DE2649078A1 - Semiconductor detector prodn. using planar techniques - forms several detectors on silicon disc whose front junctions are produced by implantation - Google Patents

Semiconductor detector prodn. using planar techniques - forms several detectors on silicon disc whose front junctions are produced by implantation

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DE2649078A1 DE19762649078 DE2649078A DE2649078A1 DE 2649078 A1 DE2649078 A1 DE 2649078A1 DE 19762649078 DE19762649078 DE 19762649078 DE 2649078 A DE2649078 A DE 2649078A DE 2649078 A1 DE2649078 A1 DE 2649078A1
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Abstract

Certain steps of the planar technique are combined in the production of the semiconductor detectors, such as surface passivation, photolacquer masking, ion etching and ion implantation, in a manner obviating the use of high temperature processes. In this manner several detectors are produced on a silicon disc. The front side pn-junctions of the detectors are produced by implantation, using very small window thickness. The rear contact is formed by an implanted layer of defined surface resistance. The polished or ion etched silicon disc is first passivated by a protective film and windows are opened, using a photolacquer mask by chemical treatment or ion etching. The protective film is stripped completely from the rear. The front side is treated by ion implantation in specified manner. Finally a temperature activation and possibly metallising completes the process.

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren Process for the manufacture of semiconductor detectors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren unter Anwendung bestimmter Verfahrensschritte der Planartechnik, nämlich Oberflächenpassivation, Photolacktechnik und Ionenätztechnik, sowie der Ionenimplantation.The invention relates to a method for manufacturing semiconductor detectors using certain process steps of planar technology, namely surface passivation, Photoresist technology and ion etching technology, as well as ion implantation.

Aufgrund der geringen Konzentration freier Ladungsträger lassen sich eigenleitende Halbleiter bzw. die Raumladungszonen von pn bzw. pin-Halbleitern, die in Sperrichtung gepolt sind, bekanntlich zum Nachweis und zur Spektroskopie von ionisierender Strahlung verwenden. Sowohl die Planartechnik als auch die Ionenimplantation werden seit mehreren Jahren zur Herstellung derartiger Sperrschichten herangezogen, nicht aber die Ionenätztechnik. Ein weitverbreitetes Verfahren für die Fabrikation von Teilchendetektoren besteht in der Herstellung von Oberflächensperrschichten auf n-3i-Scheibchen, da diese Sperrschichten dünne Eintrittsfenster aufweisen. Diese Technologie ist zwar im Prinzip einfach, jedoch ist die Ausbeute an guten Detektoren sehr unterschiedlich und der gesamte Prozeßablauf langwierig und arbeitsintensiv.Due to the low concentration of free charge carriers, intrinsic semiconductors or the space charge zones of pn or pin semiconductors, which are polarized in the reverse direction, as is known, for detection and for spectroscopy from ionizing radiation. Both planar technology and ion implantation have been used for the production of such barrier layers for several years, but not the ion etching technique. A widely used method of fabrication of particle detectors consists in the creation of surface barriers on n-3i disks, as these barrier layers have thin entry windows. These Technology is simple in principle, but the yield is good detectors very different and the entire process sequence lengthy and labor-intensive.

Obwohl es möglich ist, mit Hilfe der Planartechnik Detektoren hoher Qualität und Zuverlässigkeit zu produzieren, sind diese Detektoren jedoch nicht für die Teilchenspektroskopie insbesondere die schwerer Ionen geeignet, da sie Eintrittsfenster von ca. 0,5 /um Dicke besitzen. Der durch diese Fenster verursachte Energieverlust führt zu einer beträchtlichen Energieverschmierung der einfallenden Partikel, wodurch eine Spektroskopie unmöglich wird.Although it is possible to use planar technology, detectors are higher However, these detectors are not capable of producing quality and reliability The heavier ions are particularly suitable for particle spectroscopy, as they have an entrance window of about 0.5 / µm thick. The loss of energy caused by these windows leads to a considerable Energy smear of the incident Particles, making spectroscopy impossible.

Dieses Problem kann bekanntlich dadurch behoben werden, daß der für die Spektroskopie von ionisierender Strahlung benötigte pn- oder pin-Übergang durch Ionenimplantation hergestellt wird. Hierbei wird die Einschußenergie so gewählt, daß die Ionen in geringer Tiefe gestoppt werden und die Eintrittsfenster Dicken von nur ca. 0,1 /um aufweisen.As is known, this problem can be solved by using the the spectroscopy of ionizing radiation required pn or pin junction Ion implantation is established. The injection energy is chosen so that that the ions are stopped at a shallow depth and the entrance window thicknesses of only about 0.1 / µm.

