Способ получения легированного германия

Способ получения легированного германия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСДНИ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>799523.К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.11.79 (21) 2697159/23-26 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.12.81. Бюллетень № 48 (45) Дата опубликования описания 30.12.8! (51) М.Кл.з С ЗО В 31/20

С 30 В 29/08, тосударстжиный комитет

СССР по лолам изобретений и открытий (53) УДК 621.315.592 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ф; М. Воробкало, А. Г. Забродский, Л. И, Зарубин, А. Н. Ионов, И. Ю. Немиш и И. С. Шлимак

Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

ЛЕГИРОВАННОГО ГЕРМАНИЯ

Изобретение относится к технологии получения легированных аолуцроэодников и может быть использовано;в тех областях полупроводниковой электро ниии, еде требуется высокая юднородность легирования матери:ала.

Известен способ получения легированного полупроводникового материала, аостоящий во введении нримесей в,расплав полупроводника с последуюпцим вы ращиваиием иристалла (1).

Одна ко при этом способе is пространственном,ра слределении примесей омеются различного рода неоднородности: прадиентные, радиальные, «полосы роста». Наличиетаыих птеодяоро диостей связано с особеино стями процесса кристаллиза цин JIBBHlpK)вавного полупроводникового расплава.

Наиболее близким пю технической сущности к изобретению является способ лолучения легированного полуплрюнюднвкоэого материала, основа ичный на облучении полуправюднииовых материалов медленными («тепловыми») нейтроБами (2). При этом способе,примеси вводятся ппутем ядерных превращений изотопов элементов, образую-, щих основной пюлуп ровюднкковый материал. Материал предва рительно выращивают кз мимических элементов и очищают ют неконтролируемых п римесей. При способе «нейтронного» легирования однородность расппределекия легирующих примесей достаточно высока, .а кюн цепттрации введенных примесей плри постоянной,мощности потока нейтроню1в оп ределяюпся временем о блучеиия, которое может быть проконтрюли ро:вано с большой точечность.ю.

Однако область применеиия этого способа недостаточно шярока, что связано с

10 естественным изотопным составом элементов, образующих данное пюлуптроводниковое соединение.. На пример, естественный германий состоит из пяти стабилыных изютопов: тобе — 21,2% Ge — 273%, Ge — 79%

15 т4бе — 37 1% и тоСте — 65%. Захватив медленный нейтрон, эти птзотопы перехюдят B друпие, IHG .номер бюлыше. Из новых изотопов два стабильны, а три — радиоактивны. Распадаясь с,ра зличными авриюдами

20 полураспада, они,переходят is стабильные изотопы других элементов (галлий, мышьяк и селен), которые в германии являются соответственно мелким акцептором, мелким донором и глубоким двухзарядным донором. Если учесть для иаждого изотопа германия сечение захвата медленного нейтрона, получаепся, что при облучении естественного германия независимо ют дозы облучекия можно получить только материал р-типа с компенсацией 40%.

799523

15

/ 1! — =К= й} О,Ó хрд х;, --1, }1)

ijl где NA — ковцен11рация а}к}цепторов;

Nn — кояц}ен пра}ция доноров;

К вЂ” степень ком}цен сации, }равная

NA —;,— для полупроводника л-типа

Nс и — - — для р-типа;

7 7 А х — дОля изотОпа;

Π— сечение }реак}ции;

z — зарядовое состояние лримеси; индексы t относятся K }язотопам, дающим в результате ядерной реакции донорную примесь, индексы j — акцепторную примесь и индексы l — к индексам, не дающим примесных атомов.

Дололнитель}но к терман}ию с естественным изотопным соста}вом добавляют .изотопы, дающие донорные,или акцепторные примеси в результате ядерных превраще}нй.

Пример 1. Т}ребуется }получить германий р-типа с К=90% и ко}н}центрац}ией основной примеси 10" см — . Для р-типа основная п}римесь — акцепторна я, такую

}ц}римесь дает, изотоп "%е, превращающийся в таллий (О=325 бари, z=l). Неосновная примесь — доиорная, такую примесь может дать изотоп 74(ле, превера}щаюшийся в мышьяк (Π— 0,60 бари, z=!1).

Подставляя эти значения в формулу (1),,получим систему уравнений для определения сосщиоше}н}ия изотопов

0,9 = = — -л, 3,25 х,+х,=1

Таким образом, требуемый материал получается, если вырастить германий из изотопов тойе и Ge в весовом ссопноше:кии 17% и 83%.

В то же время для п}рактических целей представляют интерес материалы как и-, так и р-типа с другими степенями компенсации. Например, для производства низкогеипературных те}рмосопрот}явлен}ий требуется герыаний р-типа с компенсацией около 90%.

