Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНО-ЛЕГИРОВАННОГО КРЕМНИЯ n-ТИПА (ВАРИАНТЫ)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНО-ЛЕГИРОВАННОГО КРЕМНИЯ n-ТИПА (ВАРИАНТЫ)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНО-ЛЕГИРОВАННОГО КРЕМНИЯ n-ТИПА (ВАРИАНТЫ)

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Предложен способ получения ядерно-легированного кремния n-типа, при котором слиток исходного кремния обогащают в N раз стабильным изотопом 30Si и облучают нейтронами. По основной ядерной реакции (n, γ) на стабильном изотопе 30Si, содержащемся в естественной смеси изотопов кремния, получают нужную концентрацию донорной примеси 31P. Затем проводят дезактивацию слитка, его дозиметрический контроль, а также для удаления значительной части радиационных дефектов и стабилизации электрофизических свойств материала - его термический отжиг. Способ может быть реализован в двух вариантах. Согласно первому варианту снижают в N раз норму флюенса нейтронов и, тем самым, во столько же раз концентрацию комплексных радиационных дефектов. Согласно второму варианту сохраняют норму флюенса, установленную для облучения кремния с естественной смесью изотопов, получают в N раз большую концентрацию донорной примеси 31P и соответственно концентрацию носителей заряда. Для уменьшения количества комплексных радиационных дефектов при реализации второго варианта способа с помощью модератора спектра нейтронов уменьшают долю нейтронов высокой энергии. Технический результат заключается в уменьшении числа комплексных радиационных дефектов, не устраняемых пострадиационным термическим отжигом облученного слитка, и улучшении электрофизических свойств кремния. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2145128
Класс(ы) патента: G21G1/06
Номер заявки: 98105733/06
Дата подачи заявки: 19.03.1998
Дата публикации: 27.01.2000
Заявитель(и): Закрытое акционерное общество "Эллина-НТ"
Автор(ы): Прохоров А.М.; Петров Г.Н.; Лященко Б.Г.; Гарусов Ю.В.; Шевченко В.Г.
Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Эллина-НТ"
Описание изобретения: Изобретение относится к области ядерной технологии получения поли- и монокристаллического кремния n-типа и имеет целью резкое расширение возможностей регулирования структуры и, через нее, - электрофизических свойств полупроводникового кремния и устройств на его основе.
В настоящее время ядерное легирование кремния n-типа осуществляют путем нейтронного облучения слитка кремния нужных габаритов и качества в ядерном реакторе или на другой ядерно-физической установке, когда основной ядерной реакцией является реакция на стабильном изотопе 30Si, содержащемся в естественной смеси изотопов в количестве 3,12%:

где n - нейтрон, γ - гамма-излучение при захвате нейтрона; β- - бета-частица с энергией 2,5 МэВ, испускаемая со временем полураспада 157,3 мин компаунд-ядром 31Si, 31P - легирующая примесь - фосфор, являющийся продуктом ядерной реакции (И.М. Греськов, С.П. Соловьев, В.А. Харченко. "Ядерное легирование полупроводников. Обзорная информация" НИИТЭХИМ, Москва, 1982 г., с. 19; В.А. Харченко, С.П. Соловьев - Известия АН СССР, Сер. Неорганические материалы, 7, N 12, 2137, 1971 г.).
Главный недостаток данного прототипа - ограничение нормы флюенса нейтронов и, следовательно, степени легирования фосфором вследствие накопления комплексных радиационных дефектов, которые не устраняются пострадиационным термическим отжигом облученного слитка и существенно снижают электрофизические свойства кремния. Норму флюенса ограничивают также в связи с неизбежной для ядерной технологии наведенной радиоактивности слитка.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что исходное кремниевое сырье обогащают стабильным изотопом 30Si в N раз, получают из обогащенного сырья известным способом слиток нужных габаритов и качества и проводят в ядерном реакторе или на другой ядерно-физической установке легирование слитка по реакции (1). При этом могут быть обеспечены два варианта способа получения ядерно-легированного кремния n-типа, для которых пострадиационные операции - дезактивация слитка, его дозиметрический контроль, отжиг радиационных дефектов, улучшающий и стабилизирующий электрофизические свойства слитка, проводят так же, как предусмотрено прототипом. При этом оба варианта способа обеспечивают достижение одного и того же технического результата - снижение концентрации комплексных радиационных дефектов и, соответственно, улучшение электрофизических свойств кремния.
Вариант 1.
Снижая в N раз флюенс нейтронов по сравнению с вышеназванным прототипом, получают в свежеоблученном материале в N раз меньшую концентрацию остаточных комплексных радиационных дефектов и соответствующее повышение электрофизических характеристик кремния.
Вариант 2.
При сохранении нормы флюенса, установленного для прототипа, повышение в N раз содержания в кремнии изотопа 30Si ведет к увеличению в N раз концентрации равномерно распределенной в кремнии донорной примеси - 32P, т.е. концентрации носителей заряда. Для этого способа требуется принятие мер по устранению в спектре нейтронов высокоэнергетической части, с которой связано образование в веществе комплексных радиационных дефектов. Требуемое изменение спектра нейтронов достигается применением известных модераторов из бериллия или других материалов с малым атомным весом; модераторы устанавливают в облучательном канале. Физическим обоснованием этого пути являются электронномикроскопические и рентгеноструктурные исследования распределения комплексных радиационных дефектов в кристаллических веществах в зависимости от энергии бомбардирующих ядерных частиц (K. Mercle-Report AEPE-R5269, Harwell, 1966; M. L. Jenkins, C.A. English-Journ. Nucl. Mat. 108-109, 46, 1982; В.В. Кирсанов "Комплексы точечных дефектов в облученных кубических металлах, распределение их по размерам", Препринт НИИАР, П-60, Мелекесс, 1970 г.). Это распределение подчиняется закону Релея:

