Kristalldiode Die Erfindung bezieht sich auf eine Kristalldiode, die aus einer dünnen Scheibe halbleitenden Materials besteht, die auf einer Seite mit einem ohmischen Kontakt und auf der anderen Seite mit einem Gleich- richtkontakt versehen ist, von welchen Kontakten mindestens einer ein Legierungskontakt ist. Der andere Kontakt kann zum Beispiel durch Legierung oder durch Diffusion erhalten sein.
Unter einem Legierungskontakt wird ein Kon takt verstanden, der durch ein bekanntes Verfahren hergestellt ist, das darin besteht, dass auf einem halb leitenden Körper eine Menge Kontaktmaterial ange bracht wird, das wirksame Veiunreinigungen, Dona- toren und/oder Akzeptoren enthält, worauf das Ganze dermassen erhitzt wird, dass sich auf dem halbleiten den Körper eine Schmelze des Kontaktmaterials bil det, in der sich eine kleine lMenge halbleitenden Ma terials löst, das nach Abkühlung wieder kristallisiert mit einem Gehalt an Verunreinigungen, so dass es eine Schicht mit einem Leitfähigkeitstyp bildet,
der von dem des halbleitenden Körpers verschieden ist, auf wel cher Schicht sich darauf das übrige, erstarrte Kon taktmaterial ablagert.
Bei Kristalldioden ist es im allgemeinen üblich und mit Rücksicht auf die Materialeigenschaften wünschenswert, unter anderem mit Rücksicht auf die kleine Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger in dem halbleitenden Material, den ohmischen und den gleichrichtenden Kontakt einander gegenüber beiderseits der Scheibe halbleitenden Materials an zubringen, so dass die Kontakte sich in einem Mini malabstand voneinander befinden. Bei dünnen, halb leitenden Scheiben liegt die Zentrierung der Kontakte ausserdem noch auf der Hand wegen der Tatsache, dass der elektrische Streuungswiderstand bei zentrier ten Kontakten minimal ist.
Es hat sich jedoch ergeben, dass diese Bauart eine schlechte Sperrkennlinie zur Folge haben kann, wenn die halbleitende Scheibe dünn ist, zum Beispiel 100 ,et beträgt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der hohe Sperrstrom dadurch auftritt, dass während der Abkühlung Spannungen in dem halbleitenden Körper entstehen, die bei dünnen Scheiben Risse hervorrufen, die sich durch die halbleitende Scheibe von dem Legierungskontakt zur anderen Seite mit dem anderen Kontakt ausdehnen und die mit einer feuchten Atmosphäre gefüllt sind, welche Ionenleitung auf diesem Wege ermöglicht.
Zu dieser Erkenntnis trägt die Tatsache bei, dass beim Anbringen einer solchen Kristalldiode im Hochvakuum der Sperrstrom er heblich sinkt und den normalen Wert annimmt. Diese Schwierigkeit tritt insbesondere auf, wenn das Kon taktmaterial und das halbleitende Material beide spröde sind und einen grossen Unterschied im Aus- dehnungskoeffizienten aufweisen.
Die Erfindung bezweckt, eine einfache Bauart der Kristalldiode zu schaffen, bei der die vorerwähnte Schwierigkeit vermieden wird. Sie ist besonders wichtig für die Anwendung von Kristalldioden, bei denen besonders die Sperrkennlinie hohe Anforderun gen zu erfüllen hat.
Bei einer Kristalldiode nach der Erfindung sind die Kontakte beiderseits der Scheibe einander gegen über so angeordnet, dass die geometrische Projektion des ohmischen Kontaktes senkrecht zu der gegen überliegenden Seite ausserhalb der Begrenzung des gleichrichtenden Kontaktes liegt.
Mit Rücksicht auf die endliche Eindringtiefe der Risse ist diese Bauart besonders von Bedeutung bei Kristalldioden, deren halbleitende Scheibe dünner ist als 150,u. Man kann zum Beispiel den ohmischen Kontakt in Form eines Ringes um den Gleichrichtkontakt auf der dem Gleich- richtkontakt gegenüberliegenden Seite anbringen.
Bei einer sehr einfachen Ausführungsform der Kristalldiode kann sowohl der ohmische als auch der gleichrichtende Kontakt durch Auflegierung zum Beispiel einer Kugel, eines Drahtes oder einer Pille aus Kontaktmaterial angebracht werden. Besonders bei dieser Ausführungsform ist die vorstehend ange gebene Verschiebung der Kontakte von grosser Be deutung, da sonst von beiden Seiten her, anfangend bei den Legierungskontakten, die Spannungen und Risse in die halbleitende Scheibe eindringen.
Indem die Kontakte von der zentrierten Lage über einen so grossen Abstand verschoben werden, dass der Minimal abstand zwischen Projektion und Begrenzung min destens gleich der Stärke der halbleitenden Scheibe ist, kann das Auftreten von Rissen meistens voll kommen vermieden werden. Es liegt jedoch auf der Hand, dass die Kontakte nicht weiter voneinander entfernt werden sollen, als mit Rücksicht auf die Sperrkennlinie erforderlich ist, da die Verschiebung eine Verringerung des Vorwärtsstromes mit sich bringt.
Die Erfindung ist besonders wichtig für Kristall dioden, deren halbleitende Scheibe aus Silicium be steht, da Silicium ein sprödes Material mit einem verhältnismässig niedrigen Ausdehnungskoeffizienten ist, während die meisten, bisher für Silicium verwen deten Kontaktmaterialien oder die Legierungen dieser Materialien mit Silicium, zum Beispiel eine Legierung aus 75 Gewichtsprozent Gold und 25 Gewichtspro zent Antimon oder Aluminium-Silicium-Legierungen, auch spröde sind und einen verhältnismässig hohen Ausdehnungskoeffizienten haben.
