CS267958B1

CS267958B1 - Radiation doping equipment for silicon crystals

Info

Publication number: CS267958B1
Application number: CS883027A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Ing Skaba; Lubos Ing Belohradsky
Original assignee: Skaba Vaclav; Lubos Ing Belohradsky
Priority date: 1988-05-04
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS302788A1

Abstract

Zařízení obsahuje ozařovaoi kanál otočná uložený v nosné konstrukci a mechanismus výmény krystalů. Ten může sestávat ze zakládacího stroje a pevného zásobníku s nejméně dvěma místy pro krystaly nobo z rámu a zásobníku, spojeného s pohonom zásobníku, K nosné konstrukci nebo k ozařovacimu kanálu nuže být připevněn nejméně jodon stínící prsteneo. Řešení může být použito v jaderných reaktorech při radiačním dotováni křemíku pro výrobu polovodičových elektrických prvků.The device comprises a rotating irradiation channel mounted in a supporting structure and a crystal exchange mechanism. The latter may consist of a loading machine and a fixed container with at least two places for crystals or of a frame and a container connected to a container drive. At least one iodine shielding ring may be attached to the supporting structure or to the irradiation channel. The solution may be used in nuclear reactors for radiation doping of silicon for the production of semiconductor electrical elements.

Description

Vynález se týká zařízení pro radiační dotování krystalů křemíku fosforem v Jaderném reaktoru na základě reakce ’“SiThe present invention relates to an apparatus for the radiation doping of silicon crystals with phosphorus in a nuclear reactor based on the reaction of Si

Radiační dntnváná dává proti Jiným způsobům dotování nesrovnatelně menší rozdíl koncentrace fosforu, a tím i dosaženého měrného elektrického odporu na povrchu a v hloubce krystalu. Žádaná hodnota měrného odporu urfeuje fluenci tepelných neutronů, které mají být krystaly vystaveny, a při známé hustotě toku tepelných neutronů dobu ozařování, Ozařovaoí Irnná 1 bývá proveden jako svislá trubka, zasahující do aktivní zóny reaktoru a rotující kolem své osy, Do ní se vkládají krystaly křemíku tvaru válce ve válcových hliníkových pouzdrech a po ozáření se z ní vyjímají. Potom se otvírají pouzdra, vyjímají se z nich krystaly, je-li třeba dekontaminují, žíhají, kontrolují a po odeznění aktivity 3¹Si na zcela zanedbatelnou hodnotu expedují. Ozařovací kanál s pohonnými a manipulačními mechanismy a přístroji tvoří základ zařízoní pro radiační dotování,Compared to other doping methods, the radiation dissipation gives an incomparably smaller difference in the concentration of phosphorus, and thus in the achieved specific electrical resistance at the surface and in the depth of the crystal. The resistivity setpoint determines the fluctuation of the thermal neutrons to which the crystals are to be exposed, and at a known thermal neutron flux density, the irradiation time is usually a vertical tube extending into the reactor core and rotating around its axis. cylindrical silicon in cylindrical aluminum housings and removed after irradiation. The casings are then opened, the crystals removed, decontaminated if necessary, annealed, inspected and shipped to a negligible value ^{after the activity of 3 1 Si has subsided.} The irradiation channel with drive and handling mechanisms and devices forms the basis of equipment for radiation doping,

U dosud znaných zařízení pro radiační dotování krystalů kroniku jo krystaly zaplněna jon poměrně malá část délky ozařovacího kanálu. Důvodem jo to, žo tolerance rozptylu měrného elektrického odporu je malá, naproti tomu však hustota neutronového toku v ose ozařovacího kanálu rychle klesá se vzdáleností od maxima, ležícího ve střední rovině aktivní zóny reaktoru, nebo v její blízkosti. U některých známých zařízení se používá ke zrovnoměměni tohoto průběhu stínící prstenec, obklopující ozařovací kanál v okolí maxima rozdělení, z materiálu silně absorbujícího tepelné neutrony, například niklu. Ani v tomto případě se nedosahuje výrazného zvýšení produkce, nebol s prodlužováním stíněného úseku ozařovacího kanálu klesá střední hodnota hustoty neutronového toku v něm.In the hitherto known devices for radiation doping of crystals, a relatively small part of the length of the irradiation channel is filled with crystals. The reason is that the tolerance of the scattering of the specific electrical resistance is small, but on the other hand the neutron flux density in the axis of the irradiation channel decreases rapidly with distance from or near the maximum lying in the middle plane of the reactor core. In some known devices, a shielding ring, surrounding the irradiation channel in the vicinity of the maximum distribution, of a material which strongly absorbs thermal neutrons, for example nickel, is used to even out this course. Even in this case, no significant increase in production is achieved, as the mean value of the neutron flux density in it decreases with the extension of the shielded section of the irradiation channel.

