RU2202655C1 - Способ получения резистентного кремния - Google Patents
Способ получения резистентного кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2202655C1 RU2202655C1 RU2002110656A RU2002110656A RU2202655C1 RU 2202655 C1 RU2202655 C1 RU 2202655C1 RU 2002110656 A RU2002110656 A RU 2002110656A RU 2002110656 A RU2002110656 A RU 2002110656A RU 2202655 C1 RU2202655 C1 RU 2202655C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- concentration
- type conductivity
- type
- production
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электронной технике, а именно к технологии получения полупроводниковых материалов, устойчивых к воздействию радиации и температурных полей. Способ может найти применение при производстве полупроводниковых приборов, работающих в полях ионизирующего излучения: в космосе, атомных реакторах и др. Сущность изобретения. способ получения резистентного кремния n-типа проводимости заключается в обработке поликристаллического кремния р-типа проводимости методом многопроходящей бестигельной зонной плавки с введением в расплавленную зону термостабилизирующих примесей с концентрациями от 1•1013 до 1•1014 см-3. Затем проводят последующее охлаждение полученного легированного высокоомного монокристалла кремния р-типа проводимости с концентрацией по бору от 1•1012 до 5•1012 см-3 до комнатной температуры со скоростью не выше 1 град./мин. После этого с помощью прецизионного нейтронного трансмутационного легирования получают монокристалл кремния n-типа проводимости с концентрацией по фосфору, превышающей в 1,5-2 раза уровень остаточной концентрации по бору. Технический результат изобретения заключается в повышении времени жизни неосновных носителей заряда, уменьшении разброса удельного электросопротивления по объему монокристалла и сохранении указанных параметров кремния при многокомпонентных внешних воздействиях в процессе изготовления и эксплуатации приборов на его основе в силовой электронике. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно к технологии получения полупроводниковых материалов, устойчивых к воздействию радиации и температурных полей. Способ может найти применение при производстве полупроводниковых приборов, работающих в полях ионизирующего излучения: в космосе, атомных реакторах и др.
Известен способ легирования кремния переходными или редкоземельными металлами, приводящий к повышению его термостабильности (Глазов В.М. и др. "О возможности повышения термостабильности кремния путем его легирования переходными либо редкоземельными металлами", Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, 9, с.1025-1028). Недостатком способа является то, что он не обеспечивает в достаточной степени стойкости получаемого кремния к многокомпонентным внешним воздействиям.
Известен также способ получения легированного монокристаллического кремния путем облучения исходного кристалла тепловыми нейтронами (SU 717999 А, опублик. 25.02.80).
Недостаток известного способа заключается в том, что при облучении потоком тепловых нейтронов он не обеспечивает высокого удельного электросопротивления (более 1 кОм•см) и времени жизни неосновных носителей заряда более 500 мкс.
Технический результат, достигаемый в предложенном изобретении, заключается в повышении времени жизни неосновных носителей заряда, уменьшении разброса удельного электросопротивления по объему монокристалла и сохранении указанных параметров кремния при многокомпонентных внешних воздействиях в процессе изготовления и эксплуатации приборов на его основе в силовой электронике.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Способ получения резистентного кремния n-типа проводимости заключается в обработке поликристаллического кремния р-типа проводимости методом многопроходящей бестигельной зонной плавки с введением в расплавленную зону термостабилизирующих примесей с концентрациями от 1•1013 см-3 до 1•x1014 см-3. Затем проводят последующее охлаждение полученного легированного высокоомного монокристалла кремния р-типа проводимости с концентрацией по бору от 1•1012 см-3 до 5•1012 см-3 до комнатной температуры со скоростью не выше 1 град. /мин. После этого с помощью прецизионного нейтронного трансмутационного легирования получают монокристалл кремния n-типа проводимости с концентрацией по фосфору, превышающей в 1,5-2 раза уровень остаточной концентрации по бору.
Многопроходящую бестигельную зонную плавку проводят за 13-15 проходов.
В качестве термостабилизирующих примесей используют редкоземельные, или переходные, или изовалентные элементы.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Выращенные кристаллы полупроводников, в частности кремния, содержат большое количество примесей и дефектов, эффективные взаимодействия которых при термообработках и радиационных воздействиях приводят к изменению важнейших электрофизических характеристик полупроводников (времени жизни неравновесных носителей заряда, концентрации свободных носителей заряда, подвижности и др. ) и уменьшению надежности полупроводниковых приборов.
Использование предложенного изобретения позволяет получать резистентный кремний, который сохраняет важнейшие электрофизические параметры при многокомпонентных внешних воздействиях.
