Способ изготовления кремниевого поверхностно-барьерного детектора

 

Союз Советских

Социалнстмческмк

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< 591084

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свир-ву (22) Заявлено 01. 07. 76 (21)2378741/18-25 (53)N. Кл.з

Н 01 L 21/02, Н Of 31/00 с присоедмнемивм заявки ¹Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 301180. Бюллетень ¹ 44

Дата опубликования описания 0 Ы 280 (53) УДК 621. 387. .462(088.8) (72) Авторы изобретения

П.П.Дьяченко и Е.A.Ñåðåãèíà (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО

ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНОГО ДЕТЕКТОРА

Изобретение относится к способу изготовления полупроводниковых детекторов ядерного излучения, в част- ности к способу изготовления кремниевых поверхностно-барьерных детекторов.

Известные способы изготовления поверхностно-барьерных детекторов состоят из травлений рабочей поверхности подготовленного монокристалла и изготовления электрических контактов к рабочей и противоположной стороне кристалла, причем изготовление надежного электрического контакта к рабочей поверхности детектора является наиболее технологически сложной операцией.

Широкое распространение получил способ изготовления полупроводниковых детекторов с применением эпоксидных смол.

Основным недостатком этого способа является то, что при понижении температуры окружающей среды ниже -60оC детекторы выходят из строя из-за механических повреждений, так как коэффициенты объемного и линейного расширения у кремния и эпоксидной смолы разные. К недостаткам следует отнести и большую общую тол щину промышленных детекторов 5 мм при толщине чувствительной области

0,025-0,200 мм.

Наиболее близким по технической

5 сущности к предлагаемому является способ изготовления поверхностнобарьерных детекторов путем наложения на протравленную поверхность монокристалла изолирующего материала, f0 присоединения к изолирующему материалу металлической пластины, служа.щей переходным электрическим контактом, изготовления плавного перехода между протравленной поверхностью

15 кристалла и. металлической пластиной и последующего вакуумного напыления, К протравленному и промытому в деионизованной воде монокристаллу кремния с двух сторон приклеивают

2О клеем БФ-2, который является одновременно и изолирующей пленкой, металлические пластины, конкретно листочки из медной фольги толщиной

0,1 мм таким образом, чтобы клей

25 обеспечивал плавный переход с кристалла на медную фольгу, полимери.Зуют клей в сушильном шкафу, после чего на рабочую поверхность кристалЛа, выступающую часть клея и медную

3р Фольгу вакуумным напылением найо591084 сят слой золота на обе стороны пластины .и затем детектор заделывают в пластмассовую оправу, используя клей

БФ-2, полимеризуемый в сушильном шкафу.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что иэ-эа.слабого сцепления клея БФ-2 с травленной поверхностью кремния контакт к поверхности при небольших механических воздействиях легко нарушается. Контакт к поверхности при охлаждении 10 детекторов до температуры жидкого гелия также нарушается. Иэ-за.необходимости помещать детектор в пластмассовую оправу увеличивается количество конструкционных материалов, рассеивающих ядерное излучение.

Целью изобретения является получение надежных контактов к рабочей поверхности детектора, устойчивых к механическим воздействиям и низким 20 температурам и уменьшение количества конс.грукционных материалов, рассеивающих ядерное излучение, т.е. упрощение конструкции.

Поставленная .цель достигается тем, что в качестве изолирующего и склеивающего материала используют полимерную пленку, например, поливинилбуте--. раль, сборку, полученную после наложения металлической пластины, нагревают под небольшим давлением до. тем- 30 пературы размягчения пленки, охлаждают и вакуумным Напылением на часть полимерной пленки, выступившую при нагревании между кристаллом и металлической пластиной, рабочую поверх- 35 .ность детектора и внешнюю поверхность пластины наносят слой металла. . На чертеже схематически показан детектор, изготовленный предлагаемым способом. 40

На протравленный и обработанный обычным способом кристалл кремния 1 накладывают с обеих сторон кольца из полимерной пленки .2, например поливинилбутераля, причем внутренний 45 диаметр кольца определяет. рабочую поверхность детектора. На пленку накладывают кольца из посеребренной латунной фольги 3, соответствующие размерам колец из пленки. Получен- 50 ную сборку нагревают под небольшим давлением 0,1 кГ/см до температу- ры размягчения поливинилбутераля (160-180РC) и затем охлаждают до комнатной температуры. В результате тепловой обработки сэндвич склеивает ся, верхняя и нижняя пленка оплавляют боковую поверхность кристалла, а по периметру рабочей поверхности детектора выступает слой пленки 4, создающий плавный переход между ра- 40 бочей поверхностью кристалла и металлической фольгой. На сборку с обеих сторон вакуумным напылением наносят слой 5 металла, например золота. Толщина готового детек- 65 тора составляет 0 3 мм, рабочая площадь равна 706 мм .

Кольца иэ латунной фольги однбвременно являются и оправой детекторов.

В случае необходимости к оправе готовых детекторов производится пайка электрических контактов. Изготовленные предлагаемым способом детекторы были использованы для спектрометрии осколков деления. Отношение пика к провалу для спектра осколков деления

252 С f. составляло 2,5-2,8, что соответствует энергетическому разрешению

1Ъ. Охлаждение изготовленных детекторов до температуры жидкого гелия не нарушало контактов к поверхности детектора. Повидимому, благодаря эластичности используемой полимерной пленки механические нарушения иэ-эа разных коэффициентов объемного и линейного расширения кремния, фольги и полимерной пленки не возникают.

Предлагаемый. способ изготовления полупроводниковых детекторов позволяет упростить технологию изготовления поверхностно-барьерных детекторов за счет уменьшения числа технологических операций и эа счет простоты обращения с полимерной пленкой, увеличить стойкость детекторов к меха- ническим воздействиям, благодаря прочному и пластичному соединению полимерной пленки с кристаллом и обкладкой, изготовлять детекторы, надежно работающие при охлаждении до температуры жидкого гелия, существенно уменьшить количество конструкционных материалов, рассеивающих ядерное излучение, при работе в потоках короткопробежных заряженных частиц (осколков деления, сК вЂ” частиц ) испольэовать поочередно обе стороны кристалла в качестве входного окна детектора, в рамках единого простого способа изготовлять детекторы различных конфигураций, необходимых для решения конкретной экспериментальной задачи (например, для спектрометрических измерений осколков деления ядра под действием заряженных частиц был изготовлен детектор площадью 19,6 см с отверстием посередине, через которое пропускался пучок протонов).

Способ позволяет примерно в два раза сократить рабочее время, необходимое для изготовления одного детектора за счет упрощения технологии и в два раза сократить расход дорогостоящего материала, благодаря использованию обеих, сторон кремния в качестве входного окна детектора.

Техническая эффективность изобретения заключается,в том, что предлагаемый способ позволяет во много раз сократить количество рассеивающих конструкционных материалов, что

591084

Формула изобретения

Составитель И.йвчиевРедактор Н.Коляда Техред Т.Маточка Корректор:М.демчик

Эаказ 9210/71 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Х-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП"Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðoåêòíàÿ,4 существенно повышает точность нейтронных измерений. Кроме того, в рам- ках единого простого способа отхрываются новые возможности для изготовления поверхностно-барьерных детекторов различных конфигураций и типов (dE/dx, двухсторонних с омическим контактом по боковой поверхности кремниевой шайбы и т.п.).

Способ изготовления кремниевого поверхностно-барьерного детектора путем наложения на протравленную поверхность монокристалла изолирую- щего материала, присоединения к изолирующему материалу металлической пластины, служащей переходным элект.рическим контактом, изготовления плавного перехода между протравленной поверхностью кристалла и метал« лической пластиной и последующего вакуумного напыления металла, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности контактов к рабочей поверхности детектора, устойчивости к механическим воздействиям и низким температурам.и упрощения конструкции, в качестве изолирующего и склеивающего материала используют полимерную пленку, преимущест® венно поливинилбутераль, сборку, полученную после наложения металлической пластины, нагревают под давлением не более 0,3 атм до температуры размягчения пленки, охлаждают и вакуум-

15 ным напылением на часть полимерной пленки, выступившую при нагревании между кристаллом и металлической пластиной, рабочую пбверхность детектора и внешнюю поверхность пластины щ наносят слой металла.