DE3639835A1 - Verfahren zur herstellung von hochgeschwindigkeitshalbleitern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von hochgeschwindigkeitshalbleiternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Hochgeschwindigkeitshalbleitern.
Die Herstellung der Halbleiterbauelemente mit geringerer
Sperrverzögerungszeit ist eine wichtige Aufgabe der Halbleiterindustrie.
Zur Lösung der o. g. Aufgabe benutzt man heute ein Golddotierungsverfahren
oder die Bestrahlung mit geladenen, beschleunigten
Teilchen. Durch beide dieser Verfahren wird Fangzenter
der Minoritätsladungsträger gestaltet. (DE 28 29 627 A1,
DE 31 24 988 A1). Die Golddotierung der pn-Übergangszone ist
aber schwer erreichbar.
Im Fall der Bestrahlung mit schweren geladenen Teilchen (Protonen,
Deutronen oder Alphateilchen) benötigt man einen
Teilchenbeschleuniger, eine besondere und teure Bestrahlungseinrichtung.
Eine gleichzeitige Bestrahlung mehrerer Halbleiterbauelemente
ist schwer und fast unmöglich zu erreichen,
weil der Querschnitt des Teilchenstrahls ziemlich klein ist.
Ein anderer Nachteil besteht darin, daß wegen des begrenzten
Weges der geladenen Teilchen in Stoffen, eine Bestrahlung der
in Gehäuse gebauten Halbleiter nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung der
Halbleiterbauelemente mit geringerer Rückwertsregenerierungszeit
(T q ) bei Beibehaltung eines geringeren Durchbruchsspannungsabfalls
(U D ) zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
vorgesehenen Halbleiter mit schnellen Neutronen und Gammaquanten
bestrahlt werden und danach thermisch behandelt werden.
Die Bestrahlung mit schnellen Neutronen und Gammaquanten
bringt den Vorteil, daß die Neutronenquellen gewöhnliche Einrichtungen
geworden sind. Sie liefern höhere Neutronenfluenzdichte
auf größeren Oberflächen.
Geeignete anwendbare Neutronenquellen sind die Kernreaktoren,
Neutronengeneratoren, die durch beschleunigte geladene Teilchen
Neutronen erzeugen, und andere Neutronenquellen, deren
Spektrum zuerst aus schnellen Neutronen entsteht. In Zusammenhang
mit dem Bildungsmechanismus der Fangzentren und da
die Bestrahlungsdauer nicht zu groß sein durfte, soll die
Neutronenquelle eine Fluenzdichte größer als 106 schnelle
Neutronen/cm2 sek. im Bestrahlungsraum liefern.
Falls eine schwache Neutronenquelle vorhanden ist, kann man
die Fluenzdichte durch Benutzung eines Graphitfasses (3) -
siehe Fig. 1 - vergrößern. Zur Homogenisierung des Neutronenfeldes
wird auf der Neutronenstrahlachse (1) ein Graphitkegel
(4) einmontiert. Weil das Graphit neben seiner Haupteigenschaft
als Reflektor auch Moderator ist, empfiehlt man
das Innere des Fasses und Äußere des Kegels mit Cadmiumblech
(5) zu verkleiden. Cadmium absorbiert die thermischen
Neutronen sehr stark, deshalb setzt man Cadmiumblech auch
zwischen Neutronenquellenende (2) und Bestrahlungsfaß. Falls
nötig wird eine biologische Abschirmung aus Beton (6) gebaut.
Die Absorption der schnellen Neutronen in Materialien ist sehr
schwach, deswegen kann man größere Mengen von Plättchen oder
im Gehäuse eingebaute Halbleiter gleichzeitig bestrahlen. Die
Bestrahlungsposition ist unwichtig, auf jeden Fall wird eine
ziemlich homogene Bestrahlung der Halbleiterstoffe (Silicium)
jedes Bauelementes gesichert.