Die nach diesem derzeitigen Stand der Technik hergestellten ionenimplantierten Detektoren weisen jedoch eine Reihe von schwerwiegenden Nachteilen auf. So werden beispielsweise großflächige p-n-#bergänge in der Art hergestellt, daß vor die Si-Scheiben Metallblenden gesetzt werden, die kreisförmige Öffnungen besitzen, deren Durchmesser um einige mm kleiner als derjenige der Si-Scheiben ist. Die implantierte Fläche ist somit zwar kleiner als die Scheibenfläche, jedoch liegt der Rand des durch die Implantation erzeugten p-n-8berganges ungeschützt an der Oberfläche. Zur Vermeidung von Instabilitäten und Sperrströmen, die die Qualität der Detektoren beeinträchtigen, müssen diese Randzonen mit Lacken oder Epoxydharzen genau wie bei den Oberflächensperrschichtzählern geschützt werden. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig und zeitraubend und nicht immer erfolgreich.The ion-implanted ones made according to this current state of the art However, detectors suffer from a number of serious disadvantages. Be like that For example, large-area p-n- # transitions made in the way that in front of the Si wafers Metal panels are set that have circular openings whose diameter is a few mm smaller than that of the Si wafers. The implanted area is thus smaller than the pane area, but the edge of the through the Implantation generated p-n-junction unprotected on the surface. To avoid of instabilities and reverse currents that impair the quality of the detectors, these edge zones must be coated with varnish or epoxy resins just like with the surface barrier meters to be protected. However, this method is expensive and time-consuming and not always successful.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren, insbesondere Teilchendetektoren, anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweisen und reproduzierbare Ergebnisse liefern und darüberhinaus wirtschaftlicher hergestellt werden können.The invention is based on the object of a method for production of semiconductor detectors, in particular particle detectors, to indicate that these Do not have disadvantages and provide reproducible results and beyond can be produced more economically.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Um die Anzahl der Bochtemperaturprozesse, durch die die Lebensdauer der freien Ladungsträger und damit die Eigenschaften der Detektoren, insbesondere bei großflächigen Detektoren und solchen mit dicken Raumladungszonen, verschlechtert werden, möglichst niedrig zu halten, kann das Verfahren gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 modifiziert werden.According to the invention, this object is achieved by those described in claim 1 Measures resolved. To the number of Boch temperature processes, through which the service life the free charge carriers and thus the properties of the detectors, in particular at large-area detectors and those with thick space charge zones, deteriorated are to keep as low as possible, the method according to claims 2 to 4 can be modified.

Die einseitig oder beidseitig polierten Ralbleiterscheiben (Anspruch 2) werden nach bekannten Reinigungsverfahren und/oder nach Behandlung mit der lonenätzanlage mit einer Schutzschicht von vorzugsweise SiO2 oder Si3N4, Mio2, Be203 bzw. A1203 überzogen. Am leichtesten auszuführen ist die Herstellung eines SiO2-Filmes durch thermische Oxidation. Durch Anwendung der bekannten Photolack-Technik werden nun die gewünschten Fenster in der passivierten Vorderseite der Scheiben geöffnet, d.h. die Schutzschicht an diesen Stellen chemisch und/oder durch Ionenätzen entfernt. Die Rückseite wird ganzflächig vom Schutzfilm befreit.The lead disks polished on one or both sides (claim 2) are made according to known cleaning processes and / or after treatment with the ion etching machine with a protective layer of preferably SiO2 or Si3N4, Mio2, Be203 or A1203 overdrawn. The easiest way to do this is to make an SiO2 film thermal oxidation. By using the known photoresist technology, now opened the desired windows in the passivated front of the panes, i.e. the protective layer is removed chemically and / or by ion etching at these points. The back is completely freed from the protective film.

