DK153429B - Fremgangsmaade til fremstilling af n-doteret silicium ved neutronbestraaling - Google Patents
Fremgangsmaade til fremstilling af n-doteret silicium ved neutronbestraaling Download PDFInfo
- Publication number
- DK153429B DK153429B DK534978AA DK534978A DK153429B DK 153429 B DK153429 B DK 153429B DK 534978A A DK534978A A DK 534978AA DK 534978 A DK534978 A DK 534978A DK 153429 B DK153429 B DK 153429B
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- irradiation
- resistance
- silicon
- fast neutrons
- neutron
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 title 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 claims description 11
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 11
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 aluminum ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/261—Bombardment with radiation to produce a nuclear reaction transmuting chemical elements
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
- G21G1/00—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes
- G21G1/04—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators
- G21G1/06—Arrangements for converting chemical elements by electromagnetic radiation, corpuscular radiation or particle bombardment, e.g. producing radioactive isotopes outside nuclear reactors or particle accelerators by neutron irradiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
DK 153429B
o
Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af n-doteret silicium ved neutronbestråling, ved hvilken der i silicium ved kerneomdannelse frembringes phosphoratomer, ider der indstilles et bestemt for- 5 hold mellem termiske og hurtige neutroner, og antallet af de 3 pr. cm ønskede phosphoratomer beregnes ved hjælp af ligningen N31„ = N3<V · A ·§· t 10 p S1 30 3 hvor N^q er antallet af Si-isotoper pr. cm , £ = 0,13 S i <4» barn af reaktionstværsnittet, er fluxtætheden i termiske 2 neutroner pr. cm , og t er bestrålingstiden i sekunder, og 15 ved hvilken der efter neutronbestrålingen gennemføres en temperproces ved en temperatur mellem 700 og 850°C. Enheden "barn" = 10-24 cm2.
En sådan fremgangsmåde er kendt fra IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-23, nr. 8, side 797-802 (1976).
20 Til fremstillingen af halvlederbyggeelementer i elek tronikindustrien anvendes i stor udstrækning siliciumkrystaller, der fremstilles ved digelfri zonesmeltning. Doteringen af således fremstillede siliciumkrystaller med phosphor til regulering af en elektrisk ledningsevne af n-typen kan ske 25 på gængs måde enten ved såkaldt "Seelen"-dotering, dvs. ved tilførsel af doteringsstoffet i den uforarbejdede stav, eller ved passende tilsætning under zonetrækningen. Begge fremgangsmåder fører imidlertid til en inhomogen fordeling af doteringsstoffet i den voksende siliciuménkrystal, både makro-30 skopisk og mikroskopisk. Den inhomogene makroskopiske fordeling ytrer sig ved, at der optræder en radial gradient i den elektriske modstand, medens den inhomogene mikroskopiske fordeling fører til dannelsen af "striations", hvorved der skal forstås mikrofluktuationer i den specifikke elektriske mod-35 stand på grund af inhomogen indbygning af doteringsstoffet.
O
DK 153429B
2 Sådanne inhomogeniteter ved indbygningen af doteringsstoffet kan dog undgås ved hjælp af en tredje doteringsmetode, der i princippet har været kendt i længere tid og første gang er blevet beskrevet af M. Tanenbaum og 5 A.D. Mills i J. Electrochem. Soc., 108, 171-176 (1961).
Denne metode bygger på "striations"-fri phosphordotering af silicium ved hjælp af kerneomdannelse gennem neutronindfangningsreaktionen : 10 30gi + n —> 31gi + Y —3lp + β
Den ønskede modstand indstilles ved denne metode på simpel måde ved bestemmelse af den virksomme neutronflux JF og bestrålingstiden t efter ligningen 15 N31 = N3 & ^ P Si hvor No-i betyder antallet af ønskede phosphoratomer, og , 3 xp ό = 0,13 barn af reaktionstværsnittet for indfangningsre-20 aktionen.