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení pro radiační dotování krystalů křemíku podlo vynálezu, jehož podstatou je, že zahrnuje ozařovací kanál, otočně uložený v nosné konstrukci a spojený s pohoněn, a dále mechanismus výměny krystalů, přičemž krystaly z nejméně jednoho páru jsou umístěny v ozařovaoím kanálu symetricky na obou stranách maxima rozdělení hustoty neutronového toku. Mechanismus výměny krystalů může sestávat ze zakládacího stroje a pevného zásobníku s nejméně dvčma místy pro krystaly nebo z rámu a zásobníku s nejméně dvěma otvory pro krystaly, spojeného s pohonem. Zařízeni může být vybaveno nejméně jedním stínícím prstencem, připevněným k ozařovacimu kanálu nebo k nosné konstrukci.These disadvantages are eliminated by the device for radiation doping of silicon crystals according to the invention, which essentially comprises an irradiation channel rotatably mounted in a support structure and connected to a drive, and a crystal exchange mechanism, the crystals of at least one pair being arranged symmetrically in the irradiation channel. on both sides of the maximum neutron flux density distribution. The crystal exchange mechanism may consist of a loading machine and a fixed container with at least two crystal locations or of a frame and a container with at least two crystal holes connected to a drive. The device may be provided with at least one shielding ring attached to the irradiation channel or to the supporting structure.

Tin je dosaženo, že v polovině ozařování ai vždy dva krystaly, umístěné symetricky kolem maxima rozdělení, vymění místo v ozařovaoím kanálu, takže jejich konce více vzdálené od maxima se nu přiblíží a naopak. Výsledkem je, že se rozptyl měrného odporu silně zmenší. Jeho velikost se dále můžo ovlivnit jedním nebo více stínícími prstenci, které v tomto případě jen upravují výsledný rozptyl a neovlivňuji podstatně střední hodnotu. V ozařovacxm kanálu je potom možno ozařovat větší počet krystalů současně, jeho produkce so zvýší.Tin is achieved in the middle of the irradiation, and always two crystals, placed symmetrically around the maximum of the distribution, change place in the irradiation channel, so that their ends more distant from the maximum approach zero and vice versa. As a result, the variance of the resistivity is greatly reduced. Its size can be further influenced by one or more shielding rings, which in this case only adjust the resulting scatter and do not significantly affect the mean value. It is then possible to irradiate a larger number of crystals simultaneously in the irradiation channel, its production increasing.

Na připojeném výkresu je schematicky znázorněno zařízená podlo vynálozu.The attached drawing schematically shows a device according to the invention.

Krystaly J_ a £ rozměrů 0 76 x 200 mm, uložené v pouzdrech 2 ^z čistého hliníku, se v ozařovací poloze nacházejí v ozařovaoím kanálu 4, tvořoncin hliníkovou trubkou 100 x 2 mm délky 4 ra. Na spodním konci je ozařovací kanál 4 opatřen dnem 2 ^a ěepem 6, uloženým v grafitovém ložisku £, které Je částí nosné konstrukce 8. Ta Je ve střední části tvořena hliníkovou trubkou 14O x 3 mm a její spodní část čtvercového průřezu 142 x 142 na spočívá na nosné mříži <? aktivní zóny reaktoru. V horní části nosné konstrulíoo 8 Je zachyceno ložisko 1 0, v němž Je otočně uložen ozařovací kanál 4 k němuž je v tomto místě připojen pohon 1 1 . Úhlová rychlost otáčení ozařovacího kanálu 4 je 4 ot./min. Na nosné konstrukci 8 Jsou v misteoh krystalů J a 2 připevněny dva stínící prstence 12 odstupňované tloušlky z niklu. V jednoduchém provedení ozařovacílio zařízeniCrystals and j £ 0 dimensions 76 x 200 mm, stored in the housing 2 ^of pure aluminum in the irradiation position are in ozařovaoím channel 4 tvořoncin aluminum tube 100 mm in length x 2 r 4. At the lower end, the irradiation channel 4 is provided with a bottom 2 ^{and a} pin 6 mounted in a graphite bearing 6, which is part of the supporting structure 8. This is formed in the middle by an aluminum tube 140 x 3 mm and its lower part of square cross-section 142 x 142 on the supporting grid <? reactor core. A bearing 10 is caught in the upper part of the support structure 8, in which a radiation channel 4 is rotatably mounted, to which a drive 11 is connected at this point. The angular speed of rotation of the irradiation channel 4 is 4 rpm. Two shielding rings 12 of graded nickel thickness are mounted on the supporting structure 8 in the places of the crystals J and 2. In a simple embodiment, the irradiating device