Messungen an Kristalldioden mit einer halbleitenden Siliciumscheibe des p-Typs, auf der sich ein ohmischer Legierungskon takt aus Aluminium, ein gleichrichtender Legierungs kontakt aus einer Legierung von 75 Gewichtsprozent Gold und 25 Gewichtsprozent Antimon befindet, haben erwiesen, dass das Auftreten von Rissen meistens ganz verhütet werden kann, indem die Le gierungskontakte von der zentrierten Lage her über einen so grossen Abstand verschoben werden,
dass der Minimalabstand zwischen der Projektion des ohmischen Kontaktes und der Begrenzung des gleich richtenden Kontaktes mindestens gleich der Stärke der Scheibe, vorzugsweise das Zweifache dieser Stärke oder mehr ist, wodurch der Sperrstrom um etwa einen Faktor 100 oder mehr erniedrigt wird, während der Vorwärtsstrom in Abhängigkeit von der Lebens dauer der Minderheitsladungsträger in dem halblei tenden Material nur um etwa einen Faktor 3 bis 10 abnimmt. Der Vorwärtsstrom nimmt erst erheblich ab,
wenn der mittlere Abstand der Kontakte einige Male die Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung sich nur auf Kristalldioden bezieht und nicht auf Photozellen und Transistoren. Bei diesen halbleiten den Elektrosystemen können die Kontakte aus voll kommen anderen Gründen verschoben angebracht sein als die, welche bei Kristalldioden gelten.
Bei einem Transistor zum Beispiel wird man zum Erzie- len eines hohen Stromverstärkungsfaktors die gleich richtenden Kontakte einander gegenüber anbringen, so dass der ohmische Kontakt seitlich von diesen Kon takten liegt, da die Stelle gegenüber jedem der beiden Gleichrichtkontakte besetzt ist; bei Photodioden wird der ohmische Kontakt möglichst nahe dem Rande der halbleitenden Scheibe angebracht, da die Strahlung möglichst unabgeschwächt in die Umgebung der Sperrschicht eindringen kann.
In der beiliegenden Zeichnung sind einige Aus führungsbeispiele einer Kristalldiode nach der Er findung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 bis 3 in einem Längsschnitt je eine Aus führungsform einer Kristalldiode nach der Erfindung und Fig.4 eine perspektivische Darstellung einer be sonderen Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Legierungsdiode. Die halblei tende Scheibe 1 besteht aus p-Typ Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 20 Ohm-cm und einer Stärke von etwa 100,u.. Auf einer Seite ist ein gleich richtender Legierungskontakt 2 durch Aufschmelzen von Kontaktmaterial angebracht, das aus einer Le gierung von 25 Gewichtsprozent Antimon und 75 Gewichtsprozent Gold besteht.
Die Eindringtiefe beträgt etwa 30 u. An diesem Kontakt ist ein Zuführungsdraht 3 aus Nickel fest gelötet. Auf der anderen Seite der halbleitenden Scheibe, verschoben gegenüber diesem Kontakt, ist der ohmische Legierungskontakt 4 durch Aufschmelzen von Aluminiumdraht angebracht. Die Projektion dieses Kontaktes, der eine Eindringtiefe von etwa 40 cc hat, auf die gegenüberliegende Seite ist in dem Schnitt durch die Linie AB bezeichnet.
Der Minimalabstand d der Begrenzung von der Projektion beträgt etwa 300 lt. An diesem Alumi niumkontakt 4 ist mittels eines Klemmkontaktes 5 aus Nickel der Zuführungsdraht 6 aus Kupfer be festigt.
Die Ausführungsform nach Fig.2 entspricht im grossen ganzen der nach Fig. 1, mit der Ausnahme jedoch, dass der ohmische Legierungskontakt durch einen Diffusionskontakt 4 ersetzt ist und dass die Kon takte sich einander näher befinden.
Dieser Diffusions- kontakt kann zum Beispiel dadurch erhalten werden, dass örtlich eine Galliumschicht auf den halbleitenden Körper 1 aufgedampft und das Ganze darauf während einer gewissen Zeit auf 1100 C erhitzt wird, so dass das Gallium in die halbleitende Scheibe diffundiert. Die Kontaktstelle wird darauf elektrolytisch ver kupfert, worauf durch Löten ein Zuführungsdraht 5 aus Kupfer befestigt wird.
In Fig. 3 besteht der ohmische Kontakt aus einem auflegierten Ring 1 aus Kontaktmaterial, an dem ein Zuführungsdraht 2 befestigt ist. Auf der anderen Seite, innerhalb dieses Ringes, ist der gleichrichtende Kontakt 3 angebracht, der auch mit einem Zufüh rungsdraht 4 versehen ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig.4 sind die zwei Enden eines U-förmig gekrümmten Drahtes 1 aus Kontaktmaterial auf den halbleitenden Körper 2 aufgeschmolzen. Der Kontakt kann zum Beispiel als ohmischer Kontakt verwendet werden und ist an dem Verbindungsstück der zwei Enden mit einem Zu führungsdraht 3 verbunden. Auf der anderen Seite ist zwischen den beiden Enden der gleichrichtende Kontakt 4 vorgesehen.
Die Wirkung der Erfindung ist weiter noch aus folgenden Daten ersichtlich: Bei der Kristalldiode nach Fij. 1 betrug der Sperrstrom bei einer Sperrspannung von 80 V weniger als 0,1 ,yA, während der Sperr strom der Kristalldiode mit einander gegenüberlie genden, zentrierten Kontakten, welche Diode im übri gen der Kristalldiode nach Fig. 1 ähnlich war, bei 20 V bereits 10 ,cc A betrug.