194444. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ohmos kontaktus készitésére félvezető, előnyösen vegyületfélvezető szeleten
1 A találmány tárgyi eljárás ohmos kontaktus készítésére félvezető, előnyösen vegyületfélvezető szeleten, melynek során a félvezető szelet felületére önmagában ismert módon vezető réteget viszünk fel, majd az így létrejött szerkezetet mikrohullámú sugárzás segítségével hőkezeljük. Mint ismeretes, a félvezető eszközök készítése sorin a félvezető anyaghoz megfelelő tulajdonságú kontaktusokat kell készíteni, ami lehetővé teszi, hogy a rájuk adandó, vagy rajtuk képződő jelet az áramkör további részéhez csatlakoztassuk. A kontaktusoknak általában bonyolult követelményrendszernek kell eleget tenniük, ami azt jelenti, hogy a villamos paramétereken túl megfelelő mechanikai, stabilitási, megbízhatósági tulajdonságokkal kell rendelkezniük. Eme követelmények miatt, különösen vegyületfélvezető szeleten történő kontaktus előállításánál, bonyolult összetételű anyagrendszereket használnak, amelyek lehetnek fémek, ötvözetek, fém-nem fém elegyek. Az erre a célra alkalmazott anyagok közös tulajdonsága, hogy önmagukban elektromos vezető anyagúak, ezért ezeket a rétegeket a továbbiakban vezető rétegnek nevezzük. A vezető réteg-vegyületfélvezető átmenet kialakítására többféle eljárás ismeretes. Ezeknél a közös, hogy a vegyületfélvezető szelet felületére önmagában ismert módon felviszik a vezető réteget, amely lehet többrétegű is. Az így létrejött vezető réteg-vegyületfélvezető szerkezetét hőkezelésnek wtik alá, melynek hatására lezajlanak azok a folyamatok, melyek a megfelelő tulajdonságokkal rendelkező átmenet kialakulásához vezetnek. A hőkezelést általában ellenőrzött összetételű közegben végzik, a hőt általában hővezetéssel közlik a hőkezelendő szerkezettel. E módszer hátránya, hogy a hőt közlő felületet a jó hőátadás érdekében szoros érintkezésbe kell hozni a hőkezelendő szerkezettel, és ez oda vezethet, hogy a hőkezelendő szerkezet a hőt közlő felülettel is kölcsönhatásba lép, amely utóbbi például elszenynyezheti a hőkezelendő szerkezetet. E hátrány kiküszöbölésére terjedt el a sugárzással történő hőkezelés, ahol ez a kedvezőtlen hatás elmarad. A sugárzással való hőkezelés egyik esete, amikor a hőkezelendő szerkezetet mikrohullámú üregrezonátorba helyezik és a mikrohullámú tér energiáját nyeletik el a hőkezelendő szerkezettel, amely abban hővé alakul. A mikrohullámú tér hirtelen bekapcsolása azonban a rossz hőátadási folyamatok miatt a szelet mechanikai károsodásához, annak apró, későbbi technológiai lépésekkel már nem feldolgozható nagyságú darabokra való repedéséhez vezethet. A vegyületfélvezető szeletre felvitt vezető réteg tulajdonságai az anyagok jellege miatt nagyon különbözők lehetnek, így a tapasztalat azt mutatja, hogy például a hőtágulási együttható és annak hőfokfüggése a vezető rétegként használt rétegekben és a vegyületfélvezetőknél erősen különbözik. Ez — tekintetbe véve a szokásosan hőkezelésre használt néhány száz °C hőmérsékletet — komoly feszültséget kelt a vezető rétegvegyületfélvezető szerkezetben. Felismertük, hogy a vezető réteg-vegyületfélvezető szerkezet hőkezelését úgy kell elvégezni, hogy a hőkezelésre egyrészről sugárzó energiaátadást használjunk, másrészről az energiát úgy adagoljuk, hogy a hó'kezelendő szerkezetet egy meghatározott törvényszerűség szerint hevítve, azt egyenletes ütemben melegítsük fel. A találmány tehát eljárás ohmos kontaktus készítésére félvezető, előnyösen vegyületfélvezető szeleten, 2 melynek során a félvezető szelet felületére önmagában ismert módon vezető réteget viszünk fel, majd az így létrejött vezető anyag-félvezető szerkezetet mikrohullámú sugárzás segítségével hőkezeljük. A találmány szerint a mikrohullámú sugárzást a szerkezetre a hőkezelés során egy kísérletileg megállapított kezdeti értékről egy végértékre növekvő teljesítménnyel adjuk rá. Előnyösen a mikrohullámú sugárzás frekvenciája 0,95 ... 