En bestemmelse af den elektriske modstand direkte efter bestrålingen er ganske vist ikke mulig, da der på grund af forskellige processer under bestrålingen i siliciummet opstår stråleskader, der fordrejer de elektriske 25 egenskaber eller skjuler dem. Gennem indfangningen af en neutron optager det pågældende siliciumatom denne neutrons kinetiske energi som tilbageslagsenergi og vil derved støde nogle nabosiliciumatomer ud af gitterpladsen og således fremkalde såkaldte Frenkel-defekter. Også på grund af den 30 ved reaktionen optrædende β-stråling opstår yderligere
Frenkel-defekter. Foruden disse forholdsvis harmløse stråleskader, der allerede ved nogle få hundrede grader, for det meste allerede i selve reaktoren, udbedres igen, optræder der på grund af tilstedeværelsen af hurtige neutro-35 ner i den anvendte neutronbestråling imidlertid ret grave-
DK 153429B
_^· rende krystalfejl. Således vil f.eks. på grund af centrale sammenstød mellem hurtige neutroner og siliciumatomernes atomkerner - de_ såkaldte head-on-kollisioner - op.til 2000 siliciumatomer pr^_s£ød- i et sådant hændelsesforløbs direk-5 ^te_offig±vel·sefrblive stødt ud af deres gitterplads. Dette enorme antal tomme pladser og mellemgitteratomer fører derved til en spontan sammenklumpning på dette-sted. Desuden : r-~-fører de hurtige neutroner^il-^ferarisfer-reaktioner, f.eks. efterø-mønsteret - ' i6"" --- · 28siiS^> 25Mg eller 28gl 28^
Her drejer det sig om reaktioner, ved hvilke der dannes ladede partikler med stor energi, nemlig α-partikler og pro-15 toner i MeV-området, samt magnesium- og aluminiumioner i området nogle 100 KeV. Disse partikler flyver som projektiler gennem siliciumgitteret, og deres opbremsning efterlader i krystallen en betydelig gitteruorden. Ved hurtige neutroner skal der herved i reglen forstås sådanne, hvis 20 kinetiske energi ligger over 0,1 MeV, medens der ved neutroner under denne værdi skal forstås middelhurtige og langsomme neutroner, idet der for de sidstes vedkommende sættes en overgrænse på ca. 1 eV. Termiske neutroner er neutroner, der befinder sig i termisk ligevægt med det omgi-25 vende medium.
På grund af denne relativt komplekse gitterskade, der optræder i silicium ved bestråling, med dens høje antal defekter og derved frembragte lave niveauer, bliver krystallens elektriske egenskaber forkerte, og den tilsig-30 tede slutmodstand kan således forskydes en værdi, der er flere tierpotenser højere.
Til opnåelse af det ønskede gunstige resultat ved doteringen ved indvirkning af neutronstråler skal derfor de bestrålede siliciumkrystaller ved alle tidligere kendte metoder underkastes en varmeproces for at indbygge de ved 35 4
DK 153429B
reaktionen fi^iabragtejphospho ratomer csjjbstitutionelt i siii.-______ _ _ ciumgitteret og udbedre de A?ed^.bes_trå 1 ingen fremkaldte stråle skaderiN^_ _ ^.......—
Ved hjælp af den fra -XEEE^*Traitsas^ions^ on Electron 5 Devices, jfr. ovenfor^lcendte metode kan der'frS^fH^^^^^^^^ phosphor-doteret silicium over et modstandsområde fra 5 til ~ ' " 50CC^Vi=^citTved neutroninduceret kerneomd^nit£i££ ved et kon stant forhoM jmelHifim i^ffifl^fceg^huxtige iUmtronfar på 3300.
Den påfølgende tamperatuaibdhandlij^^Qnem^øjges^^^t^750QC, 10 hvorved ideir opnås en fuldstændig imodstandsudbedring. Denne ^ metode kræver imidlertid til Æte&s meget lange bestrålingstider og tillader kun en begrænset udnyttelse af den til rådighed stående reaktorkapacitet, således at metoden ikke kornarter gså tale til en økonomisk fremstilling af homogent dote-15 ret silicium i større mængder.
Formålet med opfindelsen er af -videreudvikle den ovennævnte kendte metode således, at der under udnyttelse af reaktorkapaciteten muliggøres en 'økonomisk fremstilling af homogent doteret silicium.
20 Dette formål opnås ved hjælp af den her omhandlede fremgangsmåde, der er af den allerede angivne art, og som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at man i et første 13 -3 målområde med et antal phosphoratomer ^5 · 10 cm indstiller forholdet mellem termiske og hurtige neutroner 25 mellem 1000 og 1200, i et andet målområde med et antal phosphoratomer mellem 5 · 10"^ og 1 · 10^ cm ^ indstiller dette forhold mellem 10 og 100 og i et tredie målområde 14 -3‘.
N31 > 1 · 10 cm indstiller dette forhold på ca. 1.
P Det har nemlig overraskende vist sig, at der for be-30 stemte målområder for den specifikke modstand ikke kræves det ovenfor omtalte høje forhold mellem termiske og hurtige neutroner på 3300, og at man alligevel kan opretholde en ensartet temperbehandling ved lavere temperatur. Hermed er den her omhandlede fremgangsmåde, ved hvilken det an-35 vendte silicium inddeles i tre målområder, alt efter antal-
O
5
DK 153429 B
let af de ønskede phosphoratomer, gjort tilgængelig for en økonomisk udnyttelse.
