DD299929A7 - Verfahren zur Herstellung eines Kernstrahldetektors auf Halbleiterbasis - Google Patents

Abstract

Patentanspruch 1: Verfahren zur Herstellung eines Kernstrahlungsdetektors auf Halbleiterbasis mit einer organischen Oberflächenschutzschicht auf der Austrittsfläche des pn- oder pin-Überganges, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernstrahlungsdetektor in einen evakuierten Rezipien gebracht wird, der auf eine Temperatur zwischen 70 Grad C und 160 Grad C erhitzt und mit dem Dampf eines aromatischen Nitrils oder eines substituierten heterozyklischen Monomers gefüllt wird, wobei die Polymerisation des Monomers in an sich bekannter Weise mithilfe einer Glimmentladung erfolgt und der Partialdruck des Monomers so einzustellen ist, dass eine stabile Glimmentladung aufrechterhalten wird und der Dampfdruck des Monomers, der der eingestellten Temperatur entspricht, nicht überschritten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kernstrahlungsdetektors auf Halbloiterbasis mit einer Oberflächenschutzschicht, die eine Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften gegenüber Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und Lagerungseinflüssen bewirkt.

Es ist bekannt, bei Kernstrahlungsdotektoren auf Halbleiterbasis die Austrittsfläche des pn- oder pin-Überganges mit Hilfe von Siliziumdioxid-Schichten gegenüber Umgebungseinflüssen zu schützen. Die Herstellunc dieser Schichten muß mit Hilfe komplizierter Hochfrequenz-Zerstäubungsanlagen vorgenommen werden, um die Temperaturbelastung des Bauelementes während des Herstellungsprozesses niedrig zu halten und brauchbare Schutzschichten zu erhalten. Trotzdem verursachen derartige Schichten als Folge von eingebauten elektrischen Ladungen an der Oberfläche des Bauelementes eine Umkehrung des Leitfähigkeitstyps des Grundmaterial. Diese wird als Inversionsschicht bezeichnet. Da auf Grund ihres Funktionsprinzips Kernstrahlungsdetektoren aus Material mit einem hohen spezifischen Widerstand, d.h. niedriger Fremdstoffdotierung, hergestellt werden, neigen derartige Bauelemente stärker als andere zur Bildung von Inversionsschichten. Ferner wirken sich durch Ad- oder Desorptionsvorgänge bedingte geringfügige Konzentrationsänderungen in der Schutzschicht oder an der Grenzfläche Schutzschicht-Halbleiteroberfläche stärker aus als bei anderen Bauelementen. Die Inversionsschicht führt zu einem erhöhten Sperrstrom, der die für die Messung von Kernstrahlung wichtigen Kenndaten wie das Energieauflösungsvermögen negativ beeinflußt.

Die Ausbildung der Inversionsschicht ist stark exemplarabhängig. Ferner ist die Oxidschicht innerhalb eines Volumens nicht völlig wassei dampfdicht, so daß kein völliger Schutz erreicht wird.

Dies zeigt sich auch bei den übrigen bekannten Schutzüberzügen. Mit Hilfe von Silanen erzeugte Silikonüberzüge sind nahezu wirkungslos, obwohl sie bei anderen Halbleiterbauelementen erfolgreich eingesetzt werden. Silikon- oder Polyurethanlacke liefern entweder zu starke Inversionsschichten oder die mit ihnen geschützten Kernstrahlungsdetektoren unterliegen bei der Lagerung starken Veränderungen. Die ebenfalls bekannten Überzüge auf der Basis von Silikonkautschukpotymerisaten sind nur für Temperaturen bis +3O⁰C geeignet. Beim Betrieb oder der Lagerung bei höheren Temperaturen treten irreversible Änderungen der Sperrströme auf. Dies trifft auch auf aus der Dampfphase erzeugte Polymerschichten zu, bei denen von Paraxylylen oder Monochlorparaxylylen ausgegangen wurde. Obwohl die Durchlässigkeit für Dämpfe und Gase besonders des sich bildenden Polychlorparaxylylen sehr niedrig ist, gewährt auch dieser Stoff keinen ausreichenden Schutz gegen Feuchtigkeit. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Glimmpolymerisation. Dabei wird ebenfalls aus der Dampfphase unter Einwirkung einer Glimmentladung auf der zu schützenden Oberfläche eine dünne Polymorsuhicht erzeugt. Da die bisher bekannten Schichten, die z. B. unter Verwendung von Styrol als Monomer erzeugt wurden, dip oben beschriebenen Nachteile hinsichtlich Feuchtigkeits- und Temperaturempfindlichkeit in starkem Maße zeigen, konnten sie als Schutzüberzüge für Kernstrahlungsdetektoren nicht eingesetzt werden.

