DE2924569A1 - Ge-halbleiterdetektoren mit p-implantiertem n hoch plus - kontakt - Google Patents
Ge-halbleiterdetektoren mit p-implantiertem n hoch plus - kontaktInfo
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Description
Kernforschungsanlage Jülioh
Gesellschaft mit "beschränkter Haftung PT 1.508
Gesellschaft mit "beschränkter Haftung PT 1.508
Ge-Halbleiterdetektoren mit P-implantiertem
n+-Kx>ntakt. ; \ \
Die Erfindung "bezieht sioh auf insbesondere aus Germanium
gebildete Halbleiterdetektoren mit einem in hochreinem Grundmaterial durch Phosphor-Implantation mit ansohließender
Temperung erzeugten n+-Kontakt, und zwar insbesondere auf entsprechende Großflächendetektoren.
Halbleiterdetektoren aus hoohreinem Germanium sind bekannt, die speziell einen durch B-Implantation erzeugten
p+-Kontakt und einen durch eindiffundiertes lithium oder durch P-Implantation erzeugten n+-Kontakt haben
(siehe IEEE Trans.Nucl.Sei. NS-24 (1977) S.65 und 161
sowie Nucl.Instr.Meth.101 (1972) 31-37).
Da Lithium im Halbleitergitter eine erhebliche Beweglichkeit besitzt, die für die Anwendung von Strahlungsdetektoren
über lange Zeiten hinweg von Nachteil ist, richtet sich das Hauptaugenmerk der Entwicklung auf
Detektoren mit P-implantiertem n+-Kontakt. So werden von
nö/ste - 4 -
030062/Ό097
H. Herzer unel anderen(Nucl. Instr. and Meth. IjOI
(1972) 31 - 37) Ge-Halt>leiterdetektoren beschrieben, die aus hochreinem Germanium durch B-Implantation
λ 1 ρ
mit 10 Vcm und 10 - 20 kV ohne Temperung eirier-
14· 2 seits sowie duroh P-Implantation mit 10 /cm und
4 kV mit anschließender Temperung bei 3000C auf der n+-Kontaktseite erzeugt wurden. Von Herzer und
anderen ebenfalls untersuchte P-Implantationen mit
A C p
bis zu 30 kV von 10 P/cm in η-Germanium ergaben
weniger brauchbare Ergebnisse.
Von G. S. Hubbard und anderen wird in den IEEE
Trans. Nuol. Sei. NS-24, Nr. 1 (1977) 161über P-Implantationen
in Germanium mit 25 kV mit 10 5-1Ο /cm2
A-X Ο
beriohtet, wobei die mit 10 /cm implantierte Schicht
als elektrisch nicht aktiv bezeichnet wurde.
Von der Anmelderin selbst wurden in den IEEE Trans. Nuol. Sei. NS-24» Nr. 1 (1977) 65 Untersuchungen an
Halbleiterdetektoren mitgeteilt, die durch B-Implan-
λα ο
tation mit 20 kV und 10 vom ohne Tempern sowie P-Implantation mit 20 kV und 10 /cm und Temperung bei 4000C erhalten worden waren. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde auch festgestellt, daß eine 4 mm dicke Diode mit einem duroh P-Implantation mit 20 kV und 10 /cm erzeugten η -Kontakt und B-Implantation auf der p+-Kontaktseite mit einer Spannung von bis zu 2.300 V betrieben werden konnte, wobei die Totsohicht des p+-Kontaktes auf 0,13 yuX reduziert war.
tation mit 20 kV und 10 vom ohne Tempern sowie P-Implantation mit 20 kV und 10 /cm und Temperung bei 4000C erhalten worden waren. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde auch festgestellt, daß eine 4 mm dicke Diode mit einem duroh P-Implantation mit 20 kV und 10 /cm erzeugten η -Kontakt und B-Implantation auf der p+-Kontaktseite mit einer Spannung von bis zu 2.300 V betrieben werden konnte, wobei die Totsohicht des p+-Kontaktes auf 0,13 yuX reduziert war.
