Detektor zum Registrieren elektromagnetischer bzw. korpusku-
larer Strahlung und Verfahren zur Herstellunge
Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor mit.einem Halb-
leiterkristall mit Oberflächensperrechicht zum Registrieren
(Zählen und Messen) elektromagnetischer oder korpuekularer
Strahlung. Strahlungedetektoren dieser Art können einen diffun-
dierten pn-Übergang enthalten. Die entsprechenden sogenannten
Odiffundierten Zähler* haben relativ stabile elektrische Werte
und können ohne merklichen Einfluß auf die elektrischen und
mechanischen Eigenschaften großen Temperaturschwankungen auage-
setzt werden. Diffundierte Zähler besitzen jedoch eine zu ge-
ringe Trägerlebenadauer und daher geringe Wirkungegrade. Strah-
lungsdetektoren können auch als sogenannte "Grenzschichtzähler"o
bei'denen der pn-Übergang durch Herstellung einer Oberflächenin-
versioneschicht hergestellt ist, ausgebildet sein. Um Grens-
echichtzähler mit stabilen elektrischen Werten herzustellen#
mußte jedoch bisher der Rand# insbesondere der an die Oberfläche
tretende pn-Übergangg mit einem Schutzlack bedeckt werden.
Die-
ser Schutzlück hatte nicht nur die Aufgabe# das Bauelement.vor
äußeren Einflüssen zu schüt'zeng sondern hatte gleichzeitig
die
Aufgabeg auf den von ihm bedeckten Halbleiterbereichen An--
reicherungerandochichten zu erzeugen. Derartige Grenzschicht-
zähler# die beispielsweise in der Zeitschrift IRE Trana.Nuel.
Sci. NS-9, Nr.3, 213 (1962) beschrieben worden
sind# haben je-
doch den Nachteil, daß sie im wesentlichen nur bei Zimmertempe-
ratur einwandfrei arbeiten. Insbesondere bei tiefen Tempera-
turen machen sich die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten
von Halbleitermaterial und den Material der Schutzschicht
sehr
störend bemerkbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Strah-
lungedetektor zu schafteng bei dem die elektrischen -und mecha-
nischen Eigenschaften möglichst unabhängig von der Umgebungs-,
temperatur sind. Die erfindungogemäße Lösung besteht darIng
dag,
an der Oberfläche den Halbleiterkristalle eine Oberflächenin-
versioneschicht und eine Anreicherungerandschicht ohne darüber,.
liegende Schutzechicht unmittelbar aneinandergrenzen.
Der Strahlungadetektor kann einen Halbleiterkörp'er aus Silizium',
Germanium oder einer AIIII#-Verbindung, wie InSbp enthalten.
Der
erfindungsgemäße Detektor wird vorteilhaft dadurch hergestelltg,
daß an einen Halbleiterkristall einen ersten Leitungetype fol-
gende Behendlungeaohritte nacheinander ausgeführt werdent
a) Ätzen$.-
b) Eintauchen in ein Mittel# das an der Oberfläche des
Kristalle
eine Anreicherungsrandeahicht den ersten Leitungstype
erzeugt#
c) Spüleng
d) Einbrennen der Anreicherungerandschicht,
e) Aufbringen einer Photorenistschicht#auf die Kristallober-
flächeg
Ätzen der Photorenistochicht und der Anreicherungerandschicht
an den Stellen# an denen die Inversionaschicht erzeugt werden
gollg,
g) Eintauchen oder sonstige Behandlung der zuletzt
geätzten Bel-
reiche den Kristalle in einem Material# das die Bildung
der-
Oberflächeninversionnachicht den zweiten Leitungstype be-.
w irkt,
h)-Entfernen der restlichen Photöreaint,schichtt
i) Aufbringen*von einen #''Me#tallfläo'hinköntakt auf
der Oberflächeninrers'ionn'schicht#und' de:e,Anir#eicheeu
na Brand
sehicht'.
Das Einbrennen der Anreicherungsechicht und gegebenenfalls
der
Inversionnachicht ärfolgt gemäß weiterer Erfindung bei einer
Temperaturg bei der die Trägerlebenadauer noch nicht störend
vermindert wird. Es eignen sich-- je nach Material-Temperaturen
zwischen 100 OC und 4000 0# vorzugsweise ca.
