DE952655C - Verfahren zur Herstellung von gut formierbaren Selengleichrichterplatten mit niedriger Schleusenspannung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 22. NOVEMBER 1956

S 32496 VIII c 1 21g

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern, insbesondere auf Maßnahmen zur Verbesserung der Flußkennlinie.

Selengleichrichter bestehen bekanntlich aus einer metallischen Grundplatte mit darauf befindlicher Selenschicht, auf der sich eine Metallschicht zur Stromabnahme befindet, welche als Deckelektrode bezeichnet wird. Bei solchen Gleichrichtern soll sich zwischen der Grundplatte und dem Selen möglichst keine Sperrschient ausbilden, während zwischen dem Selen und der Deckelektrode die Bildung einer Sperrschicht erforderlich ist. Durch verschiedene Maßnahmen kann ein derartiger Aufbau noch begünstigt werden. So versucht man z. B. durch Einfügen verschiedener Zwischenschichten zwischen Grundplatte und Selen die Bildung einer Sperrschicht an dieser Stelle zu verhindern, während man andererseits die Selenoberfläche behandelt oder isolierende Stoffe in dünner Schicht aufbringt, um an dieser Stelle eine besonders gute Sperrschicht zu erhalten. Es ist .auch bekannt, daß die gleichrichtende Wirkung, welche auf das engste mit der Bildung der Sperrschicht verknüpft ist, von der Art und Zusammensetzung der Deckelektrode abhängt. Die Sperrschicht wird stark durch eine Reaktion zwischen dem Selen und dem Deckelektrodenmaterial beeinflußt.

Als Deckelektrodenmetall wurden bisher die verschiedensten Metalle und Legierungen verwendet, vorzugsweise Legierungen, welche in wechselnden Mengen Kadmium enthalten. Bei den bekannten Selengleichrichtern mit kadmiumhaltiger Deckelektrode hat die Flußkennlinie des Gleichrichters einen charakteristischen Verlauf. Sie verläuft zunächst ein Stück nahe der Spannungsachse, um dann bei einem bestimmten ίο Wert der Spannung steil nach oben abzubiegen. Diese Spannung wird allgemein als Schleusenspannung bezeichnet. Man erhält den. Wert für die Schleusenspannung aus der Flußkennlinie, wenn man den geradlinigen Teil der Kennlinie bis zum Schnitt mit der Spannungsachse verlängert.

Bei den üblichen Selengleichrichtern mit kadmiumhaltiger Deckelektrode beträgt die Schleusenspannung ungefähr 0,5 Volt. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Selengleichrichtern anzugeben, bei denen die Schleusenspannung gegenüber diesem Wert erheblich vermindert ist.

Es ist zwar bekannt, daß sich die Schleusenspannung von Selengleichrichtern bei Verwendung von bestimmten Metallen als Deckelektrodenmaterial herabsetzen läßt. Insbesondere sind dazu Deckelelektrodenmetalle geeignet, die eine große Elektronenaustrittsarbeit haben. Eine Herabsetzung der Schleusenspannung erreicht man z. B., wenn man als Deckelektrode die Metalle Wismut, Zinn, Blei, Antimon oder Nickel verwendet. Die so erhaltenen Gleichrichterplatten haben jedoch den großen Nachteil, daß sie sich nicht oder nur sehr schlecht formieren lassen. Außerdem steigt bei der Formierung die Schleusenspannung wieder an, so daß der zunächst erreichte Vorteil wieder aufgehoben wird.

Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden, und es gelingt nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, Selengleichrichterplatten von erheblich verminderter Schleusenspannung und damit wesentlich verbesserter Flußkennlinie herzustellen, die sich gut formieren lassen und die bei der Formierung den niedrigen Wert der Schleusenspannung beibehalten.

Gemäß der Erfindung werden Selengleichrichter dieser Art nach dem Verfahren hergestellt, daß vor dem Aufbringen der Deckelektrode eine äußerst dünne Zwischenschicht aus einem Metall, welches die Schleusenspannung erniedrigt, in Mengen nicht über 5 · io~⁷ g/cm² aufgebracht wird.

