close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 11192

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11192
(13) C1
(19)
H 01L 21/02
C 30B 29/10
C 30B 33/00
СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО
GaAs-ЭЛЕМЕНТА
(21) Номер заявки: a 20061360
(22) 2006.12.28
(43) 2008.08.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Коршунов Федор Павлович;
Марченко Игорь Георгиевич; Жданович Николай Евгеньевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(56) RU 2046164 C1, 1995.
BY a20030997, 2005.
RU 1632278 C, 1994.
RU 2086043 C1, 1997.
WO 97/03458 А1.
BY 11192 C1 2008.10.30
(57)
Способ создания термочувствительного GaAs-элемента, включающий радиационное
облучение исходного GaAs-элемента и его последующую термообработку, отличающийся тем, что облучение осуществляют электронами дозами, обеспечивающими образование
радиационных дефектов, концентрация которых составляет 40-50 % от концентрации основных носителей заряда в исходном GaAs-элементе.
Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборных структур на основе соединений А3В5 и может быть использовано при создании термочувствительных
элементов для измерительных датчиков, принцип действия которых основан на использовании эффекта Холла.
В современной технике важное значение имеют первичные измерительные преобразователи или датчики, т.е. приборы, обеспечивающие поступление информации в виде электрических сигналов от контролируемых объектов в электронные управляющие системы.
Особые перспективы в технике миниатюрных твердотельных датчиков связаны с применением полупроводниковых структур. Их действие основано на целом наборе физических
эффектов в полупроводнике, заключающихся в изменении проводимости или возникновения э.д.с при воздействии на чувствительный элемент температуры, давления, электрического и магнитного полей и т.д. При создании датчиков важнейшее значение приобретает
вопрос о выборе полупроводникового элемента с оптимальной чувствительностью, что
обеспечивает возможность достижения высоких характеристик измерительных датчиков
[1].
В современной технологии изготовления датчиков для увеличения чувствительности
полупроводников к внешним воздействиям (изменению температуры, давления, электрического и магнитного полей и т.д.) применяется легирование исходного полупроводникового материала специальными примесями. Путем подбора примеси по значению энергии
BY 11192 C1 2008.10.30
активации можно в принципе обеспечить оптимальную чувствительность полупроводникового элемента в требуемом интервале температур. Ионизирующие излучения высоких
энергий (нейтронное, гамма- и электронное) также могут использоваться для целенаправленного изменения свойств полупроводников.
Известны работы, в которых наблюдалось необычное влияние радиации на структурные, электрические и рекомбинационные характеристики полупроводникового материала
на основе соединений А3В5 [2-4]. Явление, названное радиационным упорядочением, наиболее ярко выражено в приграничных областях этих кристаллов (свободная поверхность,
контакт металл-полупроводник, гетеропереход), проявляется в улучшении электрических
характеристик выпрямляющих контактов и структурных и рекомбинационных параметров
массивного материала и эпитаксиальных пленок. Однако описанные методы радиационной обработки не приемлемы для регулировки электрофизических характеристик полупроводникового материала.
Известен [5] способ получения полупроводниковых элементов из арсенида галлия,
включающий ионное легирование пластин арсенида галлия, отжиг путем облучения электронами с энергией более 330 кэВ в течение 8-14 с, прекращая облучение при температуре
пластин 490-600 °С, с последующим охлаждением до комнатной температуры. Однако
этот способ не позволяет существенно изменить температурную зависимость электрической проводимости приборной структуры.
Известен [6] способ получения полуизолирующего арсенида галлия. Предлагаемый
способ заключается в улучшении параметров монокристаллов арсенида галлия облучением нейтронами ядерного реактора и последующей термообработкой. Такая циклическая
обработка образцов (облучение и термообработка) приводит к значительному повышению
однородности и термостабильности свойств материала и улучшению его оптических характеристик и лишь незначительно влияет на характер изменения проводимости арсенида
галлия от температуры. Однако нейтронное облучение приводит к остаточной радиоактивной активности элементов и необходимости их длительной выдержки для снижения
уровня активности до приемлемого значения.
Данный способ выбран за прототип.
Задача изобретения - повышение чувствительности GaAs-элемента к изменению температуры в интервале 100-300 К, который является рабочим интервалом, используемым
для большинства применений.
Поставленная задача решается тем, что облучение GaAs-элемента осуществляют электронами дозами, обеспечивающими образование радиационных дефектов, концентрация
которых составляет 40-50 % от концентрации основных носителей заряда в исходном
GaAs-элементе.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. При электронном облучении
в арсениде галлия образуются различные типы радиационных дефектов. Эти дефекты создают в запрещенной зоне арсенида галлия целый спектр мелких и глубоких акцепторных
и донорных уровней, являющихся эффективными ловушками носителей заряда. Поэтому
в результате облучения концентрация основных носителей заряда и их подвижность будут
снижаться, что приведет к снижению электропроводности исходного материала. Начальная скорость удаления носителей для электронов с энергиями 2,5 и 10 МэВ составляет соответственно 5 и 9 см-1. Согласно модели радиационных нарушений полупроводников,
степень заполнения ловушек, т. е. изменение концентрации носителей, зависит от положения уровня Ферми по отношению к уровню дефекта, которое определяется температурой образца и дозой облучения. По мере возрастания концентрации радиационных
ловушек с близко расположенными уровнями до значений, приближающихся к исходной
концентрации примесей, возможна ситуация, когда снижение концентрации носителей
заряда в определенном интервале температур будет происходить достаточно резко и по
линейному закону. Эту особенность в изменении температурной зависимости проводимо2
BY 11192 C1 2008.10.30
сти облученного арсенида галлия можно использовать для создания термочувствительного GaAs-элемента. Радиационные дефекты в GaAs обладают высокой температуроустойчивостью. Их отжиг протекает при температурах выше 490 К.
Для того чтобы получить элемент из арсенида галлия с повышенной чувствительностью проводимости к изменению температуры в интервале 100-300 К, необходимо ввести
в полупроводник концентрацию радиационных дефектов, составляющих примерно, по
нашим оценкам, 40-50 % от значения концентрации основных носителей заряда в исходном материале.
Пример конкретного исполнения.
Для создания GaAs-элементов использовался монокристаллический арсенид галлия nтипа проводимости [7], специально нелегированный с исходной концентрацией электронов n0 = 2⋅1016 см-3. Образцы GaAs-элементов для измерений напряжения Холла были выполнены в форме прямоугольных брусков с размерами 10×5×1 мм с четырьмя контактами:
два из них - токовые на верхнем и нижнем торцах бруска и два - для измерения холловского напряжения на боковых торцах бруска, расположенные симметрично один относительно другого. Контакты из посеребренной медной проволоки припаивались зонноочищенным оловом. В качестве флюса использовался пересыщенный раствор двухлористого олова в ацетоне. Полученные контакты были омичны в широком интервале температур и напряжений. Подготовленный таким образом образец, через который пропускался
постоянный ток от стабилизированного источника, помещался в разъем торроидального
электромагнита так, чтобы вектор напряженности магнитного поля был перпендикулярен
вектору тока через образец.
Напряженность магнитного поля поддерживалась постоянной и была равна 600 Э, ток
через образец составлял 0,05 А. Электромагнит с образцом помещался в термостат, температура в котором регулировалась от 77 (температура кипения жидкого азота) до 300 К
(комнатная температура). Температура образца при измерениях контролировалась медьконстантановой термопарой, расположенной в непосредственной близости с образцом.
Облучение образцов проводилось при комнатной температуре на электронном ускорителе ЭЛУ-4 с энергией электронов 4 МэВ. Электроны с такой энергией создают в кристалле арсенида галлия распределенные равномерно по объему радиационные дефекты,
концентрация которых пропорциональна дозе облучения.
В необлученных образцах напряжение Холла от температуры в широком интервале
(100-300 К) остается практически постоянным. После облучения образцов дозой 5⋅1015 см-2
напряжение Холла возрастает во всем температурном интервале, но слабо зависит от температуры. Начиная с дозы 7⋅1015 см-2, наблюдается достаточно сильная зависимость величины напряжения Холла от температуры. Причем эта зависимость близка к линейной (с
точностью до ∼5 %) Изменение холловского напряжения в диапазоне температур 100300 К после дозы 8,65⋅1015 см-2 составляет примерно ∆U/∆T = 150 мкВ/град. При значительно больших дозах облучения на зависимости напряжения Холла от температуры наблюдаются участки с отклонением от линейности. Температурные изменения напряжения
Холла на этих участках не превышают 30 мкВ/град.
Как видно из таблицы, наиболее высокая чувствительность напряжения Холла к температуре наблюдается при дозах 7⋅1015-9⋅1015 см-2, которые обеспечивают введение в
GaAs-элементы радиационных дефектов до значений концентраций, составляющих по
нашим оценкам 40-50 % от концентрации основных носителей заряда в исходных образцах. Выход за пределы этих интервалов и облучение по способу прототипа дают худшие
результаты.
3
BY 11192 C1 2008.10.30
Изменение зависимости напряжения Холла от температуры (∆U/∆Т) для диапазона
температур 100-300 К в зависимости от дозы облучения GaAs-элементов
Доза, см-2
Прототип
1⋅1015
5⋅1015
7⋅1015
8⋅1015
9⋅1015
3⋅1016
∆U/∆T,
7
20
150
175
160
75
25
мкВ/град
Источники информации:
1. Болванович Э.И. Полупроводниковые пленки и миниатюрные преобразователи. Мн.: Наука и техника. - 214 с.
2. Борковская О.Ю. и др. Регулирование времени жизни носителей заряда в арсениде
галлия с помощью облучения электронами и γ-квантами Со60. Электронная техника. Сер. 2.
Вып. 7. - 1980. - С. 39-46.
3. Конакова Р.В. и др. Особенности радиационной технологии при изготовлении GaAs
диодов для СВЧ электроники. В кн.: Арсенид галлия / Под ред. В. И. Гамана. - Томск.:
ТГУ, 1982. - С. 183-185.
4. Конакова Р.В. и др. Возможности радиационной технологии при изготовлении диодов. Электронная техника. Сер. 2. Вып. 2. - 1988. - С. 47-56.
5. Патент РФ 1554670, 2000.
6. Заявка РФ 93042335/26, 1996.
7. Коршунов Ф. П. и др. Исследование дозовых и температурных зависимостей напряжения Холла в арсениде галлия n-типа, облученном быстрыми электронами // Вести
НАН Беларуси. - 1999. - Сер. физ.-техн. наук. - № 3. - С. 64-67.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
92 Кб
Теги
11192, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа