153815. lajstromszámú szabadalom • Félvezető alapú teljesítményegyenirányítő elem
3 vezető — célszerűen szilícium — egykristálylemez egyik felületén teljes keresztmetszetű p-n átmenet, mésíiki — szemben levő felületén pedig a p-n átmenettel koncentrikus, de annál kisebb átmérőjű 3 ohmikus kontaktus van kialakítva, a kristály felületének vezetési típusa a típusváltás tartományában van, mimellett a p-n átmenet és az ohmikus kontaktus sugarának különbsége nagyobb, mint a kristály felületén kialakuló csatornáknak az inverzió mértékétől függő maximális hossza. Típusváltás tartományában lévőnek tekintjük a felületi vezetőképességet abban az esetben, ha a vezetéstípust meghatározó kisebbségi és többségi töltéshordozók a felületi vezetéshez közel azonos miértékben járulnak hozzá. Ez a hozzájárulás a következő módon jellemezhető: njcf < n Ä/ < n íf és egyidejűleg n/fí • ,«Í/C < nfc / • uk j < ntl • •-<tl ahol TLkl = a kisebbségi térfogati töltéshordozókonoentráció; nk j = a kisebbségi felületi töltéshoirdozó-koncentráció; n(í = a többségi térfogati töltéshordozó-koncentráció; uk t = a kisebbségi térfogati töltésíhordozó-mozgéíkonyság; /x;c / = = a kisebbségi felületi töitéshordozó-mozgékonyság és /x» =ia többségi térfogati töltésbardiozió-mo'Zgékonyság. A típusváltás tartományában fenti kát egyenlőtlenségnek egyidejűleg kell fennállnia. Ezen szerkezeti kialakításnál a p-n átmenet peremvidékének szerepe nagymértékben csökken. Az új szerkezeti kialakítás az eddig követett geometriától döntő módon abban tér .el, hogy a p-n átmenet és az ohmikus kontaktus átmérőjének aránya megváltozik, éspedig úgy, hogy a p-n átmenet az ohmikus kontaktusnál nagyobb lesz. Ezzel egyidejűleg az előállítás során a kristály felületének vezetési jellegét önmagukban ismert felületi kezelésekkel semleges-inverziós, vagy gyengén inverziós felületi jelleg irányába toljuk el. így a p-n átmenet peremvidéke az aktív tartományokon kívül esik és a p-n átmeneten fellépő poteneiálesés a peremvidéken nem lesz maximális, mint az általánosan elterjedt konstrukcióknál. Az így kialakított p-n átmenet záróképessége megközelíti a kristály-paraméterek által biztosított zárófeszültésget és visszáramának hőérzékenysége lényegesen kisebb, mint az általánosan elterjedt rétegegyenirányítóké. A találmánynak megfelelő elrendezéssel készült egyenirányító belső potenciáleloszlását a 2. ábra mutatja. A 3. ábrán felvázolt, találmány szerinti rétegegyenirányító a következő módon állítható elő: A kívánt teljesítmény által meghatározott átmérőjű és szokásos vastagságú, n- vagy p-típusú 9 félvezető egykristálylemez egyik felületén, célszerűen annak teljes keresztmetszetében 10 p-n átmenetet alakítunk ki. A p-n átmenet kialakítása az általánosan ismert technológiák 4 szerint történhet, pl. n-típusú szilícium kristály esetén alumíniumfólia, p-típusú szilicium esetén arany-antimon ötvözéssel. A kristály másik — szemben lévő — felületén koncentrikusan 3 5 ohmikus kontaktust hozunk létre, pl. aranyantimon, vagy arany-gallium ötvözésével, melynek sugara a p-n átmenet sugaránál kisebb. A p-n átmenetet ráötvözött 6 Ihőtáguláskiegyenlítő molibdén lemez közvetítésével a 7 20 vörösréz bázistönkre forrasztjuk. A 8 forrasz lehet lágyforrasztás, v.agy keményforrasztás. Ez az elrendezés a fentebb leírt geometriánál igen célszerű, egyrészt a kristályfelület kezelhetősége, másrészt a p-n átmenet 15 kedvezőbb hőelvezetése szempontjából. A p-n átmenetet a szerkezeti kialakítás — pl. ötvözés — után az általánosan használt kémiai marásnak vetjük alá. A marást követően a felületi tulajdonságok kialakítását pl. n-típusú szilicium 20 esetén HNO:1 -as kezelés útján előoxidációval, majd nedves környezetben végzett 0,1—1 órás hőkezeléssel végezzük. így kialakul a 4 felületien a semleges, vagy inverziós réteg. A további szerelési műveletek nem térnek el a szokásos, 25 általánosan használt megoldásoktól. A 10 p-n átmenetet és a 3 ohmikus kontaktust létrehozhatjuk diffúzió útján is. Ekkor a kisebb keresztmetszetű ohmikus kontaktus a diffúziós réteg lokális maratásával alakítjuk ki, 30 majd a kristály lemez 4 felületét oxidációval semleges vagy inverziós felületté alakítjuk, át. A találmány szerinti konstrukciójú, 10A terhelhetőségű rétegegyenirányító példaképpeni kiviteli alakjánál a p-n átmenet geometriai méretei a következők: 35 A kiindulási kristály n-típusú, 150—200 ohmos fajlagos ellenállású szilicium; a p-n átmenet 7 mm átmérőjű, 0,4 mm vastag korong teljes homiokfelületén készül, alumínium ötvözéssel. Az ohmikus kontaktus koncentrikusan 40 helyezkedik el, átmérője 4,5 mm. A p-n átmenet és az ohmikus kontaktus rádiuszának különbsége tehát: 1,2,5 mm. Az átmenet ráötvözött hőtágulás-kiegyenlítő molibdénlemez közvetítésével vörösréz bázistönkre van forrasztva, .a p-n 45 átmenet oldalán. A p-n átmenetet ötvözés után, kémiai marásnak vetjük alá, ezt követően a felületi tulajdonságok kialakítását oxidációval, majd nedves környezetben végzett 0,1—1 órás hőkezelés-50 sei végezzük. Szabadalmi igénypontok: 55 1. Félvezető-alapú teljesítményegyenirányító elem, mely félvezető egykristálylemezből, abban kialakított p-n átmenetből és felületi ohmikus kontaktusból áll, azzal jellemezve, hogy a fél-60 vezető — célszerűen szilicium — egykristálylemez (9) egyik felületén teljes keresztmetszetű p-n átmenet (10), másik — szemben lévő — felületén a p-n átmenettel koncentrikus, de annál kisebb átmérőjű ohmikus kontaktus (3) 65 van kialakítva, továbbá, hogy a kristály felületi 2