Zweck der Erfindung ist, mit geringem ökonomischem Aufwand ohne Einsatz komplizierter Einrichtungen einen Schutzüberzug auf Kernstrahlungsdetektoren zu erzeugen, der einen ausreichenden Schutz gegen Umgebungseinflüsse gewährt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das gegenüber den bekannten Methoden Kernstrahlungsdetektoren mit einer verringerten Empfindlichkeit gegen Feuchtigkeit liefert, wobei deren Kenndaten innerhalb eines großen Temperaturbereiches über einen langen Zeitraum stabil sind. Ferner sollen die Kernstrahlungsdetektoren einen niedrigen Sperrstrom, eine hohe Sperrspannung und eine niedrige Rauschspannung aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kernstrahlungsdetektors auf Halbleiterbasis mit einer organischen Oberflächenschutzschicht auf der Austrittsfläche des pn· oder pin-Überganges dadurch gelöst, daß der zu schützende Kernstrahlungsdetektor in einen evakuierten Rezipienten gebracht wird, der anschließend auf eine Temperatur zwischen 70°C und 1G0°C erhitzt wird. Der Rezipient wird anschließend mit dem Dampf eines aromatischen Nitrils oder eines substituierten heterozyklischen organischen Monomers gefüllt. Mit Hilfe einer Glimmentladung wird auf der Obe/fläche des Kernstrahlungsdetektors einer Polymorschicht abgeschieden. Der Partialdruck des Monomers im Rezipienten ist so ζ j wählen, daß eine Glimmentladung aufrechterhalten werden kann und daß er den Dampfdruck des Monomers, der der eingeteilten Temperatur entspricht, nicht überschreitet, um eine Kondensation zu vermeiden.

Innerhalb der aromatischen Nitrile hat sich Phthalodinitril als besonders geeignet e^r wiesen, wenn f.s bei einer Temperatur von 140*C bis 16O⁰C polymerisiert wird. Eine weitere Verbesserung der Eigenschaften wird erreicht, wenn der Kernstrahlungsdetektor mit der so erzeugten Oberflächenschutzschicht 20 bis 40 Stunden an der Luft einer Temperatur von 100⁰C bis 11Q⁰C ausgesetzt wird.

