149027. lajstromszámú szabadalom • Germánium teljesítménydióda és eljárás annak előállítására

2 149.027 vágott, fém-, különösen nikikel- vagy molibdénpohár fenekének külsejére felvitt indiumréteg ráötvözve, e fémpohár belsejébe pedig forrasztóanyaggal van nedvesítve (pl. InSn) a másik hozzávezetés odaforrasztására. A találmányt közelebbről a csatolt rajzok ábrái alapján magyarázzuk, melyek annak példaképpeni kiviteli alakjait szemléltetik: Az 1. ábra a germánium teljesítmémydióda rétegeinek hosszmetszete, elkészítés közben; a 2. ábra a fémpohár és a fenekének külsejére rávitt indiumréteg hosezmetSizete; " a 3. ábra a rozsdamentes acélszerezámba indiumréteggel felfelé behelyezett fómpohár hosszmetszete a vágószerszámmal együtt, az indiumréteg megszabott értékre való levágása közben; a 4. ábra ötvözési hőfok-idő diagram; az 5. ábra a germánium teljesítménydióda rétegeinek nézete a színterelt lcmezire ráforrasztott nikkellemezzel, az elektrolitikus maratáshoz előkészítve ; a 6. ábra a germánium-indiumrétegek hengerpalástjai elektrolitikus maratásának elrendezési és kapcsolási rajza; a 7. ábra a germánium teljesítménydióda fémpoharának és germánium-indiumrétegeinek hosszmetszete a p—m átmenetet védő ráégetett szilikonlakkal együtt; a 8. ábra a teljesen kész, védőburkolattal ellátott germánium teljesítménydióda hosszmetszete; a 9. ábra a nyitó- és záróáramok jelleggörbéje. A találmányunk szerinti gyártástechnológia értelmében az 1. ábrán adott összeállításban kerülnek a dióda-alkatrészek ötvözésre. A 7 grafittönk üregében alul helyezkedik el az 1 nikkel, molibdén, vagy színterelt fémkorong. Vastagsága diódatípustól függően 0,2—1,0 mm. Feladata a germániumlemez és a rendszerint vörösréz bázistönk egymástól erősen eltérő hőtágulási együtthatója következtében előálló germéniumlemez repedésének kiküszöbölése. A színterelt fém (pl. AgW) korongtól jó elektroimoe- és hővezetőképességet kívánunk meg a genmániumé'Val lehetőleg egyező hőtágulási együtthatóval. Kisebb áramú diódáknál az 1 fémkorong csavartörzzsel is kiképezhető, amikor is a kész p—n átmenet beesavarással rögzíthető a bázistönkre. Ugyancsak a kisebb áramú típusoknál az 1. ábra szerinti összeállítás annyiban módosul, hogy az 5 fémpohár belsejébe a 9 rozsdamentes acélnehezék nyílásán keresztül behelyezhető a tömör, vagy flexibilis kivezetés is és ezzel az ötvözési folyamat után kivezetésekkel ellátott p—n átmenet áll rendelkezésünkre. A 2 réteg bb. 0,1 mm vastag, 3—10% antimónt tartalmazó ónlemez. Felette helyezkedik el a fcb. 0,5 mm vastag n-típusú 3 germánium egykristálylemez, kémiailag polírozott felülettel, 15—22 ohmcm fajlagos ellenállásértékkel, diódatípustól függően. Fentiekre kerül a 8 grafitcső, amelynek üregében a germániumlemezen helyezkedik el a 0,3—'0,5 mm vastag 4 indiumréteg, vagy indium ötvözet és felette az 5 nikkel, vagy molibdén pohár, melynek belseje nedvesítve van a kh. 115 C° olvadáspontú 6 forraszanyaggal (pl. InSn). A 9 rozsdamentes acélnehezék kerül végül a grafitcső tetejére. A 2. ábra szerint az indiumréteg, fémpohár és belső nedvesítése az ötvözési folyamatot megelőzően hidrogén atmoszférában történt hőkezelés után egyetlen egészet alkot. Ebben az állapotban a 4 indiumréteg vastagsága nagyobb, mint azt az 1. ábrával kapcsolatban leírtuk. A 2. ábra szerinti együttest a 3. ábrának megfelelően a 10 rozsdamentes acél szerszám üregébe helyezzük, ahol a 11 rozsdamentes vágószerszám segítségével a felesleges indiumróteget eltávolítjuk a kívánt indium vastagságig és ugyanakkor frissen vágott, fémtiszta indium felületet kapunk. Ezt a műveletet közvetlenül az ötvözési folyamat előtt végezzük és ötvözés után az eredményképpen előállott 4, 5 és 6 alkatrészek együttesen kerülnek az 1. ábra szerinti összeállításban a 8 grafitcsőbe. Az ötvözés hőf ok-idő-diagramja a 4. ábrán látható. Az átlátszó kvarccsőből készült ötvöző kályhába az 1. ábra szerinti összeállításban kerülnek a dióda-alkatrészek és az ötvözés tisztított hidrogén atmoszférában indul meg. 350 C° elérése után tisztított nitrogénáramlásra térünk át és kb. 500 C°-ig tovább hevítjük, majd kihűlésig ebben maradnak az alkatrészek. A fentiek magyarázata az, hogy a felületek nedvesítése hidrogén atmoszférában 350 C°-ig befejeződik és ugyanakkor csak kismértékű oldódás következik be. 350 C° felett a nitrogén atmoszféra meggátolja a káros, oldalirányú nedvesedést és felületi diffúziót — •különösen az indium oldali szabad germánium felületen •— és csak a nedvesedett felületeknél, az érintkező fémek oldódását segíti elő. A fenti eljárás eredménye az. hogy a p—-n átmenet kerületének elektrolitikus maratásánál aránylag kis Asec. hatására erősen javul a záróirányú karakterisztika, vagyis kis anyagmennyiséget kell a kerületről eltávolítani, hogy az egyenletesen visszakrístályosodott p—n réteghatárt elérjük. Az ötvözési folyamatból kikerülő, armírozott p—n átmeneten legalul tehát az 1 fémlemez, felül pedig az 5 fémpohár helyezkedik el. A fenti alkatrészeket ezután együttesen az 5. ábra szerint, a kb. 121 C° olvadáspontú 12 forraszanyaggal (pl. SnPbBi) a 13 nikkellemezre forrasztjuk szabad levegőn. A inikkellemez feladata, hogy a soron következő elektrolitikus maratásnál az 1 fémlap alsó felületét az elektrolittól megvédje. Az elektrolitikus maratás vázlata a 6. ábrán lát-i ható. Az .5. ábra szerinti p—n átmenetet befogjuk a 14 rugós, forgó maratófejbe, nielynek fordulatszáma maratás közben bb. 10'0/perc. A maratófej szorítórészét, amely az 5 fémpoharat fogja, az elektrolit összetételétől függő anyagból választjuk (pl. nikkel). A 15 maratógyűrű a geirmániumlemez átmérőjével egyező átmérőre van hajlítva és anyaga az elektrolittól függően nikkel, vagy platina. A 16 elektrolitba — mely pl. NaOH, vagy KOH elektrolit lehet — az 5 fémpohár kb. fél magasságig merül be és a felszín alatt helyezkedik el a maratógyűrű is. A 17 pohár anyaga üveg, vagy kvarcüveg, szintén az elektrolittól függően. Az elektromos kapcsolás vázlata a rajzon látható. Az elektrolitikus maratás időtartama diódatípustól függetlenül kb. 10 perc és az alkalmazott áramérték a p—n átmenet kerületétől iüggőan