Procédé de fabrication d'un redresseur au silicium, et redresseur au silicium obtenu par ce procédé La présente invention comprend un pro cédé de fabrication d'un redresseur au silicium ainsi qu'un redresseur au silicium obtenu par ce procédé.
Les redresseurs du genre susmentionné comprennent en général un corps de silicium très pur et une paire de connexions, une de ces connexions étant purement ohmique ou prati quement telle, et l'autre connexion formant avec le corps de silicium un contact rectifiant. Le bon fonctionnement de ces dispositifs dé pend de plusieurs facteurs, parmi lesquels les plus importants sont le taux de redressement et le courant inverse. Dans de nombreuses ap plications il importe en outre de tenir compte de la caractéristique de tension Zener.
Le procédé de fabrication d'un redresseur au silicium que comprend la présente ïnven- tion est caractérisé en ce qu'on met une partie de la surface d'un corps de silicium en con tact avec un deuxième corps, qui est de l'alu- minium et une autre partie de la surface dudit corps de silicium en contact avec un troisième corps, qui est de' l'or allié d'impuretés de la classe des donneurs,
et en ce que le corps en tier de silicium est chauffé pour allier lesdits deuxième et troisième corps avec le corps de silicium.
Ce procédé peut être appliqué pour réunir au corps de silicium plusieurs corps; simulta nément ou en plusieurs opérations successives.
L'invention comprend également un re dresseur au silicium obtenu selon ce procédé, ce redresseur étant caractérisé par deux élec trodes de connexion, dont l'une est en alumi nium et l'autre en- or.
Dans un tel redresseur, le contact en alu- minium forme une connexion rectifiante et le contact en or forme une connexion pratique ment ohmique.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, quelques mises en oeuvre particulières du pro cédé et plusieurs formes d'exécùtion du re dresseur que comprend la présente invention, obtenu par ce procédé.
La fig. 1 est une vue en perspective d'un appareil pour ces mises en oeuvre particulières et montre également le circuit électrique d'ali mentation de cet appareil.
Les fig. 2, 3 et 4@ sont les vues, en éléva tion, de trois formes d'exécution particulières du redresseur selon l'invention, et les fig. S et 6 sont des diagrammes mon trant leurs caractéristiques de' fonctionnement. La fig. 1 représente un appareil pour la construction d'un redresseur au silicium. Cet appareil comprend un plateau 10, sur lequel sont montés un organe cylindrique creux 11 et deux supports isolants 12.
Sur les supports 12 sont fixées des pinces conductrices 13, qui supportent une bande 14 en métal réfractaire, par exemple en tantale. Sur le plateau 10 est fixé en outre un bloc isolant 16, portant une agrafe élastique 17, destinée à maintenir le fil 18 qui doit être réuni au silicium de la ma nière qui sera précisée par la suite.
Des con duits appropriés 19 amènent un gaz inerte, tel que l'hélium, dans l'organe cylindrique creux 11 et dans le voisinage immédiat de la bande réfractaire 14, pendant la construction du re dresseur.
En outre, des organes de réglage appro priés, non représentés, sont prévus afin d'ajus ter les supports isolants 12 et l'agrafe 17, les uns par rapport aux autres et par rapport au corps de silicium qui doit être traité.
La bande 14 peut être chauffée, à la tem pérature désirée, par une source 20, à l'aide d'un circuit contrôlé par le relais à temps 21.
Pour construire le redresseur représenté à la fig. 2, une lame de silicium 22 est placée sur un mince ruban d'or 23, qui est lui-même placé sur la bande de tantale 14. De préfé rence avant leur montage, le silicium et le.fil d'aluminium 18 seront décapés. Le fil d'alu minium 18 est disposé de manière à s'appuyer contre la face supérieure (fig. 2) de la lame de silicium 22.
On fait alors passer le courant dans la bande 14, de manière à chauffer le corps de silicium 22 jusqu'à une température d'environ 6500 C. Il s'ensuit que l'extrémité du fil d'aluminium qui est en contact avec la lame 22 s'allie au silicium, tandis que l'or, sur l'autre face de la lame, s'allie aussi au silicium. Avant et pendant le chauffage de la bande 14, un gaz inerte approprié, -par exemple de l'hé lium,
est dirigé par les conduits 19 sur l'ensem ble des pièces qui doivent être réunies.
Pour fixer les idées, la lame 22 peut être un disque de silicium de type N, ayant une résistivité de 0,5 ohm. cm, un diamètre de 0,25 cm et une épaisseur de 0,5 cm. Le fil d'aluminium 18 peut avoir un diamètre d'envi ron 0,008 cm, et le ruban d'or 23 une épais- seur de 0,025 cm. L'alliage de l'aluminium et de l'or avec le silicium s'obtient en faisant pas ser un courant d'environ 50 ampères pendant 3 secondes dans la bande de tantale 14, qui a une résistance électrique de 0,10 Ohms.
Après cette opération, il est avantageux de décaper l'ensemble formé par la lame de silicium et les connecteurs. A cet effet on peut plonger pendant 60 secondes le dispositif dans une solution composée de 25 crus d'acide ni trique, 15 cm3 d'acide fluorhydrique à 48 % et 15 crus d'acide acétique glacial. Après le décapage, on peut chauffer le dispositif pour éliminer l'humidité et on le plonge ensuite dans de la cire, telle que la cérésine, afin de le mu nir d'une enveloppe protectrice.
