiter-Bauelemente sind aus der GB-PS 10 24 633 und der DE-AS 11 70 558 oekannt
Die CH-PS 3 84 080 zeigt einen Aufbau für Halbleiter-Bauelemente, bei denen die Kontakte im Unterschied zu dem obenerwähnten Typ, auf den sich die Erfindung bezieht, nicht durch Druckkräfte sondern durch Verlötungen gewährleistet sind. Bei einem derartigen Aufbau sind Gleitbewegungen zwischen einander benachbarten Oberflächen der verschiedenen Schichten zur Kompensation unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterplättchens einerseits und der leitfähigen Blöcke andererseits nicht möglich. Infolge von periodischen Wärmeschwankungen treten an den Verlötungen Spannungen auf, die zum Bruch des Halbleiierplättchens führen.
Man hat deshalb druckkontaktierte Halbleiter-Bauelemente gebaut, bei denen die mit den Plättchen in Berührung stehenden leitfähigen Blöcke nicht an der Trägerelektrode befestigt sind und daher zwischen der Elektrode und dem Block Gleitbewegungen zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen möglich sind. Aus der GB-PS 10 24 633 und aus der DE-AS 11 70 558 sind derartige Halbleiter-Bauelemente bekannt; diese sind für Hochleistungsbetrieb gedacht, bei dem hohe Ströme und hohe Spannungen an dem Halbleiterplättchen auftreten. Dieses Plättchen muß daher große Flächen haben. Beispk teweise hat ein Plättchen für Halbleiter-Bauelemente die bis zu 100 Ampere einsatzfähig sein sollen, normalerweise eine Dicke von 0,25 mm und einen Durchmesser von 13 mm. Die Dicke des Plättchens soll möglichst klein sein, um den Durchlaßwiderstand des Halbleitermaterials mögliehst klein zu halten, während der Durchmesser möglichst groß sein soll, um die auftretenden Stromstärken zu bewältigen. Die beiden für Halbleiter gebräuchlichsten Materialien, nämlich Germanium und Silizium, sind jedoch spröde, so daß derart dünne und relativ große Plättchen aus diesem Material außerordentlich brüchig sind. Die Erfahrung lehrt, daß zur Erzielung eines ausreichenden Kontaktes, d. h. für genügend kleinen thermischen und elektrischen Übergangswiderstand zwischen dem Halbleiterplättchen der genannten Größe und den leitfähigen Blöcken, eine Kraft von mindestens 735 N erforderlich ist. Man sieht, daß die Bruchgefahr des beschriebenen dünnen und spröden Halbleiterplättchens bei derartigen Kräften außerordentlich hoch ist. Die beiden bekannten Halbleiter-Bauelemente weisen keinerlei Stütze für das Halbleiterplättchen auf. Vielmehr ist das Halbleiterplättchen in beiden Fällen nur mit einem dünnen Nickel- und gegebenenfalls zusätzlich mit einem dünnen Gold-Film bedampft. Diese Filme tragen zur mechanischen Stützung des spröden Halbleiterplättchens nicht bei. Die aus diesen beiden Druckschriften bekannten Halbleiter-Bauelemente weisen also den Mangel auf, daß das Halbleiterolättchen bei Hochleistunesbetrieb leicht
bricht.
