151230. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezetős hűtőegységek forrasztóanyagának előállítására és forrasztási eljárás ezek felhasználására
3 zavaróan hathat a túlságos mélyen behatolt diffúziós réteg képződése. b) Forraszképes réteg felvitele a félvezetőre vákuumban való felgőzöléssel. A réteg erős tapadásának elérése végett fel kell melegíteni a félvezetőt. Ez a réteg túlságos mélyen való bediffundálásának veszélyével jár. Ezért rendszerint több réteg felvitelére kényszerülünk. c) Tisztán vegyi, pl. karbonil-eljárással szintén kaphatunk forraszképes rétegeket. A rétegek tapadóképessége azonban csak a technológiai utasítások igen pontos betartása esetében lesz megfelelő. d) A galvanikus felvitel egész sor lehetőséget biztosít, azonban az elektrolitét igen gondosan el kell távolítani. Érre az utólagos korrodálás elkerülése végett van szükség. Az eltávolítás különösen zsugorított anyagoknál okoz nehézséget. e) A porkohászati eljárásnál lehetséges a foiraszképes rétegeknek a porkohászati eljárás közbeni felvitele. A zsugorítási hőmérsékletmenetet igen gondosan kell kiválasztani, hogy elkerüljük az erős bediffundálást és a járulékos adagolást. A találmány a fenti eljárásoktól eltérően már a forrasztóanyag előállításánál (megfelelő összetétel, tisztasági fok, szennyező stb.) figyelembe veszi a forrasztandó anyagok sajátosságait. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a forrasztóanyagot oly módon kell előállítani és használni, amint az a forrasztandó félvezető összetételének és tulajdonságainak megfelel. A találmány szerint a forrasztóanyagot részben a félvezetőkben előforduló elemekből kell összeállítani, részben olyan anyagokból, amelyek semlegesek, vagy a félvezető tulajdonságait esetleges diffúziónál inkább javítják. A forrasztóanyagban levő esetleges káros anyagok diffuzióképessége pedig rossz legyen. A forrasztóanyag olyan szennyezőket tartalmazhat, amely vagy semleges, vagy inkább célszerűen olyan, hogy beépülése a félvezetőanyagban annak vezetési típusával egyező vezetést önmaga is létrehozhat (hasznos szenynyező). Ilyen hasznos szennyező: a termoelem szempontjából a forrasztóanyagának nemcsak szennyezője, hanem alapanyaga is lehet. A termoelemek félvezető anyagai könnyen oxidálódnak, felületükön igen erős oxidhártya található, a forrasztás ezért rendkívül nehézkes. A találmány szerinti gyors és könnyű forrasztás elérése céljából a forrasztóanyag összetételét a félvezető összetevői alapján pontosan kell meghatározni. A forrasztóanyag százalékos összetételét úgy választjuk meg, az ötvözetek több alkotós állapotábráinak megfelelően, hogy olvadáspontja alacsonyabb legyen, mint a forrasztani kívánt félvezető kritikus felső hőmérséklete. Kritikus felső hőmérsékletnek ez esetben azt a félvezető olvadáspontja alatti hőfokértéket értjük, amelynél a félvezető termoelektromos tulajdonságaira jellemző Z effektivitás érték a hőfok további emelésével ugrásszerűen leromlik. 51230 4 Ismernünk kell azt, hogy a félvezető előállításakor a kristálytani főtengelyeket megfelelő irányban kell beállítani. (Meg kell jegyeznünk, hogy polikristályos anyagok esetén a kü-5 lönböző kristályok kristálytani főtengelye nem szükségszerűen párhuzamos egymással.) A megfelelően rendezett kristályrács-struktúrát továbbra is fent kell tartani. A magas forrasztási hőmérséklet ezért a félvezető kristályok 10 roncsolódásához vezetett. A forrasztóanyag olvadáspontját azonban egyes félvezető anyagoknál — különösen tellüridoknál —• túl alacsonyra sem lehet választani, mert ez esetben az oxidhártya áttörése még egymással meg-15 felelően kapcsolódó alapanyagok használata esetén sem történik meg kielégítően. Ilyen félvezetőket a találmány szerint alsó és felső kritikus hőmérséklet közötti zónában olvadó forrasztóanyaggal lehet olvasztani. A találmány 20 szerint előállított forrasztóanyag további tökéletesítését lehet elérni kísérleteink szerint, ha olyan különleges anyagokat is adagolunk a forrasztóanyaghoz aránylag kis százalékban, amely a termoelem felületének oxidhártyáját 25 részben feloldja — dezoxidálja —, miközben a forrasztási hőmérsékleten fellépő további oxidációtól megvédi. Tapasztalataink szerint ezen anyagokat aránylag csekély mennyiségben elegendő adagolni a forrasztóanyagba. A talál-30 mány szerinti forrasztóanyagba célszerűen diffúziós fékek is beépíthetők. A forrasztóanyag káros szennyezőktől megfelelő vegyi-, vagy félvezetőknél használatos egyéb eljárásokkal célszerűen tisztítható is. 35 A forrasztóanyag előállítását a találmány szerint pl. a következőképpen kivitelezhetjük: Valamely forrasztandó félvezető A, B, C, D, E alapanyagokból áll. Mégpedig pl. AB, CB, AD vegyületek -f- E alapanyag szilárd oldatai-40 ból. A félvezető hasznos szennyezői a, b, c; káros szennyezői: d, e, f. Semleges anyagok: G, H, I. A félvezető felső kritikus hőmérséklete 260 C°. Az oxidhártya áttöréséhez minimálisan 45 szükséges 140 C°. A megfelelő több alkotós állapotábrákat áttanulmányozva pl. a találmány szerint a forrasztóanyagot összeállítjuk A, C, G, H, a anyagokból. A százalékos összetételt oly módon állítjuk be, hogy az olvadás-50 pont 260 C° és 140 C° közé essék. Az A, C, G. H. a anyagokat összeolvasztás előtt, vagy után d, e, f káros szennyezőktől megtisztítjuk. Fentieket egy konkrét példa kapcsán külön is meg kívánjuk világítani. Pl. ha A alatt Bi, 55 B alatt Te, C alatt Sb, D alatt Se, E alatt Ge elemeket értünk, akkor AB alatt Bi2 Te 3 , CB alatt Sb2 Te 3 , AD alatt Bi 2 SE 3 vegyületeket állíthatunk össze. A félvezetőt tehát Bi, Te, Sb, Ge, anyagokból állítottuk össze a félvezetők 60 gyártásánál ismeretes módon. Hasznos szennyezőként a alatt Cd, b alatt Pb, c alatt Bi (szabad) és káros szennyezőként többek között d alatt Cu, e alatt Li, f alatt Te (szabad) értünk, valamint G megfelel Mg-65 nek, H megfelel Sn-nek, I megfelel Ca-nak. 9
