<EMI ID=1.1>
corps serai-conducteur comporte une couche limite p-n séparant deux zones de types de conduction différents contenant chacune une ou plusieurs impuretés déterminant le type de conduction et provoquant
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gétiques primaires, qui, dans le schéma énergétique d'une telle zone, se trouvent si près d'une bande énergétique admise qu'à la plus basse température de régime ces niveaux sont pratiquement inoccupés et qu'à des températures supérieures à ladite température de régime leur degré d'occupation ne varie pratiquement pas. Il va de soi que les impuretés déterminant le type de conduction sont différen-tes pour les deux zones afin d'obtenir des zones de types de conduction opposés. L'invention concerne en outre un procédé de.fabrication d'untel système semi-conducteur à couche d'arrêt.
Les systèmes semi-conducteurs à couche d'arrêt connus présentent entre autres l'inconvénient suivant: les grandeurs qui caractérisent leur comportement électrique sont fortement tributaires de la température. Dans un semi-conducteur, à. température croissante, le produit du nombre d'électrons libres et le nombre de trous libres augmentent, à savoir suivant la formule :
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dans laquelle p et n représentent respectivement le nombre de trous libres et le nombre d'électrons libres, C est une constante, qui dépend uniquement du semi-conducteur et non des impuretés que con-
1
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la grandeur de la zone énergétique interdite du semi-conducteur entre la bande de conduction et la bande de valence.
Une grandeur importante est, par exemple, l'intensité du courant d'arrêt, qui, lors de l'application d'une différence de
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traverse cette couche limite. Ce courant d'arrêt est constitué par deux contributions, à savoir une contribution de courant électronique, qui est constituée par des porteurs de charge minoritaires de la zone P, et qui sont aspirés hors de cette zone p par l'intense champ électrique régnant dans le voisinage de la couche limite, et par une contribution de courant de trous constituée par des porteurs de charge minoritaires de la zone n, qui sont'aspirés hors de cette zone. Lors d'une augmentation de la température, le nombre de porteurs de charge minoritaires augmente relativement le
plus, ce qui implique une forte augmentation relative des contri-
-
butions individuelles au courant d'arrêt et du courant d'arrêt total. Dans le cas' d'un passage p-n entre deux zones telles que la conductibilité de la zone p est notablement plus grande que celle .de la zone n, le courant d'arrêt et la variation de l'intensité de ce courant en fonction de la température sont essentiellement déterminés par la contribution du courant de trous provenant de. la zone n. Lorsque la couche limite p-n est comprise entre deux zones telles que la conductibilité de la zone n est notablement plus grande que celle de la zone p, l'intensité du courant d'arrêt et la variation de cette intensité en fonction de la température sont essentiellement déterminés par la contribution du, courant électronique provenant de la zone p.
La. présente invention fournit entre autres un système se-
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variations de l'intensité du courant en fonction de la température, en particulier du courant d'arrêt, sont notablement plus petites.
Dans le système à couche d'arrêt conforme à l'invention
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duction différents, au moins l'une de ces zones comporte, outre les
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puretés additionnelles qui provoquent des niveaux énergétiques distincts, qui, dans le schéma énergétique de ladite zone,, sont
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la zone énergétique interdite entre la bande de conduction et la bande de valence appelés niveaux énergétiques secondaires, dont le degré d'occupation diminue notablement dans une zone de températures située au-delà de la température de régime la plus basse, de sorte que les variations de l'intensité du courant en fonction de la. température, en particulier du courant d'arrêt dans la barrière p-n, sont plus petites dans cette gamme de températures qu'en l'absence des niveaux énergétiques secondaires.
-Par température de régime la plus basse, il y a lieu d'entendre ici la température de l'ambiance dans laquelle est utilisé le système à couche d'arrêt; pour cette température, on considère <EMI ID=10.1>
germanium, le nickel, le cobalt et le fer.
