Способ создания термочувствительного GaAs-элемента

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Коршунов Федор Павлович Марченко Игорь Георгиевич Жданович Николай Евгеньевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ создания термочувствительного -элемента, включающий радиационное облучение исходного -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 -элементе. Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборных структур на основе соединений А 3 В 5 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 11192 1 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 А 3 В 5 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 -элемента к изменению температуры в интервале 100-300 К, который является рабочим интервалом, используемым для большинства применений. Поставленная задача решается тем, что облучение -элемента осуществляют электронами дозами, обеспечивающими образование радиационных дефектов, концентрация которых составляет 40-50 от концентрации основных носителей заряда в исходном-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 проводимо 2 11192 1 2008.10.30 сти облученного арсенида галлия можно использовать для создания термочувствительного -элемента. Радиационные дефекты вобладают 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 -элементов использовался монокристаллический арсенид галлия типа проводимости 7, специально нелегированный с исходной концентрацией электронов 021016 см-3. Образцы -элементов для измерений напряжения Холла были выполнены в форме прямоугольных брусков с размерами 1051 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 51015 см-2 напряжение Холла возрастает во всем температурном интервале, но слабо зависит от температуры. Начиная с дозы 71015 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 8,651015 см-2 составляет примерно /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 71015-91015 см-2, которые обеспечивают введение в-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. 11192 1 2008.10.30 Изменение зависимости напряжения Холла от температуры (/Т) для диапазона температур 100-300 К в зависимости от дозы облучения -элементов Доза, см-2 Прототип 11015 51015 71015 81015 91015 31016/,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 -квантами Со 60. Электронная техника. Сер. 2. Вып. 7. - 1980. - С. 39-46. 3. Конакова Р.В. и др. Особенности радиационной технологии при изготовлениидиодов 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 -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

МПК / Метки

МПК: H01L 21/02, C30B 29/10, C30B 33/00

Метки: создания, gaas-элемента, термочувствительного, способ

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-11192-sposob-sozdaniya-termochuvstvitelnogo-gaas-elementa.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ создания термочувствительного GaAs-элемента</a>

Похожие патенты