Bei den Halbleiter-Bauelementen gemäß der CH-PS 4 06 443 und den FR-PS 14 66 1G6 und 13 74 981 ist das Halbleiterplättchen zwischen einem Paar von Trägerelektroden aus Molybdän, Wolfram, od, dgl. befestigt, und diese Einheit ist zwischen den leitfähigen Blöcken eingespannt Der Nachteil einer Anordnung des Halbleiterplättchens zwischen zwei Trägerelektroden besteht darin, ddi der elektrische und der thermische Widerstand verhältnismäßig hoch sind. Beide Widerstände lassen sich reduzieren, indem eine der Trägerelektroden weggelassen wird. Durch das Weglassen der einen Trägerelektrode kann bei Stromfluß durch das Halbleiter-Bauelement ein unerwünschtes Kleben zwischen den Kontaktflächen des leitenden Blocks und des Halbleiterplättchens auftreten, wodurch die Gleitfähigkeit zwischen den Oberflächen beeinträchtigt und schließlich ein Bruch des Halbleiterplättchens verursacht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Haibieiter-Baueiement für Hochieistungsbetrieb 7U schaffen, bei dem einerseits die Bruchgefahr des Halbleiterplättchens so klein wie möglich gehalten wird und andererseits die Leistungsfähigkeit des Bauelements möglichst gesteigert wird.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieses Problems erfolgt durch derartige Ausgestaltung des eingangs genannten Halbleiter-Bauelements, daß beim Halbleiter-Bauelement des Legierungstyps, bei dem die Dotierungsmaterial enthaltende Kontaktelektrode durch Auflegieren auf das Plättchen gebildet ist, die der auflegierten Elektrode zugewandte Oberfläche des zweiten leitfähigen Blocks mit einem etwa 5 bis 200 μηι starken metallenen Film überzogen ist, der aus Wolfram, Molybdän, einer Wolfram-Kobalt-Legierung, einer Molybdän-Kobalt-Legierung, einer Wolfram-Nickel-Legierung, einer Legierung auf Kobalt-Basis, aus Schnellstahl oder aus feinverteiltes Wolframkarbid, Titankarbid oder Tantalkarbid enthaltendem metallenen Bindemittel wie Kobalt, Nickel, Eisen, Mangan oder Chrom besteht.
Eine zweite erfindungsgemäße Lösung der dargelegten Aufgabe besteht bei dem Halbleiter-Bauelement der eingangs bezeichneten Art darin, daß bei einem Halbleiter-Bauelement des Diffusions'yps, bei dem die Kontaktelektrode als ohmische Elektrode mit dem Plättchen verbunden ist, die der ohmischen Elektrode zugewandte Oberfläche des zweiten leitfähigen Blocks mit einem etwa 5 bis 200 'im starken metallenen Film überzogen ist, der aus Wolfram, Molybdän, einer Wolfram-Kobalt-Legierung, einer Molybdän-Kobalt-Legierung, einer Wolfram-Nickel-Legierung, einer Legierung auf Kobalt-Basis, aus Schnellstahl oder aus feinverteiltes Wolfrarnkarbid, Titankarbid oder Tantalkarbid enthaltendem metallenen Bindemittel wie Kobalt, Nickel, Eisen, Mangan oder Chrom besteht, und daß zwischen die mit dem dünnen metallenen Film überzogene Oberfläche des zweiten leitfähigen Blocks und die ohmische Elektrode eine Folie aus sprödem Metall eingefügt ist.
Die Bruchgefahr des Halbleiterplättchens wird durch die vorhandene Trägerelektrode weitgehend reduziert, während die Gefahr eines Klebens durch den erfindungsgemäßen dünnen Metallfilm und die gegebenenfalls vorgesehene Folie aus sprödem Metall vermieden wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein druckkontaktier tes Halbleiter-Bauelement,
Fig.2 zur Erläuterung einen vergrößerten Querschnitt des Hauptabschnitts des in Fig. 1 gezeigten Bauelements,
Fi g. 3 den Hauptteil eines weiteren erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements in ähnlicher Darstellung wie F i g. 2,
ίο Fig.4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Anteil an unbrauchbar gewordenen Bauelementen und der Zahl der den Aufheizungsperioden entsprechenden Betriebsperioden bei erfindungsgemäßen und konventionellen Halbleiter-Baueiementen,
F i g. 5 ein Diagramm über die Beziehung zwischen dem Wärmeleitungswiderstand in der den leitfähigen Block und das Plättchen durchsetzenden Richtung und der Zahl dei Betriebsperioden und
F i g. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Spannungsabfall in Durchlaßrichtung und der Zahl der Betriebsperioden der Halbleiter-Bauelemente.
Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelement ist wege·- der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des aus Kupfer bestehenden zweiten leitfähigen Blocks von 16,5 · 10"6 0C-' und des aus Silizium bestehenden Plättchens von 3 6 ■ 10"60C 'die Gleitbewegung verhältnismäßig stark. Da außerdem durch Überströme und diskontinuierliche Belastungen Wärme entwickelt wird, kann die Gleitbewegung in Form einer komplizierten thermischen Stoßbewegung auftreten. Da das Plättchen und der Biock zur Erzielung guter thermischer und elektrischer Leitungsübergänge fest zusammengepreßt sind, ist das Plättchen notwendigerweise hohen Spannungen unterworfen. Aus diesen Gründen müssen die Kontaktflächen des Plättchens und des leitfähigen Blocks so gebaut sein, daß sie die erwähnten hohen thermischen und mechanischen Spannungen aushalten.
Das erfindungsgemäße Halbleiter-Bauelement zeichnet sich dadurch aus, daß ein gegenseitiges Aufschmelzen zwischen den Materialien des leitfähigen Blocks und der ohmischen oder der auf das Plättchen auflegierten Elektrode, das leicht zu dem unerwünschten Kleben führt, verhindert wird.
Auch wenn die durch ein Kleben verursachte Verbindung nur schwach ist, bringt das Kleben Nachteile mit sich.
Im allgemeinen w;:;en metallene Materialien von großer Härte und hohem Schmelzpunkt große thermi sehe und elektrische Widerstände auf, die um so kleiner sinr1, j. dünner der Film ist. Da andererseits die Kontaktflächen starken Reibungs- und Gleitbewegi'-ngen ausgesetzt sind, muß die Dicke vom Standpunkt der Betriebsdauer her so groß sein, daß der Film die mechanischen Spannungen und den Abrieb aushält. Ist die Dicke zu gering, so wird die Oberfläche des leitfähigen Blocks durch Abschälung oder Abrieb des Films freigelegt. Da die minimale Filmstärke von den thermischen und elektrischen Widerständen des Materials abhängt, ist es schwierig, diesen Minimalwcrt des Films für alle Materialien anzugeben. Aus den Versuchen hat sich ergeben, daß die minimale Filmstärke bei etwa 5 μτη liegt.
Die dünnen metallenen Filme werden durch Galvanisieren, nichtelektrisches Plattieren, Vakuumverdampfung, Aufsprühen, Plasmastrahl-Beschichtune oder son-
stige geeignete Verfahren aufgebracht. Selbstverständlich ist die Oberfläche des nach den unten erwähnten Verfahren gebildeten Films noch nicht glatt genug, um den flachen Kontakt zwischen den Oberflächen des leitfähigen Blocks und dem Plättchen herzustellen; deshalb wird die Oberfläche des Films durch weitere Bearbeitung in geeigneter Weise, etwa durch Reiben, hochpoliert. Für den auf die Oberfläche des leitfähigen Blocks aufgetragenen dünnen metallenen Film werden vorzugsweise die folgenden Materialien verwendet.
(I) Wolfram. Molybdän. Wolfiam-Kobalt-Legierung. Molybdän-Kobalt-Legierung und Woliram-Nickel-Legierung.