- 5 - 030082/0097
- 5 - 2924563
Trotz erheblicher Entwicklungsarbeit haben sich
solche Halbleiterdetektoren jedoch bislang noch nioht völlig durchsetzen können, insbesondere da offen- \
sichtlich Schwierigkeiten bezüglich der verläßlichen Erzeugung von hochspannungsfesten n+-Kontakten bestehen.
Es wurde nun festgestellt, daß P-implantierte Detektoren
mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden können, wenn der n+-Kontakt duroh P-Implantation mit
relativ geringer Dosis und hoher Energie erzeugt und vorzugsweise mit einer weiteren P-Implantationsdotierung
kombiniert wird, bei der mit hoher Dosis aber geringer Energie gearbeitet wird.
Demgemäß sind die erfindungsgemäßen Halbleiterdetektoren gekennzeichnet durch eine Phosphor-Implantation
mit einer möglichst geringen, unter 10 Ionen/cm liegenden Dosis und hoher Energie vorzugsweise zusammen mit einer zweiten Phosphor-Implantation mit
Λ A. O
höchstens 20 kV und zumindest 10* ^" Ionen/cm .
Ganz allgemein soll die mit geringer Dosis realisierte
(erste) Phosphor-Implantation mit so hoher Energie erfolgen, daß eine möglichst weit in das Grundmaterial
hineinreichende relativ flache n+-Dotierung erzielt wird, wobei jedoch eine zu starke Verbreiterung der
Totschicht vermieden werden soll. Vorzugsweise erfolgt die Erstimplantation daher mit Energien von 20 kV
bis zu etwa 40 kV mit etwa 1015 Ionen/cm2*
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Als p+-Kontakt kann eine Oberflächensperrschicht(Metallbedampf
ung) vorgesehen werden, vorzugsweise wird jedoch ein durch B-Implantation erzeugter p+-Kontakt gewählt,
der insbesondere durch B-Implantation mit etwa 20 kV und 10 Vom in an sich bekannter Weise erzeugt ist.
Die erfindungsgemäß erzeugten Detektoren erweisen sich
als relativ spannungsfest und haltbar. Als Grund dafür kann angenommen werden, daß die weiter in das Halbleitergrundmaterial
hineinreichende erste Implantation mit hoher Energie und geringer Dosis eine durch Tempern
weitgehend ausgeheilte Gitter-Struktur hinterläßt. Die für die n+-Kontakterzeugung zweckmäßige Zweitim.plantierung
mit hoher Dosis bei geringen Energien soll den Ober-
flächenwiderstand reduzieren. Die dabei in einem flachen Bereich unter der Oberfläche des Detektors
erzeugten Gitterstörungen (amorphe Schicht) lassen sich zwar nur schwer durch Tempern ausheilen, beeinträchtigen
aber nicht die Punktion des n+-Kontaktes.
Ausgehend von hochreinem Germanium mit einer wirksamen fremdstoffkonzentration um 1,5 x 10 cm""^ wurden 10
Dioden mit Flächen von 200 - 300 mm2 und Dicken von \ 3 - 4 mm und 2 rechteckige Dioden mit 30 χ 95 χ 10 mm5
sowie mehr als 10 Detektoren mit Dicken zwischen 2 und 16 mm und einem Durchmesser von etwa 40 mm hergestellt.
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Alle n+-Kontakte wurden durch P-Implantation "bei Zimmertemperatur
(mit 20 - 40 kV und 10 /cm ) mit nachfolgender Temperung bei 400 0O hergestellt. Die p+-Kontakte
wurden durch B-Implantation bei Zimmertemperatur mit
ΛΑΟ
20 kV und 10 Vom ohne Temperung erzeugt. Die G-roßflächendioden
wurden in einigen Fällen mit einer P-Zweitimplantation mit hoher Dosis und niedriger Energie
(10 - 20 kV und 3-101 Vom2) oder mit Metallkontakten duroh
Aufdampfen von Aluminium oder Niokel oder durch Ionenzerstäubung
mit Nickel versehen.