Die zu bestrahlenden Bauelemente kann man in Kartonschachteln
legen, weil der Karton praktisch keinen Einfluß auf
schnelle Neutronenfluenzdichte hat und nicht aktiviert wird.
Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden näher beschrieben:
Man nimmt aus dem vorgesehenen Halbleitertyp mehrere Halbleiter
und mißt die Rückwertsregenerierungszeit T q (anfangs)
und den Durchbruchsspannungsabfall U D (anfangs). Dann wird
einzeln oder in kleinen Gruppen bei Neutronenfluenzen von
5 · 1010 bis 5 · 1012 n/cm2 bestrahlt. Die Bestrahlung wird in
der Luft bei Zimmertemperatur oder bei höheren Temperaturen
bis zu 300°C durchgeführt. Man läßt das Ganze einige Tage
zur radioaktiven 'Kühlung' stehen, behandelt es danach bis
3 Stunden thermisch bei Temperaturen bis etwa 250°C und
läßt es schließlich langsam abkühlen. Die thermische Behandlung
der bei höheren Temperaturen oder in sehr starken
Gammafeldern bestrahlten Bauelemente kann man bis etwa 30
Minuten reduzieren.
Nach Bestrahlung und thermischer Behandlung wird die Rückwertsregenerierungszeit
T q und der Durchlaßspannungsabfall
U D gemessen. Man rechnet den Quotienten T q (anfangs)/T q und
U D /U D (anfangs) und setzt die gefundenen Zahlen Z in Abhängigkeit
von der schnellen Neutronenfluenz F in einem Graph
wie in Fig. 2 unten. Man berechnet und zeichnet auch die
Geschwindigkeit der T q -Verringerung, -Δ T q /Δ F, in Abhängigkeit
von F wie in Fig. 2 oben.
Dieser letzte Graph zeigt ein auffallendes Maximum bei einer
Fluenz F m . Durch Bestrahlung bei Fluenzen größer als F m
bis etwa 5 F m wird eine wesentliche Verringerung der T q erzeugt,
ohne eine wesentliche Erhöhung der U D . Nach etwa 7 F m
wird eine Neigung zur Sättigung der T q -Verminderung und
eine schnellere U D -Vergrößerung stattfinden. Abhängig von
dem gewünschten Kompromiß zwischen einer niedrigen T q und
einer noch annehmbaren U D wählt man die Fluenz F b für die
Massenbestrahlung des gegebenen Halbleitertyps. In dem gegebenen
Beispiel liegt die Fluenz der maximalen Geschwindigkeit
der T q -Verminderung F m bei 5 · 1011 n/cm2. Eine vernünftige
Wahl für die Massenbestrahlungsfluenz F b liegt bei
etwa 7 F m = 3,5 · 1012 n/cm2.
Es ist bekannt, daß schnelle Neutronen in Materialien mehr
Störungen erzeugen als radioaktive Atomkerne. Die in Halbleitergittern
induzierten Störungen sind für die T q -Verringerung
nutzbar. Die in Gehäusen, Kontakten und Haltern produzierten
Störungen sind ohne mechanische oder chemische Bedeutung.
Die thermischen Neutronen haben höhere Aktivierungsquerschnitte.
Daher muß man die Bestrahlung der großmassigen
Halbleiter in thermischen Kernreaktoren vermeiden.