(II) Legierungen auf Kobalt-Basis wie beispielsweise
(a) 64% Co - 28% Cr - 6% W 1% C-0,6% Si-0.4% Mn
(b) 59% Co - 29% Cr - 9% W -
i.S3/b C —ö,S% Si—0.4% Mn >()
(c) 50% Co - HVo Cr - 13% W 2.5% C -0.8% Si-0,7% Mn
(d) 42 bis 52% Co- 19% Cr- 19% Cr-8 bis 1 50/n w - 10/0 c - 2,5 bis
3% Si-13% ,,
Ni-1,5 bis
3% B
Diese Materialien haben eine Harte von etwa 750 HV. !0
(III) Schnellstähle wie beispielsweise
(a) 14% W-4% Cr-0.7% C-2% V - Rest Fe
(b) 18% W -4% Cr -0.7% C- „ 1,50/0 v-10% Co- Rest Fe
(C) 22% W-4% Cr-0.75% C- !.50/0 v-2% Mo- Rest Fe
(IN') Karbid-Verteilungsmaterial aus Wolframkarbid. Titankarbid oder Tantalkarbid feinverteilt in einem Bindemittel wie Kobalt. Nickel. F.isen. Mangan oder Chrom besteht: beispielsweise also
(a) 88.25% W-6% Co-5,75% C
(b) 71.7% W-20% Co-2.7% Ta-0.9% Nb-4.7% C
(c) 67% W - 3% Co - 1 % Ni 2% Cr - 7.2% Ta - 10% Ti 2.4% Nb-7.4% C
Bei den Versuchen wurden die folgenden Elektrolyse für das Aufgalvanisieren eines Films der Gruppe (I) benutzt:
(A) Galvanischer Überzug aus W-Co-Legierung (i) Zusammensetzung des Elektrolyts:
Natriumwoiframat Na2WOi ■ 2 H2O 60 g/l Kobaltsulfat CoSO1 ■ 7 H2O 20 g/l
Ammoniumtanrat (NHi)2CiHiO.; 60 g/l Arnmoniumchlorid NHtCI 50 g/I
(:i) Stromdichte 3 A/dm2
(B) Oberzug aus Mo-Co-Legierune
(i) Zusammensetzung des Elektrolyts Natriummolybdat Na2MoO. ■ 2 H2O 48 g/l e5 Koba'tsulfat CoSO* ■ 7 H2O 18 g/l
Nairiumcitrat
Na5OH5O- 11/2 H2O Ϊ05 g/l
(ti) Stromdichte 10 A/dm2
(C) Oberzug aus W-Ni-Legierung
(i) Zusammensetzung des Elektrolyts
Natriumwoiframat Na7WO4 · 2 H2OSO g/l
Nickelsulfat NiSOa · 6 H2O 20 g/l
Zitronensäure C6H8O; 72 g/l
Der pH-Wert des Elektrolyts wurde durch eine wäßrige Ammoniumlösung auf 8,7 eingestellt, (ii) Stromdichte 2 bis 2,5 A/dmJ
(iii) Galvanisiertemperatur etwa 700C.
Durch Ändern der Zusammensetzung der obigen Elektrolyten kann man die Zusammensetzung des aufgalvanisierten Films steuern.
Zur Bildung des Films ist der Anteil von Molybdän und Wolfram in dem Film vorzugsweise größer als 25%.
Gemäß F i g. I ist eine Fläche eines Halbleiterplättchens 2 mittels eines geeigneten Lots 6, beispielsweise Aluminiurnlot, auf eine aus Wolfram oder Molybdän bestehende Trägerelektrode 10 aufgelötet, die ihrerseits durch ein geeignetes Lot 12 wie etwa Goldlot auf einen leitfähigen Block 16 aufgelötet ist. der aus einem Material mit hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten besteht. Die andere Fläche des Plättchens 2 ist mit einer beispielsweise aus einer Gold-Kupfer-Gold- oder Gold-Antimon-Legierung bestehenden auflegierten Elektrode 4 versehen. Eine Oberfläche eines auf dem leitfahigen Block 14 gebildeten dünnen Films 8 steht mit der Oberfläche der Elektrode 4 in Berührung. F.in Ringisolator 18 mit einem Flanschabschnitt ist über Verbindungselemente 22 und 24 mit einem ringförmigen Dichtelement 20 sowie mit dem leitfähigen Block 16 verbunden. Die Verbindungselemente 22 und 24 sind aufeinander und mit dem Dichtungselement 20 derart verschweißt, daß sie die Halbleitereinheit 1 luftdicht verschließen.
Die Halbleitereinheit 1 ist zwischen zwei Kühlblökken 38 gehalten, die mit Rippen 40 versehen sind und über Isolierbolzen 30 und Muttern 36 miteinander verbunden sind. Die Halbleitereinheit 1 und die Kühlblöcke 38 sind durch Federn 34 zusammengedrückt, wodurch zwischen dem Plättchen 2 und dem leitfähigen Block 14 ein hoher Druck erzeugt wird.