Alle auf diese Weise hergestellten Detektoren können bis zu hohen Überspannungen - in den meisten Fällen von
mehr als 1000 V- betrieben werden. Damit sind Werte gemeint, um die die zur völligen Verarmung einer Diode
erforderliche Spannung überschritten wird. Daraus ergeben sich auch am Rückkontakt (zum Beispiel der" p+-Kontakt
für Grundmaterial vom p-Typ) hohe Feldstärken, die zu
einer Reduktion der "toten Zonen" führen. Die Dicken
dieser "toten Zonen" liegen nach-unseren Messungen auf beiden Seiten unter 0,3 um. Daher lassen ach diese
Detektoren als echte Transmissions-Detektoren einsetzen.
Nach den bisher bekannten Technologien (zum Beispiel Hubbard et al.) lassen sich nicht Detektoren herstellen,
die bis zu derart hohen Überspannungen betrieben werden können und derart geringe "tote Zonen" auf beiden
Kontaktseiten aufweisen.
-S-030062/0097
Die beigefügte Zeichnung sseigt die schematische Darstellung eines montierten Transmissions-Detektors aus
hochreinem Germanium, verwendet als ΔΕ-Detektor bei der Spektrometrie von geladenen Teilchen.
Der von links kommende, durch Pfeile angedeutete Teilchenstrahl (1) passiert unter Energieverlust den beidseitig
implantierten Detektor (2), der zwischen zwei Metallringen (3) montiert ist.
In der Ausschnitt-Darstellung eines Kontaktes ist unten,
das Implantationsprofil (4) und darüber die daraus resultierende "tote Zone" (5) angedeutet.
030062/0097
Claims (3)
- Kernforsohungsanlage Julien
Gesellschaft mit beschränkter Haftung PT 1.508PatentansprücheM.JHalbleiterdetektoren insbesondere aus Germaniummit einem in hochreinem Grundmaterial durch Phosphor-Implantation mit anschließender Temperung erzeugten n+-Kontakt, gekennzeichnet durch eine Phosphor-Implantation mit einer möglichst geringen, unter 10 Ionen/ cm liegenden Dosis und -hoher Energie vorzugsweise zusammen mit einer zweiten Phosphor-Implantation mit höchstens 20 kV und zu-1 A. Omindest 10 ^ Ionen/ cm . - 2. Halbleiterdetektoren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen duroh P-Erst-implantation mit zumindest 20 kV und bis zu etwa 40 kV1 "3 2mit etwa 10 Ionen/ cm und anschließende P-Zweit-implantation erzeugten n+-Kontakt.nö/ste - 2 -PT 1.508030062/0097
- 3. Halbleiterdetektoren naoh Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen duroh Bor-Implantation insbesondere mit 10 Ionen/2 +om und etwa 20 kV erzeugten ρ -Kontakt.- 3 030062/Ό097
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Family Applications (1)
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-
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- 1980-06-17 US US06/160,232 patent/US4415916A/en not_active Expired - Lifetime
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- 1980-06-18 FR FR8013520A patent/FR2459554A1/fr active Granted
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Non-Patent Citations (3)
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| IEEE Transactions on Nuclear Science, Bd. NS-24, Nr. 1, 1977, S. 64-67 u. S. 161-164 |
| IEEE Transactions on Nuclear Science, Bd. NS-24, Nr. 1, 1977, S. 64-67 und S. 161-164 * |
| Nuclear Instruments and Methods, Bd. 101, 1972, S. 31-37 * |
Also Published As
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| GB2057758B (en) | 1983-12-14 |
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