Lorsque la conductibilité des zones flanquant la couche d'arrêt p-n diffère notablement, par exemple de plus d'un facteur 5, les impuretés additionnelles, pour autant qu'elles ne soient pas incorporées dans les deux zones, sont utilisées, de préférence, dans la zone à conductibilité la plus faible, étant donné que c'est précisément cette zone qui détermine essentiellement l'intensité du courant d'arrêt et les variations de cette intensité en fonction de la température. Il est évidemment important que les impuretés additionnelles se trouvent dans la zone à plus basse conductibilité, lorsque la conductibilité des zones diffère d'un facteur plus grand que 20, car, dans ce cas, le courant d'arrêt provient, pour ainsi dire uniquement, de la zone à conductibilité la plus faible.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non-limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La figure 1 est un schéma énergétique de la zone n d'un système à couche d'arrêt conforme à l'invention. La figure 2 donne la résistivité d'un semi-conducteur, mesurée à la température ambiante normale, en fonction de la température à laquelle des impuretés additionnelles ont été diffusées dans ce semi-conducteur. La figure 3 est une coupe d'une diode à cristal conforme à l'invention.
L'effet de l'invention sera expliqué théoriquement à 1' aide de la contribution de courant de trous, provenant de la zone
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comme semi-conducteur du germanium.. Il est évident que des considérations analogues s'appliquent à la contribution au courant électronique provenant de la zone p du système à couche d'arrêt.
La figure 1 donne, sous une forme simplifiée, la partie importante pour la conduction du schéma énergétique d'une zone constituée par du germanium du type n. L'énergie électronique est por-tée verticalement vers le haut, tandis qu'horizontalement on trou-
i
ve l'emplacement uni-dimensionnel dans la zone n. Les bandes énergétiques admises, à savoir la bande de conduction, dont le côté intérieur est indiqué par C, et la bande de valence, dont le côté supérieur est indiqué par V, sont représentées partiellement par des hachures. F donne la position du niveau Fermi. Entre le côté supérieur de la bande de valence V et le côté intérieur de la bande de conduction C se trouve l'intervalle énergétique interdit, qui pour le germanium, est de 0,72 électronvolt. Dans le germanium est introduite une impureté déterminante pour le type de conduction, à savoir le donneur antimoine, qui provoque des niveaux de donneur distincts se trouvant à très courte distance, à savoir à 0,0097 électronvolt, du côté inférieur de la bande de conduction et formant les niveaux énergétiques primaires de cette zone de type n.
En outre, la zone n contient, comme impureté additionnelle, du nickel. Le nickel provoque deux jeux de niveaux d'accepteurs indiqués par Ni^ et Ni.?. Les niveaux Ni. sont situés,entré les niveaux énergétiques primaires Sd et le milieu de la zone énergétique interdite à une distance d'environ 0,30 eV du côté inférieur de la bande de conduction. Dans le cas envisagé, les niveaux Ni 2 ne sont que d' importance secondaire. A la température ambiante normale, les niveaux énergétiques primaires Sb ,sont inoccupés par le fait qu'ils ont cédé leurs électrons à la bande de conduction, pour autant que ces'électrons ne soient pas utilisés pour remplir les niveaux de nickel situés plus bas. A la température ambiante normale, le niveau de Fermi se trouve alors tout juste au-delà des niveaux énergétiques secondaires Ni, .
Le cas représenté se produira, lorsque le rapport du nombre d'atomes d'antimoine au nombre d'atomes de nickel est d'environ 5 : 2. Lorsque la température augmente, le niveau de Fermi F baisse le long de l'axe énergétique vertical jusqu'à ce que,
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une manière pratiquement intrinsèque, ce niveau atteigne le milieu de la zone énergétique interdite (F'). Dans la gamme de températu-tures dans laquelle le niveau de Fermi passe les niveaux secondaires, le degré d'occupation de ces niveaux diminue notablement par le fait que des électrons additionnels de ces niveaux énergétiques sont excités vers la bande de conduction. De ce fait, dans cette gamme de températures le nombre d'électrons disponibles pour la conduction est plus grand que le nombre disponible en l'absence des niveaux secondaires.
