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Verfahren zur Herstellung eines Trockengleichrichters Als wichtigste
Trockengleichrichtertypen haben sich im Laufe der Entwicklung vor allem :der Kupferoxydul-
und der Selen-Sperrschichtgleichrichter durchgesetzt. Wie die vielen Patente auf
diesem Gebiet zeigen, sind aber auch mit anderen Kombinationen gute und zum Teil
bessere gleichrichtende Wirkungen zu erwarten. Eine solche neue, verbesserte Gleichrichterkombination
und ihr besonderes Herstellungsverfahren ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Bei der Herstellung von Gleichrichterelementen kommt es im wesentlichen
darauf an, daß einerseits zwischen den betreffenden Schichten, z. B. zwischen der
einen Metallelektrode und der Sperrschicht, die gewünschte gleichrichtende Wirkung
auftritt, daß andererseits zwischen weiteren Schichten (hauptsächlich z. B. zwischen
der zweiten Metallelektrode und dem Halbleiter) guter elektrischer Kontakt besteht
und daß sich allgemein alle Stromübergänge innerhalb der Gleichrichterelemente unveränderlich
verhalten gegenüber mechanischen, elektrischen und thermischen Beanspruchungen während
des Betriebes, um damit eine hinreichende Lebensdauer sicherzustellen. Diese Bedingungen
können am besten z. B. durch eine dünne, verhältnismäßig gut leitende Halbleiterschicht
und eine möglichst dünne und doch äußerst hochohmige sperrende Schicht erfüllt sein.
Nach diesen Anforderungen müssen sich dann jeweils die Herstellungs-, Formierungs-
und sonstigen Behandlungsverfahren des Gleichrichterelements richten. Bei dem Herstellungsverfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich nun um einen Gleichrichter, der
Aluminium als Trägermetall, Aluminiumoxyd als sperrende Schicht, Bleidioxyd als
Halbleiter und eventuell Blei als Gegenelektrode benutzt. Mit dieser Kombination
lassen sich durch geeignete Nachformierung
sehr gute gleichrichtende
Wirkungen mit verhältnismäßig hoher Sperrspannung (etwa 30 V Wechselspannung)
bei .guter Strombelastbarkeit (etwa o r A/cm2 Gleichstrom bezogen auf die Fläche
der Gegenelektrode) erzielen. Allerdings sind diese Werte in hohem Maße von dem
erfindungsgemäßen besonderen Herstellungsverfahren abhängig.
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Zwar sind bereits mehrere Gleichrichteranordnungen bekannt, die als
Trägermetall Aluminium und als Sperrschicht Aluminiumoxyd benutzen, in der Wahl
des Halbleiters aber untereinander und von der vorliegenden Erfindung abweichen.
Eine Reihe älterer Vorschläge bezog sich z. B. auf die Ausbildung eines Sulfid-
oder jodidgleichrichters. Jedoch scheinen in dieser Hinsicht keine befriedigenden
Ergebnisse erzielt worden zu sein, denn es ist bekanntlich ein beträchtlicher Aufwand
erforderlich, um die elektrolytische Zersetzung dieser an sich anfälligen Halbleiterschichten
mit Sicherheit und auf die Dauer zu verhindern. Auch Bleidioxyd als Halbleiter ist
bereits vorgeschlagen worden. Allerdings sind, abweichend von der vorliegenden Erfindung,
dabei .andere Materialien für Trägerelektrode, sperrende Schicht und Gegenelektrode
benutzt worden. Insbesondere sind dabei die für das zufriedenstellende Arbeiten
einer solchen Gleichrichterkombination wesentlichen Kontaktverhältnisse zwischen
Trägerelektrode, sperrender Schicht und Halbleiterschicht nicht berücksichtigt worden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das Gleichrichterelement
aus Aluminium als Trägermetall, Aluminiumoxyd (A1,0.) als sperrende Schicht;
Bleidioxyd (Pb 02) als Halbleiter und reinem Blei bzw. Blei mit einem Bleidioxydüberzug
als Gegenelektrode. Das Wesentliche des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
besteht in der besonderen Ausbildung der sperrenden Schicht und in .der elektrolytischen
Niederschlagung des Bleidioxyds auf die sperrende Schicht. Das Verfahren der elektrolytischen
Niederschlagung besitzt gegenüber allen bekannten Verfahren, Halbleiter durch Aufdampfen,
Aufpressen aus vorgegebenen Pillen, Aufsprühen usw. niederzuschlagen, beträchtliche
Vorteile, besonders in der Hinsicht, daß nur auf diesem Wege die gewünschten Kontaktverhältnisse
zwischen den verschiedenen Schichten bei ausgezeichneter Haftfestigkeit sowie eine
genaue Dosierung und gleichzeitige Formierung der Halbleiterschicht ohne nachträglichen
Angriff der sperrenden Schicht möglich ist.
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Wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
sind im einzelnen folgende: Die zu oxydierende Aluminiumplatte erhält durch geeignete
Vorbehandlung, z. B. .durch. langsames Ätzen mit 2oo/oiger Schwefelsäure, eine sehr
saubere, matte Oberfläche. Auf die so vorbehandelte Aluminiumplatte wird eine dünne,
festhaftende Oxydschicht mit einer ganz bestimmten Porosität durch anodische Oxydation
aufgebracht, wobei beispielsweise Borax mit geringfügigen Verunreinigungen als Elektrolyt
benutzt wird. Nur auf diesem Wege der unvollkommenen Formierung läßt sich mit beliebig
gewünschter Dosierung eine dünne, festhaftende Oxydschicht mit einem vorbestimmten
Porenvolumen aufbringen. Auf .dieser sperrenden Schicht aus Aluminiumoxyd wird nun
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch Elektrolyse in Bleiacetat mit Blei
als elektrolytischer Kathode die Halbleiterschicht aus Bleidioxyd niedergeschlagen.
Die Kunst der Verfahrensausbildung besteht nun darin, das Aluminiumoxyd in einer
solchen Stärke und andererseits Poiosität aufzutragen, daß die poröse Schicht wohl
eine gute sperrende Wirkung ergibt, zugleich aber als Isolator doch nicht dicht
genug ist, um einen Stromdurchgang bei der Elektrolyse völlig zu unterbinden. Die
elektrolytische Niederschlagung des Bleidioxyds muß vorzugsweise bei niedriger Spannung
erfolgen. Auf die so erhaltene Halbleiterschicht kann schließlich reines Blei als
Gegenelektrode nach einem der bekannten Verfahren aufgelegt werden. Nach einem weiteren
Merkmal der Erfindung wird nicht reines Blei, sondern eine Bleiplatte mit einem
einseitigen Überzug aus Bleidioxyd als Gegenelektrode benutzt, so daß nicht Halbleiter
und Metall, sondern Halbleiter mit Halbleiter in Kontakt stehen. Damit wird ein
sicherer Kontakt ohne die Gefahr der Ausbildung einer weiteren sperrenden Schicht
erreicht. Die Erzeugung des Bleidioxyds auf der Bleiplatte wird zweckmäßig nach
einem der bekannten Verfahren durch anodische Oxydation vorgenommen.