150 bis 200o0. Die
Erhaltung der Trägerlebenadauer beim erlindungegemäßen Detektor
bedeutet einen großen Vorteil gegenüber einen Detektorg bei
dem
zur Herstellung Diffuelonen erforderlich sind. Zur Diffuaion
worden'nämlich Temperaturen #on Uber 60000 gebraucht#
bei denen
die Trägerlebenadauer merklich-abeinkt.
An Hand der schematischen Zeichnung von AuetUhrungebeispielen
werden weitere erfindungegemäße Einzelheiten erläutert; es
zei-
gen#
Fig.1 einen Schnitt durch einen Grenzschichtzäh-lerlekannter
.Art 1, '
Fig.2 bis 5 verschiedene Stadien bei der Herstellung
einen
erfindungegertäßen St rahlungedetektorag
Pig*6 eine besondere AusfUhrungeform des Detektors im Sehnitt.
In Zig.i ist ein Schnitt durch einen bekannten Grensachicht-m
zähler (Zeitschrift IRE Trann.Nuel.Sei. NS-9 , Nr,3
213 (1962)
schematisch gezeichnet. Ein n-leitender Halbleiterkörper
1 ist
dabei am Rand mit einem lackg z.B. Araldit@ bedeckt# der an
der
Oberfläche den Körpers 1 eine n-leitende Anreicherungsrand-
schicht erzeugt. Auf der Oberfläche des Körpers 1 tot
mit einem
Naterialg das p-dotiert iatg eine Oberflächeninvereioneschicht
erzeugt. Um einen scharfen pn-Übergang zwischen
den Halbleiter-
körper 1 und der Invereionnachicht 3 zu erhalten,
kann ferner
am Rand der Lackschicht 2 ein Lack 4 aufgebracht seizig der
das
darunterliegende Halbleitermaterial p-dotierto Zum Äontaktieren
befindet-sich im wesentlichen auf der Inversionaschicht
3 (bei-
spielsweise aufgedampften) Gold 5. Ein solcher bei Zimertempe--
ratur (A bis #2500) gut arbeitender Strahlungedetektor
ist bei
Betrieb bei tiefen Temperatureng bei denen er an sich den
höchsten Wirkungsgrad hätte (z.B. Temperatur des flüseigen
Stickstoffe)p mechanisch derart unbeständig# daß
mit Sicher elt
angenommen werden kann@ daß der Lack Risse bekommt oder
gar
zersp,ringt.
Beim erfindungegemäßen Strahlungedetektorg dessen Herstellung
an
Hand der Pig.2 bis 5 beschrieben ist# sind diese Schwierigkeiten
überwunden. Erfindungegemäß wird ein Halbleiterkörper
10 gemäß
Pig.2 (z.B. hochohmiges n-leitendes Silizium) zunächst zwecks
Reinigung geätzt. Der Halbleiterkörper wird dann in ein Bad
ge-
taucht# das an der Oberfläche des Körpers
10 eine niederohmigere
Anreicherungerandschicht 11 gemäß Pig.3 erzeugt. Anschließend
wird der Halbleiterkörper geapült und die Anreicherungerandschicht
eingebrannt. Zwei AusfUhrungebeispiele dieser VerfahrenBachritte
sind in den am Schluß angegebenen Beispielen I und II beschrie-
ben.
Nach Herstellung der Anreicherungerandschicht wird der Halblei-
terkörper 10 mit einen Photoreaistlack 12 bedeckt. Anschließend
wird an der fUr den Oberflächeninversionabereich vorgesehenen
Fläche belichtet und geätzt (z.B. 1 bis 5 Mm
tief) der,artg daß
auch die Anreicherungerandschicht in diesem Bereich verschwin-
det,. Daraufhin wird der zuletzt genannte Bereich mit einem
p-
-dotierenden Material behandelt. Zur Behandlung eignet sich
beispielsweise Kaliumbiehromat. Ein AusfUhrungebeiapiel dieses
Verfahrensschrittes ist im am Schluß angegebenen Beispiel III
beschrieben. Das Ergebnis der Kaliumbiehromat-Behandlung oder
entsprechender Behandlung mit p'dotierendem Material ist die
Oberflächeninversioneschicht 13. Nach Bildung der Schicht
139
die keine Diffunioneschicht ist, wird der restliche Photoresist-
lack 12 entfernt. Das kann z.B. durch Waschen in Trichloräthy-
len geschehen.
