Способ изготовления р-п переходов

Способ изготовления р-п переходов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Oil HCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстическик

Республик ()555761 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (511М. Кл. (22) Заявлено 05.03.75 (21) 2110598/25

Ъ с присоединением заявки №

Н 01 L 21/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 230481, Бюллетень ¹ 15 (53) УДК 621 382 (088.8) Дата опубликования описания 23 ° 04. 81 (72) Авторы изобретения

К.Д. Товстюк, Г.В. Пляцко, В.Б.Орлецкий и С.Г. Кияк (71) Заявитель

Львовский филиал математической физики

Института математики (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ p-n -ПЕРЕХОДОВ

Наиболее близким техническим ре2О шением к изобретению является способ изготовления р-и-переходов путем расплава поверхностного слоя полупроводникового материала импульсами

25 лазерного излучения с. последующей рекристаллизацией расплава охлаждением.

В известном способе на поверхностный слой может быть нанесен легирующий материал в виде полупроЗО.водниковой металлической пленки или

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении р-и- переходов в полупроводниковых приборах.

В современной технологии производства полупроводниковых приборов известны следующие методы изготовления стабильных резких р-и-переходов в полупроводниковых материалах с примесной проводимостью: введение примесей в расплав во время вытягивания из расплава с постоянной скоростью; изменение по определенной программе скорости роста кристаллов из расплава, который содержит акцепторные или донорные примеси.

Эти способы сложны в реализации, так как включают ряд точных и трудоемких процессов, таких как систему регулирования вытягивания кристалла, систему регулирования температуры, систему перемешивания и питания расплава.

Известен также способ изготовления резких р-и- переходов путем пере > распределения примесей при плавлении кристалла н кристаллизации расплавленной зоны в процессе медленного охлаждения. Получение резкого р-иперехода обусловлено наличием резко-, го градиента примеси в расплаве и твердой фазе.

Однако такой способ требует, слож5 ной термической обработки и предусматривает проведение механических операций (резку, шлифовку, очистку поверхности) после изготовления р-п-переходов.

Нагрев ПОлупрОвОДникОвых СОеДинений А В" с примесной проводимостью во время плавления существенно изменяет их электрические свойства, а механическая обработка готовых р-и-переходов в силу физических

15 свойств этих соединений (хрупкости) ухудшает качество изготовляемых переходов.

555761

Кройе того, образование р- и -переходов производят в обычных условиях окружающей среды, что существенно упрощает технологию изготовления.

На фиг. 1 показана схема, поясняющая предлагаемый способ; на фиг. 2 — вольт-амперные характеристики р-и"переходов, изготовленных предлагаемым способом при различных параметрах излучения (характеристики снимались при температуре 77 К).

Установка состоит из лазера 1,полупроводникового кристалла 2, измерителя 3 энергии лазерного излучения, фотоэлемента 4 и осциллографа 5.

Импульс лазерного излучения, генерируемый лазером 1, направляли на пластинку полупроводника 2. Мощность излучения контролировали из20 мерителем 3 энергии излучения. Длительность импульса измерялась при ! помощи фотоэлемента 4 и осциллографа 5.

Пример. Изготавливали р-и 5 переходы путем расплава поверхностного слоя монокристаллаРЬЛ х Бп„ Те и-типа излучением неодимового лазера.

После воздействия светового импульса с плотностью энергии Е = 0,2 Дж/мм

3Q и длительностью с = 2 мс расплавленная и рекристаллизованная часть кристалла изменяла свою проводимость с и-типа на р-тип. Для этого случая наблюдалось слабое выпрямление (cM.фиг.Ъ, кривая 1). Наиболее хорошие р-и-переходы образуются при облучении кристалла плотностью энергии E = 0,4 Дж/мм и длитель2 ностью = 4-7 мс (см.фиг.2,кривая 2). При плотности энергии излучения Е = 0,5 Дж/мм и выше образование р-и-перехода сопровождается сильным растрескиванием и разрушением кристалла (см.фиг.2,кривая 3), Быстрое, со скоростью V = 10

104 град/с, охлаждение расплава .сопровождается рекристаллизацией и фиксацией резких градиентов концен- 40 траций примеси в исходной и рекристаллиэованной частях полупроводника. Применение лазеров с модулированной добротностью позволяет получить скорость охлаждения до 10 град/с.