Bei Verwendung von Haibleiterscheiben vom n-2yp wird nun die Vorderseite mit einem p-Leitung verursachenden Element, vorzugsweise 3, Ga oder In, und die Rückseite mit einem n-Leitung verursachenden Element, vorzugsweise P, As, Sb, Bi, Si, durch Ionenimplantation dotiert. Bei Verwendung von p-Typ Halbleitern verfährt man sinngemäß umgekehrt. Dabei wird aufgrund der Schutzschicht auf der Vorderseite nur im Bereich der geöffneten Fenster eine Umdotierung, d.h. ein pn-Übergang mit definiertem Flächenwiderstand produziert.When using semiconductor disks of the n-2 type, the front side is now with an element causing p-conduction, preferably 3, Ga or In, and the Back with an element causing n-conduction, preferably P, As, Sb, Bi, Si, doped by ion implantation. Proceed when using p-type semiconductors the other way around. This is due to the protective layer on the front redoping only in the area of the open window, i.e. a pn junction with defined sheet resistance produced.

Die Rückseite dagegen wird ganzflächig n bei n-Material bzw.The back, on the other hand, is n-material over the whole area or

p bei p-Material mit definiertem Flächenwiderstand dotiert.p doped with p-material with a defined sheet resistance.

Zum Ausheilen der Strahlenschäden werden die Proben bei einer Temperatur von vorzugsweise 60000 ausgeheizt. Die Scheiben werden nach bekannten Verfahren metallisiert, getestet, geritzt, zerbrochen, montiert und kontaktiert. Die polierten und chemisch und/oder durch lonenätzen gereinigten Si-Scheiben werden (Anspruch 3) auf der Vorderseite mit Photolack beschichtet und im Lack durch Belichten und Entwickeln Fenster geöffnet.To heal the radiation damage, the samples are kept at a temperature of preferably 60,000 baked out. The discs are made according to known methods metallized, tested, scratched, broken, assembled and contacted. The polished ones and Si wafers cleaned chemically and / or by ion etching (claim 3) coated on the front with photoresist and in the lacquer by exposure and Develop window open.

Nun werden Vorderseite und Rückseite durch lonenimplantation dotiert, wobei aufgrund der Belackung in der Vorderseite nur die gewünschten Strukturen dotiert werden.Now the front and back are doped by ion implantation, due to the lacquer coating in the front, only the desired structures are doped will.

Der restliche Lack wird entfernt und die Scheiben durch Wahl der Temperatur gleichzeitig oder nacheinander getempert und mit einem Oberflächenschutz versehen (passiviert). Tempern und Passivieren der Scheiben können auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.The remaining paint is removed and the panes by choosing the temperature Annealed simultaneously or one after the other and provided with a surface protection (passivated). Tempering and passivating the panes can also be done in reverse order be performed.

Danach werden durch einen Phütoprozess an den implantier ten Stellen die Schutzschichten entfernt und die Strukturen zur besseren Kontaktierung metallisiert.Thereafter, a Phütoprozess on the implantier th sites the protective layers are removed and the structures are metallized for better contacting.

Die polierten und chemisch und/oder durch lonenätzen gereinigten Scheiben werden (Anspruch 43 beidseitig wie beschrieben ganzflächig durch Ionenimplantation dotiert. Danach wird durch Photolack-Technik auf der Vorderseite die umdotierte Schicht überall entfernt, außer an den Stellen, die für Detektoren vorgesehen sind. Hierauf wird die Scheibe getempert, mit einem Schutzfilm vorzugsweise einer Oxidschicht versehen und die Rückseite sowie die implantierten Stellen wieder freigelegt. Die Prozesse des Tempern und Passivierens können auch gleichzeitig bzw. in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Nach Aufbringen von Metallstreifen oder Ringen zur Kontaktierung ist der Herstellungsprozess beendet.The polished and chemically and / or ion-etched disks (Claim 43 on both sides as described over the entire area by ion implantation endowed. Then the redoped on the front side is done using photoresist technology Layer removed everywhere except in the places intended for detectors. The pane is then tempered, with a protective film, preferably an oxide layer and the back and the implanted sites are exposed again. the Annealing and passivation processes can also be carried out simultaneously or in reverse Order to be executed. After applying metal strips or rings to Contacting the manufacturing process is finished.

Durch Nodifitationen der beschriebenen Prozeßabläufe ist es zudem möglich, die für die Verstärkung der Detektorsignale notwendigen elektronischen Elemente ganz oder teilweise in Form einer integrierten Schaltung als eine Einheit mit den Detektorelementen gleichzeitig herzustellen (Anspruch n).It is also through nodifications of the process flows described possible, the electronic necessary for the amplification of the detector signals Elements wholly or partially in the form of an integrated circuit as a unit to produce with the detector elements at the same time (claim n).

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß ähnlich wie bei der Fauelementeproduktion durch Anwendung der Oberflächenpassivierung und der Photolack -lechnik ein billiges und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung großer Mengen von hochqualitativen Detektoren mit nur geringen Toleranzen möglich ist. Durch die Dotierung mittels Ionenimplantation anstelle von Diffusion lassen sich die Hochtemperaturprozesse auf einen einzigen erniedrigen bzw. ganz umgehen, im Gegensatz beispielsweise zu der Planartechnik, bei der mehrere Hochtemperaturprozesse erforderlich sind. Dadurch bleibt die Lebensdauer der Ladungsträger im Halbleitermaterial in hohem Maße erhalten, d.h. die Detektoren zeichnen sich durch geringe Generationsströme aus. Die Ionenimplantation besitzt den ganz wesentlichen Vorteil, daß besonders dünne Eintrittsfenster herstellbar sind und daß aufgrund der geringen Reichweitenstreuung ausgeprägte Dotierungen erzielbar sind, so daß diese Detektoren auch für die Spektroskopie von Teilchen, insbesondere schwerer Ionen, geeignet sind. Zudem ist es möglich, die Dicke der Eintrittsfenster der Detektoren nach dem Implantieren durch Anwendung der Ionenätztechnik noch weiter zu vermindern.The advantages achieved with the invention are, in particular, that similar to the production of Fauelement by application of the surface passivation and the photoresist -lechnik a cheap and reliable process for the production of large quantities of high quality detectors with only small tolerances is possible. By doping with ion implantation instead of diffusion the high-temperature processes can be reduced or completely reduced to a single one in contrast to, for example, planar technology, which involves several high-temperature processes required are. As a result, the service life of the charge carriers remains in the semiconductor material preserved to a high degree, i.e. the detectors are characterized by low generation currents the end. The ion implantation has the essential advantage that especially thin entry windows can be produced and that due to the small range spread pronounced doping can be achieved, so that these detectors are also suitable for spectroscopy of particles, especially heavy ions, are suitable. It is also possible the thickness of the entrance windows of the detectors after implantation by application the ion etching technique even further.

Die wahlweise Anwendung von lonenätzen anstelle von chemischen Behandlungen schließlich eröffnet die Möglichkeit, viele der durch Chemikalien verursachten Spurenverunreinigungen zu vermeiden und damit die elektrischen Eigenschaften der Detektoren zu verbessern. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß sich damit gemäß Anspruch 7 und 8 auch oberflächenpassivierte eindimensional, zweidimensional oder radial orts empfindliche Detektoren mit homogener oder diskreter Orts information herstellen lasssen.The optional use of ion etching instead of chemical treatments eventually opens up the possibility of many of the trace contaminants caused by chemicals to avoid and thus to improve the electrical properties of the detectors. Another advantage of the method is that according to claim 7 and 8 also surface passivated one-dimensional, two-dimensional or radial locations produce sensitive detectors with homogeneous or discrete location information let.

Ein bedeutender Vorteil dieses Verfahrens besteht außerdem darin, daß sich damit Si-Detektoren für absolute Neutronenflußmessungen herstellen lassen, da ebgesehen von einer geringen Dotierung diese Detektoren nur aus den schwer aktivierbaren Elementen Si, 0 und Al bestehen.Another important advantage of this process is that that it can be used to produce Si detectors for absolute neutron flux measurements, since apart from a low doping these detectors only consist of the difficult to activate Elements Si, O and Al exist.

Besonders vorteilhaft ist schließlich die gleichzeitige Integration von Verstärkerelementen in den Detektor, da hierdurch Anordnungen mit einer großen Anzahl von Detektoren leichter aufgebaut und betrieben werden können.Finally, simultaneous integration is particularly advantageous of amplifier elements in the detector, since this results in arrangements with a large Number of detectors can be set up and operated more easily.

Dies ist insbesondere für Neutronendetektoren interessant, da diese gemäß Anspruch 9 direkt dem Neutronenstrahl ausgesetzt werden.This is of particular interest for neutron detectors, since these according to claim 9 are exposed directly to the neutron beam.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt und soll im folgenden näher erläutert werden. Als Ausgangsmaterial werden beispielsweise n-Si-Scheiben von 5000 Q om Widerstand und einer Dicke von 500/um verwendet. Die Fenster sollen rechteckiges Format aufweisen mit Seitenlängen von 10 mm.An embodiment is shown in Fig. 1 and is intended in the following are explained in more detail. For example, n-Si wafers are used as the starting material of 5000 Q om resistor and a thickness of 500 µm. The windows should have a rectangular format with side lengths of 10 mm.

Der Prozeß verläuft nach Fig. 1 in folgenden Schritten: 1 a Reinigung der polierten Scheiben durch chemische Behandlung und/oder durch lonenätzen 1 b Passivation der Scheiben, vorzugsweise thermische Oxidation auf 0,3 /um Dicke 1 c Öffnen der Fenster durch Photolack-Technik 1 d Ionenimplantation: Vorderseite 1 x 10 14B-Ionen/cm2 15 2 Rückseite 5 x 10 As-Ionen/cm­ 1 e Ausheilen der Strahlenschäden bei 60000 unter N2 oder 02 1 e' Verminderung der Fensterdicke durch lonenätzen 1 f Metallisierung evtl. Einlegieren der Kontakte.The process takes place according to FIG. 1 in the following steps: 1 a cleaning the polished wafers by chemical treatment and / or by ion etching 1 b Passivation of the panes, preferably thermal oxidation to a thickness of 0.3 / µm 1 c Opening the windows using the photoresist technique 1 d Ion implantation: front side 1 x 10 14B ions / cm2 15 2 rear side 5 x 10 As ions / cm 1 e healing of the radiation damage at 60000 under N2 or 02 1 e 'reduction of the window thickness by ion etching 1 f Metallization, possibly alloying of the contacts.

Die Detektoren nach der Erfindung können auch zum Nachweis von Neutronen verwendet werden. Im Gegensatz zu ionisierender Strahlung lassen sich Neutronen nicht direkt, sondern nur über Sekundärreaktionen nachweisen, z.B. über die 4c -Teilchen bzw. Protonen, die bei den folgenden Neutronenreaktionen entstehen B 10(n,« )Li7 Li 6(n,$ )H3 He 3(n, p)H3 Ebenso läßt sich die Eigenschaft von Neutronen, gewisse Nuclide zu Spalten, heranziehen,um über die Messung der Spaltprodukte Neutronenflüsse, ja sogar Energieverteilungen zu bestimmen. Eine Reihe besonders gut geeigneter Spaltnuclide sind in laib. 1 und 2 aufgeführt. Bei beiden Methoden muß sowohl der Wirkungsquerschnitt der Kernreaktion als auch die Zahl der Targetatome bekannt sein, um absolute Messungen machen zu können.The detectors according to the invention can also be used to detect neutrons be used. In contrast to ionizing radiation, neutrons can cannot be detected directly, but only via secondary reactions, e.g. via the 4c particles or protons, which are produced in the following neutron reactions B. 10 (n, «) Li7 Li 6 (n, $) H3 He 3 (n, p) H3 The property of neutrons, use certain nuclides to fissures, in order to measure the fission products in order to determine neutron fluxes, yes even to determine energy distributions. A number of particularly suitable fission nuclides are in loaf. 1 and 2 listed. With both methods, both the effective cross-section the nuclear reaction as well as the number of target atoms can be known in order to make absolute measurements to be able to do.

Benutzt man spaltbares Material zum Neutronennachweis, so ist eine absolute Flußmessung sehr leicht möglich, falls die natürliche oc -Aktivität zur Bestimmung der Zahl der Targetatome herangezogen werden kann. Man bringt z.13.If one uses fissile material for the neutron detection, then one is absolute flow measurement possible very easily, if the natural oc activity for Determination of the number of target atoms can be used. One brings z.13.

das spaltbare Material in Form einer dünnen Folie oder auf einen Träger aufgebracht in eine Vakuumkammer, die einen Anschluß für den Neutronenstrahl besitzt und einen Halbleiterdetektor enthält. Der Detektor wird so positioniert, daß er außerhalb der Achse Strahl-Target liegt, um eine Neutronenbestrahlung zu vermeiden.the fissile material in the form of a thin film or on a carrier applied in a vacuum chamber, which has a connection for the neutron beam and includes a semiconductor detector. The detector is positioned so that it lies outside the beam-target axis in order to avoid neutron irradiation.

