Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
26
жига дефектов. Видимо, режим отжига необходимо выбирать о учетом сказанного, для чего используется материал, легированный методом ядерных превращений. Одним из основных критериев, очевидно, следует считать номинал удельного сопротивления и равномерность распределения вводимой примеси. При недостаточном отжиге проявление электрической активности примеси будет частично маскироваться компенсирующим действием неотожженных радиационных дефектов. При больших температурах отжига возможно диффузионное перераспределение введенной примеси. Совершенно нет экспериментальных данных, которые могли бы ответить на вопрос, проявляются ли при отжиге особенности, связанные с радиационноускоренной диффузией примеси (см. гл. 3).
В заключение проведем сравнение трансмутационного метода легирования с традиционными. Каковы же достоинства метода трансмутационного легирования?
1. Прежде всего предсказуемость результатов легирования и легкость управления процессом. Действительно, концентрация вводимой примеси определяется ядерными данными (см. гл. 2) и длительностью облучения и не зависит ни от температуры облучения, ни от качества и состояния материала.
2. Равномерность легирования. При рассмотрении этого вопроса следует исходить из конкретных условий — вида облучения, полупроводникового материала, необходимой области равномерного легирования. При облучении заряженными частицами (протоны, дейтроны и т. д.) в зависимости от их энергии следует ожидать равномерного легирования лишь слоев в единицы и десятки микрон. Поэтому равномерное легирование слитков возможно лишь при использовании реакций на нейтронах и фотоядерных реакций. Распределение вводимой примеси -по глубине (в направлении потока частиц) /записывается в следующем виде:
N{z) ~ ФоЖ0йсг ехр(— N0kax),
где Ф0 интегральный поток частиц, см~2; JV0 — концентрация атомов вещества, см~3; к — содержание необходимого изотопа, /о; о сечение взаимодействия реакции, приводящей к образованию примеси, см2.
При толщине образца d <с/ (ЛУеог)-1 получаем равномерно легированный образец. Если толщина кристалла достаточно большая, то интегральный поток Ф0 также будет функцией 1лубины х. В случае кремния при реакциях с участием нейтронов равномерно легированная область достигает десятков сантиметров, а в полупроводниковых соединениях, включающих такие компоненты, как индий, кадмий, равномерно легированная зона составляет лишь доли миллиметра. Для получения равномерно легированного кремния необходимо, чтобы кристаллы не содержали «биографические» дефекты (см. гл. 4).
, . . 27
3. Нет принципиальных ограничений на концентрацию вводимой примеси. Действительно, ограничением является только концентрация изотопа, трансмутация которого происходит, но концентрация составляет проценты от общего количества атомов вещества, так что в принципе может быть использован изотопно чистый материал. Ограничением служат трансмутационные реакции с вводимой примесью.
4. С помощью экранов возможно создавать нужную конфигурацию легированной области.
5. Кремний, полученный трансмутационным легированием, обладает повышенной стойкостью к последующим термообработкам и воздействию радиации.
Из ограничений метода укажем на следующие.
1. Введение радиационных дефектов при облучении. Это-обстоятельство вызывает необходимость последующего отжига радиационных дефектов. При отжиге складываются условия, при которых возможна ускоренная диффузия примеси па стоки. Этот процесс приводит к неравномерному распределению-' примеси. .
2. В процессе легирования методом ядерных превращений образуются нестабильные изотопы и возникает наведенная радиоактивность. Фоп наведенной радиоактивности резко уменьшается при тщательной очистке кристаллов от примесей, дающих изотопы с большим временем полураспада. Наличие наведенной радиоактивности приводит к тому, что легированный материал требует выдержки для «высвечивания» активных изотопов до того, как пустить его в производство.
3. Для некоторых материалов, в частности кремния, существует чисто практическое ограничение — время экспозиции. Поэтому рассматриваемый метод мало пригоден для введения концентраций примеси, больших 1016 см-3 (фосфор в. кремнии).
4. Тип вводимой примеси (подробнее см. гл. 2).
Метод трансмутационного легирования применяется достаточно широко при легировании кремния фосфором за счет (и,, у)-реакций. Для других полупроводниковых материалов в лучшем случае показана принципиальная возможность легирования методом ядерных превращений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Родес Р. Г. Несовершенства и активные центры в полупроводниках..
М., Металлургия, 4968. 374 с.
2. Болтакс Б. И. Диффузия в полупроводниках. М., Физматгиз, 1961.
462 с. .
3. Болтакс Б. И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. Л.,
Наука, 1972. 384 с.
4. Джафаров Т. Д. Дефекты и диффузия в эпитаксиальных структурах..
Л., Наука, 1978. 207 с. •
5. Фрицше К, Получение полупроводников. М., Мир, 1964. 205 с.
28
6. Атомная диффузия в полупроводниках. М., Мир, 1975. 684 с.