Ifølge opfindelsen tillades der herved til bestemte mål- eller dosisområder kun ganske bestemte andele hurtige 5 neutroner, hvilket kan realiseres med egnede moderatorer i reaktoren. Herved reduceres den med højere slutmodstand tiltagende ødelæggende indflydelse af de på grund af de hurtige neutroner fremkaldte stråleskader til et antageligt niveau.
3 10 Herved indstilles der ved et antal af de pr. cm øn- skede phosphoratomer på mindre end 5 x 10 , altså svarende til en tilsigte? modstand på mere end 100 SX· cm, et forhold mellem termiske og hurtige neutroner, der ligger 3 mellem 1000 og 1200, medens der ved et antal af de pr. cm 15 ønskede phosphoratomer på mellem 5 x 10"^ og 1 x 10"^ indstilles et forhold mellem termiske og hurtige neutroner, der ligger mellem 10 og 100. Ved højtdoteret materiale, alt- så ved silicium, hvor antallet af de pr. cm ønskede phos- 14 15 phoratomer N_. ligger mellem 1 x 10 og 5 x 10 , er mæng- 20 den af hurtige neutroner ved bestrålingen ikke mere så kritisk, og her er et forhold mellem termiske og hurtige neutroner på ca. 1 tilstrækkeligt. Til højere dotering af silicium med phosphor skal der i reglen anvendes så høje stråledoser, at en række sekundærreaktioner, der fører til lang-25 livede nucleider, indskrænker anvendelsen af fremgangsmåden.
I sådanne tilfælde er det formålstjenligt at gennemføre doteringen ved gængse metoder, f.eks. ved tilsætning af phosphor til smelten ved Czochralski's digeltrækningsmetode. En udretning af den ved denne metode over stavens længde og mod 30 stavens ende tiltagende doteringsprofil kunne i så fald eventuelt foretages i reaktoren ved neutrohinduceret kernomdannelse.
Til bestrålingen af udgangsmaterialet foreskrives svarende til mål- eller slutmodstanden eller den samlede dosis termiske neutroner den til enhver tid tilladelige mængde 35 hurtige neutroner, og bestrålingen gennemføres i reaktorsta- 6
DK 153429 B
O
tioner i overensstemmelse med angivelserne såsom samlet dosis og mindsteforholdet mellem termiske og hurtige neutroner. Det ønskede forhold mellem termiske og hurtige neutroner indstilles herved ved hjælp af moderatorer, der indsky-5 des mellem strålingskilde og det silicium, der skal bestråles. Ved lave slutmodstande, altså f.eks. ved tilsigtede specifikke modstande på 20 XX· cm eller mindre, svarende til en phosphorkoncentration på omkring 10*^ atomer pr. cm^ eller mere, kan det silicium, der skal bestråles, ophænges di-10 rekte i kernen i en letvandsreaktor, hvori et forhold mellem langsomme og hurtige neutroner på ca. 1 er typisk. Tilsigtes en højere specifik modstand for det bestrålede silicium, hvor forholdet mellem termiske og hurtige neutroner skal ligge mellem 10 og 100, kan i dette tilfælde silicium-15 staven f.eks. ophænges i kernen på en tungtvandsreaktor eller, dersom der anvendes en letvandsreaktor, indføres der mellem strålingskilden og det siliciumemne, der skal bestråles, et grafitlag af nødvendig tykkelse, hvorved en del af de hurtige neutroner bremses. Til den foretrukne frem- 20 stilling af højohmt silicium med en phosphorkoncentration 13 3 pa mindre end 5 x 10 phosphoratomer pr. cm svarende til en tilsigtet specifik modstand på mere end 100 Λ * cm, er det i hvert fald nødvendigt at bremse størstedelen af de hurtige neutroner ved indskydning mellem strålingskilde 25 og det silicium, der skal bestråles, af et materiale, der bremser hurtige neutroner, af tilsvarende tykkelse, f.eks.
et tilsvarende grafit- eller tungtvandslag, så at der fås et forhold mellem termiske og hurtige neutroner, der ligger mellem 1000 og 1200. I dette tilfælde anbefales det især at 30 foretage bestrålingen i grafitkappe i en tungtvandsreaktor.
Som strålingskilde egner sig her både kernereaktorer med konstant og med pulserende neutronflux. Til opnåelse af en så aksial modstandsfordeling som muligt i det siliciumemne, der bestråles, anbefales det især at foretage bestrålingen 35 i neutronfluxens flade område, altså i det flade område af DK 153429B .
O
7 neutronfluxkurven med tilsvarende ensartet neutronkoncentration. Til opnåelse af en jævn aksial modstandsfordeling er der også den mulighed at gennemføre bestrålingen i et om^-trent lineært faldende område af neutronfluxtætheden og ef-5 ter forløbet af halvdelen af bestrålingsvarigheden at dreje bestrålingsgodset én gang om sin længdeakse og derefter afslutte bestrålingen. Ønskes der til videreforarbejdning en siliciumstav med en langs stavens længde stigende modstandsfordeling, anbefales bestrålingen tilsvarende i neutronflux-10 tæthedens faldende område.