Als Metalle für die dünne Zwischenschicht kommen insbesondere solche in Frage, die auch als Deckelektrodenmetall eine geringe Schleusenspannung erzeugen. Das sind besonders die Metalle der IV. und V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente. Besonders hat sich Wismut als geeignet erwiesen. Es können aber auch dünne Zinn-, Blei-, Antimon- oder Nickelschichten verwendet werden. Auf diese äußerst dünnen Metallschichten wird dann das übliche Deckelektrodenmetall in der bekannten Weise aufgebracht. Beispielsweise wird eine kadmiumhaltige Legierung, z. B. ein Wismut-Zinn - Kadmium - Eutektikum, durch Aufspritzen aufgebracht.

Es ist zwar schon bekannt, die Deckelektrode von Selengleichrichtern aus zwei oder mehreren verschiedenen Metallschichten aufzubauen, jedoch konnte der mit der Erfindung erreichte Zweck, nämlich die Herabsetzung der Schleusenspannung unter gleichzeitiger Erhaltung der Formierfähigkeit, nicht erreicht werden. Das liegt daran, daß die auf das Selen aufgebrachten Metallschichten zu dick waren. Ihre Dicke lag bei etwa io~⁴ bis 10—⁵ cm. Wesentlich bei der nach der Erfindung auf das Selen aufgebrachten Metallzwischenschicht ist die äußerst geringe Dicke. Die Metallmenge der Zwischenschicht darf 5 · io~⁷ g/cm² nicht übersteigen, um die angestrebte Wirkung zu erzielen. Das entspricht einer Dicke der Zwischenschicht, z. B. bei Verwendung von Wismut, von kleiner als 5 · io~⁸ cm, das ist eine etwa monoatomare Schicht. Obwohl man, wie bereits- festgestellt wurde, bei Verwendung der die Schleusenspannung erniedrigenden Metalle als Deckelektrode die erhaltenen Gleichrichterplatten nicht oder nur bis zu sehr geringen Spannungen formieren kann, zeigt sich überraschenderweise, daß bei Verwendung von Schichten von äußerst geringer Dicke sich die Gleichrichterplatten unbeschränkt formieren lassen, ohne daß die Schleusenspannung dabei ansteigt. Da derart äußerst dünne Metallschichten nicht selbst als Gegenelektrode verwendet werden können, wird auf diese Metallschicht eine stärkere Metallschicht als Elektrode aufgebracht. Es hat sich dabei überraschenderweise gezeigt, daß die Zusammensetzung der dicken Metallschicht ohne Einfluß auf die durch die äußerst dünne Zwischenschicht ■ erreichten Vorteile ist. Es kann daher eine übliche Deokelektrodenlegierung dafür verwendet werden.

Die äußerst dünnen Metallzwischenschichten können äüf die verschiedenste Weise aufgebracht werden, jedoch hat sich das Aufdampfen im Vakuum als besonders vorteilhaft erwiesen. Um derart geringe Mengen dosieren zu können, bringt man zweckmäßig zwischen dem Verdampfer und der zu bedampfenden Selenschicht eine bewegliche, z. B. rotierende Blende an, so daß der Dampfstrom nur ganz kurzzeitig auf die Selenoberfläche gelangen kann. Dadurch wird verhindert, daß in der Zeit zwischen dem Anheizen des Verdampfers und der Erreichung der Verdampfungstemperatur bereits so viel Metall auf die Selenschicht gelangt, daß die Zwischenschicht zu dick wird.

Wenn man beispielsweise eine äußerst dünne Wismutzwischenschicht auf die Selenschicht einer Gleichrichterplatte auf die genannte Weise und in der beschriebenen Menge aufbringt und auf diese eine Deckelelektrode aus Wismut, Zinn und Kadmium aufspritzt, so erhält man Gleichrichterplatten, bei denen die Schleusenspannung auf 0,2 bis 0,35 V herabgesetzt ist und die sich gleichzeitig auf eine Sperrspannung von ungefähr 20 V formieren lassen.

Durch die Parallelverschiebung der Flußkennlinie nach der Erfindung erhält man somit einen

erheblich verbesserten Gleichrichter. Um den Vorteil der verbesserten Kennlinie voll ausnutzen zu können, ist es zweckmäßig, die Gleichrichterplatten möglichst hoch zu belasten und dabei die Temperatur des Gleichrichters in an sich bekannter Weise durch künstliche Kühlung möglichst niedrig, vorteilhaft auf etwa 40⁰ C, zu halten.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

In Fig. ι sind zwei Gleichrichter-Flußkennlinien dargestellt, um die Verbesserung der Kennlinie durch die Maßnahmen nach der Erfindung zu veranschaulichen. In Fig. 2 wird an zwei Kurven die Verbesserung der Formierbarkeit verdeutlicht.

