150939. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ötvözött p-n átmenetek kezelésére

Megjelent: 1964. július 1. MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG «r \>SZABADALMI LEÍRÁS ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL 150.939 SZÁM EE-830. ALAPSZÁM Nemzetközi osztály: H 01 1 Magyar osztály: 21 g 1—16 SZOLGALATI TALÁLMÁNY Eljárás ötvözött p-n átmenetek kezelésére Egyesült Izzólámpa és Villamossági r. t., Budapest Feltalálók: dr. Szép Iván vegyész, Rózsa Pálné vegyész, budapesti lakosok, a Híradástechnikai Ipari Kutató Intézet Bródy Imre Laboratórium munkatársai A bejelentés napja: 1961. január 9. Ötvözött p-n átmenetek gyártásánál, amilyenek pl. germánium, vagy szilicium rétegdiódák, illetve tranzisztorok részét képezik, rendszerint úgy járnak el, hogy a félvezető anyagból készült lemezre olyan fém kis darabját helyezik, amely melegítés hatására a félvezetőlemezzel összeötvöződik és a félvezető alapanyag vezetési típusával ellentétes vezetési típusú félvezető ötvözetréteget hoz létre. N-típusú germánium esetében ilyen anyag pl. az indium, n-típusú szilicium esetében az alumínium. A két ellentétes vezetési típusú félvezetőanyag .érintkezési helye a p-n átmenet, melynek döntő szerepe van a félvezető rétegdiódák és tránzisz, torok működésében. Mint ismeretes a p-n átmenet egyenirányító tulajdonságokkal rendelkezik, azaz p~*n irányban néhány tized volt feszültségeséssel átengedi a pozitív irányítású áramot, míg n~*p irányban a pozitív irányítású áramnak csak kb. 1 milliomod része halad át. A p-n átmenetnek ez a tulajdonsága azzal függ össze, hogy a p-rétegben az áramhordozók a pozitív töltést képviselő lyukak, az n-rétegben a negatív töltésű elektronok. Ha a pozitív feszültség a p-rétegre esik, a lyukak bizonyos V/c

feszültségnél nagyobb feszültség hatására átjutnak az n-rétegbe, de a negatív elektronokkal összetalálkozva megsemmisülnek. Stacionárius esetben ez a folyamat állandóan folyik, az áram tehát a p és n rétegeken kérészül folyamatos, bár a a p-rétegben lyukak, az n-rétegben elektronok a hordozók. Ha ellenben a p-rétegen negatív, az n-rétegen pozitív feszültség van, az elektronok áramlása az n-rétegben, és a lyukak áramlása a p-rétegben a p-n átmenettől elirányul és mivel pozitív lyukak csak a félvezető anyagban léteznek, a p-réteg_iek a kontaktusfémmel érintkező határán a fém elektronjaival találkozva megsemmisülnek. Ez a folyamat azonban szinte azonnal megáll, mivel a p- és n-rétegnek önmagában elektromosan semlegesnek kell maradnia, a rácspontokban helyhezkötött ionok és az ellentétes töltésű mozgó töltések száma azonos kell hogy maradjon. Mivel az n-rétegben gyakorlatilag nincsenek lyukak, a lyukak utánpótlása az n-réteg felől nem lehetséges, így a p-rétegbol sem távozhatnak el lyukak. A p-n átmeneten át tehát ebben az esetben gyakorlatilag nem folyik áram.. A gyakorlatban észlelt minimális záróirányú áram onnan származik, hogy a termikus energia következtében a germánium atomok közötti kötések ionizálódnak; ezáltal mind a p-, mind az n-oldalon elektronlyuk párok keletkeznek. Az n-oldalról a lyukak, a p-oldalról az elektronok a p-n átmenet dipólus-rétegének elektromos tere által átsodródnak a p- ill. n-rétegbe és ezáltal jön létre a kis záróirányú áram, amely nem függ a feszültségtől, de a hőmérséklettől igen. Az előbb említett Vfc határfeszültség a p- és n-réteg érintkezési határán létező ún. belső kontaktpotenciáltól származik, amely a rétegek anyagi tulajdonságainak függvénye. Az ötvözés útján előállított p-n átmeneteknél V/£

értéke 250—3S0 mV. A p-n átmenetek fent ismertetett módon történő előállításánál gyakori probléma, hogy a p-n átmenetet a szabad felületre történő kilépésének helyén a szükségképpen fölöslegben alkalmazott ötvöző fém a készítés során áthidalja és így elektromosan rövidre zárja, ami a p-n átmenet megkívánt tulajdonságait (pl. kis záróirányú áram)