Før bestrålingen ætses materialet i reglen med høj-rene syrer eller fordelagtige syreblandinger eller poleres kemisk for at frigøre overfladen for forureninger, der ellers ville blive omdannet til langlivede radioaktive isoto-15 per. Som syrer, der kan anvendes enkeltvis eller i blandinger, egner sig herved især salpetersyre og flussyre, eventuelt blandet med eddikesyre. I stedet for salpetersyre kan der også med fordel anvendes hydrogenperoxid.
Det materiale, der skal bestråles, kan under bestrå-20 lingen i reaktoren bevæges i lodret retning, og desuden har det vist sig fordelagtigt til understøtning af en homogen bestråling at dreje bestrålingsgodset i neutronfluxen. Det gunstige område herfor strækker sig fra en enkelt omdrejning i løbet af hele bestrålingsprocessen til i særlige 25 tilfælde ca. 60 o/min.
Ved meget høje neutrondoser, altså når det drejer sig om en tilsigtet lav specifik modstand, kan det for at nedsætte bestrålingstiden være en fordel ved hjælp af gængs teknik at anvende i forvejen doteret materiale. Herved kan 30 nemlig en gradient i modstandsforløbet korrigeres ved hjælp af egnede bestrålingsforanstaltninger, men ikke de såkaldte "strrations", således som de optræder ved sædvanligt doteret, zonetrukket materiale.
Efter at det bestrålede materiales radioaktivitet ”3 35 er faldet til under den tilladelige grænse på 2 x 10 jx.
DK 153429B
O
8
Curie pr. gram, kan materialet fjernes fra reaktorstationen og videreforarbejdes. For at fjerne især metalliske tiloversblevne forureninger på overfladen anbefales en omhyggelig behandling med et alkalisk ætsmiddel, f.eks. 5-10%'s 5 vandig kaliumhydroxid ved en forhøjet temperatur på ca. 70--100°C. En tempering af et således fremstillet materiale er helt overflødig, idet de krystalskader, der optræder ved den beskrevne fremgangsmåde udbedres ved de forhøjede temperaturer, især ved de til fremstilling af konstruktionsele-10 menter nødvendige diffusionsprocesser. Eftersom den faktiske elektriske modstand ikke kan måles uden tempering, anvendes i disse tilfælde den rent teoretiske, ved hjælp af bestrålingsbetingelserne og krystallens fordotering udregnede modstandsværdi til færdiggørelsen af halvlederkonstruktions-15 elementerne. Som kontrol kan det imidlertid anbefales at tem-perbehandle en prøveskive af en bestrålet charge i nogle timer, i reglen ca. 1-8, fortrinsvis 3-7 timer, ved en temperatur på ca. 700-850°C, og derefter bestemme den specifikke elektriske modstand. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen 20 er det muligt her at anvende en ensartet tempermetode med henblik på udbedring af stråleskader, idet det naturligvis er uden betydning, om denne kun udføres som kontrol af modstanden og dermed som bekræftelse på en korrekt udført bestråling i kernereaktoren, eller af hensyn til en forenk-25 ling af det samlede materialeforløb - fælles for alt det bestrålede materiale. Grunden til, at den faktiske modstand først kan måles efter tempering, ligger i, at det bestrålede silicium har en meget høj elektrisk modstand, der kan forklares ved en tilsløring af de elektriske grundegenska-30 ber på grund af ødelæggelser i krystalgitteret. Det kan konstateres, at ved højere slutmodstande, afhængigt af andelen af hurtige neutroner i neutronfluxen under bestrålingen, optræder der en såkaldt "omvendt udbedring", dvs. at den straks efter bestrålingen målte meget høje modstand 35 falder under temperingen under den tilsigtede specifikke
DK 153429B
9
O
elektriske modstand og vender først ved endnu højere temperaturer, i reglen over 1100-1200°C, tilbage til den egentlige slutværdi. Ved højohmt materiale finder desuden en forskydning af udbedringstærsklen mod højere temperaturer sted, 5 således som det også konstateres i DE offentliggørelsesskrift nr. 2.607.414, hvor det foreslås at temperbehandle materialet ved en temperatur på ca. 1230°C i 8 timer, så at de elektriske måleværdier, især den specifikke elektriske modstand, ikke ændres yderligere under de efterfølgende di-10 fussionsprocesser. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvor der gås ud fra, at med stigende specifik slutmodstand skal andelen af de hurtige neutroner i neutronfluxen under bestrålingen holdes lav, at altså især ved meget høje specifikke slutmodstande skal andelen af hurtige neutroner i 15 neutronfluxen holdes under 0,1%, lykkes det allerede ved forholdsvis lave temperingstemperaturer på 700-850°C at udbedre samtlige de krystalskader, der påvirker den bestrålede krystals elektriske modstandsopførsel, således at man ved måling af det bestrålede materiale kan bestemme den en-20 delige værdi for den specifikke elektriske modstand, der ikke ændrer sig yderligere ved senere behandling ved forhøjet varme. Eftersom de optrædende krystalskader udbed-res kvantitativt allerede ved forholdsvis lave temperaturer, kan, som allerede anført, tempering udelades, da skaderne 25 alligevel udbedres ved de efterfølgende diffusionsprocesser.
