Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Смирнов Л.С. -> "Легирование полупроводников методом ядерных реакций" -> 15

Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.

Смирнов Л.С., Соловьев С.П., Стась В.Ф., Харченко В.А. Легирование полупроводников методом ядерных реакций: Монография — Новосибирск: Наука, 1981. — 186 c.
Скачать (прямая ссылка): legir.zip
Предыдущая << 1 .. 9 10 11 12 13 14 < 15 > 16 17 18 19 20 21 .. 76 >> Следующая


*Хгх+^а^ которое некоторое время живет, а затем распадается одним из нескольких возможных путей,; включающих испускание у-квантов, нейтронов или других частиц. Сечение ядерной реакции с испусканием частицы или кванта & можно представить в виде

а(ах Ъ) - ахТь!Т, (2.3)

где _ сечение захвата частицы а с образованием составного ядра, а Г6/Г определяет относительную вероятность его распада с испусканием частицы или кванта Ь. Каждый возможный вид распада составного ядра характеризуется^ парциальным средним временем жизни хь и соответствующей парциальной энергетической шириной уровня составного ядра Г& == %1хЬъ а полная ширина Г = 2ГЬ.

Реализация того или иного варианта распада составного ядра определяется природой ядер облучаемого вещества* а также природой и энергией облучающих частиц. Важнейшей характеристикой ядерных реакций, определяющей саму возможность их осуществления, является энергия реакции

(1 — Еш — Еп% — Ек 2 — Ещ1% - (2.4)

где Еп и Ек — соответственно энергия покоя и кинетическая энергия* а индексы 1 и 2 относятся к начальному и конечному состояниям ядерной реакции, причем

Еп1 = Мхс2 +Мас2; Еп2 - Мус* + Мьс2; .

Еа\ — ЕкХ 4* ЕКа; ЕК? — Еку + Екь.

Если (} >¦ 0* то ядерыая реакция может идти при любой кинетической энергии облучающих частиц, а в случае () <0

32
величина Ек должна превышать пороговое значение

. (Д>)тш= м*х.МаШ': - (2-5)

• • • ... < ! . -X” .. .

причем (#к)тш превосходит |@] на величину кинетической энергии составного ядра.

Экзоэнергетическими (() >¦ 0) являются ядерные реакции на медленных нейтронах и некоторые другие. И, наоборот, многие реакции на заряженных частицах эндоэнергетические (() <0). В частности, для иллюстрации порогового характера (ос, тг)-реакций в табл. 2.1 приведены значения (?к)тШ и для изотопов кремния [3].

Таблица 2.1

Энергетические характеристики ядерных реакций на изотопах кремния [31

Изотоп Ядерные реакции и продукты превращений д» мэв (^к)тіп, Мэв
Зі 28 БІ29 \ зізо ¦. ¦ »?!(«. ”) 8мКр»‘.. ¦ п) п) 3|| —7,72 —1,54 —3,49 8,82 1,75 3.95

Из этих, а также представленных в табл. 2.2— 2.5 данных следует, что если для внедрения конкретной примеси нужно воспользоваться тем или иными частицами, то соответствующий источник излучения должен обеспечивать для выбранной реакции получение достаточно интенсивного пучка таких частиц с энергией выше пороговой. Желательно, чтобы все частицы в пучке имели одинаковую энергию, так как в этом случае можно достаточно надежно провести теоретический расчет и затемпрактически осуществить оптимальные условия облучения.

2.2. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Под действием заряженных частиц достаточно большой энергии могут протекать ядерные реакции типа (а, р)г (а, н), (р, а), (р> я), (р, у), (р, д) и др. Пороговый характер этих реакций определяется тем, что энергия налетающей на ядро заряженной частицы должна быть достаточной для преодоления взаимного кулоновского отталкивания частицы и ядра, а в случае последующего вылета из возбужденного составного ядра другой заряженной частицы она также должна получить в составном ядре энергию, достаточную для преодоления этого кулоновского барьера. Если гя — радиус ядра, а е — заряд элект-

3 Заказ 777 . 33
рона, то высота барьера определяется выражением

Вк = 1 •••- ~ МэВ 2.6)

гя

и достигает 5—10 МэВ для легких ядер, 10—20 МэВ для средних ядер и 20—30 МэВ для тяжелых ядер [2].

Следует оговориться, что по законам квантовой механики существует вероятность преодоления кулоновского барьера и при энергии частицы, меньшей Ек, но для описания сути пороговых явлений это не имеет принципиального значения.

Исторически первыми источниками заряженных частиц* а именно се-частиц, были радиоактивные элементы Иа, Вп,; Ро, Ри и другие, которые в результате радиоактивного распада испускают в 1 с на 1 г источника до 1010—Ю11 а-частиц [4] с энергиями в диапазоне 4—8 МэВ [3—5].

Помимо немонохроматичности, энергия и интенсивность пучков с а-частиц слишком малы для того, чтобы можно было легировать реальные полупроводниковые материалы. Так как только небольшая часть заряженных частиц (^10~3 [2]) вызывает ядерные реакции, проходя через облучаемый материал, то для решения практических задач ядерного легирования требуются пучки заряженных частиц, энергия которых превышает пороговые значения для ядер легируемых элементов, а интенсивность на несколько порядков превосходит интенсивность излучения указанных выше изотопов. Это необходимо длй того* чтобы за разумное время облучения вводить в зону легирования интегральный поток частиц выше 1017—1019 см-3 и получить в единице объема материала количество ядерных превращений, сравнимое с концентрацией требуемой примеси. В настоящее время имеются технические возможности для решения данной зедачи с помощью линейных и циклических ускорителей заряженных частиц, позволяющих получать моноэнерге-тичеекие пучки электронов, протонов, дейтронов и а-частиц. Не вдаваясь в дальнейшее обсуждение вопроса, предположим, что подходящий для конкретной задачи легирования лучок заряженных частиц имеется. Тогда возникает вопрос, как этот пучок передает свою энергию атомам облучаемого материала. Оказывается, что в силу кулоновского взаимодействия со средой Кинетическая энергия заряженных частиц в основном расходуется на ионизацию и возбуждение атомов облучаемого вещества (ионизационное торможение). Оценки показывают (см. [2]), что сечение процессов, определяемых ионизацией {~10-21 см2), примерно в 1000 раз превышает сечение ядерного взаимодействия (~10-24 см2). Поэтому на всем пути пробега (Лй) частиц, когда они тормозятся до нулевой энергии,, их поток можно считать практически постоянным. Строго говоря, для моноэнергетического пучка частиц И0 имеет смысл среднего значения пробега, относительно которого наблюда-
Предыдущая << 1 .. 9 10 11 12 13 14 < 15 > 16 17 18 19 20 21 .. 76 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed