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

*

MAGYAR

N£PK0ZTARSASAG

SZABADALMI

177153

LEÍRÁS

SZOLGALATI TALÁLMÁNY

0

Bejelentés napja: 1978. XII. 22. (VI-1225)

Nemzetközi osztályozás:

G 01 T 1/24,

H 01 L 31/18

ORSZÁGOS

TALÁLMÁNYI

HIVATAL

Közzététel napja: 1981. I. 28. Megjelent: 1982. VII. 31.

/

Feltalálók:

Szabadalmas:

Keleti József vegyész 38%, Török Tivadar fizikus 38%, dr, Lukács József Villamosipari Kutató Intézet, gépészmérnök 12%, Molnár István villamosmérnök 12%, Budapest Budapest

Eljárás szilícium anyagú, n-i-p szerkezetű sugárzásdetektorok előállítására

1

A találmány eljárás szilícium anyagú, n-i-p szerkezetű detektorok előállítására, amelyek radioaktív sugárzások (pl. a, ß, y) kimutatására és/vagy azok különböző jellemzőinek (pl. energiájának, intenzitásának) mérésére használatosak.

Azóta, hogy E. M. Pell [J, Appl. Phys. 31. 2. (1960) 291] felismerte a lítium ionok egykristályos germániumban és szilíciumban mutatkozó extrém nagy mozgékonyságát, és az „iondrift”-nek nevezett, villamos térrel irányított lítium ion vándorlás 10 jelenségét, az ezzel a módszerrel készíthető, nagykiterjedésű intrinzikké kompenzált félvezetőréteget tartalmazó, úgynevezett n-i-p diódák sokféle fajtáját állították elő a radioaktív sugárzások különböző paramétereinek mérésére. E detektorok működését, 15 tulajdonságát, előállítási módját sok szakcikk és könyv tárgyalja, például Deamaley: „Semiconductor Nuclear Detectors” című műve. Egy speciális - az átfogó művekben nem érintett - detektorfajtát ismertet a 155 666 lajstromszámú magyar sza- 20 badalom is. A különböző célra készülő n-i-p detektorok eddig ismert előállítási módja előirt tulajdonságú szilícium (vagy germánium) egykristályból indul, és a céltól függő, de önmagukban ismert technológiai lépések (mint darabolás, polírozás, 25 ötvözés, diffúzió, iondrift, visszáramcsökkentő felülettisztítás, felületvédelem, kontaktálás, tokozás) célszerű variációjából áll. A kiindulásul használt szilícium egykristályra megkívánt tulajdonságok: a „p”. vezetési típus (typ), 20 ohmcm-nél nagyobb 30

2

fajlagos ellenállás ( 0), minél magasabb (de min. 400jusec) kisebbségi töltéshordozó élettartam (t), minél alacsonyabb (de max. 20 000/cm2) diszlokációsűrűség (EPD). E tulajdonságok azok, amelyeket 5 a Si egykristályokat szállító cégek általában rendeléskor rögzíteni kérnek, és amelyeket ellenőriznek, garantálnak. A detektor készítési tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy a megadott tulajdonságok legkedvezőbb értékei mellett is sok olyan egykristály van, amelyből nem. lehet jó minőségű detektort készíteni, míg gyakran a tűrési határon kívüleső paraméterű egykristályból kiváló detektorok készíthetők. A probléma általában úgy jelentkezik, hogy a magasabb hőkezeléssel járó műveleteket (ötvözés, diffúzió) követő iondrift után a nem megfelelő alapanyagokból készült diódák záróirányú árama nem csökkenthető le arra a kívánt szintre, amely az eszköz működéé éhez (alacsony zajához) szükséges. A diódákon belüli folyamatok vizsgálata arra utal, hogy a hőkezelés az anyagok egy részénél a kisebbségi töltéshordozók élettartamának nagyságrendi csökkenését okozza, míg más anyagoknál ez a csökkenés lényegesen kisebb. Történtek már kezdeményezések a kiindulási Si egykristályok további paramétereinek rögzítésére [mint kompenzációfok, illetve foszforszint (Cp), oxigénszint (C0), adott hőkezelés hatására bekövetkező kisebbségi töltéshordozó élettartam csökkenés (Ar)], de ezekkel a paraméterekkel sem sikerült mindeddig egyértelmű összefüggésre jutni. E para-