[go: up one dir, main page]

RU2014669C1 - Process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation - Google Patents

Process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation Download PDF

Info

Publication number
RU2014669C1
RU2014669C1 SU5003777A RU2014669C1 RU 2014669 C1 RU2014669 C1 RU 2014669C1 SU 5003777 A SU5003777 A SU 5003777A RU 2014669 C1 RU2014669 C1 RU 2014669C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
manufacture
ionizing radiation
rate
iridium
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М. Юнусов
А. Ахмадалиев
К.А. Бегматов
В.В. Генералова
Х.Х. Маннанова
Original Assignee
Институт ядерной физики АН Республики Узбекистан
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт ядерной физики АН Республики Узбекистан filed Critical Институт ядерной физики АН Республики Узбекистан
Priority to SU5003777 priority Critical patent/RU2014669C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2014669C1 publication Critical patent/RU2014669C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

FIELD: semiconductor electronics. SUBSTANCE: in process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation on base of monocrystal silicon of p-type silicon plates are in sequence doped with iridium, boron and phosphorus. Firing is conducted at temperature 540-560 C for the course of 30-40 min with subsequent cooling at rate of not more than 2 deg/min. Then contacts are brazed and detector is assembled and sealed in case. EFFECT: facilitated manufacture. 1 tbl

Description

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к способам изготовления детекторов ионизирующего излучения, и может быть использовано для создания радиационно-стойких детекторов мощности дозы гамма- и рентгеновского излучений. The invention relates to semiconductor electronics, in particular, to methods for manufacturing ionizing radiation detectors, and can be used to create radiation-resistant gamma and X-ray dose rate detectors.

Известны способы изготовления полупроводниковых детекторов мощности дозы гамма-излучения на основе монокристаллического кремния р-типа, включающее последовательную диффузию бора и фосфора. Known methods for the manufacture of semiconductor dose rate gamma radiation detectors based on p-type single crystal silicon, including sequential diffusion of boron and phosphorus.

Недостатком детекторов, изготовленных известными способами, является низкая радиационная чувствительность. The disadvantage of detectors manufactured by known methods is the low radiation sensitivity.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления полупроводниковых детекторов мощности доза гамма-излучения на основе монокристаллического кремния р-типа, включающий легирование кремния иридием, диффузию бора и фосфора, пайку контактов, сборку в корпус и герметизацию, обладающих высокой радиационной стойкостью. The closest technical solution, selected as a prototype, is a method of manufacturing semiconductor power detectors of a dose of gamma radiation based on p-type single crystal silicon, including doping of silicon with iridium, diffusion of boron and phosphorus, soldering of contacts, assembly into the housing and sealing, which have high radiation resistance.

Недостатком этого способа является ограниченность нижнего предела диапазона измеряемых мощностей доз и низкий выход изделий с заданными параметрами. The disadvantage of this method is the limited lower limit of the range of measured dose rates and the low yield of products with specified parameters.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых мощностей доз и видов реакции и повышение выхода изделий с заданными параметрами при сохранении радиационной стойкости. The aim of the invention is to expand the range of measured dose rates and types of reaction and increase the yield of products with specified parameters while maintaining radiation resistance.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления детекторов на основе монокристаллического кремния р-типа. включающего легирование иридием, диффузию бора и фосфора, пайку контактов, сборку в корпус и герметизацию, перед пайкой контактов проводят отжиг при температуре 540-560оС в течение 30-40 мин с последующим охлаждением со скоростью не более 2 град/мин.This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing detectors based on single-crystal silicon p-type. comprising iridium doping, diffusion of boron and phosphorus, solder contacts, the assembly in the housing and sealing, annealing is carried out at a temperature of 540-560 ° C for 30-40 min followed by cooling at a rate not exceeding 2 ° C / min prior to soldering contacts.