Wie in Fig. 2 vergrößert gezeigt, ist auf der Oberfläche des leitfähigen Blocks 14 ein dünner metallener Film 8 mit hohem Schmelzpunkt und großer Härte ausgebildet, dessen Oberfläche bearbeitet ist. um insbesondere dann, wenn der Film durch Aufsprühen gebildet ist. eine hochpolierte Oberfläche zu erzielen.
Vorzugsweise ist die Kante des leitfähigen Blocks gegenüber der Oberfläche der auflegierten ElektrHe 4 abgerundet, um die Feldstärke in der Nähe der Kante zu reduzieren, wobei die Kante des Films 8 bis zu den Seitenflächen des leitfähigen Blocks 14 reicht
An dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Halbleiter-Bauelement wurden Versuche durchgeführt Die Kontaktflächen des leitfähigen Blocks 14 und des Plättchens 2. d. h. des Filmes 8 und der auflegierten Elektrode 4 hatten eine Größe von 5 cm2, und es wurde ein Strom von 500 A angelegt Die Temperaturänderung betrug etwa I75=C. Zur Erzielung dieser Temperaturändening wurden die Leitfähigkeits- und Kühlbedingungen entsprechend eingestellt
Die Versuchsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 sowie in F i g. 4 bis 6 gezeigt In der Tabelle 1 ist die Probe Nr. 6 zum Vergleich mit erfindup.gsgemäßen Halbleiter-Bauelementen angegeben. Die Filmdicke betrug bei den Proben 1 bis 5 etwa 10 um.
Tabelle 1
Probe Verfahren Betriebs Anzahl der Zustand Bemerkungen
Nr. der Filmbildung perioden unbrauchbar der Kontaktfläche
gewordenen
Elemente
I W-Plasmastrahl 50 000 <l/5 gut; keine Klebe- kein Abfall der Durch
Erscheinungen laßspannung, ver
nachlässigbar kleiner
thermischer Wider
stand
2 Mo-Plasmastrahl 42 000 <l/5 gut; keine Klebe- kein Abfall der Durch
Erscheinungen laßspannung, ver
nachlässigbar kleiner
thermischer Wider
stand
1 aiifgalvanixierte 60 000 < 1/S put- lcpinp JCIphp- lcpin Ahfall Hpr niirnh-
W-Co-Legierung Erscheinur.gen laßspannung, ver
nachlässigbar kleiner
thermischer Wider
stand
4 aufgalvanisierte 55 000 <]/5 gut; keine Klebe- kein Abfall der Durch
Mo-Co-Legierung Erscheinungen laßspannung, ver
nachlässigbar kleiner
thermischer Wider
stand
5 aufgalvanisierte 40 000 <l/5 gut; keine Klebe- kein Abfall der Durch
W-Ni-Legierung Erscheinungen laßspannung, ver
nachlässigbar kleiner
thermischer Wider
stand
6 aufgalvanisierter 5000 3/5 typisches Kleben
Ni-FiIm Kleben
In F i g. 4 sind die Ergebnisse von Untersuchungen mit Aufheizungsperioden an zehn Proben von erfindungsgemäßen und konventionellen Halbleiter-Bauelementen dargestellt. Die Kurven 52 bis 56 geben die Ergebnise der erfindungsgemäßen Elemente wieder, während die Kurve 51 die Ergebnisse von herkömmlichen Bauelementen entsprechend der Probe Nr. 6 in Tabelle 1 zeigt. Aus F i g. 4 ergibt sich, daß sämtliche erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelemente gegenüber den nerkömmlichen ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Aufheizungsperioden aufweisen.
In F i g. 5 geben die Kurven 62 bis 66 die Ergebnisse bezüglich der Aufheizungsperioden-Eigenschaften der Bauelemente entsprechend den Proben Nr. 1 bis 5 nach Tabelle 1 wieder, während die Kurve 61 die entsprechenden Ergebnisse gemäß der Probe Nr. 6 darstellt. Den in F i g. 5 gezeigten Ergebnissen ist zu entnehmen, daß die erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelemente stabile Wärmebeständigkeit über lange Perioden aufweisen, während die konventioneilen Elemente nach etwa 20 000 Aufheizungsperioden unbrauchbar wurden.
In F i g. 6 geben die Kurven 72 bis 76 die Ergebnisse von erfindungsgemäßen Bauelementen entsprechend den Proben Nr. 1 bis 5 wieder, während die Kurve 71 die Ergebnisse von konventionellen Bauelementen gemäß der Probe Nr. 6 darstellt. Wie aus F i g. 6 hervorgeht, ist der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bei den erfindungsgemäßen Bauelementen über lange Perioden stabil, während sich die herkömmlichen Bauelemente derart verschlechterten, daß sie nach etwa 20 000 Aufheizungsperioden unbrauchbar wurden.
Wie den obenerwähnten Tatsachen zn entnehmen ist.
weisen die erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelemente ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf die Aufheizungsperioden und das Nicht-Kleben auf. Die herkömmlichen Bauelemente verloren die Gleitfähigkeit zwischen dem leitfähigen Block und dem Plättchen, da an den Kontaktflächen ein starkes Kleben auftrat.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß ein aufgalvanisierter W-Co-Legierungsfilm die besten Eigenschaften bezüglich der Aufheizungsperioden und des Nicht-Klebens besitzt.
Dies kommt daher, daß bei Halbleiter-Bauelementen des Legierungstyps die auf der Oberfläche des Plättchens aufiegierte Elektrode einen Störstoff wie
etwa Antimon zur Bildung eines PN-Übergangs sowie Silizium enthält. Während des Auflegierens des Elektrodenmaterials, das ein Metall mit guter Ausbreitungseigenschaft und guter thermischer Leitfähigkeit sowie einen Störstoff wie etwa Antimon umfaßt, diffundiert Silizium in die Elektrode, wobei feine, harte Siliziumkörner sowie eine Metallverbindung wie etwa AuSb2 dispergieren.
Andererseits hat man festgestellt, daß bei Halbleiter-Bauelementen des reinen Diffusionstyps, bei dem die auf der Oberfläche des Plättchens ausgebildete ohmische Elektrode kein Silizium und keine Störstoffe wie Antimon enthält, das zwischen dem Film 8 und der ohmischen Elektrode hervorgerufene Kleben oft stark ist.
Ein solches starkes Kleben wird, wie sich aus vielen Versuchen ergab, dadurch verhindert, daß man eine geeignete Folie 44 aus sprödem Metall zwischen den Film 8 und die ohmische Elektrode einlegt: vel. F i e. 3.
An Hand von Versuchen hat man festgestellt, daß die folgenden Materialien als Folien geeignet sind.
(I) Legierungen auf Goldbasis, wie etwa Au -10% Si, Au-5% Te. Au-0,1% Si-10% Sb, Au-7%Si-l%Sb, Au-6% Si - 1 % Sb, Au-1% Sb, Au-6% Si, Au-Sn, Au-Th, Au-Zn, Au — In, Au - Be, Au - Pb usw.
Bei den obigen Legierungen bilden die Zusatzelemente In, Sb, Te, Th, Zn, Sn, Be und Pb in der Goldmairix harte Metallverbindungen wie etwa AuSb2, AuTe.?. AujBe, AU]Zn, Au-Inj, AuPb, AuSn in Form feiner Körner.
(II) Legierungen auf Kupferbasis wie etwa Cu-Zn-Legierungen, Cu-sn-P-Legierungen, Cu-Nb-Legicrungen. Als Cu-Zn-Legierungen kann die Legierung 58% Cu - 35% Zn - 4% Mn - 2% Si - I % Al verwendet werden, als Cu-SnP-Legierung die Legierung Cu-10% Sn-0.2% P. bei der als Metallverbindungen CiI)Sn4. CiaSn. C'ujP gebildet werden. Bei den Cu-Nb-Legierungen sind Cu2Nb Körner in der Kupfermatrix dispcrgicrt.
Beispiel I
Es wurde ein Silizium-Gleichrichter mit einer Halbleitereinheit gemäß F i g. 3 gebaut. Das Plättchen 2 hatte 33 mm Durchmesser und 0,36 mm Dicke; die Trägereiektrode 10 aus Wolfram hatte 33 mm Durchmesser und 2,5 mm Dicke: und die leitfähigen Blöcke 14 und 16 bestanden aus Kupfer mit einem Silbergehalt von 0.06%. Die Trägerelektrode 10 und das Plättchen 2 waren mittels Gold- bzw. Silberlot an den
Tabelle 2
leitfähigen Block 16 angeschweißt.
Der dünne FiIi.ι 8 wurde durch Galvanisieren unter Verwendung eines Elektrolyten gebildet, der 60 g pro Liter Na2WO4 · 2 H2O, 20 g pro Liter CoSO4 · 7 H2O, 60 g pro Liter (NH4J2C4H4O6 und 50 g pro Liter NH4CI enthielt. Der Elektrolyt hatte einen pH-Wert von 8.7. Die Galvanisierung fand bei einer Stromdichte von 3 A/dm2 und einer Temperatur von 75° C statt. Der gebildete Film 8 hatte eine Dicke von etwa 15 μηι und eine Härte von 410 HV.
Auf die Oberfläche der auf dem Plättchen 2 gebildeten ohmischen Elektrode 4. die dünne Schichten von Gold, Kupfer und Gold umfaßte, wurde eine Folie 44 aufgelegt, die aus einer Au— 1% Sb-l.egierunjr bestand und eine Dicke von 100 μηη aufwies. Die folie war durch rasches Abkühlen des geschmolzenen Metall1 auf einer wassergekühlten Kupfcrplatte hergestellt worden. In der Matrix des so erzeugten Materials waren feine AuSb?-Körner homogen dispergiert.
Beispiel 2
Der dünne Film 8 aus W-Co-Legierung wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt.
Von einer Legierung, die aus 7% Si, 1% Sb und dem 2i Rest Au bestand, wurde eine Folie 44 mit einer Dicke von 100 μιη hergestellt. Das aus dieser Legierung bestehende geschmolzene Metall wurde auf einer wassergekühlten Kupferplatte rasch abgekühlt, wodurch ein Material erzeugt wurde, in dem Körner aus Si und AuSb2 homogen verteilt waren. Die so hergestellte Folie wurde auf das Plättchen aufgelegt.
Mit den gemäß Beispiel I und 2 hergestellten Halbleiter-Bauelementen wurden Aufheizungsperioden-Versuchc durchgeführt. Dabei betrugen die verwendete Stromstärke 500 A und die Temperaturänderung 1750C. Die Ergebnise sind in der nachstehenden Tabelle 2 wiedergegeben.
Zahl der
Aufheizungsperioden
unbrauchbare
Bauelemente
Bemerkungen
Beispiel 1 Beispiel 2
Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2
60 000 60 000
50 000 5000
geringer Abfall der Durchlaßspannung, geringer Wärmemewiderstand, kein Kleben
geringer Abfall der Durchlaßspannung, geringer Wärmewiderstand, kein Kleben
leichtes Kleben Kleben
In Tabelle 2 entspricht das Bauelement des Vergleichsbeispiels 1 dem der Proben Nr. 1 bis 5 der Tabelle 1; das Plättchen des Bauelements nach Vergleichsbeispiel 1 gehört jedoch nicht dem Legierungstyp sondern dem reinen Diffusionstyp an, und die ohmische Elektrode 4 ist daher eine Kombination eines aufgedampften Au-Cu-Au-Films und eines aufgalvanisierten Au-Films. Ähnlich gehört auch das Plättchen in dem Vergleichsbeispiels 2 dem und entspricht der Probe
reinen 6 der