Дополнительное легирование примесями в виде редкоземельных, переходных или изовалентных элементов с концентрациями 1013-1014 см-3 позволяет существенно поднять термостабильность кристаллов в кремнии.
Термостабилизирующие примеси, как например редкоземельные элементы, образуют в кремнии различные устойчивые комплексы с остаточными примесями (О, С, S и др.), значительная часть которых вытесняется в процессе легирования в виде летучих соединений. Трансмутационное нейтронное легирование обеспечивает прецизионную перекомпенсацию р-типа проводимости в n-тип проводимости и создает устойчивые радиоционные комплексы.
Указанные комплексы, созданные в результате легирования и трансмутационного нейтронного легирования, приводят к замедлению образования точечных радиационных дефектов и служат эффективными источниками стока дефектов, образуемых в результате внешних воздействий.
Способ осуществляется в следующей последовательности операций.
Поликристаллический кремний р-типа проводимости обрабатывают методом многопроходящей бестигельной зонной плавки. Плавку проводят за 13-15 проходов. В расплавленную зону вводят термостабилизирующие примеси с концентрациями от 1•1013 см-3 до 1•1014 см-3. В качестве термостабилизирующих примесей используют редкоземельные, или переходные, или изовалентные элементы.
Полученный легированный высокоомный монокристалл кремния р-типа проводимости с концентрацией по бору от 1•1012 см-3 до 5•1012 см-3 охлаждают до комнатной температуры со скоростью не выше 1 град./мин. После этого проводят прецизионное нейтронное трансмутационное легирование с отжигом. В результате получают монокристалл кремния n-типа проводимости с концентрацией по фосфору, превышающей в 1,5-2 раза уровень остаточной концентрации по бору.
Пример 1.
Исходный материал: поликристаллический кремний р-типа проводимости с остаточной примесью В с концентрацией 2•1012 см-3, удельным электрическим сопротивлением 5000 Ом•см, диаметром стержня 70 мм.
Зонную очистку поликристаллического кремния проводят методом бестигельной зонной плавки (БЗП) с индуктором, в вакууме. После 15 зонных проходов со скоростью 3 мм/мин имеем монокристаллический кремний р-типа проводимости с удельным сопротивлением по В приблизительно 104 Ом•см и концентрацией носителей заряда 1013 см-3.
Для получения резистентного кремния в процессе последних зонных проходов очистки в расплавленную зону вводят диспрозий или ниобий или германий. После 2-кратного прохода зоны со скоростью 2 мм/мин получают кристалл кремния р-типа проводимости с концентрацией легирующих примесей 1014 Ом•см, удельным электрическим сопротивлением по В 103 Ом•см. Из полученных слитков вырезались пластины, на которых производились измерения неосновных носителей заряда, удельного электрического сопротивления как радиальные, так и осевые.
Результаты измерений приведены в таблице 1.
Результаты, представленные в таблице 1, показывают, что введение указанных добавок сохраняет осевой и радиальный разброс по удельному сопротивлению, но в то же время время жизни неосновных носителей заряда увеличивается, особенно в случае легирования диспрозием.
Пример 2
Исходный материал и условия получения из него монокристалла р-типа проводимости приведены в примере 1.
Исходный материал и условия получения из него монокристалла р-типа проводимости приведены в примере 1.
В дальнейшем проведено нейтронное трансмутационное легирование с отжигом кристаллов после облучения, приводящее к частичному или полному устранению радиационных дефектов и переходу трансмутационного фосфора в электрически активное состояние, что приводит к перекомпенсации и созданию материала n-типа проводимости с концентрацией Р 3-4•1012 см-3.
Кристаллы кремния облучают тепловыми нейтронами с энергией 1 Мэв с последующим отжигом при 600oС в течение 3-5 часов в хлоросодержащей атмосфере. Охлаждение до 150oС проводят со скоростью 0,5 град./мин.
Результаты электрофизических измерений образцов приведены в таблице 2.
Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что проведение нейтронного трансмутационного легирования позволяет значительно улучшить осевой и радиальный разбросы по удельному электрическому сопротивлению и сохранить при этом высокие значения времени жизни неосновных носителей заряда.
При этом сохраняется совершенство кристаллической структуры, и концентрация микродефектов не превышает 2•103 см-3.
Приборы, изготовленные из кремния, полученного в соответствии с изобретением, с удельным сопротивлением 12 кО•мсм и временем жизни неосновных носителей заряда более 1000 мкс, имеют на 1,5 порядка более высокую стойкость к радиационному воздействию и в два раза более высокий накопленный заряд по сравнению с приборами на обычном кремнии с аналогичными параметрами.