Сущность изобретения состоит в том, что при использовании иридия для легирования кремния, атомы иридия при воздействии излучения активно взаимодействуя с первичными радиационными дефектами, уменьшают скорость формирования устойчивых радиационных дефектов, которые обычно приводят к деградации свойств, таким образом обеспечивается высокая радиационная стойкость. Последующий отжиг при температуре 540-560оС в течение 30-40 мин и охлаждение со скоростью не более 2 град/мин приводят к распаду термо- и примесных рекомбинационных центров, которые отрицательно влияют на чувствительность детектора и выход изделий с заданными параметрами.The essence of the invention is that when using iridium for doping silicon, iridium atoms, when exposed to radiation, actively interacting with primary radiation defects, reduce the rate of formation of stable radiation defects, which usually lead to degradation of properties, thus ensuring high radiation resistance. Subsequent annealing at a temperature of 540-560 ° C for 30-40 min and cooling at a rate less than 2 ° / minute lead to decay heat and impurity recombination centers that adversely affect the sensitivity of the detector and the yield products with given parameters.

При воздействии рентгеновскими лучами изменения параметров в р-n-переходе (p-n-структуре) происходят, в основном, за счет реализации переданной излучением энергии возбуждения, которая при наличии неоднородностей релаксирует не производя переноса носителей, при этом линейность зависимости тока короткого замыкания (Iк.з) от интенсивности потока излучения нарушается. От этого эффекта можно избавится, если чувствительный слой детектора изготавливать однородным. Нам удалось достичь однородность чувствительного слоя кремниевой структуры, легированной иридием, путем пpоведения дополнительного отжига на воздухе при температуре 540-560оС с последующим медленным охлаждением, поскольку нами установлено, что в р-кремнии, легированном иридием, образуются глубокие центры ионизации с энергией ионизации Ес (0,3-0,4)эВ - акцепторного и Ес-0,54 эВ - донорного характера. Первый - является центром рекомбинации для электронов (его наличие снижает время жизни неосновных носителей), а второй центр - донорный, способствует компенсации удельного сопротивления p = Si. Поскольку центр с энергией ионизации Ес-(0,3-0,4)эВ является центром рекомбинации для электронов и приводит к снижению чувствительности детектора, то целесообразно этот центр удалить путем термической обработки, так как его термический распад наблюдается при температуре 540-560оС. Термический распад второго центра Ес-0,54 эВ наблюдается при температура отжига 740-780оС. Ввиду достаточно большого интервала между значениями температур термического распада центров, при термообработке при 540-560оС степень компенсации удельного сопротивления материала сохраняется, а чувствительность прибора к излучению увеличивается более чем в 2 раза.Under the influence of x-rays, changes in the parameters in the pn junction (pn structure) occur mainly due to the implementation of the excitation energy transferred by the radiation, which relaxes in the presence of inhomogeneities without transferring carriers, while the linear dependence of the short circuit current (I to .h ) the intensity of the radiation flux is violated. This effect can be eliminated if the sensitive layer of the detector is homogeneous. We were able to achieve uniformity of the sensitive layer of the silicon structure doped with iridium by a result of our further annealing in air at a temperature of 540-560 ° C followed by slow cooling, since we have found that in the p-type silicon doped with iridium are formed deep ionization ionization energy centers E s (0.3-0.4) eV - acceptor and E s -0.54 eV - donor nature. The first one is the recombination center for electrons (its presence reduces the lifetime of minority carriers), and the second one, the donor one, helps compensate the resistivity p = Si. Since the center with the ionization energy E c - (0.3-0.4) eV is a recombination center for electrons and leads to a decrease in the detector sensitivity, it is advisable to remove this center by heat treatment, since its thermal decomposition is observed at a temperature of 540-560 о С. Thermal decay of the second center ЕС-0.54 eV is observed at an annealing temperature of 740-780 о С. Due to the sufficiently large interval between the temperatures of thermal decomposition of the centers, during heat treatment at 540-560 о С the degree of compensation of the material rial is preserved, and the sensitivity of the device to radiation increases by more than 2 times.

Чувствительность детектора по току, достигнутая в заявляемом техническом решении, при воздействии гамма-излучения составляет
ηγ = 8·10-7 А/р·с-1, для сравнения в прототипе 3,7·10-7 А/р·с-1. При воздействии рентгеновского излучения (Х-лучей)
ηx = 9·10-6 А/р·с-1, предельно измеряемая малая мощность дозы рентгеновского излучения составляет ≈ 8·10-5 Р/с.
The current sensitivity of the detector, achieved in the claimed technical solution, when exposed to gamma radiation is
η γ = 8 · 10 -7 A / r · s -1 , for comparison, in the prototype 3.7 · 10 -7 A / r · s -1 . When exposed to x-rays (X-rays)
η x = 9 · 10 -6 A / r · s -1 , the maximum measurable low dose rate of x-ray radiation is ≈ 8 · 10 -5 R / s.

