148283. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető termékek ötvözött pn átmeneteinek előállítására

Megjelent: 1961. június 30. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 148.283. SZÁM 21. g. 1—16. OSZTÁLY — KO-1449. ALAPSZÁM SZOLGALATI TALÁLMÁNY Eljárás félvezető termékek ötvözött pn átmeneteinek előállítására Konverta Egyenirányítógyár, Budapest Feltalálók: Motál György fizikus, Zanati Tibor vegyész, Budapest A bejelentés napja: 1959. október 23. Félvezető eszközök pn átmeneteinek előállítására alkalmas és széles körben alkalmazott eljárás az ötvözés. Az ötvözés folyamata két szakaszra osztható. Első szakasza a felmelegítés a kívánt ötvözési hőfokra, mikor is a félvezető és ötvöző anyagok fázisdiagramjuknak és az anyagok diffúziós viszonyainak megfelelő arányban beoldódnak. Második szakasza a lehűtés, amelynek során a feleslegbe kerülő komponens részben mikrokristályos alakban kiválik, részben visszakristályoisodik, majd további hűtésnél az eutektikus hőmérsékletnél az olvadék bedermed. A visszakristályosodott félvezető réteg az ötvöző komponenseiből is tartalmaz beépült szennyeződést, amennyiben az ötvöző anyag megfelelő — a kiindulási félvezető szennyezőivel ellentétes hatású — szennyezőt (doppolót) tartalmaz, úgy a visszakristályosodott réteg és a kiindulási félvezető test határfelületén záróréteg, pn átmenet jön létre. Az ötvözési eljárásnak több feltételt kell kielégítenie, amelyek közül a legfontosabbak a következők : Az ötvözet mechanikai feszültségektől és hibáktól mentes legyen. Ezt biztosítani tudja egy megfelelő vastagságú és tökéletes visszakristályosodott réteg, amely a kiindulási félvezető testtel folytonos kristályszerkezetet alkot, így a pn átmenet a kristályon belül jön létre. Az eljárásnak biztosítania kell tehát a visszakristályosodott réteg ellenőrizhető és reprodukálható kialakítását. Az eljárásnak biztosítani kell az ötvözés során ellenőrizhető és reprodukálható anyagmennyiség beoldását, különös tekintettel a félvezető anyagra. Az ötvöző és a félvezető anyag között kialakult kötésnek szilárdnak, mechanikai feszültségektől mentesnek kell lennie. Az ismert ötvözési eljárások a f nti követelményeknek nem felelnek meg maradék nélkül. Az egyik elterjedt módszer, amely szerint csak a félvezető testet melegítik és az ötvöző anyagot nem, még nagyon lassú lehűtés esetén sem biztosítja a visszakriiSitályösodás tökéletességét, mert a beoldott félvezető anyag lehűtés során a félvezető test határán erősen feldúsul és a mikrokristályos kiválás nem kerülhető el. Egy másik alapvető módszer, amely szerint a mikrokristályos kiválást az ötvözés alatti hőel-OíSzlás megfordításával kívánják megakadályozni, a visszakristályosodás kívánt mértékét nem biztosítja, minthogy a félvezető lehűtésével egy időbien az ötvöző felmelegedő zónái nagy mennyiségű félvezető anyagot oldanak be. A találmány szerinti eljárás kifogástalan pn átmenetek készítését biztosítja, minthogy a fenti követelményeknek messzemenően eleget tesz. Az eljárás szerint az ötvözés első periódusában a félvezető test felmelegítésével egy olvadt zónát alakítunk ki a félvezető test és az ötvöző anyag határán. Az 1. ábra —1— görbéje mutatja a hőeloszlást az ötvözés ezen periódusában az —A— félvezető test és a —B— ötvöző anyag mentén, amely hőeloszlásnál a félvezető test egyúttal a maximális hőmérsékletén van. Ekkor az ötvöző anyag csak a félvezető test közvetlen közelében éri el a —te— eutektikus hőmérséklet feletti értéket, a félvezető testtől távolabbi részei az eutektikus hőmérséklet alatt vannak. Ez a hőfokeloszlás szabja meg a beoldott félvezető anyag maximális mennyiségét. A következő periódusiban {—2 —görbe) a félvezető test hűtése megindul és egyidejűleg a visszakristályosodás is. Ezen periódusban az ötvöző a félvezető testtől távolabbi részein az eutektikus hőmérsékletet nem érheti el, csak megközelítheti. A —3— görbével megadott hőeloiszláisnál úgy a félvezető test, mint az ötvöző anyag hőmérséklete az eutektikus hőmérséklet fölött van. Ekkor megindul a ,még vissza nem kristályosodott félvezető anyag beoldáisa, illetve diffúziója az ötvöző most felmelegedő szakaszai felé.