Ur Populär Radio nr12 1954:

Tyska transistorer
Av Karl Tetzner, Hamburg

I Tyskland tillverkas f.n. transistorer av fyra företag, Philips, Siemens & Halske, Te-Ka-De och Telefunken. Av allt att döma har de fyra företagen kommit ungefär lika långt på området och det förefaller också som om forskningsresultat och tillverkningsteknik skulle rätt nära ansluta till amerikanska erfarenheter.

Fig. 1. Några transistorer
tillverkade av Telefunken.
Storleken framgår lätt vid
en jämförelse med stålröret.

De fyra tyska företag, som f.n. tagit upp tillverkningen av transistorer, nämligen Deutsche Philips Gesellschaft, Siemens & Halske, Te-Ka-De och Telefunken, har i stor utsträckning anknutit sin tillverkning till utländska forskningsresultat. Deutsche Philips Gesellschaft stöder sig sålunda i viss omfattning på forskningsresultaten vid moderföretaget i Eindhoven under det att Siemens och Te-Ka-De, som tillverkar transistorer, huvudsakligen avsedda att användas inom telefontekniken, baserar sin tillverkning på amerikanska licenser. Telefunken har ett intimt patentutbyte med Radio Corporation of America (RCA). Vid ett besök i Ulm i samband med invigningen av en ny Telefunkenfabrik för framställning av bildrör för television och inrättandet av ett vetenskapligt institut för grundforskning hade förf. tillfälle att närmare bese företagets tillverkning av transistorer.

Den vetenskaplige ledaren för denna tillverkning är dr Steimel, som bl.a. haft tillfälle att grundligt sätta sig in i den amerikanska transistorframställningens olika aspekter.

Fig. 2. Zonsmältningsugn, som används
för höggradig rening av germanium.

Utgångsprodukten för transistorer är germanium av hög renhetsgrad. Man kräver en reningsgrad av 10E-9, 10E-11, dvs. på 10E9 till 10E11 germaniumatomer får endast en störatom förekomma. För denna reningsprocess utnyttjas en zonsmältningsugn. En sådan apparat visas i fig. 2. Man ser här en rörlig ugn, uppdelad i sju uppvärmningszoner, som långsamt glider över en behållare, som innehåller en germaniumstav.

Fig. 3. Germaniumstav, som renats
i zonsmältningsugn. Materialet är
nu polykristalliniskt.

Ugnen rör sig långsamt från vänster till höger och den inneslutna germaniumstaven upphettas och avkyles därvid i en viss rytm. Vagnen återföres därefter snabbt till sitt utgångsläge och får ånyo långsamt utföra en ny 'avsökningsrörelse'. Förloppet upprepas ett antal gånger.Genom denna process uppstår en koncentration av alla föroreningar mot stavens högra ände, som icke blir utsatt för värmebehandlingen. Germaniumstången har före värmebehandlingen en renhetsgrad av 10E-6 men får genom den nyss antydda reningsprocessen en renhetsgrad av minst 10E-9.

Fig. 3 visar i mitten en renad germaniumstav. Materialet, som nu är polykristalliniskt, nedsmältes i nästa etapp i vakuum och tillföres därvid vissa tillsatsämnen. De tillsatta ämnena alstrar en viss ledningsförmåga av n- eller p-typ (arsenik och antimon för att erhålla ledningsförmåga av n-typ, gallium och indium för att erhålla ledningsförmåga av p-typ).

Fig. 4. Apparatur för framställning av germanium för transistorer. Se texten.

Fig. 4 visar den kompletta apparaturen för denna process. I det evakuerade kvartshöljet, som synes ungefär i mitten på bilden, är innesluten en degel, som upphettas med en värmeslinga. I degeln anbringas det polykristallina germaniumet som därvid nedsmältes.I denna smälta neddoppas 'ympkristall', som under lämpliga betingelser kan växa till godtycklig storlek. Den växande enkristallen upplyftes ur smältan under samtidig vridning. Dessa rörelser bibringas genom de överst på bilden synliga elektromotorerna. Två fläktar åstadkommer erforderlig avkylning av kvartsklockan. Fig. 5 visar närbild av den övre delen av apparaturen.

Fig. 5. Närbild av kvartsglasklockan med
uppvärmningsspiral och degel. Jfr fig. 4.

Fig. 6. Detaljbild av den
växande enkristallen, av
germanium, som under
vridning drages ur smältan.

Man ser här det inre av den av kvartsglas uppbyggda klockan, som innehåller den nyss omnämnda uppvärmningsspiralen, som upphettar den i bildens mitt synliga degeln. I degeln erhålles smält högrenat germanium. Där ovanför ser man den växande kristallen, som långsamt dras uppåt under samtidig vridning. Fig. 6 ger en tydligare inblick i förloppet. Man ser här genom ett fönster i kvartsklockan den växande germaniumkristallen. När denna process är avslutad, har man en 140 mm lång germaniumkristall i form av en stav, som sedan kan utnyttjas för framställning av germaniumdioder och transistorer (se fig. 7). Utgångsmaterialet för den vidare bearbetningsprocessen är 0,4 mm tjocka germaniumplattor. Dessa erhålles genom att germaniumkristallen sågas i skivor med hjälp av en diamantsåg (fig. 8).

Fig. 7. Processen i apparaturen i fig. 4 ger en
140 mm lång germaniumkristall i form av en
stav. Denna utnyttjas som utgångs-
material för germaniumdioder och transistorer.

Fig. 8. Diamantsåg för sågning av skivor av den erhållna germaniumkristallen i fig. 7.

Fig. 9. Olika komponenter i den färdiga transistorn :
1) sågad germaniumskiva,
2) liten etsad platta av germanium, storlek 4x1,5 mm,
3) germaniumplatta försedd med 'indiumknappa',
4) germaniumplatta med pålödd baselektrod,
5) silver- trådar lödes på 'indiumknapparna',
6) den färdiga transistorn innan höljet (7) påsatts.

Fig. 9 visar sista etappen vid framställningsproceduren. Den sågade germaniumskivan av 0,4 mm:s tjocklek (1) slipas ner till 0,2 mm:s tjocklek. Ur denna skär man sedan ut rektangulära små plattor av storleken 4x1,5 mm och etsar ytan ner till en tjocklek av 0,14 mm (2). Därefter anbringas två runda skivor av indium på germaniumplattan från båda sidor: det bildar då ett spärrskikt med en tjocklek av några få um (3). Efter det att en baselektrod av nickel lötts på (4) lödes silvertrådar på indiumskivorna (5). Det hela sättes på en stödskiva (6) och smältes in i ett hölje så att transistorn blir skyddad för luft och fuktighet.

Fig. 10. Germaniumplattan för en effekttransistor i stark förstoring.

Detta hölje (7) svärtas samtidigt, så att inte någon icke önskad fotocelleffekt kan uppträda. Germanium uppvisar nämligen en utpräglad fotoeffekt.
I fig. 10 visas i stark förstoring en germaniumplatta för en effekttransistor. Hur små och behändiga skikttransistorerna är framgår av fotot i fig. 1, som visar fyra skikttransistorer i jämförelse med ett äldre stålrör, Telefunken EF14.