2.3. Электронно-дырочный переход (эдп)

Контакт между полупроводниками p- и n-типа проводимости называется электронно-дырочным переходом (ЭДП) или p-n-переходом.

ЭДП нельзя осуществить путем простого соприкосновения двух разнородных полупроводниковых пластин, т.к. при этом неизбежен промежуточный слой воздуха или поверхностных пленок.

ЭДП получают путем введения разнородных примесей в соседние области одного монокристалла различными технологическими способами, из которых для кремниевых вентилей применяют сплавной, диффузионный, диффузионно-сплавной и др.

Исходным материалом для изготовления кремниевого ЭДП является сверхчистый монокристаллический кремний, обладающий электронной проводимостью с удельным сопротивлением 1,0-1,2 Омм.

2.3.1. Технологии изготовления эдп

2.3.1.1. Сплавная технология

Монокристалл кремния разрезают на пластины толщиной 0,5-0,7 мм, из которых вырезают диски. Диаметр дисков выбирают из расчета плотности тока 0,5-1,0 А/мм². Шлифуют, протравливают, промывают, а затем вместе с легирующими примесями располагают между вольфрамовыми дисками и помещают в графитовые кассеты. В кассете на нижний вольфрамовый диск накладываются: пластина из сплава сурьмы, серебра и свинца, затем кремниевый диск, пластина из сплава алюминия с кремнием и верхний вольфрамовый диск.

Кассеты помещают в вакуумные печи и нагревают до температуры 800-850 ^С несколько минут. В процессе сплавления в кремниевом диске образуются высоколегированные зоны p и n с глубиной проникновения 30-40 мкм, создающие p-n-переходы. Вольфрамовые диски, обладающие одинаковым с кремнием коэффициентом объемного расширения, служат основаниями и употребляются для уменьшения механических напряжений в кремнии, возникающих из-за нагрева кремниевых пластин.

После охлаждения вентильного элемента по окружности кремниевого диска снимается фаска, а диск по торцу покрывается специальной эмалью для защиты ЭДП от пробоя по поверхности. Для защиты от влаги, загрязнений и механических повреждений вентильный элемент помещают в герметичный корпус, состоящий из медного основания и металлостеклянной или металлокерамической крышки (стакана) с гибким выводом. При сборке вентиля нижний вольфрамовый диск припаивают к массивному медному основанию, обеспечивающему хороший отвод тепла, а верхний вольфрамовый диск – к внутренней части гибкого вывода, служащего электродом вентиля.

2.3.1.2. Диффузионная технология

На поверхность отшлифованного и очищенного диска кремния n-типа наносится раствор азотнокислого алюминия и борной кислоты. После просушки диск помещают в печь, где при температуре 1300 ^С в течение 8-10 часов происходит диффузия алюминия и бора в кремний на глубину 80-100 мкм, в результате чего создается зона p-проводимости.

После остывания диск с одной стороны шлифуют для удаления p-слоя и химическим никелированием образуют контакты с обеих сторон пластины. Затем полученный p-n-переход припаивают к вольфрамовым дискам и при изготовлении вентилей обрабатывают так же как и при сплавной технологии. Диффузионная технология применяется шире, так как при этом можно получать более равномерные p-n-переходы.

Также применяется и диффузионно-сплавная технология.

Применение пайки для присоединения ЭДП к выводам в ряде случаев ограничивает допустимую температуру элементов вентиля и снижает его надежность. Для мощных вентилей с большим диаметром выпрямительных элементов получили распространение таблеточные конструкции с прижимными контактами, обеспечивающие меньшие механические напряжения и двухсторонний отвод тепла от полупроводникового элемента.