Таким образом, использование дополнительного термического отжига при температуре 540-560оС позволяет существенно расширить диапазон измеряемых мощностей доз рентгеновскоо излучения (малые мощности доз).Thus, the use of additional thermal annealing at a temperature of 540-560 ° C allows us to significantly expand the range of measured dose rates of X-ray radiation (low dose rates).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом: Пример. Из монокристаллического слитка низкоомного кремния р-типа (КДБ-2 или КДБ-3) вырезают пластины перпендикулярно направлению (III) толщиной 400-600 мкм. После резки для снятия нарушенного слоя образовавшегося в процессе резки, пластины последовательно шлифуют с обеих сторон микропорошками М-7, М-% до толщины d 350 мкм. После механической обработки пластины отмывают в деионизированной воде, выдерживают в растворе (IHF + 5H2O) в течение 5 мин, кипятят в растворе (7Н2О4 + 3Н2О2) при температуре 130оС в течение 5 мин, отмывают в деионизированной воде, кипятят в перекисно-аммиачном растворе (IH2O2 + INH4 + 4H2O) при температуре 75оС в течение 5 мин, затем отмывают в деионизованной воде и сушат под струей сухого азота (N2) при температуре 50-60оС. Далее на чистую поверхность пластины с обеих сторон наносят раствор иридия (H2IrCl6). Диффузию иридия проводят термодифузионным способом при температуре 1280-1330оС в течение 1 часа, затем пластины охлаждают на воздухе до комнатной температуры со скоростью 20-30оС в секунду. Получив р-n-переход пластину разрезают на пластиночки размерами 15х15 мм2, с них снимают окисный слой в плавиковой кислоте, затем на обе стороны последовательно напыляют алюминий и никель для улучшения сгорания зарядов на контактах.The proposed method is as follows: Example. From a single-crystal ingot of low-resistance p-type silicon (KDB-2 or KDB-3), plates are cut perpendicular to direction (III) with a thickness of 400-600 μm. After cutting, to remove the damaged layer formed during the cutting process, the plates are sequentially ground on both sides with micropowders M-7, M-% to a thickness d of 350 microns. After machining the plate washed in deionised water, held for 5 minutes, heated in solution (7H 2 O 4 + 3H 2 O 2) at 130 ° C for 5 minutes in a solution (IHF + 5H 2 O), washed in deionized water, boiled in peroxide-ammonia solution (IH 2 O 2 + INH 4 + 4H 2 O) at 75 ° C for 5 minutes, then washed in deionized water and dried under a stream of dry nitrogen (N 2) at 50 -60 C. Next, at a clean surface plate iridium solution applied on both sides (H 2 IrCl 6). Termodifuzionnym iridium diffusion method is carried out at a temperature of 1280-1330 ° C for 1 hour, then the plate was cooled in air to room temperature at a rate of 20-30 C per second. Having received the pn junction, the plate is cut into 15x15 mm 2 plates, the oxide layer in hydrofluoric acid is removed from them, then aluminum and nickel are successively sprayed on both sides to improve the combustion of charges at the contacts.

Следующий этап технологического цикла - это термический отжиг при температуре 540-560оС в течение 30-40 мин.The next stage of the process cycle - a thermal annealing at a temperature of 540-560 ° C for 30-40 min.

Верхний предел температуры отжига устанавливается не более чем 560оС, во-первых, при температурах выше указанной может начаться частичный отжиг центра Ес-0,54 эВ, что нежелательно, и во-вторых, для создания эвтектики контактного сплава кремний - металл - она достаточна. При уменьшении температуры отжига ниже 540оС не достигается полный отжиг центра Ес-(0,3-0,4) эВ, являющегося центром рекомбинации носителей.The upper limit of the annealing temperature is set not more than 560 ° C, firstly, at temperatures above this may begin partial annealing Ec 0.54 eV center, which is undesirable, and secondly, to create a contact eutectic silicon alloy - metal - it enough. By reducing the annealing temperature below 540 ° C is not reached full annealing center E to - (0.3-0.4) eV, which is the center of recombination of carriers.

