177153. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szilícium anyagú, n-i-p szerkezetű sugárzásdetektorok előállítására

*

méterek mérése bonyolult, sok esetben nem is egyértelmű, csak mintavételszerűen végezhető (mint At élettartamcsökkenés) így nem garantálható, ezért a gyárak ezeket a megkötéseket nem is vállalják. 5

A detektortechnológusok ezért igyekeznek a magasabb hőmérsékletű hőkezeléseket elkerülni, ötvözés helyett például elektrokémiai, vagy vékonyrétegtechnológiai eljárással hozzák létre a „p” oldali fegyverzetet - ezek általában kényesebb eszközöket eredményeznek. A lítiumdiffúzió hőkezelése azonban az n-i-p szerkezet létrehozásánál ilyen áron sem kerülhető el. Más detektorkonstrukciók az eszköz hűtött üzemre tervezésével próbálják megkerülni a problémát. E megoldások jelentősen 15 korlátozzák az n-i-p detektorok alkalmazási körét - különösen a széles üzemi hőmérséklettartománynak és mechanikai igénybevételnek kitett hordozható berendezésekben.

A találmány célja olyan eljárás, amely a gyárak 20 által garantálható adalékanyag tartalmú, azaz bérszintű polikristályos, vagy „p” típusú és rögzített fajlagos ellenállású egykristályos szilíciumból teszi lehetővé alacsony záróirányú árammal rendelkező (kis zajú), n-i-p detektorok készítését. 25

A találmány szerinti eljárás során vezetési típusa (typ) és adalékanyagtartalma (polikristálynál Cw bórszintje, egykristálynál ? fajlagos ellenállása) vonatkozásában megfelelőnek minősített szilícium alapanyagot: 30

a) oxigén, vagy oxigéntartalmú atmoszférában néhány percig 800-1400 °C közötti hőmérsékleten izzítjuk,

b) vákuumban, függőzónás berendezésekben egy- 35 kristálymaggal összeolvasztva és az olvadt zónát lassan mozgatva egykristállyá húzzuk,

c) a tervezett detektor geometriai méretének megfelelő méreteket, vagy azok egy részét durván darabolással és/vagy csiszolással kialakítjuk, a le- 40 endő „p” és „n” fegyverzetnek megfelelő felületeket mechanikai és/vagy kémiai módszerekkel polírozzuk. a leendő .,p” oldali fegyverzetet elektrokémiai úton (pl. Ni-réteg), vagy vákuumpárologtatással (pl. Al-réteg) kialakítjuk, szükség esetén 45 hőkezeléssel beötvözzük (pl. Al esetében 650 °C-on).

d) a leendő „n” oldali fegyverzetet lítium-olajszuszpenzió felkenésével, vagy lítium vákuumpárologtatással kialakítjuk és a lítiumot indifferens at- 50 moszférában hőkezeléssel, annak hőfokával és időtartamával szabályozott vastagságú rétegbe diffundáltatjuk, így p-n átmenetet alakítunk ki az egykristály kívánt helyén,

e) a d) szerint kialakított diódát záróirányú fe- 55 szükséggel és hőntartással, az alkalmazott hőmérséklet, feszültség és időprogrammal irányított módon drifteljük, így kívánt geometríájú intrinzik réteggel rendelkező n-i-p diódává alakítjuk,

f) az n-i-p diódát - ha c) pontban ezt meg6g nem tettük - végleges méretűre daraboljuk és/vagy csiszoljuk és/vagy mechanikai és/vagy kémiai módszerekkel polírozzuk,

g) a kívánt méretű n-i-p diódát, vagy annak legalább azon felületrészeit, amelyen az átmenetek a6j

felületre kiérnek maratással és/vagy mosással felülettisztításnak vetjük alá, majd gyorsan (pl. indifferens gázsugárral) szárítjuk, így a dióda visszáramát csökkentjük,

a diódát, vagy annak legalább azon felületrészeit amelyen az átmenetek a felületre kiérnek, szennyezéstől, nedvességtől védő, célszerűen a záróirányú áramot tovább csökkentő bevonattal (például nedvességre polikondenzálódó szilikongumi, vagy apoláros oldószeréből beszáradó poliizobutilén) látjuk el célszerűen úgy, hogy a dióda tokba, vagy annak egy részébe rögzítést egyidejűleg létrehozzuk, a védett n-i-p dióda „n” és „p” oldali fegyverzete és a tok erre a célra kiképzett alkatrészei között vákuumpárologtatás és/vagy villamosán vezető megszilárduló műgyanta és/vagy mikroötvözés és/vagy forrasztás és/vagy ponthegesztés segítségével villamos csatlakozást hozunk létre, a tokot végleges alakjára szereljük, szükség esetén légmentesen lezárjuk.

Az eljárást célszerűen tisztító és ellenőrzőlépések egészítik ki. ,

Mint a felsorolt lépések is jelzik, az eljárás lényegesen kisebb igényű alapanyag esetében is megengedi magasabb hőkezeléssel járó műveletek (mint az Al ötvözés, mikroötvözéses kontaktuskialakítás) alkalmazását, így nagymegbízhatóságú, robusztus detektorok előállítását még olyan szigorú zajkövetelmények mellett is, amit például + 50 °C környezeti hőmérsékleten üzemelés kíván meg. A

b) és c) lépések között végzett paraméterellenőrzés az egykristályos kiindulóanyagon előzetesen mért értékekkel összevetve egyértelműen bizonyítja, hogy a kristályok r élettartam paramétere nagymértékben megnő, és ez az érték hőkezelés után sem csökken lényegesen. A g) pont 1 és 2, illetve 2 és 3 bekezdésbeli lépések közötti ellenőrzés, valamint a kész detektorok vizsgálata azt igazolja, hogy a találmány szerinti eljárással készült diódák záróirányú árama és zaja úgy viselkedik, mint a korábbi egykristályok detektorkészítésre alkalmasnak bizonyult csoportjából készült diódák.

A továbbiakban a jobb megérthetőség kedvéért két példán világítjuk meg a találmány szerinti eljárást:

Az első példa kiinduló anyaga „p” típusú, kb. lOOOohmcm vagy magasabb bérszintű szilícium polikristály rúd, amelynek átmérője pl. 22-25 mm, hossza 300-400 mm. A polikristályt függőzónás kristályhúzóberendi tésbe fogjuk, vékony (kb. 5x5 mm-es) egykristálymagra ültetjük, majd vákuumban a maggal összeolvasztjuk és egy-két zónát végighúzunk a kristályon, aminek során kialakítjuk annak kellő tömörségét, a mag és a rúd átmérőátmenetét az ún. nyakrészt és a rúd kívánt átmérőjét. Ezután:

a) oxigéntartalmú gázt engedünk a kamrába (ez lehet akár kellő tisztaságú levegő is), majd a nagyfrekvenciás tekercset a maggal ellentétes véghez állítva a kristály e szakaszát kb. 1200°C-ra izzítjuk és a tekercset ezzel az izzó szakaszt is kb. 20 cm/perc sebességgel a kristályon kétszer oda és vissza) végighúzzuk.

2