Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Два варианта технологической схемы ядерного легирования при статическом режиме облучения показаны на рис. 4.9.
В одном варианте, осуществленном на реакторе ВВР-ц в 1974 г., ампулы из камеры предварительной загрузки механизмом захвата помещаются в рабочий канал. После облучения ампулы тем же устройством извлекаются из канала и переносятся в транспортный канал, по которому попадают в «горячую>> камеру, предназначенную для работы с радиоактивными материалами. Здесь слитки дистанционно извлекаются из ампул,, выдерживаются несколько суток для снижения радиоактивности и затем направляются на дезактивацию. После дезактивации работа с облученными слитками уже не опасна и производится в обычных помещениях. Все образцы после извлечения из ампул и дезактивации подвергаются обязательному дозиметрическому контролю.
В работах [6, 7] описана аналогичная схема облучения. Отличие состоит лишь в том, что в рабочем канале имеется сие-циальная подвижная опора, на которую устанавливается контейнер. Особенности конструкции канала и контейнера схематически показаны на рис. 4.10. В дне контейнера предусмот-реио специальное отверстие, в которое входит цапфа механизма вращения контейнера во время обдучепия. После загрузки ; кремния контейнер перемещается в рабочую зону, где он фиксируется с помощью решетки, положение которой относительно центра активной зоны можно изменять. і
Во втором варианте статического режима облучения, описанного в [4] и показанного на рие. 4.9, б, ампулы с необлучен-ными образцами сначала загружают в перчаточный бокс, от- I
куда они уже автоматически попадают на транспортер. Конструктивно транспортер представляет собой 100 сцепленных между собой тележек в виде замкнутого контура, который приводится в движение электродвигателем. Каждая тележка рассчитана па установку одной ампулы с кремнием. Тележки последовательно загружаются ампулами по мере их освобождения после каждого цикла загрузки и доследующей выгрузки, занимающего около 4 суток.
Перегрузка ампул с транспортера в канал для облучения и обратно производится через шлюз. Во время облучения ампулы находятся в потоке тяжелой воды, а после облучения высушиваются в горячем гелии и попадают на ту же тележку транспортера, после чего он автоматически перемещается на* один шаг. Если учесть, что каждая ампула облучается в течение нескольких часов, то суммарное время пребывания облученных слитков на транспортере составляет около 2 суток, что достаточно для полного распада короткоживущих радиоактивных изотопов. Особенностью этой схемы является дискретно-непрерывный характер процесса облучения, в котором автоматизированы все операции, кроме загрузки и выгрузки ампул с кристаллами через перчаточный бокс, предотвращающий проникновение трития из тяжелой воды через транспортный канал в рабочее помещение.
Дозирование вводимой концентрации фосфора Лгр при статическом методе облучения можно контролировать по времени облучения, как это следует из выражений (2.24) и (2.38), если считать постоянной во времени плотность потока нейтронов ср.
Не исключается возможность дозирования вводимой легирующей примеси и путем регулирования мощности реактора при заданном времени облучения. Однако такой способ исключает возможность проведения независимых облучений более чем в одном месте внутри реактора. С другой стороны, величина Лр , определяемая заданной концентрацией носителей тока после легирования, зависит и от исходной концентрации остаточных примесей:
(исходный р-типа),
[гсг — ЛГс1 (исходный 81 /г-типа), "
где —- концентрация носителей тока, обеспечивающая нужный номинал удельного сопротивления образца после легирования; IV а и х\!С1 — соответственно средняя концентрация остаточных акцепторных или донорных примесей в исходном материале. Поэтому при определении требуемого времени облучения должна быть учтена концентрация примесей в исходном материале. ¦ . „ .
В каждом конкретном случае плотность потока нейтронов: Ф в зоне облучения должна выбираться такой, чтобы время облучения было не слишком большим по техзнико-экономиче-
, • . ¦ 137
Рис. 4.11. Схема движения образцов при протяжке их через рабочую зону реактора.
1 — канал предварительной загрузки; 2 — рабочий канал; 3 — активная зона; 4 — контейнер; а механизм перемещения; 6—приемный бункер; 1 —¦ камера переампулировки. '
сккм соображениям (несколько часов) и не слишком малым в соответствии с условием
¦ ?обл > -Ь ?вг (4-2)
где ?3 и и — время загрузки и выгрузки соответственно. Условие (4.2) вызвано тем, что все операции по облучению осуществляются в работающем реакторе. Поэтому при малых временах облучения, когда оно сравнимо с (?3 -[- ^в)? существует опасность неравномерного облучения, что приведет к неравномерному введению атомов фосфора по длине слитка и неопределенности в набранной дозе. Данный фактор накладывается на рассмотренную выше неравномерность легирования, обусловленную распределением ср по длине и по радиусу слитков.
В этой связи как с точки зрения выравнивания неоднородности ф по длине слитков, так и с точки зрения полноты использования рабочего объема каналов более перспективным по сравнению со статическим методом облучения представляется недавно разработанный и осуществленный на реакторе ВВР-ц метод облучения слитков при непрерывном перемещении (протяжке) их через рабочую зону реактора вдоль оси канала. При использовании этого метода, требующего наличия в реакторе сквозных каналов для облучения, ампулы со слитками проходят через рабочую зону реактора непрерывным потоком с заданной скоростью (рис. 4.11). Дозирование концентрации образующегося фосфора осуществляется регулированием скорости движения, которая определяется выражением
