PL91842B1 - - Google Patents

Download PDF

Info

Publication number
PL91842B1
PL91842B1 PL1974174329A PL17432974A PL91842B1 PL 91842 B1 PL91842 B1 PL 91842B1 PL 1974174329 A PL1974174329 A PL 1974174329A PL 17432974 A PL17432974 A PL 17432974A PL 91842 B1 PL91842 B1 PL 91842B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
silicon
germanium
alloy
monocrystalline
produced
Prior art date
Application number
PL1974174329A
Other languages
English (en)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Publication of PL91842B1 publication Critical patent/PL91842B1/pl

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/261Bombardment with radiation to produce a nuclear reaction transmuting chemical elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/20Doping by irradiation with electromagnetic waves or by particle radiation
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K5/00Irradiation devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania jednorodnie domieszkowanych monokrysztalów krzemu o przewodnosci typu p, przy uzyciu galu jako materialu domieszkowego, przez napromieniowanie neutronami.Domieszkowanie krystalicznych pretów krzemu osiaga sie na ogól przy osadzaniu krzemu z fazy gazowej, za posrednictwem termicznego i/lub pirolitycznego rozkladu zwiazku krzemu o postaci gazowej, na ogrzanym nosniku w postaci preta z tego samego materialu. Przy tym do zwiazków krzemu o postaci gazowej zostaja domieszane materialy domieszkowe, które rozkladaja sie na nosniku. Tak wytworzone krystaliczne prety krze¬ mu sa polikrystaliczne i musza byc doprowadzane do stanu monokrystylicznego w dodatkowym procesie stapia¬ nia strefowego. Przy tym nastepuje zmiana koncentracji domieszek, czesto w sposób niemozliwy do skontrolowa¬ nia jfralezy ustawiac o wiele wyzsze koncentracje domieszek aby wreszcie otrzymac w produkcie koncowym zadana koncentracje, ewentualnie po kilku procesach stapiania strefowego.Te metody sa pzasochlonWi niedokladne. Uzywana przy nich aparatura pracuje z zadowalajacymi tylko do pewnego stopnia wynikami i przy duzych kosztach.Inne sposoby produkcji domieszkowanych pretów krystalicznych krzemu znane sa z opisów patentowych ogloszeniowych RFN nr 1554276 i 2020182. Przy tych sposobach material domieszkowy doprowadzany jest do stopionego krzemu w postaci gazowej, wewnatrz pojemnika z wytworzona próznia, przy czym material domiesz¬ kowy nadmuchiwany jest przy pomocy strumienia gazu nosnego, podczas beztyglowego stapiania strefowego, ( bezposrednio na strefe stapiania. Jako materialy domieszkowe stosuje sie przy tych sposobach, wygodne w stoso¬ waniu i latwe do sprezenia zwiazki boru i fosforu. Dozowanie ilosci materialu domieszkowego regulowanejest tu przez wentyle. Wielka wada tego sposobu polega na tym, ze uzywane do dozowania wentyle nie pracuja doklad¬ nie. Cierpi na tym mozliwosc reprodukcji domieszkowania tak wytwarzanych pretów krystalicznego krzemu.Ponadto sposoby terdaja w efekcie wieksza lub mniejsza niejednorodnosc rozkladu domieszek po stapianiu strefowym.Do wytwarzania krzemu domieszkowanego p -wykorzystuje sie takze czesto pierwiastek gal. Rozklad tego materialu domieszkowego w siatce krystalicznej krzemu równiez nie jest wystarczajaco jednorodny. Dotyczy to2 91842 zwlaszcza krzemu o duzej opornosci. Ze wzgledu na stosunkowo maly wspólczynnik rozkladu, bardzo trudne Jest docelowo jednorodne wbudowanie galu w krzem. Wyprodukowane z tego materialu elementy pólprzewodni¬ kowe nie moga utrzymac optymalnych parametrów, poniewaz wahania koncentracji materialu domieszkowego w trakcie wzrostu monokrysztalów przy stapianiu strefowym, powstale na skutek tworzenia skosów i nierówno¬ miernego rozkladu temperatur w obszarze stopionym, znajduja odbicie w niejednorodnym radialnie i osiowo ' rozkladzie opornosci, np. przy wystepowaniu „prazkowania", to jest w przyblizeniu periodycznie wystepujacych niejednorodnosci wahan koncentracji w krysztale, Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania krysztalów krzemu o przewodnosci p przy uzy¬ ciu galu jako domieszki, przy zapewnieniu jednorodnosci wbudowywania domieszki w siatke krystaliczna krze¬ mu. Poza tym w prosty i racjonalny sposób, niezaleznie od srednicy preta, lecz poprzez jego dlugosc i przekrój, powinna nastepowac regulacja jednorodnego i wolnego od „prazkowania" domieszkowania w krysztale krzemu.Wynalazek wykorzystuje przy tym fakt, ze krzem i german w kazdym stosunku, a wiec bez zakresu mieszanin, daja sie dobrze mieszac i ze mozliwe jest uzyskanie jednorodnego rozkladu domieszek przez napromienianie siatki krystalicznej neutronami.Wedlug wynalazku proponuje sie wiec najpierw wytworzenie stopu krzemu i germanu z dominujaca siatka krzemu, nastepnie doprowadzenie stopu do stanu 'monokrystalicznego, a wreszcie monokrysztalu krzemu zawie¬ rajacego german napromienianiu neutronami termicznymi, przy czym zgodnie ze znana reakcja jadrowa. .;J1 70Ge/n.T/7lG*-* 7iGa w stopie monokrystalicznym wytworzona zostanie dodatkowa ilosc galu. .Reakcje jadrowe przebiegajace z izotopami germanu (bez przejsc izomerowych) sa nastepujace: 7bGe/n?7/ 71Ge^7lGa -staMny O) 74Ge/n,y/ 75Ge^75As -stabilny' (2) 7 6Ge /n,7/ 77 Ge £~7 7As & 7 Se ^stabilny (3) Przy tym eoznacza wychwyt elektronu warstwy K przy emitowaniu chatakterystycziiego promieniowania Roent¬ gena, a n napromieniane neutrony.Reakcja (1) jest dominujaca. W krzemie, dzieki istnieniu naturalnego izotopu *?Si, przy przyjmowaniu neutronu termicznego i wydzielaniu promieniowania y wytwarza sie niestabilny izotop 3! Si który przy emitowa¬ niu promieni # przechodzi w stabilny 3 ! P (fosfor).n Przebiegajaca reakcje jadrowa 3aSi/n,7/ .3iSi£'3iP nalezy uwzgledniac przy radiogenicznym domieszkowaniu stopu krzemu i germanu.Mozliwe do osiagniecia domieszkowanie wynosi Cp = 1,7 10 *V; • t (koncentracja fosforu w atomach);,cm3 Dla reakcji (1), (2) i (3) obowiazuje: l.CGa = 3,0 10"2 0 • t (koncentracja galu w atomach/cm3) 2. CAs = 1,1 10"1 0 • t (koncentracja arsenu w atomach/cm3) 3. CSe = 1,0 10"3 • t (koncentracja selenu w atomach/cm3) Pod wyrazeniem ffl- t nalezy rozumiec iloczyn ze strumienia neutronów/cm2 i czasu napromieniowania w sek.Zakres wynalazku obejmuje stosowanie stopu krzemu i germanu,w którym udzial germanu wynosi najwy¬ zej 10%. Aby siatka krzemu pozostala dominujaca, zaleca sie dodawac do krzemu mniej niz 1% germanu, Celowymjest wytwarzanie stopu metoda stapiania strefowego.Aby dla napromieniania neutronami otrzymac krysztal wolny od przemieszczen, poddaje sie zawierajacy german monokrysztal krzemu dodatkowemu procesowi stapiania strefowego, przy którym stosuje sie znane sposoby uzyskiwania materialu wolnego od przemieszczen (np.cienkie krysztaly zarodkowe). Uzywajac dla doprowadzenia do stanu monokrystalicznego krysztalów zarodkowych o orientacji (111), (100) lub (115) ulat¬ wia sie znacznie, wytwarzanie krzemu wolnego od przemieszczen równiez dla wiekszych srednic preta.91842 3 W rozwinieciu pomyslu wynalazku przewidziano, ze zawierajacy german monokrysztal krzemu podczas napromieniania w polu neutronów bedzie sie obracal wokól swojej podluznej osi.Jako /rodla promieniowania uzywa sie w znany sposób reaktora jadrowego, typu reaktora z woda zwykla, z woda ciezka lub z moderatorem grafitowym.Figura pokazana na rysunku przedstawia schematycznie ulozenie. wytopionego strefowo i wolnego do przemieszczen preta krzemowego (1) o orientacji (111), stopionego z objetosciowo 2% germanu, przy napromie¬ nianiu w polu neutronów. To ostatnie przedstawiono przy pomocy punktów (2). Strzalka (3) wskazuje obrót preta (I) podczas napromieniania,wokól jego osi potiluznej (4).W oparciu o dwa przyklady wykonania blizej wyjasniono sposób wedlug wynalazku.Przyklad I. Jako material wyjsciowy stosuje sie polikrystaliczny pret krzemowy o dlugosci 900 mm i srednicy 35 mm, który przy wielkiej czestotliwosci posiada opornosc wlasciwa 900 il*cm typu p. Odpowiada to 1.5*101 3 akceptorom/cm3.Do tego preta dodaje sie objetosciowo 1,2% germanu i przy pomocy stapiania strefowego wytwarza sie stop krzemu zawierajacy german. Wreszcie w nastepnym procesie stapiania strefowego w ochronnej atmosferze argonu, dzieki zatopieniu krysztalu zarodkowego o orientacji (111), wytworzony zostaje wolny od przemiesz¬ czen pret monokrystaliczny.Cel domieszkowania typu p krzemowego preta monokrystalicznego wynosi 500O*cm, to jest 2,78*1013 akceptorów/cm3.Napromienianie w reaktorze strumieniem neutronów ($*t) o gestosci 2,5*10*7 atomów/cm2)(czas napro¬ mieniania 1 godzina) daje w efekcie zmiane domieszkowania krzemu (ze wzgledu na wytworzony fosfor) na 4,0*1013 donarów/cm3 oraz przemiane atomów germanu na atomy galu, odpowiednio 5,3*1013 akcepto¬ rów/cm3 .Z tego wynika koncentracja akceptorów (domieszka galu) równa 2,8*lQl3akceptorów/cm3 = 500G*cm.Przyklad II. Material wyjsciowy: polikrystaliczny pret krzemowy o opornosci wlasciwej równej 40CK2*cm, typu n. Odpowiada to 1,3* 1013 donorom/cm3; udzial germdnu objetosciowo 3%. Krysztal zarodko¬ wy o orientacji (111); cel - domieszkowanie p, 180O*cm, to jest 7,7* 101 3 akceptórów/cm3; strumien neutro¬ nów 2,5* 1017 atomów/cm2 (czas napromieniania 1 godzina); wytworzone atomy galu -- l ,3* 1014 atomów/cm3; wynikowa koncentracja akceptorów przy uwzglednieniu zmiany domieszki krzemowej (z powodu wytworzonego fosforu) 7,7* 101 3akceptorów/cm3 = 180n*cm.W rozwinieciu pomyslu wynalazku przewidziane jest wygrzewanie napromienionego monokrystalicznego preta krzemoSwego w mrze krzemowej, w temperaturze powyszej 1000PC i przez czas co najmniej 1 godz, w celu naprawienia mozliwych uszkodzen siatki krystalicznej. Proces ten mozna jednak pominac, jezeli material pólprzewodnikowy bedzie dalej przetwarzany na podzespól i przy dalszym przetwarzaniu beda musialy byc przeprowadzane procesy w wysokiej temperaturze (dyfuzje w wysokiej temperaturze).Sposób wedlug wynalazku daje dwie mozliwosci dokladnej regulacji domieszkowania typu p w krysztale krzemu za pomoca dwóch parametrów: poprzez udzial germanu w stopie krzemu oraz poprzez intensywnosc wzglednie czas trwania napromieniania.Dopiero dzieki metodzie bedacej przedmiotem wynalazku udalo sie jednorodne domieszkowanie galem, monokrystalieznych pretów krzemowych o stosunkowo duzych srednicach, w sposób wolny od przemieszczen i prazkowania. Takie prety wykorzystuje sie zwlaszcza do wytwarzania liczników czastek,jak detektory promie¬ niowania lub licznik warstw granicznych. PL

Claims (9)

  1. Zastrzezenia patentowe V 1. .,,* 1.Sposób wytwarzania jednorodnie domieszkowanych monokrysztalów krzemu o przewodnosci typu p przy uzyciu galu jako materialu domieszkowego, przez napromienianie, znamienny tym, ze najpierw wytwarza sie stop krzemu i germanu z dominujaca siatka krzemu, stop krzemu i germanu doprowadza sie do stanu mono¬ krystalicznego i zawierajacy german monokrysztal krzemu poddaje sie napromienianiu neutronami termicznymi, przy czym zgodnie ze znana reakcjajadrowa "vfl 70Ge/nf7/71Ge^71Ga w stopie monokrystalicznym wytworzona zostanie dodatkowa ilosc galu.
  2. 2. Sposób wedlug zastrz.l,z namienny ty m,ze wytwarzany jest stop krzemu i germanu o udziale objetosciowym germanu od 10 ~* do najwyzej 10%.4 91842
  3. 3. Sposób wedlug zastrz.l .znamienny t y m, ze stop wytwarzany jest metoda stapiania strefowego.
  4. 4. Sposób wedlug zastrz.l,z namlenny t y m, ze do doprowadzania do stanu monokrystalicznego sto¬ sowany jest krysztal zarodkowy o orientacji (111),(100) ,iub (1l/5)i '
  5. 5. Sposób wedlug zastrz.l,z namlenny tym, ze zawierajacy geflftan monokrysztal krzemu poddawa¬ ny jest dodatkowemu procesowi stapiania strefowego w celu uzyskania materialu wolnego od przemieszczen.
  6. 6. Sposób wedlug zastrz.l, znamienny tym, ze zawierajacy german monokrysztal krzemu, w czasie napromieniania w polu neutronowym jest obracany wokól swojej podluznej osi.
  7. 7. Sposób wedlug zastrz.l, znamienny tym, ze zawierajacy german monokrysztal krzemu jest wygrzewany w rurze krzemowej w temperaturze wyzszej niz 1000°C 1 przez czas co najmniej lgodz.,wcelu naprawienia mozliwych uszkodzen siatki krystalicznej.
  8. 8. Sposób wedlug zastrz.l, znamienny tym, ze dla wytworzenia monokrystalicznego krzemu z do¬ mieszkowaniem typu p, o opornosci wlasciwej 50012*cm materialem wyjsciowym jest Btop krzemu o zawartosci objetosciowo 1,2% germanu i o opornosci wlasciwej 90012*cm (typu p) a gestosc strumienia neutronów (0*t) ustawia sie na wartosc 2,5 • 1017 atomów/cm2.
  9. 9. Sposób wedlug zastrz.l,z namienny tym, ze dla wytworzenia monokrystalicznego krzemu z do¬ mieszkowaniem typu p o opornosci wlasciwej 18012*cm, materialem wyjsciowymjest stop krzemu o zawartosci objetosciowo 3% germanu i o opornosci wlasciwej 40012*cm (typu n) a gestosc strumienia neutronów (0*t) ustawia sie na wartosc 2,5* 10 atomów/cm2. c^@z%\/). . • • • * Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 10 zl PL
PL1974174329A 1974-02-18 1974-09-25 PL91842B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2407697A DE2407697C3 (de) 1974-02-18 1974-02-18 Verfahren zum Herstellen eines homogen Ga-dotierten Siliciumeinkristalls

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PL91842B1 true PL91842B1 (pl) 1977-03-31

Family

ID=5907718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL1974174329A PL91842B1 (pl) 1974-02-18 1974-09-25

Country Status (12)

Country Link
JP (1) JPS5329572B2 (pl)
AT (1) AT339379B (pl)
BE (1) BE816719A (pl)
DE (1) DE2407697C3 (pl)
DK (1) DK658274A (pl)
FR (1) FR2261055B1 (pl)
GB (1) GB1442930A (pl)
IT (1) IT1031627B (pl)
NL (1) NL7410745A (pl)
PL (1) PL91842B1 (pl)
SU (1) SU717999A3 (pl)
ZA (1) ZA746269B (pl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9799736B1 (en) 2016-07-20 2017-10-24 International Business Machines Corporation High acceptor level doping in silicon germanium

Also Published As

Publication number Publication date
FR2261055B1 (pl) 1979-01-05
DE2407697C3 (de) 1978-11-30
AT339379B (de) 1977-10-10
ZA746269B (en) 1975-10-29
GB1442930A (en) 1976-07-14
SU717999A3 (ru) 1980-02-25
JPS5329572B2 (pl) 1978-08-22
JPS50120253A (pl) 1975-09-20
DE2407697A1 (de) 1975-09-18
BE816719A (fr) 1974-10-16
ATA667874A (de) 1977-02-15
DE2407697B2 (de) 1978-04-06
IT1031627B (it) 1979-05-10
FR2261055A1 (pl) 1975-09-12
NL7410745A (nl) 1975-08-20
DK658274A (pl) 1975-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Parkes et al. The fabrication of p and n type single crystals of CuInSe2
Collins et al. Properties of silicon doped with iron or copper
US3218205A (en) Use of hydrogen halide and hydrogen in separate streams as carrier gases in vapor deposition of iii-v compounds
Shlimak Neutron transmutation doping in semiconductors: science and applications
US5792256A (en) Method for producing N-type semiconducting diamond
Kaneko et al. A new method of growing GaP crystals for light-emitting diodes
US3967982A (en) Method of doping a semiconductor layer
Wang et al. High purity germanium crystal growth at the University of South Dakota
CA1068583A (en) Method of producing homogeneously doped semiconductor material of p-conductivity
US4135951A (en) Annealing method to increase minority carrier life-time for neutron transmutation doped semiconductor materials
PL91842B1 (pl)
CA1045523A (en) N-conductivity silicon mono-crystals produced by neutron irradiation
Yu et al. Growth of crystalline silicon for solar cells: Czochralski Si
Wiedemeier et al. Chemical Vapor Transport and Crystal Growth of the Hg0. 8Cd0. 2Te System, Crystal Morphology and Homogeneity
CN113622017A (zh) 一种单晶硅掺杂方法及单晶硅制造方法
Champness Melt-grown CuInSe 2 and photovoltaic cells
Khoo et al. Interstitial hydrogen in crystalline germanium
US2955966A (en) Manufacture of semiconductor material
US4126509A (en) Process for producing phosophorous-doped silicon monocrystals having a select peripheral dopant concentration along a radial cross-section of such monocrystal
WO2023199954A1 (ja) 不純物ドープ半導体の製造方法
Fiorito et al. A Possible Method for the Growth of Homogeneous Mercury Cadmium Telluride Single Crystals
JP2717256B2 (ja) 半導体結晶
JPS584812B2 (ja) カクハンノウオリヨウシテ ハンドウタイケツシヨウボウニド−プブツシツオフクマセルソウチ
Pickering et al. Variation of carrier concentration in Pb0. 8Sn0. 2Te with annealing and growth temperature
US10290752B1 (en) Methods of doping semiconductor materials and metastable doped semiconductor materials produced thereby