Man braucht einfach diecC-Aktivität As des Targets und während der Neutronenbestrahlung die Spaltaktivität Af zu messen und kann dann aus diesen Aktivitäten und der Halbwertszeit T½ der Targetnuclide sowie dem eff. Spaltquerschnitt 8 den Neutronenfluß # in an sich bekannter Weise berechnen. Dieses Verfahren ist zwar sehr elegant und genau, läßt sich in der beschriebenen Form Jedoch nicht überall anwenden, da eine Vakuumkammer benötigt wird. Insbesondere für Flußmessungen im Reaktorkern ist es kaum geeignet.You simply need the cC activity As of the target and during the Neutron irradiation can measure the fission activity Af and can then from these activities and the half-life T½ of the target nuclide and the eff. Gap cross-section 8 den Calculate neutron flux # in a manner known per se. This procedure is true very elegant and precise, but cannot be used everywhere in the form described use as a vacuum chamber is required. Especially for flow measurements in It is hardly suitable for the reactor core.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann daher so verfahren werden, daß das spaltbare Material direkt auf das Eintrittsfenster eines Halbleiterdetektors aufgebracht wird, der nach einem der beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Da dieser Detektor nur aus schwer aktivierbarem Material, wie Si, SiO2 und Al, besteht, ist die bei der Bestrahlung entstehende Aktivität gering.According to a further feature of the invention can therefore proceed that the fissile material directly onto the entrance window of a semiconductor detector is applied, which was produced by one of the methods described. Since this detector is made of difficult to activate material such as Si, SiO2 and Al, the activity resulting from the irradiation is low.

Verwendet man zudem ein Gehäuse aus Quarz oder Si und benutzt für die elektrischen Zuführungen nur Aluminiumdrähte bzw. Kontaktstreifen so läßt sich die n-Aktivierung auf ein Minimum reduzieren.If you also use a case made of quartz or Si and used for the electrical leads can only be made of aluminum wires or contact strips reduce n-activation to a minimum.

Die hierdurch erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß diese Neutronendetektoranordnung sehr klein -gehalten werden kann, so daß Neutronenflußmessungen praktisch überall auch an sonst unzugänglichen Stellen möglich sind. Bei Verwendung von verschiedenen Spaltmaterialien als Target ist es sogar möglich, mit einem Satz von mehreren Detektoren Energieverteilungen von Neutronenflüssen zu bestimmen. Die Detektoren können immer wieder eingesetzt werden, da ihre Aktivierung geringfügig ist. Ein wesentlicher Vorteil ist schließlich, daß damit absolute Neutroneuflußmessungen ohne Eichproblem möglich sind. Durch das direkte Aufbringen des Spaltmaterials auf den Detektor erhält man eine sehr hohe Effektivität, d.h. es ist möglich, Neutroneuflüsse bis herab zu ca. 703 Neutronen/cm2sec zu messen.The advantages achieved in this way are in particular that this Neutron detector arrangement can be kept very small, so that neutron flux measurements are possible practically anywhere, even in otherwise inaccessible places. Using of different fissile materials as a target, it is even possible with one set to determine energy distributions of neutron fluxes using several detectors. the Detectors can be used over and over, as their activation is negligible is. Finally, a major advantage is that it enables absolute neutron inflow measurements are possible without a calibration problem. Through the direct application of the fissile material the detector gets a very high effectiveness, i.e. it is possible to detect neutron inflows to measure down to approx. 703 neutrons / cm2sec.

Schließlich ist es von besonderem Vorteil, daß diese Detektoren s.B. bei der Überwachung der Kernreaktoren eingesetzt werden können, da mit ihrer Hilfe der absolute Neutronenfluß und Jede Veränderung desselben sofort angezeigt wird.Finally, it is of particular advantage that these detectors s.B. can be used in the monitoring of nuclear reactors, as with their help the absolute neutron flux and any change in it is displayed immediately.

Am Vorteilhaftesten für Neutronendetektoren ist es, wenn die Verstärkerelektronik in den Detektor integriert ist.It is most advantageous for neutron detectors when the amplifier electronics is integrated into the detector.

Durch die in den Ansprüchen 8 bis 10 beschriebenen Maßnahmen ist es weiterhin möglich, örtliche Neutronenverteilungen zu messen.By the measures described in claims 8 to 10 it is it is still possible to measure local neutron distributions.