In Fig.5 ist ein fertiges Bauelement schematisch gezeichnett
das auf der Inversionsachicht 13 mit einem beispielsweise
auf-
gedampften Metallflächenkontakt 14 und mit einem ähnlichen
Kon-
takt 15 auf der gegenUberliegenden Seite versehen ist.
Die Kon-'
takte können beispielsweise aus Gold oder Aluminium bestehen.
Der Anschluß der Kontaktfläche 14 erfolgt zweckmäßig mit einem
Druckkontakt 169 der auf eine auf der Kontaktfläche
14 liegende
leiteilberfläche-17 gepreßt ist. _
Das erfindungsgemäße Bauelement kann sowohl einen
p- als auch
einen n-leitenden Grundkörper habenl die Anreicherungerandochicht
und die Oberflächeninversionsachicht sind bei p-leitendem-Grund-
körper entsprechend p- bzw. n-leitend. Das Bimelement
kann fer-
ner als runde oder rechteckigo S--heibe ausgebildet sein. Die
Inversioneschicht auf-der Oberfläche den Halbleiterkörpers
kann
auch streifen- oder ringförmig ausgebildet sein. In Fig.6 iet
ein Schnitt durch einen solchen Halbleiterkörper schematisch
dargestellt* Die Bezeichnungen in Pig.6 entsprechen
denen der
vorhergehenden Figuren. Wenn das erfindungegemäße Bauelement
eine kreisförmige Scheibe ist, kann diese beispielsweise einen
Durchmesser zwischen 2 und 20 mm und eine Dicke von ca.
1 mm
haben. Beim Ausführungebeiapiel gemäß'Fig.6 können Streifen-
breiten D bis herunter zu Oj mm hergestellt werden.
An Hand von drei AusfUhrungebeispielen wird im folgenden erläu-
tert# wie die Anreicherungsrandschicht-bzw. die Oberflächenin?-
versionsschicht erzeugt werden kön'nene
Beispiel,I
Alizarinbehandlung
1. Man stellt eine gesättigte Lösung von Alizarin in
Xyloi
(bzw. Äthylalkohol) her.
2. Die frisch geätzten# gespUlten und zwischen Filterpapier
ge-
trockneten Proben werden 30 Minuten in dieser Lösung
bis nahe
an den Siedepunkt heran (ca. 110 0 C bei Xylol; ca.
75 0 0 bei
Äthylalkohol) erhitzt.
3. Nach 30 Minuten worden die Proben herausgenommen
und dreimal
in Aoeton (im 1.Fall) oder dreimal in Alkohol (in 2.Pall)
geepult.
4. Die Proben werden sofort 1 Std. bei 175 0 0
unter Vakuum (ca.
io-5 Torr) auagehe:tzt.
Silanebehandlung
1. 2 1/2r4ige Silane-Löeung in Xylol wird hergeetellt
(Silane,
vgl. Dow Gorningg Bulletin 03-0109 Feb.1964).
2. Die"frisch geätzteng geapülteng zwischen Pilterpapier
ge-
trockneten Proben werden in die auf 110 0 C erhitzte
Lösung
gegeben-,
3. Nach 30 Minuten werden die Proben herausgenommen
und dreimal
in Aeston gespült.
4. Die Proben werden zwischen Pilterpapier getrocknet und sofort
1 Std. unter Vakuum (ca. 10-5 Torr) bei
1750C ausgeheizt.
Beispiel III
Kalium,biehromatbehandlung
1. Die Proben werden gedtztg genpült und zwiechen Pilterpapier
getrocknet.
2. Die Proben werde n 15 Ninuten in einer 5%igen Kaliusbiehromat-
lösung auf 50-70 0 0 erhitzt.
3. Die Proben werden mit Wasser geapaltg wobei eie sich
besondere
zuerst etete ganz in Plüaeigkeit befinden;. sie werden zwischen
Pilterpapier getrocknet.