Toutefois, de la formule mentionnée dans le préambule, il résulte que les variations en fonction de la température du produit du nombre de trous libres et du nombre d'électrons libres est indépendant des impuretés se trouvant dans le semi-conducteur, de sorte que, par l'augmentation additionnel du nombre d' électrons libres résultant de l'excitation des niveaux énergétiques secondaires, l'accroissement du nombre de trous libres à température croissante ne saurait être aussi grand que dans le cas où cette excitation ne se produirait pas.
Etant donné que la contribution de la zone n au courant d'arrêt est précisément constituée par un courant de trous et que ce courant de trous est directement proportionnel au nombre de trous libres disponible, les variations, en fonction de la température de l'intensité du courant d'arrêt dans la zone de températures, dans laquelle se produit l'excitation, sont beaucoup plus petites qu'en l'absence de l'excitation additionnelle.
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nes une impureté additionnelle qui provoque des niveaux énergétiques secondaires, qui, à la plus basse température de régime, sont encore occupés, pour ainsi dire entièrement, par des porteurs de charge majoritaires, de sorte qu'un nombre aussi grand que possible de porteurs de charge majoritaires, excités des niveaux énergétiques secondaires, peut contribuer à la réduction des variations de l'intensité du courant d'arrêt en fonction de la température. Dans l'exemple précédent, on a utilisé comme Impureté déterminant le type de conduction un donneur et comme impureté additionnelle un accepteur.. Toutefois, de préférence, l'impureté déterminant le type de conduction et l'impureté additionnelle d'une zone sont de
la même sorte, donc toutes deux un accepteur ou toutes deux un donneur. En effet, lorsque les deux impuretés sont d'une sorte différente, des porteurs de charge des niveaux énergétiques primaires sont amenés dans les niveaux énergétiques secondaires situés plus bas, de sorte qu'à la température ambiante normale, la résistivité et la contribution au courant d'arrêt de la zone pourraient devenir trop grandes. On pourrait compenser cette perte en porteurs
de charge libres par un dosage additionnel élevé en impuretés déterminant le type de conduction. Toutefois, en pratique, la solubilité d'une impureté dans un semi-conducteur est limitée, de sorte que, dans certains cas, le haut dosage désiré serait pratiquement irréalisable.
D'une façon générale, on peut calculer sans plus l'effet d'une diminution des variations, en fonction de la température, de l'intensité du courant d'arrêt par dosage à l'aide d'une impureté additionnelle. On dispose de la grandeur et de la position de la gamme de températures dans laquelle se produit une diminution des variations de la température, par un choix judicieux de la teneur en impureté additionnelle déterminant le type de conduction et par un choix judicieux d'une impureté additionnelle présentant la distance désirée des niveaux énergétiques secondaires par rapport à
la bande énergétique. Afin d'obtenir une réduction notable des variations en fonction de la température de l'intensité du courant d'arrêt, la teneur en impureté additionnelle est choisie, de préférence, du même ordre de grandeur que la teneur en impureté déterminant le conduction, c'est-à-dire dans le rapport de 0,1 : 1. Il est connu,que l'or provoque dans le silicium un niveau donneur à environ 0,33 eV de la bande de valence et un second niveau, probablement aussi un niveau donneur, à 0,3 eV de la bande de conduction.
Dans un système à couche d'arrêt conforme à l'invention, dont le ,-corps semi-conducteur est constitué par du silicium, l'or constituerait donc une impureté additionnelle particulièrement avantageuse.