Bauelement des Diffusionstyp an Tabelle 1.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, haben erfindungsgemäße Halbleiter-Bauelemente ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich des Nichtklebens und der Aufheizungsperioden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Halbleiter-Bauelement mit einem Halbleiterplättchen, das mindestens einen PN-Übergang aufweist, wobei an der einen Fläche des Plättchens eine Trägerelektrode befestigt ist, deren thermischer Ausdennungskoeffizient etwa gleich dem des Plättchens ist, und die wiederum mit einem ersten leitfähigen Block in Verbindung steht, wobei weiterhin die andere Fläche des Plättchens als Kontaktelektrode mit ebener Oberfläche ausgebildet ist, die mit einem zweiten leitfähigen Block mit ebener Oberfläche in Kontakt steht, ferner mit einer Dichtungsanordnung, die das Plättchen vollständig gegen Atmosphäre abdichtet und die leitfähigen Blöcke gegeneinander elektrisch isoliert, einer Kühlanordnung, die mit den jeweiligen Außenflächen der leitfähigen Blöcke in Kontakt steht, sowie einer Einrichtung, mit der die leitfähigen Blöcke mit dem dazwischenliegenden Plättchen mit Kontaktelektrode und Trägerelektrode gegeneinander gedrückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Halbleiter-Bauelement des Legierungstyps, bei dem die Dotierungsmaterial enthaltende Kontaktelektrode durch Auflegierung auf das Plättchen (2) gebildet ist, die der auflegierten Elektrode (4) zugewandte Oberfläche des zweiten leitfähigen Blocks (14) mit einem etwa 5 bis 200 μπι starken metallenen Film (8) überzogen ist, der aus Wolfram, Molybdän, einer Wolfram-Kobalt-Legierung, einer Molybdän-Kobalt-Legierung, einer Wolfram-Nickel-Legierung, ein^r Legierung auf Kobalt-Basis, aus Schnellstanl oder aus feinverteiltes Wolframkarbid, Titankarbid oder '. antalkarbid enthaltendem metallenen Bindemittel wie Kobalt, Nickel, Eisen, Mangan oder Chrom besteht.
2. Halbleiter-Bauelement mit einem Halbleiterplättchen, das mindestens einen PN-Übergang aufweist, wobei an der einen Fläche des Plättchens eine Trägerelektrode befestigt ist, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient etwa gleich dem des Plättchens ist, und die wiederum mit einem ersten leitfähigen Block in Verbindung steht, wobei weiterhin die andere Fläche des Plättchens als Kontaktelektrode mit ebener Oberfläche ausgebildet ist, die mit einem zweiten leitfähigen Block mit ebener Oberfläche in Kontakt steht, ferner mit einer Dichtungsanordnung, die das Plättchen vollständig gegen Atmosphäre abdichtet und die leitfähigen Blöcke gegeneinander elektrisch isoliert, einer Kühlanordnung, die mit den jeweiligen Außenflächen der leitfähigen Blöcke in Kontakt steht, sowie einer Einrichtung, mit der die leitfähigen Blöcke mit dem dazwischenliegenden Plättchen mit Kontaktelektrode und Trägerelektrode gegeneinander gedruckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Halbleiter-Bauelement des Diffusionstyps, bei dem die Kontaktelektrode als ohmische Elektrode (4) mit dem Plättchen (2) verbunden ist, die der ohmischen Eiektrode (4) zugewandte Oberfläche des zweiten leitfähigen Blocks (14) mit einem etwa 5 bis 200 μιη starken metallenen Film (8) überzogen ist, der aus Wolfram, Molybdän, einer Wolfram-Kobalt-Legierung, einer Molybdän-Kobalt-Legierung, einer Wolfram-Nickel-Legierung, einer Legierung auf Kobalt-Basis, aus Schnellstahl oder aus fein verteiltes Wolframkarbid, Titankarbid oder Tantalkarbid enthaltendem metallenen Bindemittel wie Kobalt, Nickel, Eisen, Mangan oder Chrom besteht, und daß zwischen die mit dem dünnen metallenen Film (8) überzogene Oberfläche des zweiten leitfähigen Blocks (14) und die ohmische Elektrode (4) eine Folie (44) aus sprödem Metall eingefügt ist
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