где d0 - диаметр дефекта, Δ - мода распределения (для нейтронов спектра деления ). Также убедительно показано, что при уменьшении энергии бомбардирующих частиц мода распределения резко сдвигается в сторону меньших размеров дефектов. Полностью термализованные нейтроны комплексных радиационных дефектов практически не создают.
Вследствие появляющегося для обогащенного изотопом 30Si слитка резерва по флюенсу технолог получает возможность маневра при реализации первого или второго вариантов. Количественная сторона при определении компромисса между первым и вторым вариантами обеспечивается набором графиков или таблиц зависимости тех или иных контролируемых параметров от режима облучения и отжига.
Для обоих вариантов (N 1 и N 2) справедливо утверждение: так как комплексные радиационные дефекты действуют на ряд важных физических свойств кремния как инородные примеси, наивысший результат при его ядерном легировании обеспечивается для максимального обогащения стабильным изотопом 30Si. Переход от полиизотопного состава кремния (28Si - 92,18%, 29Si - 4,71%, 30Si - 3,12%) к моноизотопному 30Si само по себе, т.е. без нейтронного облучения, действует в том же направлении, так как в этом случае в колебательном спектре кристалла устраняются частоты, обусловленные различием атомных весов изотопов.
Пример N 1.
Предлагаемый вариант N 1 получения ядерно-легированного кремния n-типа реализован на экспериментальном канале ядерного реактора на стандартных слитках кремния с естественной смесью стабильных изотопов, полученных методом бестигельной плавки, при значениях флюенса нейтронов 7·1020 см-2 получена концентрация носителей заряда 2,5·1017 см-3; в то же время для 20-граммового слитка кремния с размерами примерно 60х12 мм, содержание в котором стабильного изотопа 30Si увеличено с 3,12% до 15%, т.е. приблизительно в 5 раз, получена та же концентрация носителей заряда после облучения флюенсом 1,5·1020 см-2. График зависимости концентрации носителей заряда от флюенса нейтронов, где для обогащенного слитка кремния получены две экспериментальные точки, дан на чертеже. Таким образом, отношение значения флюенсов близко к обратной величине отношения содержания названного изотопа в облученных слитках, взятых для эксперимента. Это свидетельствует о правильности технического решения и практической ценности предложенного способа.
Пример N 2.
Вариант N 2 получения ядерно-легированного кремния n-типа реализован в том же эксперименте, что и вариант N 1, результаты которого приведены на чертеже. Из зависимости концентрации носителей заряда от флюенса нейтронов (например, для одного и того же значения ФН = 1018 см-2) видно, что эта концентрация приблизительно в 5 раз выше для слитка кремния, обогащенного в 5 раз изотопом 30Si, по сравнению со слитком с естественной смесью изотопов. Таким образом, обогащение кремния в N раз изотопом 30Si приводит после его облучения нейтронами к более высокой (в N раз) степени его легирования фосфором, т. е. вариант N 2 позволяет получать высокое пересыщение кремния фосфором при равномерном его распределении в объеме кристалла. При этом использование в данном варианте способа модератора спектра нейтронов позволяет уменьшить долю нейтронов высокой энергии и, соответственно, снижает число комплексных радиационных дефектов.
Формула изобретения: 1. Способ получения ядерно-легированного кремния n-типа, при котором слиток исходного кремния облучают нейтронами и по основной ядерной реакции (n, γ) на стабильном изотопе 30Si получают нужную концентрацию донорной примеси 31P, проводят дезактивацию слитка, его дозиметрический контроль, а также для удаления значительной части радиационных дефектов и стабилизации свойств материала его термический отжиг, отличающийся тем, что исходный кремний до его облучения обогащают в N раз стабильным изотопом 30Si и снижают в N раз флюенс нейтронов и, тем самым, концентрацию комплексных радиационных дефектов, не поддающихся термическому отжигу.
2. Способ получения ядерно-легированного кремния n-типа, при котором слиток исходного кремния облучают нейтронами и по основной ядерной реакции (n, γ) на стабильном изотопе 30Si получают нужную концентрацию донорной примеси 31P, проводят дезактивацию слитка, его дозиметрический контроль, а также для удаления значительной части радиационных дефектов и стабилизации свойств материала его термический отжиг, отличающийся тем, что исходный кремний до его облучения обогащают в N раз стабильным изотопом 30Si и при сохранении флюенса нейтронов с помощью модератора спектра нейтронов уменьшают долю нейтронов высокой энергии, ответственных за образование комплексных радиационных дефектов.