Un procédé conforme à l'invention pour la fabrication d' un système à couche d'arrêt tel que décrit consiste à diffuser dans un corps à type de conduction déterminé l'impureté additionnelle et à réaliser ensuite dans ce corps une zone à type de conduction opposé à celui du corps original. Lorsqu'il s'agit d'un procédé pour fabriquer un système à couche d'arrêt dont le corps semi-conducteur comporte deux zones de types de conduction différents et de conductibilités différentes, on diffuse, de préférence, l'impureté
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faible, après quoi on réalise, dans de corps, une zone à conductibilité assez élevée etdont le type de conduction diffère de celui du corps original. Lors de la mise en oeuvre du procédé, on peut, conformément à l'invention, tirer parti d'une méthode pratique pour en arriver, pour ainsi dire sans calcul préalable, à la fabri-
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rée des variations de l'intensité du courant d'arrêt en fonction de la température. Cette méthode, qui sera décrite ci-après, n'est cependant utilisable que lorsqu'on diffuse dans une zone une impureté additionnelle d'un autre type que l'impureté déterminant le ty-
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puretés .dans ce domaine provoque un niveau donneur et l'autre un ni. veau accepteur. Elle est basée entre autres sur l'idée que, lors
de la diffusion d'une impureté dans un corps semi-conducteur, la
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teur présentant un type de conduction.déterminé par suite de la présence d'une impureté déterminant ce type de conduction, est chauffé en contact avec une impureté additionnelle d'un autre type que l'impureté déterminant le type de conduction, la résistivité du corps semi-conducteur, mesurée à la température ambiante nor-
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duite la diffusion, de la manière indiquée sur la figure 2, Cette <EMI ID=19.1> ducteur, mesurée à la température ambiante normale, et en abscisses, la température Td à laquelle s'est effectuée la diffusion. La caractéristique comporte une partie en palier comprise entre deux parties ascendantes.
Le procédé conforme à l'invention consiste en ce que, tout d'abord, par un certain nombre d'essais sur une éprouvette, on détermine par diffusion d'une impureté addditionnelle dans un corps semi-conducteur à diverses températures, impureté qui est d'un autre type que l'impureté déterminant le type de .conduction du corps semi-conducteur, la caractéristique donnant la relation entre la température à laquelle s'est effectuée la diffusion et la résistivité du corps semi-conducteur mesurée à la température ambiante normale, caractéristique qui comporte une partie en palier comprise entre deux parties ascendantes et qu'ensuite, au cours de la fabrication, on procède à la diffusion de l'impureté additionnelle à une température, à laquelle ladite caractéristique accuse après une ascension progressive une partie notablement plus en palier.
Sur la figure 2,. une zone de température appropriée, . dans laquelle peut se trouver cette température et qui peut s'étendre sur 20[deg.]C, est indiquée par les deux traits verticaux et par
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Les procédés conformes'à l'invention seront exposés en détail à l'aide de deux exemples de fabrication d'une diode à cristal conforme à l'invention.
EXEMPLE 1..Un disque de germanium monocristallin du type n à résistivité de 1 ohm/cm et d'une épaisseur d'environ 0,5 cm, .contenant de l'antimoine comme impureté déterminant le type de conduction, est <EMI ID=21.1>
constituée par du nickel, se diffuse dans ledit semi-conducteur. Après un lent refroidissement on mesure, à la. température ambiante normale, la résistivité du disque. Le chauffage, le refroidisse-ment et la mesure de la résistivité sont répétés .un certain nombre de fois, le chauffage demandant chaque fois une heure et la température de diffusion étant chaque fois augmentés de 20[deg.]C. On obtient ainsi la caractéristique qui donne la relation entre la
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conducteur, relevée à la température ambiante normale, caractéristique qui est représentée schématiquement à la figure 2. La tempé-
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débuta la caractéristique présente une forme en palier, est d'environ 770[deg.]C. En se basant sur ce résultat, on nickèle un grand morceau du même germanium et on le chauffe pendant trois heures à 770[deg.]