Til helt specielt materiale med meget små tolerancer i slutmodstanden kan fremgangsmåden ifølge opfindelsen også anvendes gentagne gange til indstilling af modstanden med 30 forøget nøjagtighed, idet man nærmer sig den ønskede modstandsværdi approksimativt fra højere værdier. I dette tilfælde skal materialet naturligvis temperbehandles mellem de enkelte bestrålingstrin for at få nøjagtig oplysning om den til enhver tid opnåede specifikke elektriske modstand. Do- oe teringsfremgangsmåden ifølge opfindelsen kan naturligvis al- 0 10
DK 153429 B
tid anvendes med held, når det tilsigtes at bibringe silicium, ligegyldigt af hvilken art, en homogen phosphorkon-centration. Fremgangsmåden er således ikke begrænset til énkrystallinske siliciumstave, men kan ligeledes anvendes 5 på polykrystallinsk materiale af enhver form samt på udsavede, lappede, polerede eller epibelagte skiver.
Eksempel 15 zonetrukne højohme siliciumstave med n-ledning og 10 en længde på 50 cm og en diameter på 5 cm underkastes phos-phordotering ved hjælp af neutroninduceret kerneomdannelse.
Før bestrålingen poleres stavene ensartet med en syreblanding bestående af 32 volumendele 50-65%'s vandig salpetersyre og 11 volumendele 40%'s vandig flussyre. De ved frem-15 gangsmåden ifølge opfindelsen behandlede stave findes anført i tabel I. Til sammenligning bestråles 5 stave, hvis data er anført i tabel II, med neutrondoser, i hvilke der forekommer en til den tilsigtede specifikke slutmodstand for stor andel hurtige neutroner. Stavene med numrene 30636/4B, 2o 30636/4D, 30865/4ID, 30865/4IC og 20989/14 hænges til bestråling direkte i kernen i en letvandsreaktor, hvori der findes et forhold mellem termiske og hurtige neutroner på ca. 1. Siliciumstavene 31146/1, 30765/IB, 31102/41, 311541/311 og 31147/811 hænges direkte i kernen i en tungt-25 vandsreaktor med et forhold mellem termiske og hurtige neutroner på mellem 10 og 100. Stavene 41155/17, 23534/13A, 23352/2211, 31013/4 og 23 511/91 bestråles i den yderste grafitkappe i en tungtvandsreaktor, hvor der findes et forhold mellem termiske og hurtige neutroner på mellem 1000 30 og 1200. Stavene i letvandsreaktorens kerne drejes 180° omkring deres længdeakse efter forløbet af den halve bestrålingstid. Stavene i kernen i tungtvandsreaktoren drejes omkring deres længdeakse med 10 o/m i bestrålingstiden. Stavene i grafitkappen i tungtvandsreaktoren drejes omkring 35 deres længdeakse med 1 o/m. Med henblik på måling af den
DK 153429B
11 o fundne specifikke modstand, dvs. den faktiske modstand efter bestrålingen temperbehandles alle stave først ved 800°C i 7 timer. Den således konstaterede faktiske modstand ændrer sig hos de ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen be-5 strålede stave i tabel I ikke mere, selv efter en yderligere prøvetempering over 1000°C, medens de i tabel II anførte stave, der ikke bestråles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, efter en temperingstid på 7 timer ved 800°C udviser de anførte værdier, der afviger stærkt fra den specifikke 10 s lutmods tand. Først efter en tempering på over HOCpC (sta ve nr. 30865/41, 311541/311) , hhv. 1200°C (stave nr,.
308654/IC, 20989/14 og 31147/811) nærmede de faktiske værdier for den specifikke modstand sig den specifikke s'lutmod-stand, hvorefter den anførte neutrondosis var beregnet.
15 Således som det ses af eksemplerne i tabellerne, mu liggør fremgangsmåden ifølge opfindelsen for alle modstandsområder en ensartet temperingsmetode ved forholdsvis lave temperaturer til bestemmelse af den umiddelbart efter bestrålingen, men på grund af krystalskader tilslørede fak-20 tiske værdi for den specifikke modstand.