Эти особенности не имеют аналогии ни в одном известном способе и обуславливают полное сохранение электрических свойств исходных полупроводниковых материалов при идеальной g0 резкости р-п-переходов.

Кроме того, операцию изготовления р-и-переходов производят на подготовленных, вырезанных и отшлифованных монокристаллах, что исключает механическую обработку готовых р-п-переходов.

Особенностью данного изобретения является также возможность применением диафрагм и изменением параметров излучения (плотность энергии, 40 длительность импульса) изготовлять р"и-переходы сложной конфигурации с различной глубиной залегания переходов и различными электрическими характеристиками. 65 соединений Олементов, содержащих легирующий материал.

Недостатком такого способа является малая стабильность получаемых !

p-n-переходов. Цель изобретения — получение ста бильных резких р-и-переходов в полупроводниковых монокристаллических пластинах с примесной проводимостью либо в собственнодефектных полупровОдниковых пластинах.

Цель изобретения достигается тем, что расплав поверхностного слоя производят импульсами лазерного излучения с энергией 0,1-0,5 Дж/мм длительностью 2-9 мс, а охлаждение расплава производят со скоростью

10 -104 град/с.

Идеально резкий стабильный р-ипереход образуется на поверхности раздела фаз в месте начала рекристаллизации. Лазерное излучение, поглощаясь поверхностнйм слоем полупроводника, приводит к сильному нагреву . и расплаву этого слоя. Скорость расплава освещенной части полупроводника импульсом излучения с плотностью энергии E = 0,1-0,5 Дж/мм

2 и длительностью = 2-9 мс превышает Ч = 109 — 10> град/с, что создает такой градиент температуры,при котором расплав граничит с практически холодным исходным кристаллом., Скорость расплава можно увеличить, модулируя добротность. лазерного излучения,и довести до 10 град/с, ю при этом градиент температуры составляет до 10 град/с

Характеристики снимались при температуре 77 К.

Использование данного способа получения р-и-переходов путем расплава поверхностного слоя полупроводника лазерным излучением обеспечит по сравнению.с существующими способами следующие преимущества: улучшение электрических свойств переходов, обусловленное резкостью и качеством областей с разной проводимостью, повышение их надежности и долговечности; упрощение технологии изготовления стабильных резких р-и-переходов в монокристаллах с примесной проводимостью или собственнодефектных кристаллах и в то же время улучшение их параметров; повышение количества и качества производимых приборов за счет обхода термической технологии;

555761

Фиг. 1

@ПИ Заказ 2223 аж 784 Подписное повышение качества и уменьшение повреждений кристаллов за счет исключения механических операций; простоту реализации высокока чественных р-п-переходов большой площади с заданным рисунком перехода; простоту реализации различной глубины залегания р-и-переходов;

Это позволяет упростить технологию изготовления полупроводниковых приборов и улучшить их характеристики.

Формула изобретения

Способ изготовления р-и-переходов путем расплава поверхностного слоя полупроводникового материала импуль- сами лазерного излучения с последующей рекристаллизацией расплава охлаждением, отличающийся тем, что, с целью получения стабильных резких р-и-переходов в полупроводниковых монокристаллических пластинах с примесной проводимостью, расплав поверхностного слоя производят импульсами лазерного излучения с энергией 0,1-0,5 Дж/мм ; длительностью 2-9 мс, а охлаждени расплава проводят со скоростью 10

1 04 град/с

Филиал ППП "Патент",. г.ужгород, ул.Проектная,4