Claims (3)
1. Способ получения резистентного кремния n-типа проводимости, заключающийся в обработке поликристаллического кремния р-типа проводимости методом многопроходящей бестигельной зоной плавки с введением в расплавленную зону термостабилизирующих примесей с концентрациями от 1•1013 до 1•1014 см-3 с последующим охлаждением полученного легированного высокоомного монокристалла кремния р-типа проводимости с концентрацией по бору от 1•1012 до 5•1012 см-3 до комнатной температуры со скоростью не выше 1 град./мин и получение монокристалла кремния n-типа проводимости с концентрацией по фосфору, превышающей в 1,5-2 раза уровень остаточной концентрации по бору, с помощью прецизионного нейтронного трансмутационного легирования.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что многопроходящую бестигельную зонную плавку проводят за 13-15 проходов.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве термостабилизирующих примесей используют редкоземельные или переходные или изовалентные элементы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002110656A RU2202655C1 (ru) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | Способ получения резистентного кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002110656A RU2202655C1 (ru) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | Способ получения резистентного кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2202655C1 true RU2202655C1 (ru) | 2003-04-20 |
Family
ID=20255612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002110656A RU2202655C1 (ru) | 2002-04-23 | 2002-04-23 | Способ получения резистентного кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2202655C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102560641A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-11 | 浙江大学 | 一种掺杂电阻率均匀的n型铸造硅多晶及其制备方法 |
| CN102560627A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-11 | 浙江大学 | 一种掺杂电阻率均匀的n型直拉硅单晶及其制备方法 |
-
2002
- 2002-04-23 RU RU2002110656A patent/RU2202655C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102560641A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-11 | 浙江大学 | 一种掺杂电阻率均匀的n型铸造硅多晶及其制备方法 |
| CN102560627A (zh) * | 2012-03-20 | 2012-07-11 | 浙江大学 | 一种掺杂电阻率均匀的n型直拉硅单晶及其制备方法 |
| CN102560641B (zh) * | 2012-03-20 | 2015-03-25 | 浙江大学 | 一种掺杂电阻率均匀的n型铸造硅多晶及其制备方法 |
| CN102560627B (zh) * | 2012-03-20 | 2015-03-25 | 浙江大学 | 一种掺杂电阻率均匀的n型直拉硅单晶及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nelson et al. | Growth and properties of β‐SiC single crystals | |
| Steele et al. | Thermal conductivity and thermoelectric power of Germanium‐Silicon alloys | |
| Collins et al. | Properties of gold-doped silicon | |
| KR101446846B1 (ko) | 실리콘 단결정 기판 및 이의 제조 방법 | |
| JP2008308383A (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| CN106757357A (zh) | 一种高纯半绝缘碳化硅衬底的制备方法 | |
| JP5146975B2 (ja) | 炭化珪素単結晶および単結晶ウェハ | |
| US4135951A (en) | Annealing method to increase minority carrier life-time for neutron transmutation doped semiconductor materials | |
| Oliveira et al. | Purification and growth of PbI/sub 2/crystals: dependence of the radiation response on the PbI/sub 2/crystal purity | |
| RU2202655C1 (ru) | Способ получения резистентного кремния | |
| WO2020235123A1 (ja) | 半導体ウエハ、放射線検出素子、放射線検出器、及び化合物半導体単結晶基板の製造方法 | |
| Kaplunov et al. | The influence of impurity and isotopic composition of single-crystal germanium on optical transmission in the range of 520–1000 cm− 1 | |
| JP6713341B2 (ja) | 化合物半導体基板およびその製造方法 | |
| Ghosh et al. | Impurity concentration dependent electrical conduction in germanium crystals at low temperatures | |
| JP2005035816A (ja) | シリコン単結晶製造方法及びシリコン単結晶 | |
| EP3734644B1 (en) | Control method for recombination lifetimes | |
| JP2020073444A (ja) | 化合物半導体基板およびその製造方法 | |
| EP3675155A1 (en) | Recombination lifetime control method | |
| JPH0796478B2 (ja) | ＣｄＴｅ単結晶の製造方法 | |
| Davies et al. | Room-temperature irradiation of silicon doped with carbon | |
| US20190006190A1 (en) | Fz silicon and method to prepare fz silicon | |
| US3652421A (en) | N-type lead telluride | |
| Kochanowska et al. | Influence of annealing on tellurium precipitates in (Cd, Mn) Te: V crystals | |
| JPH08148501A (ja) | シリコン半導体装置の製造方法 | |
| Hassan et al. | Performance of lead iodide nuclear radiation detectors with the introduction of rare earth elements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100424 |