25 30 35
DK 153429 B
12
Ti P cT'g1 tyi&i&itPtn&i&itnd’tn os-h o g d c d
g ΜΗ H O "H- O -ri O -ri c -ri O Ή O -ri O Ή O ·Η O-H -O-H
•ni· Od OG <N d OG OG OG Od 0,59,5 Od
• Ti P in TJ CO Ti oo Ti σ·, Ti HT) oo Ti OTi O Ti CM Ti OOTJ
o (5 4jC h <D cm (D <U CD T (D H (D N ID CO <D c^J <U N d)
(DnJW1—1 Η Η Η rH rH Η H H rH H
(2,-p d) I I I I I I I III
to μλ^" dddddddddd
Ti d · Ti
(d υ G
4J (D cd 1—1 en Οι-P g
Ti t n en o O Ti m in CO H m m 0)g -p O · - -O oo - - Λ tnm <D g _i oOO^ooHcoOcMin rH d Ti+jQ CM CM CM (Νΐησ>·^·ί·
*©· Η β 3“ H CM
m tn 3Η(Λ •H fe 03 ^
Φ P M CD M
d -Η I Ή om jj ndi ·>τ -¾1 co co co coco
p -H d Ό g Η Η Η Η Η Η Η Η Η H
+) o Hduro o o o o o o o o og
d (D 01 (i! g Η Η Η Η Η Η Η H HH
den · t n O X O X OX OX - X HX co X OX OXOX
O Ti w pi ci . cm cm ^ oo cm in en (D φ (DO1—‘Η si* m co co i'' co m co Η Γ-· CM CM
tjlTi Qt g ΛΓΗ CO·'-*·*·*·--***·*· -H CD co ' " S cm cm cm rH in cm σ> m cocm -P M η P tn d d -
H ,d s. CM
a) I
Λ h d en g
Cd CD CD -H O
Eh Ti Ti en
d O
td cd d Γ' ιη·Μ· r-' t*- t*» oo σι s_i dH inincDioincMcoininco £ U-j O O **·
(D PH rHHHincMH'vCCMHO
Ti -P Η Η Η H
Ti d d ·
<D <D
g -P S -P
CD
tn d . · d en ^
•H CD
•ti S O O O O O
ΡΛ l M oooooooo
-p dTientn OOOCMCMCMCMCM
end OH -HH hhhhhhhh <D(D POg-PH Η I I I I 1 I 1Λ men -P mi P P > >00000000 Η dPOdC C H H H O O O O o cDdio-pm! ° g o o o
TilSMHdd HHHHH
ti •H i—1
ih (D rij H
η, p rn P m H n- co CM H
o g ^^HrH'tfHHCM^Cn d \
d CDCDCOinCMin'M’COCOrH
> coco'crvoOmcoinHH
(d coioHr-HHincoOm 4J OOHOHHC0C0HC0
01 COCOCOCOCO^fCMCMCOCM
DK 153429 B
13 g g- ^ (O irt +i h r-i tn tn tn - -tn tn
tn.ns g \. C C G C C
1j M O -ri -ri irt -ri -r)
- O -P O G O'G OG OG OG
g tn · o "G O'o-Ot Lfitj ot ø . O ø O 4). «"> <D °°φ mø . 4) G LO i—i in H _ in H i—IH ΓΟΗ © —1 I ,lf I I i
§> G-. G tg sg; G G
SP'lW i I ' ...
i __ f© .Stt^ li i ^ |G β :& ^ i I .1 „
Jri & S).*» -V Lrø O to j -Η i Ό 0 G Φ ’JO ¢¢^ LO - j _ i©_ ^ .'fjJ-ilJ |·(0 »· il r<*H t—j rH 1 f (Sjj - JøHflrf " ' '' ±| <§ i -" -- G ΊΤ3 ^-^-¾¾¾ I ! -P 0 © -P“-“ -1 ' .G .g d ivs li 0 -ι-P ?H® G G h to 1—1 ø t n
tn I -H
.•ri φ +J i—i tfl ro ro <ro ro ro
© ;L^ ' G © g i—I 1—I ; Η , Η H
4),¾ H G Øro O O © O O
'G irt tn G g i—I H Hl Η H
ij ih +) · o O m o «> O
H •Gj'x m X r- i* H33 OK f" !*! Hø OGCf ft h h ™ ,h , ni øø ø Ol—* H ro ’ H i <æ> ; σι 'G Οι ftgfft m - I »i 7
H G ω 01°¾ ro i H H
H G
0 H G t —> i
0 O 0 CN
Λ -μ Λ! I I
G tn tn tn g 1
Eh G -Gø G ·©- ω ·-> ; o o !
m G g h ί Γ"~ CN H
0 G H i lo ro O Ή oo G 'G O O I “ - - - *
0 Gi—I ! H I—I H CN O
G -P i ”G G G · 0 Mrt 0 g |S -G .
’t1 tn G .·
G
-Η -P ^ H 0 •G G , ^ _ G tn i r^i o o
.pø G © tn tn O O
ØG 0 H H -H HH
00 G 0 g -P Η Η Η I 1
PG 43 -P ,G G G % ^ O O
G G 0 G > ί ^ Η H
ø o -p 4d c
S ή G G
H
0 Q U HH
G Η H ro H
g H \ 00 G \ \ \ H v.
p in lo σι r~ > LO lo oo LO sf
G oo oo σι Η H
P O O O H H
co ro ro cn ro ro
Claims (1)
10 N3T^" " hvor N-n er antallet af ^Si-isotoper^orii cm£^~4-^^07l3 barn af reaktionstværsnittet, <jp er fluxtætheden i termiske neutroner pr. cm3, og t er bestrålingstiden i sekunder, og 15 ved hvilken der efter neutronbestrålingen gennemføres en temperproces ved en temperatur mellem 700 og 250°C, kendetegnet ved, at man i et første målområde med et 13 ”3 antal phosphoratomer <5 • 10 cm indstiller for holdet mellem termiske og hurtige neutroner mellem 1000 og 20 1200, i et andet målområde med et antal phosphoratomer mellem 5 · lO"*-3 og 1 10^ cm 3 indstiller dette forhold ^ v 14 mellem 10 og 100 og i et tredie målområde N_. ^ 1 · 10 -3 J r cm indstiller dette forhold på ca. 1. 25 30 35
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2753488A DE2753488C2 (de) | 1977-12-01 | 1977-12-01 | Verfahren zur Herstellung von n-dotiertem Silicium durch Neutronenbestrahlung |
| DE2753488 | 1977-12-01 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DK534978A DK534978A (da) | 1979-06-02 |
| DK153429B true DK153429B (da) | 1988-07-11 |
| DK153429C DK153429C (da) | 1988-12-27 |
Family
ID=6025036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DK534978A DK153429C (da) | 1977-12-01 | 1978-11-29 | Fremgangsmaade til fremstilling af n-doteret silicium ved neutronbestraaling |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4260448A (da) |
| JP (1) | JPS5814066B2 (da) |
| DE (1) | DE2753488C2 (da) |
| DK (1) | DK153429C (da) |
| FR (1) | FR2410871A1 (da) |
| GB (1) | GB2012482B (da) |
| IT (1) | IT1106372B (da) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4836788A (en) * | 1985-11-12 | 1989-06-06 | Sony Corporation | Production of solid-state image pick-up device with uniform distribution of dopants |
| JPS62257723A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-10 | Toshiba Ceramics Co Ltd | シリコンウエ−ハの製造方法 |
| JP2572051B2 (ja) * | 1986-12-03 | 1997-01-16 | 東芝セラミツクス株式会社 | エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法 |
| DE3714357C2 (de) * | 1986-04-30 | 1994-02-03 | Toshiba Ceramics Co | Siliciumwafer und Verfahren zu dessen Herstellung und Siliziumwafer-Auswahleinrichtung |
| US4857259A (en) * | 1986-05-16 | 1989-08-15 | Westinghouse Electric Corp. | Neutron dosimeter |
| JPH02149362U (da) * | 1989-05-24 | 1990-12-19 | ||
| US6034408A (en) * | 1998-05-14 | 2000-03-07 | International Business Machines Corporation | Solid state thermal switch |
| KR20010070619A (ko) * | 2001-05-28 | 2001-07-27 | 류근걸 | 중성자 변환 도핑을 위한 저항 안정화 열처리 기술 |
| US6964917B2 (en) * | 2003-04-08 | 2005-11-15 | Cree, Inc. | Semi-insulating silicon carbide produced by Neutron transmutation doping |
| US6974720B2 (en) * | 2003-10-16 | 2005-12-13 | Cree, Inc. | Methods of forming power semiconductor devices using boule-grown silicon carbide drift layers and power semiconductor devices formed thereby |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL258192A (da) * | 1959-12-15 | |||
| US3255050A (en) * | 1962-03-23 | 1966-06-07 | Carl N Klahr | Fabrication of semiconductor devices by transmutation doping |
| DE1948884B2 (de) * | 1969-09-27 | 1971-09-30 | Verfahren zum beseitigen von inversionsschichten | |
| DE2356376A1 (de) * | 1973-11-12 | 1975-05-15 | Siemens Ag | Verfahren zum herstellen von homogen dotierten siliciumeinkristallen mit n-leitfaehigkeit durch neutronenbestrahlung |
| DE2362264B2 (de) * | 1973-12-14 | 1977-11-03 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum herstellen von homogen n-dotierten siliciumeinkristallen durch bestrahlung mit thermischen neutronen |
| DE2433991A1 (de) * | 1974-07-15 | 1976-02-05 | Siemens Ag | Verfahren zum dotieren einer halbleiterschicht |
| DE2519663A1 (de) * | 1975-05-02 | 1976-11-11 | Siemens Ag | Verfahren zum herstellen von direkt-beheizbaren siliciumrohren |
| DE2552621C3 (de) * | 1975-11-24 | 1979-09-13 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren zum Herstellen von n-dotierten Siliciumeinkristallen mit in radialer Richtung tellerförmigem Profil des spezifischen Widerstandes |
| US4129463A (en) * | 1977-06-29 | 1978-12-12 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Polycrystalline silicon semiconducting material by nuclear transmutation doping |
-
1977
- 1977-12-01 DE DE2753488A patent/DE2753488C2/de not_active Expired
-
1978
- 1978-03-23 US US05/889,172 patent/US4260448A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-10-18 JP JP53127443A patent/JPS5814066B2/ja not_active Expired
- 1978-11-29 IT IT52132/78A patent/IT1106372B/it active
- 1978-11-29 DK DK534978A patent/DK153429C/da not_active IP Right Cessation
- 1978-11-30 FR FR7833794A patent/FR2410871A1/fr active Granted
- 1978-12-01 GB GB7846933A patent/GB2012482B/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5814066B2 (ja) | 1983-03-17 |
| DK534978A (da) | 1979-06-02 |
| DE2753488A1 (de) | 1979-06-07 |
| FR2410871A1 (fr) | 1979-06-29 |
| IT7852132A0 (it) | 1978-11-29 |
| GB2012482B (en) | 1982-05-06 |
| DK153429C (da) | 1988-12-27 |
| FR2410871B1 (da) | 1982-12-10 |
| GB2012482A (en) | 1979-07-25 |
| JPS5477063A (en) | 1979-06-20 |
| US4260448A (en) | 1981-04-07 |
| DE2753488C2 (de) | 1986-06-19 |
| IT1106372B (it) | 1985-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DK153429B (da) | Fremgangsmaade til fremstilling af n-doteret silicium ved neutronbestraaling | |
| Friedland et al. | Study of silver diffusion in silicon carbide | |
| US4910156A (en) | Neutron transmutation doping of a silicon wafer | |
| Angelucci et al. | Temperature and Time Dependence of Dopant Enhanced Diffusion in Self‐Ion Implanted Silicon | |
| Leenaers | Surface-engineered low-enriched Uranium-Molybdenum fuel for research reactors | |
| JPH07191176A (ja) | 少なくとも１種類の冷却材を原子炉集合体に統合した高速中性子原子炉 | |
| Grigoriev et al. | The radiation hard BGO crystals for astrophysics applications | |
| Wiss et al. | Microstructure characterisation of irradiated Am-containing MgAl2O4 (EFTTRA-T4) | |
| JP2854786B2 (ja) | シリコンウェーハの製造方法 | |
| Dovbnya et al. | Radiation Technologies in Formation of the Condensed State of Atomic Structure in Crystal Materials (Physical Methodology for Radiation Process Development) | |
| Amaya et al. | Behaviors of High-burnup LWR Fuels with Improved Materials under Design-basis Accident Conditions | |
| Stogov et al. | Experimental Determination of the Effective Resonance Absorption Integrals of 238 U and 158 Gd in Urania–Gadolinia Rods | |
| Moore et al. | In-pile irradiation induced defects and the effect on thermal diffusivity of MgO | |
| Clay | Assessing the Radiation Tolerance of 3C Silicon Carbide and Silicon Carbide Composites | |
| TW408196B (en) | Neutron transmutation doping of silicon single crystals | |
| Shirai et al. | Radiation damage and the recovery of neutron-irradiated TiAl studied by positron lifetime spectrometry | |
| McDonald et al. | Void Swelling Behavior of Types 304 and 316 Stainless Steel Irradiated with 4-MeV Nit lons | |
| Salamon et al. | Cluster formation during irradiation with 2 MeV electrons | |
| Maeta et al. | Recovery of zinc single crystals after fast-neutron irradiation at 5 K | |
| Tirsell et al. | β-γ (CP) correlation studies of 72Ga and spin assignments in 72Ge | |
| Bloch | EFFECT OF IRRADIATION OF NEUTRONS ON THE URANIUM-IRON ALLOYS DILUTE IN IRON | |
| RU2162256C1 (ru) | Способ снижения концентрации радиационных дефектов в нейтронно-легированном кремнии при импульсном облучении | |
| JP2572051B2 (ja) | エピタキシャル成長用シリコンウェーハ及びその製造方法 | |
| Hayashi et al. | Radiation damage of UO2 implanted with 100 MeV iodine ions | |
| Masahiro | in Germanium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PBP | Patent lapsed |