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ceau en disques plus petits, approximativement de 2 x 2 x 0,2 mm. Les disques dont une surface est recouverte de nickel, restent in tilisés. Sur une face d'un tel disque 1, représenté en coupe sur la figure 3, on applique, par alliage, une boulette d'indium afin d'obtenir un contact d'indium 2, sous lequel se trouve une zone 3, rendue impure à l'aide d'indium, et constituée par du germanium du <EMI ID=25.1>
ne. L'application par alliage et la soudure peuvent s'effectuer simultanément en chauffant, pendant 6 minutes, à une température de
450[deg.]C. Au contact d'indium 2 on relie, de manière connue, un conducteur d'alimentation 6. Des mesures ont prouvé qu'aux températures élevées, les variations de l'intensité du courant d'arrêt en fonction de la température sont réduites dans le rapport de 2 : 1, EXEMPLE II.-
Un morceau de germanium monocristallin du type p, à résistivité de 1,5 ohm/cm et comportant de l'indium comme impureté déterminant le type de conduction, est garni d'une couche constituée par du cobalt constituant l'impureté additionnelle et est ensuite chauffé, à une température d'environ 800[deg.]C, pendant 24 heures, dans une ambiance d'azote. Ensuite, ce morceau est subdivisé en petits disques d'environ 2 x 2 x 0,2 mm. Les disques dont une face est recouverte de cobalt restent ensuite inutilisés. Sur une faee d'un tel disque, on applique, par alliage, une boulette comportant en
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sous lequel se trouve une zone du type n rendue impure, essentiellement à l'aide d'arsénium. L'autre face du disque est soudée sur
une base de nickel à. l'aide d'une soudure comportant en poids 99% d'étain et 1% de gallium. L'alliage et la soudure peuvent être effectués simultanément en chauffant l'ensemble à une température d' environ 600[deg.]C pendant 5 minutes. Des mesures ont permis de constater que les variations de l'intensité du courant d'arrêt en fonction de la température de la diode sont notablement plus petites.
Dans ce cas, la détermination de la température de diffusion appropriée ne peut s'effectuer de la manière pratique décrite, car'1' impureté indium déterminant le type de conduction et l'impureté additionnelle cobalt sont du même type.
Enfin, il y a lieu de noter que l'invention n'est nullement limitée aux systèmes à couche d'arrêt dont le corps semi-conducteur est constitué par du germanium ou du silicium, mais qu'elle est également applicable aux systèmes à couche d'arrêt dont le <EMI ID=27.1> par exemple du InP ou du GaAs. Comme on le sai-t, dans ces semiconducteur on peut créer des niveaux donneurs et accepteurs non seulement par l'incorporation d'impuretés, mais en incorporant dans
le réseau cristallin un excès de cations, respectivement d'anions.
La notion impureté doit donc être prise dans un sens très large, étant donné qu'elle comprend les écarts par rapport à la composition stoechiométrique.
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semi-conductive body comprises a p-n boundary layer separating two zones of different types of conduction each containing one or more impurities determining the type of conduction and causing
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primary geetics, which, in the energy scheme of such a zone, lie so close to an accepted energy band that at the lowest operating temperature these levels are practically unoccupied and at temperatures above said temperature of regime their degree of occupation hardly varies. It goes without saying that the impurities determining the type of conduction are different for the two zones in order to obtain zones of opposite types of conduction. The invention further relates to a method of manufacturing such a barrier layer semiconductor system.
The known barrier layer semiconductor systems have, among other things, the following drawback: the quantities which characterize their electrical behavior are highly dependent on temperature. In a semiconductor, at. increasing temperature, the product of the number of free electrons and the number of free holes increase, namely according to the formula:
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in which p and n respectively represent the number of free holes and the number of free electrons, C is a constant, which depends only on the semiconductor and not on the impurities that con-
1
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the magnitude of the forbidden energy zone of the semiconductor between the conduction band and the valence band.
An important quantity is, for example, the intensity of the stopping current, which, when applying a difference of
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crosses this boundary layer. This stopping current is made up of two contributions, namely an electronic current contribution, which is formed by minority charge carriers of the P zone, and which are sucked out of this p zone by the intense electric field prevailing in the vicinity of the boundary layer, and by a contribution of hole current constituted by minority charge carriers of zone n, which are sucked out of this zone. During an increase in temperature, the number of minority charge carriers increases relatively the
more, which implies a strong relative increase in contributions
-
individual stops to stop current and total stop current. In the case of a pn passage between two zones such that the conductivity of the zone p is notably greater than that of the zone n, the stopping current and the variation of the intensity of this current as a function of The temperature are essentially determined by the contribution of the hole current coming from. zone n. When the boundary layer pn is between two zones such that the conductivity of the zone n is notably greater than that of the zone p, the intensity of the stopping current and the variation of this intensity as a function of the temperature are essentially determined by the contribution of the electronic current coming from the zone p.
