Книга содержит ряд докладов, прочитанных специалистами США и дру- .; гих стран на Второй международной конференции по НТЛ полупроводников и ? посвященных новой перспективной технологии введения легирующих примесей в полупроводники — трансмутационному легированию при облучении в рвч| акторе. Рассмотрены физические основы трансмутационного легирования •{ (ТЛ), вопросы радиационной безопасности, техника облучения, образование дефектов и их отжиг, электрофизические и структурные свойства трансму-тационно-легированного кремния и улучшение характеристик приборов.
Предназначена для специалистов в области радиационной физики твердо-го тела, полупроводниковой технологии, реакторной физики и техники.
Предисловие редактора перевода
В этой книге читатель может познакомиться с рядом докладов, представленных на Вторую международную конференцию по нейтронному трансмутационному легированию (НТЛ) полупроводников, состоявшуюся в США в 1978 г.
Исследования в области трансмутационного легирования имеют давнюю историю. Впервые возможность использования ядерных превращений атомов полупроводника, облучаемых различными частицами, в атомы других элементов с целью легирования кристаллов примесью обсуждалась К. Ларк-Горовицем на примере Ge еще в 1952 г. [1]. В последующие годы время от времени появлялись работы, посвященные НТЛ кремния фосфором при облучении тепловыми нейтронами в процессе ядерной реакции 30Si(n, у)31(3 Si-> 31P; соответствующий процесс НТЛ был запатентован в начале 60-х гг.
Следует подчеркнуть, что НТ,Л кремния так бы, видимо, и осталось в числе многих физически интересных, но далеких от практического использования явлений, если бы в начале 70-х гг. бурное развитие полупроводниковой электроники не привело к необходимости создания кремния с такими свойствами, которые нельзя было получить традиционными технологическими методами металлургического легирования монокристаллов в процессе их выращивания.
Для создания ряда полупроводниковых приборов требуется кремний с высоким удельным сопротивлением, причем разброс значений удельного сопротивления должен быть очень небольшим. Например, в мощных тиристорах с рабочим напряжением, равным нескольким киловольтам, заданный номинал удельного сопротивления (скажем, 150 Ом • см) должен поддерживаться на пластине полупроводника диаметром 80 мм с точностью несколько %. В приборах с зарядовой связью (ПЗС), предназначенных для формирования видеосигналов в телевидении, требования к однородности распределения удельного сопротивления еще более высокое: в точках полупроводника, отстоящих друг от друга примерно на 20 - 30 мкм (что соответствует характерному линейному размеру элемента разложения ПЗС), значения Удельного сопротивления должны оставаться одними и теми же с точностью не хуже 2%.
Оглавление
Предисловие редактора перевода................... 5
I. Введение.................................. Ю
1. Процесс нейтронного трансмутационного легирования (НТЛ) — новая реакторная технология (Дж. Миз) .... 10 Литература........................... . 20
II. Радиоактивность и вопросы радиационной безопасности. . 21
2. Обнаружение и идентификация примесей, активируемых при нейтронном облучении кремния, выращенного методом Чохральского (Б. Сяоуя, Д. Хайнс, С. Ганн,
Д. Мах-Коун)........................... 21
3. НТЛ-метод с точки зрения возникновения радиоактивности (Е. Хааз, Дж. Мартин)................ 38
§ 1. Введение......................... 38
§ 2. Радиоактивность поверхностного слоя кремния 40
§ 3. Активность изотопа Р-32 в кремнии .. ...... 42
§ 4. Образование радиоактивных изотопов в других
полупроводниковых материалах.......... 47
Литература........................... 48
III. Реакторные установки...................... 49
4. Определение потока и спектра нейтронов для расчета энергетических спектров ядер отдачи и повреждений в материалах, облученных быстрыми нейтронами на низкотемпературной установке реактора СР-5 (М.Кирк,
~Л. Гринвуд)........................... *
§ 1. Введение . ........................ *
§ 2. Поток и энергетический спектр нейтронов.... 51 § 3. Вычисление характеристик радиационных повреж-
да***.....-..................... 2
§ 4. Обсуждение результатов............... Т*
Литература...........................
5. Нейтронное легирование на исследовательских реакто-pax в Харуэлле (Т. Смит).................
