СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ Советский патент 1970 года по МПК H01L21/479 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых и электровакуумных приборов и может быть использовано в ь:ашино-и приборостроении.

Известны способы соединения монокристаллических пластин из полупроводникового материала, согласно которым между двумя моиокристалличгскими пластинами помещают прокладку из легкоплавкого материала, в котором растворяется материал пластин. Полученную композицию помещают в печь, имеющую температурный градиент, направленный параллельно соединяемым поверхностям пластин. Расплавленный металл движется в зазоре между соединяемыми телами в направлении нагретых торцовых концов пластин. В результате металл собирается на горячих торцовых концах соединяемых пластин.

Однако соединительный слой, нолученный известными способами, имеет разную (чем ближе к более горячему концу, тем он толще) и неоднородный химический состав, так как материал соединяемых пластин кристаллизуется при эазличных температурах. Кроме того, для соеди1 е 1ия пластнн достаточно бзльших линейных раз:деров применение известных способов затруднено, так как необходимо поддерживать посггояинымн градиент температуры и срединою температуру на всем пути двткения : еталла.

Предлагаемый способ позволяет соединять тела сложной геометрпческой формы по соприкасающимся поверхностям, причем получаемый тонкий соединительный слой имеет однородные химический состав и физические свойства, а также сохраняет механнческую прочность при температуре, более высокой, чем технологическая температура соединения тел. Это достигается тем, что расплавленный металл вводят н перемещают в зазоре между поверхностями соединяемых тел путем пропускания электрического тока через соединяемые тела параллельно новерхности их соединения. При этом тонкие слои материала, ирнлегающие к сонрикасающимся поверхностям соединяемых тел растворяются и нроисходит электродиффузия материала через расплавленный металл с последующей его кристаллизацией в виде тонкого слоя, нрилегающего к соприкасающимся поверхностям соеднняемых тел. Легконлавкий материал полиостью удаляют из зазора г 1ежду соприкасающимися тела: и1. Кристаллизоваиный слой обладает одплакоEo:i толщиной н однородным химически:, составом благодг:1 я то-му, что растворение материала соеднняемых тел и его кристаллизация происходят в одинаковых тспмпческпх услоз-ях: температуру и плотность злсп-рнческого тока поддерживают аосто гшнмн. Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом. Для соединения двух пластин 1 и 2, одна из которых короче другой, их накладывают друг на друга. На свободный конец пластины 2 (конец А) помещают легкоплавкий материал 5 (проволоку или ленту) так, чтобы он касался торца нластины 1. К торцам пластины 2 подводят электроды. Для равномерного токораспределения по всему сечению пластин между материалом пластин и электродом можно расположить легкоплавкий материал, который не перемещается под действием электрического то ка по поверхности и в объеме соединяемых пластин. Пластины помещают в подогреватель 4, в котором создают защитную среду (вакуум, аргон, водород и т. д.). Пластины разогревают до температуры плавления лекгоплавкого материала и пропускают постоянный электрический ток, направление которого подбирают так, чтобы растворение материала пластин в расплаве происходило с противополол ной по отнощению к торцам с легкоплавким материалом стороны. Зона плавления в виде валика перемещается по зазору между пластинами. При этом поверхностпые слои обеих соприкасающихся пластин растворяются в расплаве, и за зоной плавления остается кристаллизованный слой 5, состоящий из материалов соединяемых тел с примесью легкоплавкого материала. Процесс проводят до тех пор, пока расплавленный металл не выйдет с противополо.жного конца Б. Если необходимо, чтобы соединительный слой был расположен на определенной глубине по отнощению к исходным соединяемым поверхностям, создают градиент температур, направленный перпендикулярно к соединяемым поверхностям и вектору электрического тока. Температурный градиент достигается созданием различной телшературы в нагревателе 4. При соединении монокристаллов с рещеткой типа «алмаз для обеспечения больщой устойчивости расплавленной зоны и получепия ровной бикристаллической границы соприкасающиеся поверхности соединяемых тел ориентируют параллельно плоскостям малых кристаллографических индексов, а электрический ток пропускают в направлении, перпендикулярном линии пересечения соединяемых поверхностей и плоскости наибольнлей упаковки атомов, непараллельной соединяемой поверхности, по меньщей мере одного из тел. При соединении монокристаллических тел способ позволяет получать бикристаллы. Па грапице соединительного шва может быть получен р-п или гетеропереход. Предмет изобретения Способ соединения электропроводных твердых тел, например полупроводниковых монокристаллов или металлов, путем расплавления и перемещепия легкоплавкого металла в зазоре между соединяемыми телами с последующей кристаллизацией материала соединяемых тел, отличающийся тем, что, с целью повыщения однородности физических и химических свойств соединительного шва, а также сохранения механической прочности при температуре более высокой, чем технологическая температура соединения тел, расплавленный металл вводят и перемещают в зазоре между соединяемыми телами посредством пропускапия постоянного электрического тока через соединяемые тела параллельно поверхности их соединения.

53

I /

Г/IГ,

5 р i.. ,л