Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1962, H. 22 - Halvledarkomponenters teknologi, av Per Svedberg
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
L egeringstekn ik
Legeringstekniken för framställning av p- och
n-skikt har främst utvecklats för transistorer av
germanium och för kraftdioder av germanium
och kisel. Principen beskrivs enklast i
samband med tillverkning av en germaniumdiod.
Som exempel väljer vi en diod, vid vars
framställning man utgår från n-ledande germanium
och sedan bildar en pn-övergång genom
legering med indium, som är ett p-dopande ämne.
Vid legeringen låter man en liten kvantitet
indium smälta på ena sidan av en
germanium-skiva genom att i en reducerande
skyddsatmosfär höja systemets temperatur över indiums
smältpunkt 156°C. Germanium börjar då lösa
sig i indiet, som härvid äter sig in i
germa-niumkristallen, samtidigt som koncentrationen
av germanium i smältan ökas. Ju mer
germanium som löser sig i smältan, desto högre blir
dennas stelningspunkt, fig. 6.
En smälta ined 9 % Ge stelnar således vid
500°C. Detta betyder, att om indium på
germanium värms tillräckligt länge vid 500°C,
kommer så mycket av germaniumkristallen att
lösas upp, att koncentrationen i smältan blir
9 När temperaturen sedan sänks, skils
germanium åter ut. Germaniumkristallen växer då
ut igen, rekristalliserar, från gränsen mellan
smälta och fast kristall, fig. 7. Härvid byggs
emellertid indium in i kristallstrukturen, och
eftersom det är ett av tredje gruppens
grundämnen, blir det rekristalliserade området
p-ledande.
Den mängd indium, som i detta fall byggs in
i germanium, bestäms av indiums löslighet i
germanium vid den aktuella
stelningstempera-turen7. I allmänhet sjunker lösligheten med
temperaturen, så att indiumkoncentrationen
blir lägre ju längre ut i det rekristalliserade
området man kommer.
Det är givetvis av största vikt, att
legeringsskiktets form kan styras noggrant. Det räcker
inte att endast innehålla en viss
maximitemperatur utan flera andra parametrar måste också
behärskas. Legeringsmetallen måste t.ex. väta
germaniumytan jämnt, germaniumkristallens
olika atomplan måste ha en viss riktning i
förhållande till den önskade stelningsgränsen,
uppvärmnings- och avsvalningsförloppet måste
styras så att lösnings- och stelningsfronten rör
sig i rätt riktning; germanium löses och utskils
med olika hastighet i olika kristallriktningar.
För att klara dessa fordringar genomför man
legeringsprocessen i ugnar med lämplig
skyddsatmosfär, i vilka temperaturen kan styras
noggrant. Härvid placerar man de etsade och noga
rengjorda kristallerna och legeringsmetallerna
i fixturer, utformade så att väfningen sker på
gynnsammaste vis och så att
legeringsfläckarna får den rätta formen.
Lösligheten är olika för olika ämnen. Så löser
sig t.ex. gallium i större mängd än indium i
germanium vid samma temperatur. Rent
gallium har dock en opraktiskt låg smältpunkt och
kan därför ej användas som legeringsmaterial
ensamt. Däremot kan man tillsätta någon pro-
SmäUpunkf
1000 r
100%
Halt germanium
cent gallium till indium och därigenom få en
lämplig legering, som ger en kraftigare
dop-ning åt det legerade skiktet än rent indium.
Detta kan vara önskvärt t.ex. i en transistor
för att få god emitterverkningsgrad.
Man kan också tänka sig, att legeringen
utförs med icke dopande bärarmetaller, som
blandats med ett dopande ämne. Ett sådant
vanligt bärarämne är guld, som är lämpligt som
kontaktmaterial bl.a. på grund av sin resistens
mot etsvätskor. Guld används t.ex. med en
tillsats av 1 % antimon vid framställning av
n-dopade skikt i kiseldioder.
Vid valet av legeringsmetall måste hänsyn tas
även till de rent mekaniska egenskaperna hos
metallen eller den eventuella
metall-halvledar-legering, som uppstår vid stelningen.
Metallernas utvidgningskoefficient är ofta mycket
större än halvledarkristallens, vilket lätt leder till
otillåtna mekaniska spänningar8.
Andra faktorer, vartill hänsyn måste tas, är
att legeringsmetallen måste kunna bearbetas
till sådan form, att kontakter kan anbringas,
att dess smältpunkt ligger på lämplig nivå i
förhållande till arbetstemperaturen, att
ångtrycket vid legeringstemperaturen är måttligt
osv. Man har sålunda t.ex. funnit, att guld och
aluminium är lämpliga legeringsmetaller för
kisel.
Diffusionsteknik
Diffusionstekniken började utvecklas vid
Bell-laboratorierna och har använts framförallt för
framställning av kiselkomponenter. Den
bygger på det förhållandet, att de flesta
grundämnen, på ett eller annat sätt anbringade på
en halvledarkristalls yta, kan diffundera in i
kristallen så länge deras koncentration på
ytan är högre än i kristallens inre.
Diffusions-hastigheten växer med stigande temperatur och
är olika stor för olika grundämnen.
Fig. 6.
Indium-germanium-legeringars
smältpunkt.
Fig. 7.
Genomskärning av
legeringsområde
efter smältning
av indium på
germanium.
TEKNISK TIDSKRIFT 1 962 H. 23 (p21
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