Для получения }однородного:рас}п}ределения примесей,и у}дравления степенью компенсации германия в качестве }исходного материала берут изотопы германия, образующие при,ядерных п}рев}ращениях }пол}уч.аемый материал и пр}ямеаные ит}омы, обладающие донорными,ил}и аицепторными авойсч}вами, а соотношение изотопов апределяют }по формуле о}докуда x} =.0,17,и хд — — 0>83. ю

Зо

После выращивания полупроводника из изотопов его очищают от }неконтролируемых приме}сей. Обе эти операции (вы}ращн,вание кристалла и его очистка) могут быть объединены, }на}п}ример, в методе зонной плавки.

Доза облучен}ия D определяется из соотношения N; =Nx;o;D, пде N =4,45

10 см з —,концентра}ция узлов в }решетке

I BpM3lHHsI. Подставляя сюда }из вест}ные значения, получим

10}7 см — "

4,45 10. c ç0 17 25 i0-л с,„Г—

=- 4. 07 10" с .: :

3}ная могцнюсть потока медленных нейтро}нов в канале реактора, }можно о}пределять время облучения. Нал}ример, если мощность потока составляет 10И нейврон/см с, в}ремя облучения ра}вно 4,07

1 5 с, что составляет 4 суток, 17 ч, 3,мин.

П рн м е р 2. Требуемый материал можно }получить, добавляя изотоп "Ge к естеств}енном}у гор.ма}нию.

При облучении естественното герман}ия получаются образцы р-типа с К = 40%.

Следовательно, если обо}гатить германий изотопом, дающим донорн}ую а}римесь,,мож-, но }получить }после облу}чения,нейтронами материал р-тяпа с большей степенью компенсации или даже материал и-типа. Исходя из и зотопного состава естестве}нно}го элемента германия,и сечений .реа}иций 12), можно рассчитать, что требуемый материал р-типа с К=90% }получится в том случае, если,вырастить кристалл ге}рмания, состоящий на 63% из естествен}ного Ge и:на

37% — от .изотопа "Ge

В этом материале изотопа "Ge, дающего основную п}римесь, будет ме}ныне (21,2% 0,63=13,3%), так что .гребуемая кон}центрация (10" см 1 будет дости}г}нута при большей дозе облучения (5,2 10" 4 M }.

Таким об}разом, предложенный спссо}б позволяет получать новые }полуп}роводнико}вые .материалы, .О бладающие однородным ,ражип,ределе}яием п}рнмесей и в то же время с необходимыми }па}рамецрами: типом про,водимости,:концем}ра}цией }примеси и сте}пенью компенсации.

Формула изобретения

1. Способ получения легирован}ного гер,манния,,включающий }вы}ращиваяие моноиристалла н облучен}ие его медленными нейт}рана:ми, о т л и ч а ю щ,и и с я тем, чт}о, с целью; получения однородного }рас}п}ределения примесей:и управления степенью компенсации }германия, в качестве исходного материала берут изотопы германия, об разующие при ядерных }п}ров}ращениях пол} члемый матепиял и . Г}пим}есные атомы

799523

Составитель Б. Мензелнтдинов

Техред 3. Тараненко Корректор И, Оснновскаа

Редактор T. Шагова.Заказ 32/39a Изд. ¹ 654 Тираж 354 Подписное .НИО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобветеннй и открытий

113035, Москва, K-35, Раушскан наб., д. 4/5

Тип. Харьк. Фил. пред «Патент»

«обладающие данс рными или акцептор ныки свойствами, а соотнашение изотапов опре. деляют по формуле

1 ф, >, х. ajzj — > Q х3j l = 1

ND _#_g p l,j,l

I тде ФА — концентрация акцепторов;

Жр — концентрация доноров;

К вЂ” степень помпенсации, равная А — для полупроводника и-типа

Фр

Жр к — для пюлудроводника

Фд, р-типа; х — доля извгопа; ег — сечение реакции;

z — зарядовое состояние примеси; индексы относятся к изотопам, дающим в .результате ядерной ;реакции данариую примесь; Индексы j — акцептарную примесь, а индексы 1 — к изотопам, не даю. щим лри.мвсных атомов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к германию с ествствевным изототпным составом добавляют изотопы, дающие доно р ные или акцентоуные врямеси в результате ядерных нрецращений.

1О

Источноки информащии, аронятые во внимание при экспертизе:

1. Баранский П. И. и др. Полупроводниковая электроника, Киев, «Наукова думка», 1975, с. 40.

2. Полупроводниковые материалы. Под ред. Тучпсевича В. М., М., 1954, с. 62 — 94 (п рототип).