Detector for registering electromagnetic or corpuscular
larer radiation and method of manufacture
The invention relates to a detector with a half
Conductor crystal with surface barrier for registration
(Counting and measuring) electromagnetic or corpuekular
Radiation. Radiation detectors of this type can produce a diffuse
dated pn junction included. The corresponding so-called
Odiffused meters * have relatively stable electrical values
and can be used without any noticeable impact on the electrical and
mechanical properties are indicative of large temperature fluctuations.
are set. Diffused meters, however, have too much
longevity of the carrier and therefore low levels of effectiveness. Jet
management detectors can also be used as so-called "boundary layer counters" or the like
both of which the pn junction is created by creating a surface
version layer is produced, be formed. To Grens-
to produce echelometric meters with stable electrical values #
however, until now the edge # in particular had to be on the surface
stepping pn junction are covered with a protective varnish. The-
This protective gap not only had the task of # the component. before
to protect against external influences but at the same time had the
Task on the semiconductor areas it covers An--
to generate enrichment reports. Such boundary layer
counter # which, for example, in the magazine IRE Trana.Nuel.
Sci. NS-9, Nr.3, 213 (1962) have been described # have each-
but the disadvantage that they are essentially only at room temperature.
work flawlessly. Especially at low temperatures
tures make up the different coefficients of expansion
of semiconductor material and the material of the protective layer very much
noticeably disturbing.
The invention is therefore based on the object of providing a jet
lung detector too tight in which the electrical and mechanical
niche properties as independent as possible of the environmental,
temperature are. The solution according to the invention consists in that
on the surface of the semiconductor crystals a surface indentation
version layer and an enrichment edge layer without over it.
adjacent protective layer directly adjacent to one another.
The radiation detector can be a semiconductor body made of silicon,
Germanium or an AIIII # compound, such as InSbp. Of the
Detector according to the invention is advantageously produced by
that a first type of line follows a semiconductor crystal
The end of the treatment will be executed one after the other
a) Etching $ .-
b) Immersion in an agent on the surface of the crystals
an enrichment edge does not generate the first line type #
c) Rinse
d) Burning in the enrichment edge layer,
e) Application of a photoresist layer # on the crystal surface
flat
Etching the photoresist layer and the enrichment edge layer
at the points # at which the inversion layer are generated
gollg,
g) immersing or otherwise treating the last etched Bel
give the crystals in a material # that the formation of the-
Surface inversion is not the second type of line.
works,
h) -removing the remaining photöreaint, layers
i) Application * of a # '' metal surface "back contact
of the surface interference layer # and 'de: e, Anir # eicheeu na Brand
see '.
Burning in the enrichment layer and, if necessary, the
According to a further invention, inversion does not take place in a
Temperaturg at which the carrier life is not yet disturbing
is decreased. They are suitable - depending on the material temperatures
between 100 OC and 4000 0 #, preferably about 150 to 200o0. the
Preservation of the carrier life in the case of the detector according to the invention
means a great advantage over a detector for that
Diffuelones are required for the production. For diffuaion
Temperatures # of over 60000 were used # with them
the life of the carrier noticeably degrades.
Using the schematic drawing of clock examples
further details according to the invention are explained; it shows
gene#
1 shows a section through a boundary layer counter
.A rt 1, '
Fig. 2 to 5 different stages in the manufacture of a
Invention of the radiation detector day
Pig * 6 is a special design of the detector in cross-section.
In Zig.i there is a cut through a well-known Grensachicht-m
counter (magazine IRE Trann.Nuel.Sei. NS-9, No. 3 213 (1962)
drawn schematically. An n-conducting semiconductor body 1 is
while at the edge with a varnish eg Araldit @ covered # the on the
Surface of the body 1 an n-conductive enrichment edge
layer generated. On the surface of the body 1 dead with a
Naterialg the p-doped iatg a surface inversion layer
generated. To ensure a sharp pn junction between the semiconductor
body 1 and invereion message 3 can also be obtained
at the edge of the lacquer layer 2 a lacquer 4 is applied to the that
underlying semiconductor material p-doped for contacting
is located essentially on the inversion layer 3 (both
e.g. vapor-deposited) gold 5. One at Zimertempe--
rature (A to # 2500) well working radiation detector is at
Operation at low temperatures
would have the highest efficiency (e.g. temperature of the liquid
Nitrogen) p mechanically so unstable # that with safety elt
It can be assumed @ that the paint gets cracks or even
grinds, wrestles.