Оглавление 261
§ 1. Введение.......................... 66
§ 2. Харуэллские установки для облучения...... 66
§ 3. Точность легирования................. 67
§ 4. Вопросы, связанные с торговыми соглашениями
и ценообразованием.................. 69
§ 5. Критерии радиационной безопосности материала,
легированного нейтронным облучением...... 70
§ б. Перспективные установки и их возможности . . 71
6. Устройства для облучения кремния на реакторе NBS
(ft. Б**форд, Р. Флеминг).................. 73
§ 1. Описание установки для облучения......... 73
§ 2. Характеристики установок для облучения .... 75
§ 3. Результаты, полученные на реакторе NBS .... 77
§ 4. Заключение........................ 78
Литература........................... 78
7. Расширенная программа нейтронного трансмутационного легирования кремния на испытательном реакторе фирмы "Дженерал Электрик" (Дж. Моррисе*, Т. Тил-
лиягает, А. Ферро, Б. Балига)............... 79
§ 1. Введение.......................... 80
§ 2. Первый этап - рассмотрение каналов для облучения и калибровка нейтронного детектора...... 81
§ 3. Второй этап - совместные калибровочные облуче-
чения............................. 87
§ 4. Третий, этап - облучательная установка для производства БТЛ-кремния.................. 88
§ 5. Перспективы........................ 89
8. Автоматическая облучательная установка для нейтронного легирования кремниевых слитков больших размеров (Дж. Бурдон, Дж. Рестелли).................. 90
§ 1. Введение.............•............. 91
§ 2. Характеристики реактора ESSOR.......... . 91
§ 3. Общее описание установки............... 94
§ 4. Защитная камера с перчатками............ 95
§ 5. Автоматический транспортный блок (АТБ). .... 95
§ 6. Шлюз.............................. 97
§ 7. Канал и оборудование верхней пробки........ 97
§ 8. Коллектроны......................... 100
§ 9. Капсулы........ . ................. 100
§ 10. Обсуждение результатов.............. 100
9. Методы получения НТЛ-кремния при облучении с высокой точностью на исследовательском реакторе Университета шт. Миссури (ИРУМ) (С. Гаях, Дж. Мыз, Д. Ол-
же)................................. 104
§ 1. Введение.......................... 105
§ 2. Факторы, учитываемые при проектировании об-
лучательных установок................ 105
§ 3. Описание реактора................... 107
§ 4. Конструкция вставных клиновидных блоков для
облучения кремния................... 109
§ 5. Методы облучения................... Ш
§ 6. Производительность облучения ........... 120
§ 7. Заключение........................ 122
Литература........................... 122
IV. Исследование свойств НТЛ-кремния............. 123
10.Эффекты атомных смещений при НТЛ (X. Стейн). . 123
§ 1. Введение......................... 123
§ 2. Смещения атомов, вызываемые нейтронами . . 125 § 3. Экспериментальные доказательства существова-
. ния нарушенных областей ............... 131
§ 4. Отжиг и эволюция дефектов ............. 133
§ 5. Заключение........................ 142
Литература........................... 143
П. Исследование электрических характеристик ТЛ-кремния (Дж. Клцлэцд, П. Флеминг, Р. Уэстбрук, Р. Вуд,
Р. Ям).............................. 145
§ 1. Введение.......................... 145
§ 2. Техника облучения и методика эксперимента.. 149
§ 3. Экспериментальные результаты ........... 152
§ 4. Обсуждение результатов................ 166
Литература......................... .. • 167
12; Влияние изохронного отжига на удельное сопротивление трансмутационно-легированных образцов кремния, выращенного методом зонной плавки или методом
Чохральского (П. Глэрон, Дж. Мыз)............ 169
§ 1. Введение.........................• • 17°
Оглавление 263
§ 2. Методика эксперимента................... 170
§ 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение................................. 171
§ 4. Заключение и выводы.................... 183
Литература.............................. 184
13. Уровни дефектов, определяющие свойства ТЛ-кремния после отжига (Б. Балига, А. Эеуэрей)........... 185
§ 1. Введение........................... • 185
§ 2. Методика эксперимента................. • 187
§ 3. Экспериментальные результаты......... .•• 188
§ 4. Обсуждение результатов и выводы.......... . 194
Литература .'............................. 196
14. Дефекты с мелкими уровнями в кремнии ртипа, облученном нейтронами (М. Янг, С. Марш, Р. Барон)..... 198
§ 1. Введение............................ 198
§ 2. Методика эксперимента...................200
§ 3. Результаты и их обсуждение............... 202
Литература . . .*............................207
V. Применение ТЛ-кремния.........................208
15. Применение ТЛ-кремния для изготовления приборов большой мощности (К. Чу, Дж. Джонсон)........... 208
§ 1. Введение.............................208
§ 2. Постановка эксперимента................., 209
§ 3. Обсуждение результатов.................. 213
§ 4. Заключение........................... 215
Литература.............................. 216
16. Значение нейтронного трансмутационного легирования кремния в разработке материала для высокочувствительных ИК-приемников (X. Хобгуд, Т. Брэггинз,
Дж. Сварц, Р. Томас).......................217
§ 1. Требования к характеристикам материала ... . .. 218
§ 2. Выращивание исходного материала........... 221
§ 3. Нейтронное трансмутационное легирование.....227
§ 4. Оценка характеристик фотоприемников из транс-
мутационно-компенсированного Si': In.......... 231
§ 5. Выводы.............................. 237
Литература..............................> 238
17. Флуктуации удельного сопротивления в сильно компенсированном ТЛ-кремиии (Дж. Миз, П. Глэрон)......239
§ 1. Введение.......................... 239
? 2. Модель флуктуации удельного сопротивления .. 240
§ 3. Результаты расчетов по модели флуктуации . . 248
§ 4. Экспериментальная проверка модели........ 252
§ 5. Максимальное удельное сопротивление в компев-снрованном кремнии определенного типа проводимости............................. 255
Литература............................ 258
Цена: 150руб.