Tab. 1 : Spaltbare Nuklide, die als Spalt detektoren verwendet werden können Nuklid Schwellenenergie U -233 thermisch U -235 thermisch Pu-239 thermisch U -234 0,25 MeV Np-237 0,3 MeV U -236 0,7 MeV U -238 1,3 MeV Th-232 1,4 MeV Tab. 2 : Nuklide, die zur Flußmessung im thermischen Energiebereich geeignet sind }{uklid As 6;[barn] 1 101 1/2 T (theriii. 13er.) [sec] U -232 1,0088 10 5 77 305,27 7,17.101 U -233 1,5456.10-1 524 0,1356 1,6Z-105 U -235 0,7457 10 3 577 . 3,09-10-5 7,1 .108 Pu-238 0,264 ~10#5 16,8 254,39 8,64.161 Xu-239 3,289ß.10#2 741 0,90098 2S44-104 Am-241 0,25 ei 5 3,0 47ru9 4,58102 wobei Af/Aα Kauf einen Fluß # = 2-107 n/cm2sec bezogen ist. L e e r s e i t eTab. 1: Fissile nuclides that can be used as fission detectors Nuclide threshold energy U -233 thermal U -235 thermal Pu-239 thermal U -234 0.25 MeV Np-237 0.3 MeV U -236 0.7 MeV U -238 1.3 MeV Th-232 1.4 MeV Tab. 2: Nuclides that are suitable for flow measurement in the thermal energy range } {uklid As 6; [barn] 1 101 1/2 T (theriii. 13th) [sec] U -232 1.0088 10 5 77 305.27 7.17,101 U -233 1.5456.10-1 524 0.1356 1.6Z-105 U -235 0.7457 10 3 577. 3.09-10-5 7.1, 108 Pu-238 0.264 ~ 10 # 5 16.8 254.39 8.64.161 Xu-239 3,289ß.10 # 2 741 0.90098 2S44-104 Am-241 0.25 ei 5 3.0 47ru9 4.58102 where Af / Aα purchase is related to a flow # = 2-107 n / cm2sec. L eerseite

Claims (11)