CS 267 958 BlCS 267 958 Bl

Jo ozařovací kanál 4 svrchu volně přístupný z prostoru pod víkom roaktoru a ozařovaoím kanálem protéká voda primárního chladicího okruhu. Ozařovaoí zařízení doplňuje noznázorněný mechanismus výměny krystalů £ a 2, který sestává ze zakládacího stroje roaktoru a pevného zásobníku so dvěma místy pro Icrystaly, umístěného na plošině pod víkom reaktoru, Ve složitějším provedení zařízení, zachyceném na připojeném výkrosu, navazuje na horní konec ozařovacího kanálu 4_ potrubí 1 3, tvořená trubkou 100 x 3 nm a vedoucí ke koncové staniol l4 hydraulické dopravy. Před ní Je zařazen mechanismus 15 výměny krystalů, zahrnující rám 16 a zásobník 17 tvaru bubnu se 4 otvory pro krystaly. Zásobník 17 se otáčí pomocí pohonu 18 zásobníku do 4 stabilních poloh, K zařízení dálo patří hydraulický obvod s čerpadlem 19 a trojcestným ventilem 20.The irradiation channel 4 is freely accessible from above from the space under the lid of the factor and the water of the primary cooling circuit flows through the irradiation channel. The irradiation device is complemented by the illustrated crystal exchange mechanism 6 and 2, which consists of a factoring machine and a fixed reservoir with two crystal locations, located on a platform under the reactor lid. pipe 1 3, formed by a pipe 100 x 3 nm and leading to the end tinfoil l4 of hydraulic transport. A crystal exchange mechanism 15 is arranged in front of it, comprising a frame 16 and a drum-shaped container 17 with 4 crystal holes. The reservoir 17 is rotated by means of the reservoir drive 18 to 4 stable positions. The device further comprises a hydraulic circuit with a pump 19 and a three-way valve 20.

V jednoduchém provedení ozařovacího zařízení so dopravují krystaly v pouzdrech do ozařovacího kanálu mechanickým zakládacím strojeni, namontovaným v pohyblivém víku roalctoru. V polovině ozařování se překládají do pevného zásobníku a odtud se v nezněněném pořadí zase zakládají do ozařovacího kanálu. Ve složitějším provodoní se krystaly dopravují hydraulicky. Ve znázorněné poloze trojoestného ventilu 2U so buď dopravují pouzdra s krystaly do ozařovacího kanálu a v něm se chladí, nebo sc dopravují z kanálu do uoclianismu 15 výmčny krystalů, podle toho, v ktoróm směru pracuje čerpadlo 19, Druhá polovina trojoestného ventilu 20 slouží pro dopravu z mechanismu 15 výměny krystalů do koncová stanice 14 a zpět. Provoz zařízení je automatizován a řízen počítačem na základě zadaného programu a údajů ncznázorněnýoh měřicích přístrojů a čidel, Souhlasí-li rozložení závislosti hustoty neutronového toku na odlehlosti od střední roviny aktivní zóny s teoretickým, pro které bylo navrženo stínění, dosáhne se překládáním krystalů v polovině ozařování nulového rozptylu měrného odporu po délce krystalu. Avšak i poměrně velké odchylky od teoretického průběhu vedou k rozptylu měrného odporu nepřekračujícímu toloranoi.In a simple embodiment of the irradiation device, the crystals in the housings are conveyed to the irradiation channel by a mechanical loading machine mounted in the movable lid of the roalctor. In the middle of the irradiation, they are transferred to a fixed container and from there they are placed in the irradiation channel again in an unaltered order. In more complex processes, the crystals are transported hydraulically. In the position of the three-way valve 2U, the crystal cases are either conveyed to the irradiation channel and cooled there, or the crystal exchanges are conveyed from the channel to the Uoclianism 15, depending on the direction in which the pump 19 operates. from the crystal exchange mechanism 15 to the end station 14 and back. The operation of the device is automated and controlled by a computer on the basis of a given program and data from the displayed measuring instruments and sensors. zero scattering of resistivity along the crystal length. However, even relatively large deviations from the theoretical course lead to a variance of the resistivity not exceeding toloranoi.

Vynález může být použit v jaderných reaktorech při radiačním dotování křemíku pro výrobu polovodičových elektrických prvků, kde dovoluje dosáhnout malých hodnot rozptylu dosaženého měrného elektrického odporu křemíku při vysokém využití kapacity ozařovacího kanálu.The invention can be used in nuclear reactors in radiation doping of silicon for the production of semiconductor electrical elements, where it allows to achieve small values of scattering of the achieved specific electrical resistance of silicon with high utilization of the capacity of the irradiation channel.

Claims

Apparatus for the radiation doping of silicon crystals in a nuclear reactor, characterized in that it comprises an irradiation channel (4) rotatably mounted in a support structure (8) and connected to a drive (11), and a crystal exchange mechanism (15), wherein the crystals (1 and 2) from the at least one pore are arranged in the irradiation channel (4) symmetrically on both sides of the maximum neutron flux density distribution.

2, The device according to claim 1, characterized in that the mechanism (15) for exchanging the microystals (1 and 2) consists of a loading machine and a fixed container (17) with at least two places for crystals.

3. The device according to claim 1, characterized in that the Icrystal exchange mechanism (15) consists of a frame (16) and a container (17) with at least two crystal holes, connected to a container drive (18).

4. The device according to claim 3, characterized in that the container (17) has the shape of a drum and is rotatably mounted in the frame (10).

5. Device according to claim 1, characterized in that at least an iodine shielding ring (12) is also attached to either the irradiating the channel (4) or to the supporting structure (8),