Les fig. 5 et 6 représentent les caracté ristiques d'un redresseur du type de celui ob tenu par le procédé décrit ci-dessus et compre nant un fil d'aluminium et une feuille d'or, al liés au silicium. Sur le diagramme de la fig. 5, les courbes A et B montrent respectivement les caractéristiques de courant inverse et de courant direct dans le cas d'un redresseur ayant un corps de silicium présentant une résistivité de 0,5 Ohm. cm et un fil d'aluminium de 0,008 cm, pour une température ambiante de 270 C.
Sur la même figure, les courbes A1, A2, A3, et A4 représentent les caractéristiques des cou rants inverses pour le même redresseur, mais à des températures différentes, indiquées pour chaque courbe.
Il est particulièrement intéres sant de remarquer, sur la fig. 5, les taux de redressement élevés, par exemple<B>108</B> à 1 Volt, la brusque montée de la gamme des courants Zener et l'uniformité de la tension Zener. On remarquera également que le courant direct pour les conditions représentées par les courbes AZ à A4, ne se différencie pas sensiblement de la courbe B, de sorte que, le redresseur est très stable aux variations thermiques.
A la fig. 6, les courbes C et D montrent respectivement le courant inverse et le courant direct pour un redresseur dont la lame de sili cium a une résistivité de 1 Ohm. cm, tandis que les courbes E et F représentent respectivement le courant inverse et le courant direct pour une lame de silicium ayant une résistivité de 20 Ohm. cm. Dans un cas comme dans l'autre le fil d'aluminium a un diamètre de 0,02 cm. Ici, de même que pour le redresseur ayant les ca ractéristiques de la fig. 5, on remarquera les rapports de redressement élevés et les faibles courants inverses.
Il convient de remarquer, ainsi qu'il ré sulte des figures 5 et 6, que la tension Zoner varie pratiquement de manière linéaire par rap port à la résistivité du silicium. Dans des re dresseurs d'essai, on a obtenu pour la tension Zoner des valeurs comprises entre 10 et 1000 volts, pour des résistivités comprises entre 0,5 et 50 Ohms. cm.
Le procédé décrit se prête aussi à la fabri cation de redresseurs tels que celui de -la fig. 3, ayant deux fils alliés au corps semi-conduc teur. Par exemple, dans le cas de la fig. 3 le fil 18 peut être en aluminium et le fil .23' en or, l'un et l'autre de ces fils étant alliés simul- tanément à la lame de silicium 22, en chauf fant celle-ci à environ 6500 C, selon le procédé décrit ci-dessus.
De même le procédé peut être appliqué pour obtenir des dispositifs ayant les fils de connexion sur les faces opposées d'un semi conducteur. Par exemple, la fig. 4 montre une lame de silicium 22, sur une face de laquelle est allié un fil d'aluminium 18, tandis que sur la face opposée est allié un fil d'or 23". Un redresseur de ce genre peut être obtenu par deux opérations successives.
Tout d'abord le fil d'aluminium 18 est réuni à la lame 22 en chauffant jusqu'à 650o C, ensuite on renverse cette lame, en faisant passer le fil 18 dans un trou non représenté, ménagé dans la bande de chauffage 14, et on chauffe jusqu'à 3700 C, pour allier le fil d'or 23" au silicium.
Dans les exemples décrits ci-dessus, le fil d'aluminium, allié au corps de silicium de type N, constitue un contact rectifiant, tandis que le fil d'or allié au corps de silicium de type N constitue un contact ohmique.
Bien que le procédé ait été décrit en se rapportant particulièrement à l'alliage au si licium d'organes ou de fils composés de métaux simples, il peut être appliqué tout aussi bien avec des combinaisons de métaux. Ainsi, lorsqu'il est allié de la manière dé crite ci-dessus, l'or peut modifier la résistivité de la portion de silicium qui lui est adjacente, tendant à la convertir . en silicium de type P.
Cet effet peut être neutralisé en alliant à l'or, avant d'effectuer sa réunion avec le silicium, un élément donneur, par exemple l'antimoine. La diffusion directe de l'antimoine dans le s;¯ licium exigerait l'emploi de températures re lativement élevées et un temps assez long.
Tou tefois, lorsque l'antimoine est allié à l'or, il pénètre facilement. dans le silicium à une tem pérature -voisine de la température eutectique de l'or et du. silicium. Aussi, en employant un corps composé d'or et d'antimoine, la soudure entre ce corps et la lame de silicium peut être adaptée à la conductibilité et au type de con- ductibilité du silicium. De la même manière, on peut employer des éléments autres que l'an- timoine,
et qui ne forment pas un eutectique avec le silicium. Par exemple des donneurs, tels que l'arsenic ou le phosphore, peuvent être employés pour revêtir un fil d'or. et le fil ainsi revêtu est ensuite chauffé à la température eutectique de l'or et du silicium.
De ce qui précède il ressort que le procédé décrit permet d'obtenir un redresseur présen tant un taux de redressement plus élevé et un courant inverse plus faible que les redresseurs du même genre connus jusqu'ici, de sorte que la tension Zoner peut avoir n'importe quelle valeur désirée. Il permet en outre d'exécuter, par une opération rapide et précise, des con nexions redresseuses ayant des caractéristiques déterminées.