Zur Verringerung der thermischen Neutronenfluenz ist eine
Cadmiumbeschichtung des Bestrahlungsraumes zu empfehlen. Ebenfalls
ist die Benutzung von Schachteln oder Gestellen aus
wasserstoffreichhaltigen Stoffen wie Plexiglas, Teflon oder
PVC, die gute Moderatoren sind, zu vermeiden. Während der Bestrahlung
wird meistens das Kupfergehäuse und Goldkontakte
aktiviert. Die Halbwertszeit des Radionuclides 64Cu beträgt
12,8 Stunden. Eine 5 Tage 'Abkühlung' nach der Bestrahlung
führt zu einer Aktivitätsverminderung des 64Cu um eine Million
mal. Gold ist nur in sehr kleinen Mengen vorhanden und
auch die Halbwertszeit des 198Au ist kurz. Durch einfache
kurzzeitige Aufbewahrung der Halbleiterbauelemente nach der
Bestrahlung vermindert sich die induzierte Aktivität weit unter
das natürliche Aktivitätsniveau. Die bestrahlten Halbleiter
kann man so auch im unprofessionellen Bereich benutzen.
Zusammenfassend zeigt diese Erfindung empfohlene Neutronenquellen,
eine Bestrahlungsanordnung, eine ausführliche Beschreibung
mit Bildern der Ermittlung der optimalen Bestrahlungsfluenz
und Empfehlungen und Methoden zur Erzielung eines
sehr kleinen Aktivierungsniveaus.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Hochgeschwindigkeitshalbleitern
aufgrund einer Schnellneutronen- und Gammabestrahlung
und einer Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet,
daß die optimale Bestrahlungsfluenz ermittelt wird,
so daß eine wesentliche Verringerung der Rückwertsregenerierungszeit
(T q ) bei Beibehaltung eines geringeren
Durchbruchsspannungsabfalls (U D ) ermöglicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbleiter als Plättchen nach der Metallisierung, oder im
Gehäuse gebaut bestrahlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß neben
Bestrahlung mit schnellen Neutronen bei Fluenzdichten
größer als 106 n/cm2 sek., eine gleichzeitige Gammabestrahlung
durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die
Bestrahlung in der Luft bei Raumtemperatur oder bei höheren
Temperaturen bis etwa 300°C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Halbleiter eines bestimmten Typs mit Fluenzen von
etwa 5 · 1010 bis 1013 schnellen Neutronen/cm2 bestrahlt
werden. Die Fluenz F m der maximalen Geschwindigkeit der
T q -Verringerung wird bestimmt, und abhängig von dem gewünschten
Kompromiß zwischen einer wesentlich geringeren
T q und einer zulässigen U D , die optimale Fluenz F b für
Massenbestrahlung des vorgesehenen Halbleitertyps zwischen
5 F m und 9 F m ermittelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß
nach der Neutronen- und Gammabestrahlung eine Wärmebehandlung
folgt, deren Dauer und Temperaturen von der
Fluenz der Gamma- und Neutronenbestrahlung und der Bestrahlungstemperatur
abhängig sind.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19863639835 DE3639835A1 (de) | 1986-11-21 | 1986-11-21 | Verfahren zur herstellung von hochgeschwindigkeitshalbleitern |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3639835A1 true DE3639835A1 (de) | 1987-04-30 |
Family
ID=6314480
Family Applications (1)
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| DE19863639835 Ceased DE3639835A1 (de) | 1986-11-21 | 1986-11-21 | Verfahren zur herstellung von hochgeschwindigkeitshalbleitern |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3639835A1 (de) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2829627A1 (de) * | 1977-07-11 | 1979-01-25 | Gen Electric | Bestrahlter hochgeschwindigkeitsgleichrichter und verfahren zum herstellen desselben |
| DE2951925A1 (de) * | 1978-12-22 | 1980-07-10 | Westinghouse Electric Corp | Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen |
-
1986
- 1986-11-21 DE DE19863639835 patent/DE3639835A1/de not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2829627A1 (de) * | 1977-07-11 | 1979-01-25 | Gen Electric | Bestrahlter hochgeschwindigkeitsgleichrichter und verfahren zum herstellen desselben |
| DE2951925A1 (de) * | 1978-12-22 | 1980-07-10 | Westinghouse Electric Corp | Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-32, No. 9, 1985, S. 1629-1632 * |
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Legal Events
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| OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
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| 8131 | Rejection |