СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА Советский патент 1969 года по МПК H01L21/40 

Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может быть применено для создания выпрямляющего контакта на больших площадях в силовых вентилях.

При известном силавном методе изготовления выпрямительного элемента за основу берутся кремниевый диск электронного типа проводимости, диск эвтектического сплава А1-Si (силумин), диск тройного сплава Ag-Pb-Sb и термокомпенсирующие вольфрамовые диски. Процесс сплавления производится в вакууме с остаточным давлением мм рт. ст.

Во время термического процесса при температуре 850°К силуминовый диск переходит в жидкое состояние, смачивая поверхность кремниевого диска. При дальнейшем повышении температуры увеличивается смачиваемость и растворимость кремния в алюминии, поэтому происходит растворение исходного кремния. При охлаждении на поверхности исходного кремния, как на затравке, нарастает слой кремния, повторяющий структуру и ориентацию иеходиого кремния, т. е. нарастает автоэпитаксиальный слой.

Сформировавшийся при охлаждении эпитаксиальпый слой легирован атомами алюминия, т. е. обладает дырочным типом проводимости. На границе исходный кремний - эпитаксиальныи слой образуется электронно-дырочный переход.

С другой стороны исходного кремния находится диск сплава Ag-Pb-Sb. bo время термического процесса здесь также при иовыщении температуры происходят расплавление сплава, смачивание расплавленным сплавом поверхности кремниевого диска, растворение кремния до насыщения при температуре

сплавления. Охлаждение приводит к пересыщению расплава, и избыточный кремний выкристаллизовывается (нарастает) на поверхности исходного кремния, повторяя его структуру и ориентацию, образовывая автоэнитаксиальный слой. На границе автоэпитаксиальный слой - исходный кремний образуется переход типа п+--п. При температурах сплавления ко.мпоненты сплавов (РЬ, Sb, А1) подвержены испарению. Часть паров осаждается на

свободной поверхности кремния, увеличивая поверхностную проводимость, что приводит к области запорного слоя у поверхности и, следовательно, к снижению пробивного наиряжения (поверхностный пробой).

Под действием груза, использующегося для облегчения разрыва окисной пленки, при неустойчивых режимах подъема температуры часть расплавленного сплава выдавливается из промежутка вольфрам - кремний, образуя

ухудшающие его характеристики.

lipn охлаждсиии ио диаметру гиезда кассеты возникает значительный перепад температуры (до 40-80°С). По этой причине кристаллизация начинается в местах, расположенных ближе к боковой поверхности кассеты. В диаметрально противоположных местах (ближе к центру кассеты) из-за явления усадкц между вольфрамовым и кремниевым дисками возникает щель.

Указанные выше недостатки снижают процент выхода годных приборов и процент выхода приборов с высоким напряжением пробоя.

Описываемый способ устраняет эти недостатки и позволяет повысить процент годных приборов и увеличить пробивное напряжение.

Для осуществления предложенного способа берутся следуюш,ие исходные материалы: силуминовый диск, имеюш,ий диаметр, равный диаметру кремниевого диска и нижнего термокомненсатора, электродный диск из сплава Ag-Pb-Sb и верхний термокомпенсатор, имеющие меньший диаметр. При сплавлении электродных сплавов р-/г-переход создается на всей поверхности кремниевого диска и из-за равенства площадей вольфрамового и кремниевого дисков в соединении возникают меньшие механические напряжения, которые не вызывают образования трещин в кремниевом кристалле, что положительно сказывается на стабильности электрических характеристик прибора при эксплуатации. Для удаления заплывов сплава, щелей и сужений р-д-перехода на поверхности, вызванных условиями кристаллизации, и для снятия мест, поверхность которых может быть загрязнена напыленными А1, Sb, Pb, сошлифовываются ободок кремния и силумина по периметру до вольфрама. Такая механическая обработка позволяет:

1. Механически снимать примеси, осевшие во время сплавления па поверхности в районе выхода р-п-нерехода (эти примеси iie всегда удается снять при химическом травлении 5 р-ге-перехода).

2.Снимать закоротки р-п-перехода, возникшие при заплывах электродного сплава (силумина).

3.Ликвидировать щели между кремнием и 10 вольфрамом, возникшие в результате усадочных явлений (ширина сошлифованного ободка больше глубины щели).

4.Снимать наиболее напряженные края кремниевого диска с р-га-переходом.

5 Описываемый способ обработки р-п-перехода позволяет получать переход на выходе на поверхность более однородным, лишенным локальных неоднородностей, неизбежно получаемых после сплавления и приводящих к

0 концентрации напряженности электрического поля в этих местах и, следовательно, к увеличению величины пробивного напряжения.

Предмет изобретения

5 Способ изготовления выпрямительного элемента путем сплавления диска эвтектического сплава А1-Si (силумин), кремниевого диска электронной проводимости, диска тройного сплава Ag-Pb-Sb и термокомпенсирующих

0 вольфрамовых дисков с последующей химической обработкой и защитой полученного р-гаперехода, отличающийся тем, что, с целью удаления примесей, закороток р-п-нерехода наплывом силумина, а также ликвидации щелей между кремнием и термокомпенсирующими вольфрамовыми дисками, сплавление кремния с силумином проводят по всей поверхности диска, после чего перед химической обработкой механически удаляют периферийную часть сборки кремниевый диск - силуминовый диск с р-и-переходом.