ПДТЕЙТНО-ТЕХШНЕСКА: Советский патент 1971 года по МПК H01L21/02 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СТЕКЛООБРАЗНЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к области полупроводниковых стеклообразных материалов, и в частности стеклообразных материалов, имеющих два или более физических состояния, избираемых электрическим путем, которые характеризуются разными величинами объемного сопротивления.

Стеклообразные полупроводниковые материалы, которые обнаруживают два или несколько стабильных физических состояния, имеющих различные электрические характеристики, известны.

Эти состояния являются характеристикой массивного материала; приборы, выполненные из таких материалов, не выпрямляют и способны переключаться электрическими средствами в разные состояния. Поскольку сопротивления материала в одном физическом состоянии существенно отличается от сопротивления в другом состоянии, такие приборы используются в качестве невыпрямляющих переключателей, пригодных для работы как с переменным, так и с постоянным током.

Известны стеклообразные составы тройной системы теллур- мышьяк - йод, теллур - мышьяк-германий, теллур-мышьяк-селен, теллур-мышьяк-галлий, взятые в соответствующих пропорциях и подвергнутые термической обработке. Одно физическое состояние

материала с относительно высоким сопротивлением характеризуется некристаллической объемной структурой (локально упорядоченной, но макроскопически аморфной или поликристаллической), в то время как другое состояние с относительно низким сопротивлением характеризуется кристаллической структурой.

Эксперименты показали, что стеклообразные материалы, состоящие из перечисленных компонентов, нестабильны с изменением температуры и, кроме того, их срабатывание ухудшается на одни п те же напряжения при последующем приложении контрольного потенциала. Происходит это из-за того, что пути

прохождения тока не всегда одинаковы, и

некоторые из них остаются после снятия напрял ения.

Бистабильные приборы, в которых используются такие полупроводниковые стекла, описаны и обычно состоят из массивного полупроводникового стеклообразного материала (в некристаллическом или стеклообразном состоянии), находящегося в контакте с парой

пространственных электродов. Управляющий электрический сигнал, подаваемый на электроды, создает термические или электрические эффекты поля, которые вызывают кристаллизацию части полупроводникового маких путей прохождения тока, за счет чего создается кристаллическая нить с отпосительно низким сопротивлением между электродами. Установлено, что вследствие образования микротрещин в относительно топкой кристаллической нити имеется тенденция к повреждению кристаллической нити с низким сопротивлением, которое часто приводит к спонтанному выключению или переходу в состояние высокого сопротивления между электродами прибора.

Кроме того, установлено, что стеклообразные материалы тройной системы мышьяктеллур-йод имеют со временем тенденцию к химической нестабильности вследствие гидролитической реакции между йодом и атмосферной влагой и испарения некоторой части йода при прохождении электрического тока через материал. Поэтому необходимы специальпые методы или конструкции для устранения трудностей, связанных с нестабильностью прибора.

Установлено, что нестабильность может быть значительно уменьшена за счет выполнения проводящей стеклообразной массы с нитями небольшого поперечного сечения так, чтобы происходило полное насыщение при прило кении коммутационного напряжения. Это удовлетворяет в определенных пределах, однако трудно изготовить различные приборы с одними и теми же рабочими характеристиками для коммутационных печатных схем и т. п.

Другая попытка устранения недостатков прибора предыдунхего типа заключается в создании активационной схемы, которая подает импульсную энергию для срабатывания приборов. После приложения активационного импульса чувствительный прибор обеспечивает условие чувствительности прибора. Такой чувствительный прибор служит для управления импульсной схемой так, что следующий коммутационный импульс компенсирует остаточный режим нрибора.

Педостатки известных полупроводниковых стеклообразпых материалов устраняются за счет использования предлагаемой смеси тройной системы таллий-теллур-германий в следующих пропорциях (вес. %): таллий 4- 21, теллур 71-90 и германий 4-16. Такие стеклообразные материалы стабильны и однородно срабатывают на контрольный потенциал без специальных конструкций или схем управления, указанных выше.

На чертеже представлена тройная диаграмма с указанием составов, которые дают преимущество но сравнению с известными материалами в случае их использования в качестве бистабильных невыпрямляющих полупроводниковых элементов. Данные смеси, согласно изобретению (по весовому составу), указаны в заштрихованной зоне А. Образцы смесей, приготовленных с целью получения настоящей диаграммы, были получены по следующей технологии.

В качестве исходных материалов для приготовления стекол взяты таллий, теллур и германий БМСОКОЙ чистоты. Образцы изготовлялись в чистых проплавленных кварцевых ампулах с размером: Vie дюйма внутренним диаметром и 6 дюймов длиной. Навески элементов, необходимые для получения продукта заданного состава, были рассчитаны таким образо.м, чтобы после реакции продукт почти запол1П1Л колбу на дпе ампулы.

Необходимое количество таллия, теллура и германия взвешивалось в сухом азоте и перепосилось в кварцевую трубку, которая откачивалась и запаивалась водородной горелкой. После этого занаянная кварцевая трубка помещалась в стальной баллоп с колпачками на концах, установленными с зазором и неподвижно закрепленными. Затем баллон нагревался при температуре 90°С в течение 12 час в горизонтальной печке с камерой сгорания, врапдающейся вокруг собственной оси во время работы. После реакции баллон и его содержимое оставались в вертикальном ноложении для охлаждения так, чтобы большая часть продукта затвердевала в колбе внизу ампулы. После охлаждения ампула вынималась из стального баллона, а небольшое количество материала, сконденсированное в

верхней части ампулы, отгонялось путем нагрева ампулы водородной горелкой. Амнула нагревалась небольшим водородным пламенем в точке непосредственно над колбой до тех пор, пока она не отделялась и не была

запаяна. Трубка над отделяемой частью вынималась, а часть трубки с продуктом снова нагревалась в стальном баллоне в течение 2 час при 900°С во вращающейся трубчатой печке. После отжига баллон и его содержимое оставлялись для охлаждения на воздухе при комнатной температуре.

Полученный материал использовался затем для изготовления бистабильной схемы памяти путем прикрепления к нему электродов известным методом.

Было установлено, что в качестве материалов для электродов целесообразно использовать железо, никель или вольфрам. Эти металлы сводят к мииимуму взаимодействие с активным полупроводниковым материалом, причем установлено, что другие материалы для электродов (особенно медь) способствуют понижению стабильности изготовленных приборов.

Предмет изобретения

1. Полупроводпиковый стеклообразный материал, содержащий теллур и германий, отличающийся тем, что, с целью улучшеиия стабильности его свойств, в его состав введен таллий.

2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что его компоненты взяты в следующем соотношении (вес.%):

71-90 4-16 4-21

ffff

80