Если отжигать менее 30 мин, то ввиду малой скорости распада может иметь место неполный распад комплексов, создающих центр Ес-(0,3-0,4) эВ. что нежелательно; в то же время отжигать более 40 мин неэффективно, так как за это время (30-40 мин) все центры уже распадаются.If annealed for less than 30 min, then due to the low decay rate, incomplete decomposition of the complexes creating the center Е с - (0.3-0.4) eV can take place. what is undesirable; at the same time, annealing for more than 40 minutes is inefficient, since during this time (30-40 minutes) all centers are already disintegrating.

Скорость охлаждения на воздухе после отжига при 540-560оС не более чем 2 град/мин. Охлаждение со скоростью более чем 2 град/мин приводит к частичному сохранению закалочных дефектов, которые неравномерно распределяются в объеме и приводят к появлению неоднородностей в чувствительном слое.The cooling rate after annealing in air at 540-560 ° C of not more than 2 deg / min. Cooling at a speed of more than 2 deg / min leads to a partial preservation of quenching defects, which are unevenly distributed in the volume and lead to the appearance of inhomogeneities in the sensitive layer.

В таблице приводится выход годных приборов с высокой радиационной стойкостью и токовой чувствительностью в зависимости от скорости охлаждения после термического отжига при 540-560оС. Как видно из таблицы, увеличение скорости охлаждения приводит к уменьшению выхода годных приборов и токовой чувствительности прибора.The table shows yields of devices with a high radiation resistance and current sensitivity, depending on the cooling rate after thermal annealing at 540-560 o C. As the table shows, the increase in the cooling rate leads to a decrease in yield of devices and the current sensitivity of the instrument.

Таким образом, использование процесса дополнительного термоотжига перед пайкой контактов со скоростью охлаждения не более 2 град/мин, способствующее удалению уровня Ес-(0,3-0,4) эВ, позволяет в 1,5-2 раза увеличить выход изделий с заданными параметрами за счет достижения однородности чувствительного слоя, развала (распада) термо- примесных рекомбинационных центров, которые отрицательно влияют на время жизни носителей.Thus, the use of the additional thermal annealing process before soldering the contacts with a cooling rate of no more than 2 deg / min, which helps to remove the level E s - (0.3-0.4) eV, allows to increase the output of products with specified parameters by achieving uniformity of the sensitive layer, disintegration (decay) of thermo-impurity recombination centers, which negatively affect the carrier lifetime.

Последний этап технологического процесса - это пайка контактов сборка в корпус и герметизация. The last stage of the process is the soldering of contacts assembly into the housing and sealing.

Детекторы, полученные предлагаемым способом испытаны на радиационную чувствительность, радиационную стойкость и диапазоны измеряемых мощностей доз рентгеновского излучения на установках УРС-55 УРС-70 и "ИРИС". Чувствительность детектора составляет 9·10-6 А/Р·с-1.The detectors obtained by the proposed method were tested for radiation sensitivity, radiation resistance and ranges of measured dose rates of x-ray radiation at the URS-55 URS-70 and "IRIS" installations. The sensitivity of the detector is 9 · 10 -6 A / P · s -1 .

Радиационная деградация после облучения дозой гамма-лучей Со60 равной 2·109 Р составляет ≈ 15%. Нижний диапазон измеряемых мощностей доз рентгеновского излучения составляет ≈ 8·10-5 Р/с.Radiation degradation after irradiation with a dose of Co60 gamma rays of 2 · 10 9 P is ≈ 15%. The lower range of the measured dose rates of x-ray radiation is ≈ 8 · 10 -5 R / s.

Изобретение позволяет изготовить высокочувствительный и радиационно-стойкий полупроводниковый детектор для широкого диапазона мощностей доз рентгеновского излучения, использующего в медицине (рентгеновские кабинеты, лучевая терапия), космических станциях, научных центрах и т.д. The invention allows the manufacture of a highly sensitive and radiation-resistant semiconductor detector for a wide range of dose rates of x-rays using in medicine (x-ray rooms, radiation therapy), space stations, research centers, etc.

Claims (1)

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДЕТЕКТОРОВ МОЩНОСТИ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ на основе монокристаллического кремния р-типа, включающий легирование полупроводниковых пластин иридием, бором и фосфором, пайку контактов, сборку в корпус и герметизацию, отличающийся тем, что перед пайкой контактов проводят отжиг при 540 - 560oС в течение 30 - 40 мин с последующим охлаждением со скоростью не более 2 град./мин.METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR DETECTORS OF IONIZING RADIATION DOSE POWER ON THE BASIS OF p-type single-crystal silicon, including doping of semiconductor wafers with iridium, boron and phosphorus, soldering of contacts, assembly into the housing and sealing, different from 5 ° C before 5 within 30 - 40 minutes, followed by cooling at a speed of not more than 2 degrees / min.
SU5003777 1991-08-29 1991-08-29 Process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation RU2014669C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5003777 RU2014669C1 (en) 1991-08-29 1991-08-29 Process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5003777 RU2014669C1 (en) 1991-08-29 1991-08-29 Process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2014669C1 true RU2014669C1 (en) 1994-06-15

Family

ID=21586001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5003777 RU2014669C1 (en) 1991-08-29 1991-08-29 Process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2014669C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2378738C1 (en) * 2008-10-01 2010-01-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф Иоффе РАН Method of making short-range particle detector
US7862738B2 (en) 2005-10-11 2011-01-04 Kuraray Co., Ltd. Luminous body
RU2445340C2 (en) * 2005-10-11 2012-03-20 Курарей Ко, ЛТД., Luminous body
US8258690B2 (en) 2005-10-11 2012-09-04 Kuraray Co., Ltd. High brightness inorganic electroluminescence device driven by direct current

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7862738B2 (en) 2005-10-11 2011-01-04 Kuraray Co., Ltd. Luminous body
RU2445340C2 (en) * 2005-10-11 2012-03-20 Курарей Ко, ЛТД., Luminous body
US8258690B2 (en) 2005-10-11 2012-09-04 Kuraray Co., Ltd. High brightness inorganic electroluminescence device driven by direct current
RU2378738C1 (en) * 2008-10-01 2010-01-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф Иоффе РАН Method of making short-range particle detector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4151008A (en) Method involving pulsed light processing of semiconductor devices
US4452644A (en) Process for doping semiconductors
US4684413A (en) Method for increasing the switching speed of a semiconductor device by neutron irradiation
US3747203A (en) Methods of manufacturing a semiconductor device
US4266986A (en) Passivation of defects in laser annealed semiconductors
Kemmer et al. Performance and applications of passivated ion-implanted silicon detectors
EP0175567B1 (en) Semiconductor solar cells
US4129463A (en) Polycrystalline silicon semiconducting material by nuclear transmutation doping
US4082958A (en) Apparatus involving pulsed electron beam processing of semiconductor devices
JPS588128B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
US3950187A (en) Method and apparatus involving pulsed electron beam processing of semiconductor devices
JP3477855B2 (en) Solid-state electroluminescent device and manufacturing method thereof
RU2014669C1 (en) Process of manufacture of semiconductor detectors of dosage rate of ionizing radiation
US3841927A (en) Aluminum metaphosphate source body for doping silicon
Crowder et al. High‐Dose Implantations of P, As, and Sb in Silicon: A Comparison of Room‐Temperature Implantations Followed by a 550° C Anneal and Implantations Conducted at 600° C
McNally Ion implantation in InAs and InSb
RU2086043C1 (en) Power semiconductor resistor and method for its manufacturing
US3527946A (en) Semiconductor dosimeter having low temperature diffused junction
JPS6074443A (en) P-n junction semiconductor element and method of producing same
US2870049A (en) Semiconductor devices and method of making same
US4046608A (en) Method of producing semiconductor components and product thereof
US3772768A (en) Method of producing a solar cell
US3918996A (en) Formation of integrated circuits using proton enhanced diffusion
RU2544869C1 (en) METHOD OF MANUFACTURE OF PLANAR LARGE AREA pin PHOTO DIODES ON HIGH-RESISTANCE p-SILICONE
US3662232A (en) Semiconductor devices having low minority carrier lifetime and process for producing same