The present invention provides inter alia a separate system.
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variations in current intensity as a function of temperature, in particular shutdown current, are significantly smaller.
In the barrier layer system according to the invention
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different duction, at least one of these zones comprises, in addition to
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additional purities which cause distinct energy levels, which, in the energy scheme of said zone, are
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the forbidden energy zone between the conduction band and the valence band called secondary energy levels, the degree of occupancy of which decreases notably in a temperature zone located above the lowest operating temperature, so that the variations of the current intensity as a function of the. temperature, particularly of the shutdown current in the p-n barrier, are smaller in this temperature range than in the absence of the secondary energy levels.
-The lowest operating temperature should be understood here as the temperature of the environment in which the barrier layer system is used; for this temperature, we consider <EMI ID = 10.1>
germanium, nickel, cobalt and iron.
When the conductivity of the areas flanking the pn barrier layer differs significantly, for example by more than a factor of 5, the additional impurities, as long as they are not incorporated in the two areas, are preferably used in the lowest conductivity zone, given that it is precisely this zone which essentially determines the intensity of the stopping current and the variations of this intensity as a function of the temperature. It is obviously important that the additional impurities are in the zone of lower conductivity, when the conductivity of the zones differs by a factor greater than 20, because in this case the shutdown current comes, so to speak only , from the zone with the lowest conductivity.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
FIG. 1 is an energy diagram of zone n of a barrier layer system according to the invention. FIG. 2 gives the resistivity of a semiconductor, measured at normal ambient temperature, as a function of the temperature at which additional impurities have been diffused into this semiconductor. FIG. 3 is a section through a crystal diode according to the invention.
The effect of the invention will be explained theoretically with the aid of the hole current contribution, coming from the area.
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as a germanium semiconductor. It is evident that analogous considerations apply to the contribution to electronic current from the p-region of the barrier layer system.
FIG. 1 gives, in a simplified form, the important part for the conduction of the energy diagram of a zone constituted by germanium of type n. The electronic energy is carried vertically upwards, while horizontally we find
i
ve the one-dimensional location in zone n. The admitted energy bands, namely the conduction band, whose inner side is indicated by C, and the valence band, whose upper side is indicated by V, are partially represented by hatching. F gives the position of the Fermi level. Between the upper side of the valence band V and the inner side of the conduction band C is the forbidden energy interval, which for germanium is 0.72 electronvolts. In germanium is introduced an impurity which is decisive for the type of conduction, namely the antimony donor, which causes distinct donor levels located at a very short distance, namely at 0.0097 electronvolt, on the lower side of the conduction band and forming the primary energy levels of this n-type zone.
In addition, zone n contains nickel as an additional impurity. Nickel causes two sets of acceptor levels indicated by Ni ^ and Ni.?. Ni levels. are located, entered the primary energy levels Sd and the middle of the forbidden energy zone at a distance of approximately 0.30 eV from the lower side of the conduction band. In the case considered, the Ni 2 levels are only of secondary importance. At normal room temperature, the primary energy levels Sb are unoccupied by the fact that they have given up their electrons to the conduction band, as long as these electrons are not used to fill the lower nickel levels. At normal room temperature, the Fermi level is then just above the secondary energy levels Ni,.
The case shown will occur, when the ratio of the number of antimony atoms to the number of nickel atoms is about 5: 2. As the temperature increases, the Fermi level F decreases along the energy axis. vertical until,
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practically intrinsically, this level reaches the middle of the forbidden energy zone (F '). In the range of temperatures in which the Fermi level passes the secondary levels, the degree of occupation of these levels decreases notably by the fact that additional electrons of these energy levels are excited towards the conduction band. As a result, in this temperature range the number of electrons available for conduction is greater than the number available in the absence of the secondary levels.
However, from the formula mentioned in the preamble, it follows that the variations according to the temperature of the product of the number of free holes and the number of free electrons is independent of the impurities in the semiconductor, so that, by the additional increase in the number of free electrons resulting from the excitation of the secondary energy levels, the increase in the number of free holes at increasing temperature can not be as great as in the case where this excitation does not occur.
Given that the contribution of zone n to the stopping current is precisely constituted by a current of holes and that this current of holes is directly proportional to the number of free holes available, the variations, as a function of the temperature of the current of the shutdown current in the temperature zone, in which the excitation occurs, are much smaller than in the absence of the additional excitation.
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nes an additional impurity which causes secondary energy levels, which, at the lowest operating temperature, are still occupied, so to speak entirely, by majority charge carriers, so that as large as possible of the Majority load, excited secondary energy levels, can help reduce variations in shutdown current intensity as a function of temperature. In the previous example, we used as Impurity determining the type of conduction a donor and as additional impurity an acceptor. However, preferably, the impurity determining the type of conduction and the additional impurity of a zone are of
the same sort, so both an acceptor or both a donor. Indeed, when the two impurities are of a different kind, charge carriers of the primary energy levels are brought into the secondary energy levels located lower, so that at normal ambient temperature, the resistivity and the contribution to the current stop area might get too large. We could compensate for this loss in carriers
free charge by a high additional dosage of impurities determining the type of conduction. However, in practice, the solubility of an impurity in a semiconductor is limited, so that in some cases the desired high dosage would be practically impractical.
In general, it is possible to calculate without further ado the effect of a decrease in the variations, as a function of temperature, in the intensity of the stopping current by dosing using an additional impurity. We have the magnitude and position of the temperature range in which a decrease in temperature variations occurs, by a judicious choice of the additional impurity content determining the type of conduction and by a judicious choice of an impurity additional showing the desired distance of secondary energy levels from
the energy band. In order to obtain a significant reduction in the variations as a function of the temperature of the intensity of the shutdown current, the additional impurity content is preferably chosen to be of the same order of magnitude as the impurity content determining the conduction, ie 'that is, in the ratio of 0.1: 1. It is known that gold causes in silicon a donor level at about 0.33 eV of the valence band and a second level, probably also a donor level, 0.3 eV from the conduction band.
In a barrier layer system in accordance with the invention, the semiconductor body of which consists of silicon, gold would therefore constitute a particularly advantageous additional impurity.
A method according to the invention for the manufacture of a barrier layer system as described consists in diffusing in a body with a determined type of conduction the additional impurity and then in producing in this body a zone with a type of conduction. opposite to that of the original body. When it comes to a process for manufacturing a barrier layer system whose semiconductor body has two areas of different conduction types and different conductivities, the impurity is preferably diffused.
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weak, after which we realize, in the body, an area of fairly high conductivity and whose type of conduction differs from that of the original body. During the implementation of the method, it is possible, in accordance with the invention, to take advantage of a practical method to arrive, so to speak without prior calculation, at the manufacture.
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of variations in the intensity of the shutdown current as a function of temperature. This method, which will be described below, can however only be used when an additional impurity of a type other than the impurity determining the type is diffused in an area.
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purities in this area cause a donor level and the other a ni. acceptor calf. It is based, among other things, on the idea that, when
the diffusion of an impurity in a semiconductor body, the
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tor having a type of conduction. determined by the presence of an impurity determining this type of conduction, is heated in contact with an additional impurity of a different type than the impurity determining the type of conduction, the resistivity of the body semiconductor, measured at normal ambient temperature
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reduces the diffusion, as indicated in FIG. 2, This <EMI ID = 19.1> ductor, measured at normal ambient temperature, and on the abscissa, the temperature Td at which the diffusion took place. The characteristic comprises a stepped part between two ascending parts.