In the case of the radiation detector according to the invention, its manufacture
Hand of Pig. 2 to 5 is described # are these difficulties
overcome. According to the invention, a semiconductor body 10 according to
Pig.2 (e.g. high-resistance n-conductive silicon) initially for the purpose of
Cleaning etched. The semiconductor body is then placed in a bath
dips # that on the surface of the body 10 a lower resistance
Enrichmenterandschicht 11 generated according to Pig.3. Afterward
the semiconductor body and the enrichment edge layer are washed
burned in. Two implementation examples of these process steps
are described in Examples I and II given at the end.
ben.
After the enrichment edge layer has been produced, the semiconductor
terbody 10 covered with a photoreal resist 12. Afterward
is intended for the surface inversion area
Area exposed and etched (e.g. 1 to 5 mm deep) that artg that
the enrichment edge layer in this area also disappears.
det ,. The last-named area is then marked with a p-
- treated doping material. Is suitable for treatment
for example Kaliumbiehromat. An execution example of this
Process step is given in Example III at the end
described. The result of the Kaliumbiehromat treatment or
appropriate treatment with p-doping material is the
Surface inversion layer 13. After layer 139 has been formed
which is not a diffusion layer, the remaining photoresist
paint 12 removed. This can be done, for example, by washing in trichlorethylene
len happen.
In Figure 5, a finished component is shown schematically
that on the inversion layer 13 with a, for example,
vaporized metal surface contact 14 and with a similar contact
bar 15 is provided on the opposite side. The con- '
bars can be made of gold or aluminum, for example.
The connection of the contact surface 14 is expediently carried out with a
Pressure contact 169 of the one lying on the contact surface 14
Leiteilberfläche-17 is pressed. _
The component according to the invention can be both a p and
an n-conducting base body have the enrichment layer
and the surface inversion layer are for p-conducting ground
body accordingly p or n conductive. The pumice element can be
be designed as a round or rectangular S disk. the
Inversion layer on the surface of the semiconductor body can
also be strip-shaped or ring-shaped. In Fig. 6 iet
a section through such a semiconductor body schematically
shown * The designations in Pig. 6 correspond to those of
previous figures. If the component according to the invention
is a circular disc, this can for example be a
Diameter between 2 and 20 mm and a thickness of approx. 1 mm
to have. In the execution example according to 'Fig. 6, strip
wide D down to Oj mm.
On the basis of three design examples, the following is explained.
tert # like the enrichment edge layer or. the surface? -
version layer can be generated
Example, I.
Alizarin treatment
1. Make a saturated solution of alizarin in xyloi
(or ethyl alcohol).
2. The spooled freshly etched # and overall between filter paper
Dried samples are left to close in this solution for 30 minutes
approaches the boiling point (approx. 110 0 C for xylene; approx. 75 0 0 for
Ethyl alcohol).
3. After 30 minutes, the samples were taken out and three times
in Aoeton (in the 1st case) or three times in alcohol (in the 2nd pallet)
poked.
4. The samples are immediately placed under vacuum for 1 hour at 175 0 0 (approx.
io-5 Torr) start: tzt.
Silane treatment
1. 2 1 / 2r4ige silane solution in xylene is produced (silane,
See Dow Gorningg Bulletin 03-0109 Feb. 1964).
2. The "freshly etched and washed between pilter paper
Dried samples are placed in the solution heated to 110 ° C
given-,
3. After 30 minutes the samples are taken out and three times
flushed in Aeston.
4. The samples are dried between pilter paper and immediately
Baked out under vacuum (approx. 10-5 Torr) at 1750C for 1 hour.
Example III
Potassium, biehromat treatment
1. The samples are rinsed and placed between pilter paper
dried.
2. The samples are stored in a 5% Kaliusbiehromat for 15 minutes
solution heated to 50-70 0 0.
3. The samples are mixed with water, which is special
first etete are in a good mood. they are between
Dried pilter paper.