Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
В качестве таких образцов в работе [65] предлагается использовать ядерно-легированный кремний. Для ядерного легирования были выбраны образцы кремния /ытипа с удельным сопротивлением 5000 Ом*см. Плотность потока нейтронов в рабочей зоне реактора составляла 1013 см-2•с-1. Образцы облучались 22; 110; 220 и 440 ч. После облучения они подвергались высокотемпературному отжигу, в результате чего удельное сопротивление образцов составляло (в порядке убывания времени облучения) 1,4; 2,8; 5,6 и 27 Ом-см. Для оценки однородности удельное сопротивление измеряли четырех- и трехзон-довыми методами.
Установлено, что среднеквадратичное отклонение удельного сопротивления, измеренное четырехзондовым методом, от среднего значения сравнимо с приборной погрешностью используемой аппаратуры. В связи с этим ЯЛ К — наиболее перспективный материал для производства эталонов удельного сопротивления,; которые могут использоваться для калибровки и бесконтактных методов измерения удельного сопротивления. Они-санйё эталонов и их номенклатуру можно найти в работе [66].
170
Создание р — /г-переходов
Принцип создания р — «-переходов с использованием метода ядерных превращений, как показано в гл. 2, заключается в создании таких условий облучения, при которых медленные нейтроны попадают только в заданные области образца. Для этого применяют специальные экраны из материалов, эффективно поглощающих тепловые нейтроны. В качестве таких экранов преимущественно используется естественная смесь изотопов кадмия и гадолиния, а также изотопы жадмий-113, бор-10. Природный кадмий применяют при получении р — «-переходов, р — п — р- и других несложных структур. При изготовлении микросхем в качестве защиты предпочтительнее кадмий-113 или гадолиний.
В общем виде радиационная технология изготовления полупроводниковых устройств включает следующие операции [67— 701: разработку и изготовление акранов необходимой конфигурации; разработку и изготовление капсулы; предварительные измерения и выбор условий облучения; облучение капсулы и мониторирование потока нейтронов; пострадиационную обработку и измерения; изготовление устройств, включая металлизацию, окисление, создание дополнительных контактов.
Наиболее простая схема получения р — «-перехода показана на рис. 4.38, а на рис. 4.39 представлена сборка, с помощью которой были получены р — «-переходы несложной конфигурации (рис. 4.40).
Основным материалом, используемым для изготовления сборок, является алюминий или сплавы на его основе. Сборки конструируют так, чтобы их можно было достаточно легко разбирать и собирать с помощью механизмов с дистанционным управлением.
р N Р
Рис. 4.38. Схема получения р—п-перехода.
Ж
їх
Рис. 4.39. Устройство для получения р-п-переходов.
1 — образец кремния; 2 — капсула; з —¦ алюминиевая прокладка; 4 & кадмиевый экран.
Выбор условий облучения сводитСЯ К выполнению условий (2.47)* •; (2.48) и (2.55). При известной ды- -рочной проводимости в исходном ма- 5 териале и заданном соотношении между концентрациями носителей в «- и
Рис. 4.40. Вольт-амперные властях переход» путем выбора і характеристики образцов соответствующего материала защи-с р—и-переходами. ты, геометрии щели и нейтронного
спектра можно получить требуемые ; концентрации носителей в соответствующих областях. Как у ка-аывалось в гл. 2, для создания резкого р — «.-перехода требуется очень мягкий спектр нейтронов, который в общем случае можно получить, например, с помощью тепловой колонны, однако абсолютное значение плотности потока тепловых нейтронов становит-сянастолько малым, что для достижения необходимой концентрации фосфора потребуется время облучения, выходящее за пределы разумного. Поэтому обычно облучение осуществляют потоком нейтронов с кадмиевым отношением порядка 30. Согласно [68], отношение сопротивлений, которое может быть достигнуто, лежит в пределах от 1 : 1 до 50 : 1. Изготовленные таким образом диоды имели напряжение пробоя от 25 до 50 В. Площадь перехода достигала 50 мм3. Образцы после облучения подвергались дезактивации и отжигу при температуре 800°С.
С помощью метода ядерных превращений кроме диодов изготовляются транзисторы и различные интегральные схемы. Если создать окисел контролируемой толщины на образцах со структурой п — р — п, то, в принципе, можно получить транзистор, схема которого показана на рис. 4.41. Центральная область служит затвором, часть одной, освобожденной от окисла, «-области выполняет роль стока, часть другой — истока. Электрические измерения показали, что между этими областями возникает «инверсионный') слой. Толщина слоя порядка 1 мкм. Еолее подробное описание этой структуры можно найти в [68].
Один из вариантов микросхемы показан на рис. 4.42. Особенность таких схем — своеобразное расположение областей п- и р-тица. Сам переход перпендикулярен поверхности пластин.
6
г-+
Ри,с. 4.47. Схема тран- Рис. 4.42. Структура мжкросхе-
зисторной структуры с мы (а) и ее электрическая экви-
активным окислом. валентная схема (б) [68].