In Fig. ι ist die Abhängigkeit des Durchgangsstromes (Ordinate) von der Spannung in Durchlaßrichtung (Abszisse) dargestellt. Die mit 1 bezeichnete Kurve zeigt die Verhältnisse bei einer der üblichen Gleichrichterplatten ohne Zwischen-

ao schicht. Die Kurve, die mit 2 bezeichnet ist, stellt einen Teil der Flußkennlinie eines Gleichrichters gemäß der vorliegenden Erfindung dar, bei welchem eine äußerst dünne Wismutzwischenschicht vor dem Aufbringen der Deckelektrode auf der Selenschicht durch Aufdampfen niedergeschlagen wurde. Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, daß die beiden Kurven zunächst der Abszisse folgen, um dann mehr oder weniger steil nach oben abzubiegen und schließlich in einen geradlinigen Teil-überzugehen, der bei beiden Kurven parallel verläuft. Verlängert man den geradlinigen Kurventeil bis zum Schnitt mit der Abszisse, wie dies in der Figur gestrichelt angedeutet ist, so erhält man auf der Abszisse die Werte für die Schleusenspannung. Die Schleusenspannung beträgt bei Kurve 1 (ohne Zwischenschicht) 0,5 V und bei Kurve 2 (mit Zwischenschicht) 0,2 V. Es ist ferner ersichtlich, daß bei dem Gleichrichter, welcher der Kurve 2 entspricht, schon bei viel geringeren Spannungen große Ströme fließen können.

In Fig. 2 sind Formierungskurven für zwei verschiedene Gleichrichterplatten dargestellt. Die Kurven zeigen das Verhältnis der erreichten Formierspannung (Ordinate) zu der Formierzeit. Die Kurve 2 entspricht wieder einer nach der Erfindung aufgebauten Gleichrichterplatte mit einer Wismutzwischenschicht von etwa io~~⁷ g/cm², während die Kurve 3 einer Gleichrichterplatte zugeordnet ist, deren Deckelektrode vollkommen aus einer kompakten Wismutschicht besteht. Aus der Darstellung ist leicht zu entnehmen, daß bei 'der Gleichrichterplatte mit kompakter Wismutschicht (Kurve 3) auch bei langer dauernder Formierung höchstens eine Sperrspannung von ungefähr 9 V erreicht werden konnte. Im Gegensatz dazu steigt die Kurve 2 bis auf 20 V. Daraus ist ohne weiteres ersichtlich, daß es nicht nur auf das an das Selen angrenzende Metall ankommt, sondern daß die Dosierung eine sehr wesentliche Rolle spielt.

Wie bereits betont wurde, ist die Erfindung nicht nur auf die Verwendung von aufgedampften Wismutzwischenschichten beschränkt, sondern es kann für diese Zwischenschicht jedes geeignete Metall mit großer Elektronenaustrittsarbeit verwendet werden, und es können auch andere Aufbringungsarten Anwendung finden, wenn nur die Dicke der Zwischenschicht -unter 5 · 10—⁷ g/cm² bleibt.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von gut formierbaren Selengleichrichterplatten mit niedriger Schleusenspannung, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Deckelektrode eine äußerst dünne Zwischenschicht aus einem Metall, welches die Schleusenspannung erniedrigt, in Mengen nicht über 5 · 10—⁷ g/cm² auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall für die äußerst dünne Zwischenschicht Wismut verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Zwischenschicht auf die Halbleiterschicht aufgedampft wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte Metallmenge durch bewegliche, insbesondere rotierende Blenden zwischen Verdampfer und Selenoberfläche dosiert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2496432;

Auszüge deutscher Patentanmeldungen Vol. 5, 1948, F83 6s3VIIIc/2ig;

Fiat Berichte »Physik der festen Körper«, Bd. 9, Teil II, 1948, S. 108;

deutsche Patentanmeldungen A 6212 VIIIc/2ig, 11/02 und ρ 12855 VIIIc/2ig, 11/02 D (DBP 926 378);

deutsche Patentschriften Nr. 667 750, 851 227.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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