Die Vorteile der Erfindung kommen darin zum Ausdruck, daß die mit diesem Verfahren hergestellten Kernstrahlungsdetektoren gegenüber dem Umgebungsklima bis zu einer relativen Luftfeuchte von 80% nur geringe, reversible Änderungen der Kennwei te zeigen. Auch bei der Lagerung im Temperaturbereich von -60°C und +65⁰C können keine irreversiblen Änderungen der Kennwerte beobachtet werden. Dies trifft auch auf Wechseltemperaturbeanspruchungen in diesem Boreich zu. Weiterhin ist hervorzuheben, daß die Durchbruchspannung eines erfindungsgemäß hergestellten Kernstrahtungsdetoktors im Temperaturbereich unterhalb -20°C wesentlich höher liegt als bei den mit herkömmlichen Verfahren hergestellten Kernstrahlur.gsdetektoren. Von weiterem Vorteil ist, daß die erforderlichen Kosten für eine Anlage zur erfindungsgemäßen Herstellung etwa um den Faktor 10 niedriger liegen, als bei einer herkömmlichen Hochfrequenz-Zerstäubungsanlage zur Erzeugung von Silizium-Dioxidschichten.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Sie betrifft die Herstellung eines gedrifteten Si(LI)-Kernstrahlungsdetektors, der eine Sillzium-pin-Diode darstellt. In bekannter Weise wird nach dem Eindiffundieren von Lithium in die Stirnfläche einer p-Si-Schelbe von 1 kn/cm Leitfähigkeit die Austrittsfläche des pn-Überganges chemisch überätzt. Nach dem raschen Unterbrechen des Ätzvorganges mit deionisiertem Wasser, dem Spülen in deionisiertem Wasser und dem Entfernen der Wasserreste durch Zentrifugieren wird die ^j erhaltene n⁺p-Struktur gemäß der Erfindung in einen Rezipienten gebracht, dar evakuiert und anschließend auf eine Temperatur von 14O⁰C bis 16O⁰C erhitzt wird. Darauffolgend wird Phthalodinitril-Dampf in die Apparatur eingelassen. Der einzustellende Druck beträgt 1-2 Torr. Gleichzeitig ist der Pump*Organg mit einem gedrosselten Ventil fortzusetzen, um eine ständige Zuführung von frischem Dampf zu gewährleisten. An die im Rezipienten befindlichen Netzelektroden ist eine 50-Hz-Wechselspannung anzulegen, die innerhalb des Entladungsraumes eine Feldstärke von etwa 1 kV /cm erzeugt. Im Entladungsraum findet eine Aufspaltung der Moleküle des Phthalodinitrils statt, die an der Oberfläche der etwa in 1 cm Entfernung von den Netzelektroden angeordneten Kernstrahlungsdetektoren sorbiert und unter Einwirkung (!er Glimmentladung polymerisiert wercen. Innerhalb von 3 bis 5min scheidet sich eine genügend dicke Polymerschicht ab. Nach Entnehmen der Kernstrahlungsdotektoren aus dem Rezipienten werden diese bei einer Temperatur von 120⁰C etwa 24 h an Luft ausgeheizt. Nach dieser Präparation kann der Kernstrahlungsdetektor in bekannter Weise dem Driftprozeß unterworfen werden. Die sich ausbildondo Polymerschicht ist frei von Nadellöchern, auch wenn zwischen dem Ätzvorgang und dem Einbringen der Scheibe in den Rezipienten keine völlige Staubfreiheit gewährleistet werden kann. Trotz der vorhandenen Wasserdampfdurchlässigkeit der ausgebildeten Polymerschicht ist der Kernstrahlungsdetektor gegen Umgebungsfeuchtigkeit nahezu unempfindlich, da sich die Grenzfläche Polymer-Silizium auf Grund eines bisher ungeklärten Mechanismus in einem solchen energetischen Zustand befindet, daß Wasserdampf, der in die Polymerschicht eindringt oder diese durchdringt, keine Inversionsschicht hervorruft. Dies wird auch dadurch bestätigt, daß der Einfluß der Schichtdicke vernachlässigt werden kann, wenn diese 0,5Mm übersteigt.

Claims (2)

1. Vorfahren zur Herstellung eines Kernstrahlungsdetektors auf Halbleiterbasis mit einer organischen Oberflächenschutzschicht auf der Austrittsfläche des pn- oder pin-Überganges, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstrahlungsdetektor in einen evakuierten Rezipienten gebracht wird, der auf eine Temperatur zwischen 7O⁰C und 160°C erhitzt und mit dem Dampf eines aromatischen Nitrils oder eines substituierten heterozyklischen Monomers gefüllt wird, wobei die Polymerisation aes Monomers in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Glimmentladung erfolgt und der Partialdruck des Monomers so einzustellen ist, daß eine stabile Glimmentladung aufrechterhalten wird und der Dampfdruck des Monomers, der der eingostellten Temperatur entspricht, nicht überachrittenwird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Monomer Phthalodinitr'il bei einer Temperatur von 14O⁰C bis 160⁰C und einem Druck von 1 bis 2 Torr polymerisiert wird und der Kernstrahlungsdetektor mit der entstehender Polymerschicht 20 bis 40h an der Luft einer Tömperaturvon 100⁰C bis 14O⁰C ausgesetzt wird.