The method according to the invention consists in that, first of all, by a certain number of tests on a test piece, it is determined by diffusion of an additional impurity in a semiconductor body at various temperatures, which impurity is of a type other than the impurity determining the type of conduction of the semiconductor body, the characteristic giving the relation between the temperature at which the diffusion took place and the resistivity of the semiconductor body measured at ambient temperature normal, characteristic which comprises a level part comprised between two ascending parts and which then, during manufacture, is carried out to the diffusion of the additional impurity at a temperature, to which said characteristic shows after a gradual rise a part notably more level.
In Figure 2 ,. an appropriate temperature zone,. in which this temperature can be found and which can extend over 20 [deg.] C, is indicated by the two vertical lines and by
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The methods according to the invention will be explained in detail with the aid of two manufacturing examples of a crystal diode according to the invention.
EXAMPLE 1 An n-type monocrystalline germanium disc with resistivity of 1 ohm / cm and a thickness of about 0.5 cm, containing antimony as the impurity determining the type of conduction, is <EMI ID = 21.1>
constituted by nickel, diffuses in said semiconductor. After a slow cooling we measure, at the. normal ambient temperature, the resistivity of the disk. The heating, the cooling and the measurement of the resistivity are repeated a number of times, the heating each time requiring one hour and the diffusion temperature being each time increased by 20 [deg.] C. We thus obtain the characteristic which gives the relation between the
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conductor, measured at normal ambient temperature, a characteristic which is represented diagrammatically in FIG.
<EMI ID = 23.1>
debuted the characteristic has a stepped shape, is about 770 [deg.] C. Based on this result, a large piece of the same germanium is nickel plated and heated for three hours at 770 [deg.]
<EMI ID = 24.1>
cut into smaller discs, approximately 2 x 2 x 0.2 mm. Discs, one surface of which is coated with nickel, remain in use. On one face of such a disc 1, shown in section in FIG. 3, an indium pellet is applied, by alloy, in order to obtain a contact of indium 2, under which there is a zone 3, made impure. using indium, and consisting of germanium of <EMI ID = 25.1>
born. Alloy application and soldering can be carried out simultaneously by heating for 6 minutes at a temperature of
450 [deg.] C. A supply conductor 6 is connected to contact with indium 2 in a known manner. Measurements have shown that at high temperatures, the variations in the intensity of the stopping current as a function of temperature are reduced in the circuit. 2: 1 ratio, EXAMPLE II.-
A piece of p-type monocrystalline germanium, with a resistivity of 1.5 ohm / cm and comprising indium as an impurity determining the type of conduction, is lined with a layer consisting of cobalt constituting the additional impurity and is then heated, at a temperature of about 800 [deg.] C, for 24 hours, in a nitrogen atmosphere. Then this piece is subdivided into small discs of about 2 x 2 x 0.2 mm. Discs with one side covered with cobalt then remain unused. On a faee of such a disc, one applies, by alloy, a ball comprising in
<EMI ID = 26.1>
under which is an n-type zone made impure, essentially with the aid of arsenium. The other side of the disc is welded to
a nickel base. using a solder comprising by weight 99% tin and 1% gallium. Alloying and soldering can be carried out simultaneously by heating the assembly to a temperature of about 600 [deg.] C for 5 minutes. Measurements have shown that the variations in the intensity of the stopping current as a function of the temperature of the diode are notably smaller.
In this case, the determination of the appropriate diffusion temperature cannot be carried out in the practical manner described, since the indium impurity determining the type of conduction and the additional impurity cobalt are of the same type.
Finally, it should be noted that the invention is in no way limited to stop-layer systems, the semiconductor body of which is formed by germanium or silicon, but that it is also applicable to layer-based systems. stop whose <EMI ID = 27.1> for example InP or GaAs. As we know, in these semiconductors we can create donor and acceptor levels not only by the incorporation of impurities, but by incorporating in
the crystal lattice an excess of cations, respectively anions.
The notion of impurity must therefore be taken in a very broad sense, given that it includes deviations from the stoichiometric composition.