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La présente invention est relative à des dispositifs à semi- conducteurs tels que les transisteurs et les diodes, et à des procé- dés de fabrication de ces dispositifs.
Dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs qui sont prévus pour faire passer des puissances importantes, il est géné- ralement désirable que l'aire de la jonction électrique entre l'élec- trode et le corps semi-conducteur soit grande. Jusqu'à présent, ce procédé pour,augmenter la capacité de l'appareil à l'égard de la puis- sance à traiter n'a réussi que partiellement, parce qu'un problème supplémentaire naît du fait de la tendance de la matière de l'électro- de à migrer dans le corps semi-conducteur à un taux rapide incontrô- lable, et à des taux légèrement différents d'un point à l'autre de l'aire de la jonction.
Il en résulte un produit fini dont les caractéristiques électriques sont médiocres; par exemple, on produit des transisteurs ayant un coefficient d'amplification ( [alpha] ) indésirablement bas, - quelquefois moindre que 0,9.
Dans la fabrication de transisteurs à jonctions, les électrodes sont généralement diffusées dans le semi-conducteur à partir de surfaces de ces corps disposées en face l'une de l'autre en laissant entre elles une étroite portion de semi-conducteur jouant le rôle de barrière. Pour que l'ensemble complet ait un coefficient d'amplification de courant élevé, il est essentiel que les faces en coopéra- tion à diffusion soient écartées uniformément et de peu sur l'étendue entière de la face de contact, c'est-à-dire que la partie barrière du semi-conducteur doit être très mince de manière constante sur toute sa surface.
A cause du manque de contrôle sur les, et du taux de diffusion rapide des matières formant une jonction habituelle dans de corps semi-conducteurs, on réalise rarement l'écartement uniforme d'électrodes désirée Il faut veiller à ne pas permettre à ces surfaces de coopération diffusées de venir en contact direct, puisque ceci court-circuiterait le transisteur; ainsi, la limite basse de l'écart entre électrodes est établie par la partie migrant le plus rapidement de la surface de coopération, qui est généralement au centre.
Un objet de la présente invention est de procurer un dispositif à semi-conducteur, tel qu'un transisteur, capable de laisser passer des courants jusqu'à un ampère sous des tensions jusqu'à environ 28 volts.
On a trouvé que la diffusion des électrodes de jonction se fait à un taux sensiblement égal le long de tous les points du bord d'attaque ou de la surface de coopération lorsque l'opération est exécutée suivant la présente inventiono On a trouvé encore que si un métal purement "donnant" - par exemple de l'indium - est utilisé pour l'une des électrodes, le taux de diffusion varie le long du bord menant de la partie diffusée et présente un contour généralement parabolique, faisant ainsi',-que l'épaisseur de la barrière de semi-conducteur varie sur l'étendue de celui-ci.
Suivant la présente invention, on prépare une composition métallique formant une jonction électrique ayant un retardateur du taux de dilution ou de diffusion quiréduit le taux de diffusion de la matière formant la jonction électrique dans un corps semi-conducteur et en conséquence permet un contrôle plus étroit de l'opération de diffusion. Le semi-conducteur peut être du germanium, du silicium, ou un autre matériau semi-conducteur convenable.
Par exemple on a trouvé qu'un alliage ou mélange d'indium-
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germanium peut être utilisé comme matière formant une jonction pour une électrode dans un corps de germanium de type N, le germanium contenu dans l'alliage ou le mélange tendant à abaisser ou à retarder le taux de migration de l'électrode dans le corps semi-conducteur en germanium. Bien que d'autres combinaisons soient satisfai- santes à ce point de vue, le demandeur a trouvé qu'un alliage de 6% de germanium et de 94% d'indium est préférable. 'Une autre combinaison telle qu'un alliage ou un mélange d'indium et d'or convient également pour l'emploi comme matériau d'électrode formant jonction.
Des combinaisons similaires avec d'autres métaux acceptants tels que gallium, aluminium et analogues ont été trouvées convenables aussi.