10 GHz, a hőkezelés ideje 30 ... 300 s. A hőkezelésre használt mikrohullámú sugárzás teljesítményének kezdeti értéke célszerűen 0,1 ... 0,5 kW, amelyet a hőkezeléshez szükséges teljes hőkezelési idő 10 ... 50%-a alatt növelünk fel a 0,5 ... 5 kW végértékre. Találmányunk megvalósítását az alábbiakban ábra és kiviteli példák segítségével részletesen ismertetjük, ahol az ábra a hőkezeléshez szükséges teljes idő százalékának függvényében ábrázolja a szükséges mikrohullámú P teljesítményt. A találmány szerint a mikrohullámú teljesítményt olyan, még a félvezető szeletet nem károsító kezdeti teljesítményszinten kapcsoljuk be, ahol a vezető réteg-vegyületfélvezető szerkezet már nincs bizonyos mennyiségű hőt elnyel. Az ehhez szükséges kezdeti teljesítmény felső határát kísérletileg 0,5 kW-ban határoztuk meg. A kezdeti teljesítmény alsó határát nem célszerű 0,1 kW alatt megválasztani, mivel így a szükséges mennyiségű teljesítményt a hőkezelendő szerkezet nem kapná meg. Ezután az ábrán A-val jelölt tartomány után a hőkezelő teljesítményt folyamatosan növeljük, amit az ábrán a B tartomány mutat. A növekvő teljesítményű szakasz a teljes hőkezelési idő 10-50%-át foglalja el. A mikrohullámú teljesítmény nagysága 0,1 ... 5 kW között változhat. Az alkalmazott növekvő teljesítmény felső határát a vezető réteg-vegyületfélvezető szerkezet hő hatására bekövetkező károsodása, alsó határát a hőkezeléshez szükséges hőmérséklet és szükséges idő hosszúsága korlátozza. A növekvő teljesítményű B tartomány konkrét értékét a teljesítmény kezdeti és végértékének viszonya határozza meg. A hőkezelés következő szakasza az ábrán C-vel jelölt tartomány, ahol a hőkezelést a végértéken, azaz maximális teljesítmény mellett folytatjuk. A hőkezelésre használt mikrohullámú energia frekvenciája a következő szempontok szerint határozható meg. Alapvető szempont, hogy a hőkezelendő szerkezet a tér energiáját a lehető legjobban elnyelje. Azt tapasztaltuk, hogy a 0,95 GHz frekvencia alatti mikrohullámú energiát a szerkezetek kevésbé nyelték el. A 10 GHz feletti frekvenciák használatát az korlátozza, hogy a hullámhossz összemérhető lesz a hőkezelendő szerkezet geometriai méreteivel, így a hőkezelés egyetlen lesz a szerkezet mentén. A hőkezelési időt az ohmos kontaktus kialakításához szükséges, a vezető rétegben lévő adalékanyagok diffúziója határozza meg. Mivel a diffúzió erősen hőfokfüggő folyamat, így a hőkezelés idejét is a maximális teljesítmény határozza meg. Azt tapasztaltuk, hogy 5 kW teljesítmény végértéket használva a hőkezelés szükséges ideje 30 s. A hőkezelés idejét nem célszerű 300 s-nél hosszabbra választani, mivel egyrészt a vegyületfélvezető elbomlik - belőle az illékony komponens, pl. gallium-arzenid esetében az arzén, eltávozik —, másrészt a technológiai folyamathoz szükséges idő aránytalanul megnyúlik. Az alábbiakban konkrét, kísérletileg kipróbált példákon mutatjuk be találmányunk megvalósítási mód-194.444 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