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß bestimmte Verfahrens schritte der Planartechnik, nämlich Oberflächenpassivation, Photolack-Technik und Ionenätztechnik, sowie die Ionenimplantation so miteinander kombiniert werden, daß Hochtemperaturprozesse möglichst vermieden werden und daß auf einer einzigen Halbleiterscheibe, vorzugsweise aus Silicium, ein oder mehrere Detektoren hergestellt werden, deren vorderseitige p-n oder p-i-n-2bergänge durch Implantation mit sehr geringen Fensterdickeflausgeführt sind, während als Rückkontakt eine Schicht mit definiertem Flächenwiderstand implantiert wird. Claims method for the production of semiconductor detectors, in that certain procedural steps of the planar technique, namely surface passivation, photoresist technology and ion etching technology, as well as the Ion implantation can be combined so that high-temperature processes are possible be avoided and that on a single semiconductor wafer, preferably off Silicon, one or more detectors can be produced, the front side of which is p-n or p-i-n-2 junctions made by implantation with a very small window thickness are, while a layer with a defined sheet resistance is implanted as a back contact will. 2. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polierten und chemisch bzw. durch lonenätzen gereinigten Halbleiter, vorzugsweise n- oder p-Typ Si-Scheiben, zunächst passiviert werden durch Aufbringen einer Schutzschicht, dann mit Hilfe eines Photolackes in der Vorderseite durch chemische Behandlung oder lonenätzen Fenster geöffnet werden, während die Rückseite ganz vom Schutzfilm befreit wird, daß hierauf die Vorderseite bei n-Typ Halbleitern mit einem p-Leitung verursachenden Element und die Rückseite mit einem n-Leitung bewirkenden Element durch Ionenimplantation dotiert wird, bei p-Typ Halbleitern tdoch umgekehrt, und daß hierauf die implantierten Zonen durch Ausheilen bei einer Temperatur von vorzugsweise 600 0a aktiviert und eventuell anschließend metallisiert werden. 2. A method for producing semiconductor detectors according to claim 1, characterized in that the polished and chemically or by ion etching cleaned semiconductors, preferably n- or p-type Si wafers, first passivated are by applying a protective layer, then with the help of a photoresist in the front window can be opened by chemical treatment or ion etching, while the back is completely freed from the protective film, that on this the front for n-type semiconductors with an element causing p-conduction and the rear side with an element causing n-conduction by ion implantation endowed is, however, reversed in the case of p-type semiconductors, and that then the implanted zones activated by curing at a temperature of preferably 600 0a and possibly are then metallized. 3. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polierten und gereinigten Halbleiterproben zunächst mit Photolack auf der Vorderseite beschichtet und im Photolack Fenster geöffnet werden, daß hierauf Vorder- und Rückseite durch Ionenimplantation dotiert werden und die Proben nach Entfernen des Photolackes ausgeheilt und gleichzeitig oder nacheinander passiviert vorzugsweise oxidiert werden und dann Fenster in der Oxidschicht der Vorderseite im Bereich der implantierten Zonen geöffnet werden, während der Schutzfilm auf der Rückseite ganzflächig entfernt wird.3. A method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 1 and 2, characterized in that the polished and cleaned semiconductor samples first coated with photoresist on the front and in the photoresist window be opened, that thereupon the front and back are doped by ion implantation and the samples are cured after removing the photoresist and at the same time or successively passivated, preferably oxidized and then windows in the Oxide layer on the front side in the area of the implanted zones are opened, while the protective film on the back is completely removed. 4. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die polierten und gereinigten Halbleiterproben zunächst ganzflächig beidseitig durch Ionenimplantation dotiert werden und anschließend die implantierte Schicht auf der Vorderseite überall außer an den gewünschten, später als Detektoren dienenden Zonen, durch Photolack-Technik entfernt wird und die Proben hierauf gLeichzeitig oder nacheinander ausgeheilt und passiviert werden, vorzugsweise durch Oxidation, daß schließlich Fenster in der Vorderseite über den impLantierten Zonen geöffnet werden und die Rückseite ganzflächig freigelegt wird.4. A method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 1 to 3, characterized in that the polished and cleaned semiconductor samples first be doped over the entire area on both sides by ion implantation and then the implanted layer on the front side anywhere except where you want it, later Zones serving as detectors, are removed by photoresist technology and the samples are then cured and passivated simultaneously or one after the other, preferably by oxidation that eventually window in the front over the implanted Zones are opened and the back is completely exposed. 5. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenätztechnik insbesondere zur Verminderung der Fensterdicke eingesetzt wird.5. A method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 1 to 4, characterized in that the ion etching technique in particular to reduce the window thickness is used. 6. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennseichnet, daß die Implantationsdosis für die Rückseite vorzugsweise 5X1015 Ionen/cm2 beträgt, während für die Vorderseite Dosen von 5x1011 bis 1x1014 Ionen/cm2, vorzugsweise 1x1014, verwendet werden.6. A method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 1 to 5, characterized in that the implantation dose for the back is preferably 5X1015 ions / cm2, while for the front doses from 5x1011 to 1x1014 Ions / cm2, preferably 1x1014, can be used. 7. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1 bis 4, da dur ch gekennzeichnet, daß die Implantationsdosis soweit reduziert wird, daß Widerstandsschichten von vorzugsweise 3 - 10 K entstehen.7. A method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 1 to 4, as indicated by the fact that the implantation dose is reduced so far, that resistance layers of preferably 3 - 10 K are created. 8. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Seite des Detektors auf der Blächenwiderstandsschicht streifen- oder rasterförmige Metallisierungen aufgebracht werden.8. A method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 1 to 7, characterized in that on at least one side of the detector The surface resistance layer is applied strip-shaped or grid-shaped metallizations will. 9. Verwendung von nach Anspruch 1 bis 8 hergestellten Halbleiterdetektoren zum Nachweis und/oder zur absoluten Flußmessung von Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß spaltbares Material direkt auf die eventuell mit einer Schutzschicht bedeckten Eintrittsfenster aufgebracht wird und eventuell noch mit einem Schutzfilm aus SiO2 oder Al oder einem anderen schwer aktivierbaren Material bedeckt wird.9. Use of semiconductor detectors produced according to claims 1 to 8 for the detection and / or for the absolute flow measurement of neutrons, characterized in that that fissile material directly onto the possibly covered with a protective layer Entrance window is applied and possibly also with a protective film made of SiO2 or Al or another difficult to activate material is covered. 10. 0 . Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 8 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das spaltbare Material raster- oder streifenförmig auf das Eintrittsfenster aufgebracht wird.10. 0. Method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 8 and 9, that the fissile material is raster or is applied in strips to the entrance window. 11. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verstärkung der Detektorsignale notwendigen elektronischen Elemente ganz oder teilweise in Borm einer integrierten Schaltung als eine Einheit mit dem Detektor angefertigt werden.11. A method for manufacturing semiconductor detectors according to claim 1 to 10, characterized in that the necessary to amplify the detector signals electronic elements wholly or partly in the form of an integrated circuit can be made as one unit with the detector.
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