Suivant la variante préférée de la présente invention, un cristal unique de matériau semi-conducteur,germanium de type N, ayant une résistivité de 4 à 5 ohms-centimètre est préparé suivant le processus habituel d'accroissement des cristaux. Ce cristal est alors coupé en tranches sensiblement de la dimension et de la forme du corps de cristal final désiré, et les tranches sont ensuite meulées sur une meule pour présenter un corps semi-conducteur plus exactement dimensionné. Ces corps meulés sont alors attaqués à l'acide pour en nettoyer la surface et améliorer leurs propriétés électriques.
Le matériau d'électrode formant jonction est alors placé au sommet d'un corps de germanium et maintenu mécaniquement en contact avec lui - par exemple dans une monture de graphite - et ensuite soumis à un cycle de traitements thermiques, tel que celui qui est montré à la figure 3 des dessins ci-annexés, où la température du corps semi-conducteur est élevée rapidement à sensiblement 925 F. ensuite descendue rapidement à une température d'environ 850 F, auquel point le taux de refroidissement est diminué en sorte que 1-'unité est refroidie à la température ambiante, à un taux d'environ 80 F par minute. Il est préférable d'exécuter ce cycle de chauffage dans une atmosphère d'hydrogène, empêchant ainsi toute oxydation des composants pendant le cycle de chauffage.
On croit que le taux de refroidissement plus lent à partir de 850 F contribue à l'accroissement d'un cristal unique dans l'aire de contact entre le corps semi-conducteur et l'électrode formatrice de jonction.
Les valeurs effectives de la température et ,du temps peuvent varier pour des semi-conducteurs différents. Ainsi, par exem- ple, lorsque du silicium de conductivité de type N forme le semi-con- ducteur, on préfère un matériau accepteur tel que de l'aluminium pour une électrode, l'invention étant appliquée de préférence en utilisant un alliage d'aluminium et de silicium dans lequel ce dernier agit comme retardateur de diffusion. Bien que d'autres proportions soient satisfaisantes, l'alliage eutectique contenant 11,6% de Si et 88,4% d'Al est préféré.
En diffusant une électrode dans le cristal dans ce cas, la combiriaison est chauffée à une température de par exemple 1200 F à 1300 F et maintenue à cette température élevée pour une période de temps suffisante pour que la diffusion ait lieu à la profondeur désirée, après quoi l'unité est refroidie à la température ambiante comme décrit ci-dessus.
Un exemple pratique d'un transisteur fait suivant la présente invention, et qui n'en fournit qu'un ensemble, sera décrit maintenant en se référant aux figures 1 et 2 des dessins ci-annexés qui montrent respectivement, une élévation en coupe de la ligne I-I des figures 2 et une vue en plan d'un transisteur fini.
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Un corps semi-conducteur 11, préparé comme décrit ci-dessus présente, diffusées dans ses surfaces plates opposées, par le proces- sus déjà détaillé, deux électrodes 12 et 13. Après refroidissement, l'unité est de nouveau refroidie et attaquée à l'acide pour enlever toutes les impuretés de surface qui peuvent être venues en contact avec la surface du corps pendant l'opération de fixation des fils.
Les aires de jonctions diffusées 18 et 19 sont séparées, à l'intérieur du corps semi-conducteur 11, par la partie barrière 200
Pour les meilleures performances du transisteur, l'épaisseur de la partie barrière 20 doit être aussi constante que possible, et dans un transisteur type suivant la présente invention, et capable de laisser passer 1 ampère sous 28 volts, l'épaisseur de barrière variera entre, par exemple 1 et 2 mils, l'épaisseur originelle du corps 11 étant d'environ 6 milso La longueur et la largeur du transisteur, bien que non critiques, peuvent être: 3/16 de pouce comme largeur et 3/4 de pouce comme longueur.
Naturellement, si l'unité doit être mise en oeuvre à des niveaux de puissance différents, les dimensions seront changées en correspondance
REVENDICATIONS.
1. Dispositif à semi-conducteur comprenant un corps d'un matériau semi-conducteur ayant généralement une conductivité d'un type et au moins une électrode de jonction de conductivité de type opposé diffusée dans le corps semi-conducteur et d'un matériau ayant comme constituant un diluant qui retarde le taux de diffusion de l'électrode dans le corps semi-conducteur.