Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Как отмечалось, в кремний нельзя вводить облучением сколь угодно большую концентрацию фосфора вследствие активации самого фосфора по реакции (2.31). Количество образующегося нестабильного изотопа Рза зависит от плотности потока нейтронов и времени облучения следующим образом:
[рз2] ^ [cp^aJSi30]^ —1) + exp (—Щ31“2. (4.12)
Это выражение является решением системы уравнений относительно [Р32].
Наведенная удельная активность кремния в зависимости
от конечного удельного сопротивления и плотности потока показана на рис. 2.7. Заметная активность появляется при лс-
4.6. РАДИОАКТИВНОСТЬ ЯДЕРНО-ЛЕГИРОВАННОГО КРЕМНИЯ
Q, кг 10s-
О 50 ЮО 150 t, сутки .
—;---1-----г—I
40 80 120
Рис. 4.32. Допустимое количество кремния, легированного на разные номиналы удельного сопротивления, в зависимости от времени выдержки после облуче-
ния [1].
Рис. 4.33. Соотношение удельного сопротивления образцов кремния со временем спада наведенной радиоактивности (Р32) ДО предельнодопустимого уровня (2 ДО"! мкКи/г) [57].
допустимого
Легирование, ом-см: 1 —
от 1000 на 10; 2—от 1000 на 1; з — от 10 на 1; 4 —
от 1000 на 01
165
гировании образцов кремния на номиналы удельного сопротив- ? ления ниже 10 Ом- СМ. I I
Согласно санитарным нормам [56], безопасным пределом I для радиоактивных препаратов, включающихР32, устанавливается 10 мкКн. При такой суммарной активности (или ниже) | считается, что в образцах отсутствует наведенная активность, < и с ними можно обращаться, как со стабильными изотопами. На рис. 4.32 показано количество ядерно-легированного кремния, которое допустимо иметь на рабочем месте в зависимости от времени выдержки образцов после облучения, чтобы суммарная активность такого кремния не превышала 10 мкКи. Из этого рисунка также следует, что в принципе можно легировать кремний на любой номинал удельного сопротивления. Затруднения заключаются лишь в том, что слишком низкоом-пые образцы придется выдерживать после облучения весьма длительное время (рис. 4.33 из [57]) или оперировать с малыми ; количествами кремния.
В заключение отметим, что кремний, легированный на номиналы 10 Ом-см и выше, не представляет практически никакой опасности, особенно если учесть, что в приборах используются дискретные образцы,иди шайбы небольшого объема.
¦ • , _ ' • / 1 .¦
4.7. ПРИМЕНЕНИЕ ЯДЕРНО-ЛЕГИРОВАННОГО КРЕМНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРИБОРОВ
Кремний, предназначенный для производства полупроводниковых приборов, по своим свойствам должен удовлетворять требованиям, которые определяются прежде всего типом приборов [58, 59]. Как было показано, основное достоинство ЯЛК — однородность его свойств. Благодаря этому он и нашел широкое применение в производстве мощных приборов с большой площадью активного р -г- и-перехода.
При изготовлении, в частности, силовых высоковольтных приборов предпочтение отдается монокристалличёскому кремнию гс-типа, полученному методом бестигельной зонное плавки. Если используется кремний, выращенный методом Чо-хральского, возможны изменения его свойств при термообработках в процессе изготовления приборов. Обычно эти изменения связывают с образованием кремнекислородных комплексов и с выделением частиц 8Ю2. Поэтому для производства наиболее ответственных и сложных приборов используется кремний с минимальным содержанием кислорода.
Величина обратного напряжения, которое должен выдерживать прибор, определяет удельное сопротивление кремния для этого прибора^ Желательно, чтобы р было, по возможности, меньше, так как с его увеличением возрастает возможность и величина термической деградации параметров кремния. Учитывая это требование, заметим, что метод ядерных превра-
466 ;
Ом-см -
Рис. 4.35. Зависимость напряжения пробоя коллекторного перехода от удель- ' ного сопротивления базы структур р—п—р, изготовленных на основе ядернолегированного кремния [34].
Точка — эксперимент, линия — расчет.
Рис. 4.34, Влияние качества исходного кремния иа характеристик ки структур р — п-переходов [60] (объяснение в тексте).
, ’ • • • • V - \ • .
щений позволяет получать ЯЛК; с удельным сопротивлением, отличающимся от заданного но более чем на ±5%. Параметры его практически не изменяются на различных стадиях высокотемпературной термообработки, принятой при изготовлении мощных высоковольтных приборов [39].
Одним из важнейших требований, предъявляемых к исходному материалу при производстве приборов, является высокая степень однородности удельного сопротивления, так как области с локальным изменением проводимости будзтс определять напряжение пробоя р — п-перехода. Эта ситуация показана на рис. 4.34. На нем сравниваются структуры диодов, изготовленные на основе ядерно-легированЕого и обычного кремния. Существенное различие в напряжениях пробоя диодов на основе обычного кремния определяется средними значениями удельного сопротивления в отдельных элементах (правые структуры). Элементы структуры на основе ЯЛК (слева) характеризуются совершенно идентичными параметрами [601. Следует заметить, что критерием высокой степени однородности базового материала и его термостабильности можно считать хорошее совпадение с расчетными значениями напряжения пробоя р _ тг-переходов, изготовленных на основе ЯЛК (рис. 4.35)
