Способ изготовления германиевых термосопротивлений для измерения низких температур

 

Союз Соеетскни

Соцна лнстнмескни

Республик (iiI 5Я 2Щ (61) Дополнительное к авт. свнц-ву (22) Заивлеио19.07.7G (2l) 2388213/18-25 с прнсоединеинеи заявки № (23) Гтриоритет (43) Опубликовано25.10.78.Бюллетень № 39 (45) Дата опубликовании описания 29.08.78

ig (51) М. Ки.

Ст 01 К 7/00

Гооидарстаеииый комитет

Совета Мииистроа СССР оо делам иэобретеиий и открытий (53) УДК 621.382, ° 002 (088,8) Ф, M. Воробкало, A. Г. Забродский, Л. И. Зарубин, И. Ю. Немиш и И. С. Шлимак (72) Авторы изобретении

Институт полупроводников AH Украинской ССР (т! ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМА НИЕВЫХ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЙ

ЙЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Иэ обретение относи тся к технике тептлофиэических измерений, Оно может быть использовано для создания термосопротивлений с целью измерения низких темперан,тур 5

Известный способ изготовления термосопротивлений из германия широко распространен. Он основан на легировании германия — введении в расплав определенного количества легирующих примесей с последующим выращиванием монокристалла по методу Чохральского или методу эонной пианин (11.

Однако при этом способе легирования не может быть достигнута высокая степень точности нужной концентрации прим сей вследствие сильной зависимости сопротивления германия при низких темпе ратурах от концентрации примесей (так, при изменении концентрации в 2 раза щ уцельное сопротивление при температуре о

4,2 К изменяется более чем в 10 раз).

Кроме того, введение примесей в расплав из-еа высокой температуры плавления германия не позволяет получить высоко 2а однородное распределение примесей, что затрудняет грацуировку термосопротивлений, Легирование германия путем ионной имппантапин(2 т. а. оапунания ионами примеси, широко применяется в случае легирования весьма тонких приповерхностных слоев полупроводника. В случае же легирования объемных кристаллов способ неприменим, так как при этом обязателен высокотемпературный диффузионный отжиг.

Прототипом изобретения является способ изготовления термосопротивлений для о измерения температуры ниже 1 К, эаклю

Чающийся во введении в германий примесей облучением его медленными- нейтрона ми(3), И результате захвата нейтронов пятью естественными изотопами германии образуются другие изо-îïû,,иэ которых два стабильные, а три рациоактивные, распадающиеся с различными периодами полураспаца и образующие устойчивые яд ра электрически активных в германии при месей галлия, мышьяка и селена (так на зываемое ядерное легирование). Йля об5972 Å30 пучек»»я используется ToJlhKO чистый или слеболегировекыый гермений, В «отором концентрацией иcxnqIIbix примесей можно пренебречь по сревкекию с Kn«ue!»Tp;HIHей

Вводимых кейт!)0213»ье»л 00лучекием пе)1»к!е !

=ей. Дозы медленных нейтронов, используемых для с)блуче ыи Я, Выби (3(1101 В 3 редел ех (;(),б-4(0) 10 см .

ВВЙду ТОГÎ Что КОЭН!»питт»(Т Е!ОГЛОЕЦЕ ния медленных нейтронов ".. Германии мел (примерно 0„1 см ), поглощение EIQIITpn ( нов в слитке с линейк iMH резме )еми порядка нескольких сантиметров происходит

ВЕСЬМВ PQB!1 0MeP»0 ° Е)ЕЕОДЕЕМЫЕ 1»ЕЙТЕ)02111»т»м облучением атомы примесей кеподвихены

15 в гермении, тек кек температуре облучения HeBblcOKQH по с08внекиео с темп(eЕ)ету O0If () ВСП»! ЯВЯ II I!H Ц 2»фф 32: 0! i H" (O ОЧОК!Е Ге.

Низкий Ееоэффееее!»ент погпоецекия нейтронов и невысокие те: »пее)Яану!)ы u!5JIyчеыия обес20

ПЕт»ИВЯ)Г)Т В»т»Сот«УЮ Е)ДНО 00*;IH 0(I b ЛЕт-i» I) OBQ ния. еонцектрация примесей может быть

ДОСТИГНУTQ ВЕСЬМВ ТОЧНО(ПОСКОЛЬК5 ОНЕ зевисит ПЕ»цеь ot дозы медпекl»ы)е Еее!»тро»35 нов (е»роизведе1»ия кото«а нейтронов ке время), С)днеко при таком способе Возможно

П ОПУЧЕЕ!ИЕ ГЕРМЯНИЯ тоПЕ,КО тт - 1 ИПЯ И Со

СТРОГО ЗЯДЯПНОЙ СТЕПЕНЬЮ 1»ОМПг НСЯЦИИ, раВНОй 40т, 8 для ОбЕСПЕЧЕНИя теКИХ П;

РЯМЕТPOB — ИСПОЛЬЗОБВНИЕ ТО)1Ь!ЕО ЧИСТОГО ипи (»пеболе» Етт ровен»!ОГО 3 eni»»8«H»I, Е г)

Объясняется Внутрееек)ем мехе«измом ilpÎВОДИМО(Т)»т KOTOPbtH В 06Л "ЧЕНКОМ ГЕРМВ35 нии обусловлен прыжкеми электронов между Одиночн»7(ми ВТОМЯ«еи примесеЙ.

Гредуировка термосопротивл(ений, изго- товленных те«им способом, затруднена изза того, что =,àâèñèèîñòü удельно)го со4(3 противления е .) от темперетуры Т l)r»iСывееТСЯ (88«o«OM 3(ff J3 i т ГЕ!е ЕЕ ИзMeHHeTcR От единицы до трех е(зевисимости GT концентредии Введенной примеси, т. е„дозы облу !е»11»я.

Цель изобретения — рес»цирекие рабочего диапазоне TepMocn!IpOTHBJIPHI2»й в обл есть криО Генных теме»ег3ятуе) и )(III)0(!!eHHe гред5ч»ровки TepMoco!ipoTHBJIeHH!I, ЭТО ДОСТИ ГВСТСЯ ТЕ Мт !TO ЕЕ РЕЕСТВЛ ЧЫ герма»»и с концентрецией электронов

50 3, 1,0 10 - 1,0 10 см облучен)т медЛЕННЫМИ Е1ЕЙтртонетт»П1 ИН(ЕГЕ)(т)ЕЬКЕ Е!»! 110тО! (г» ком оТ 4,7 10 до 6,0 10 H см . В

G8BBCHMOCTH 0Т ИСХОДНОЙ КОНЦЕНТОВЦИИ ДО55 норов и дозы облучения MO)«HO f!0JI)JIBòü германий с резличным соотыоецекием концентраций докорной и Вкцепторкой приме=

СЕЙ 3 Тт. Е, С РВЭЛИт» 21 0!(CTeij ejibЮ K 0 Mii PHсеции KQK I7 --., тек е! 13-типе проводимос.(И, )Ет От П г) З р (3 П И Е Е li; HI 3 О К () B 8; ) Ь И Е ) О В 8 Т Ь В ЕЕЕЕ

Ч (Pj »Ij(; 8 i УР«0,! )ЕВЕ»г.имг,(ТИ тЕД;т)ЕЬЕ»ОЕ О

Е!(т ) 3 HB)feHHH и 110;15«8 ЕE ГЕрМВЫЕ»й (0111 È,"..ЯЛЬHЫМИ ";:Е)38«ТЕЕ)ЕЕС» И«8iiыl ДЕ!Я HV)KHОГО

ДИВПЕЗ()ЫВ Тем)18(,Q f ))j), ГЕ!!)»ЕЕЕ!»Й ПРЕДЕЛ КОНЦЕПТЕ)ВЦИК JIOHOPOB

B !!сходном гермеыии (лд = 1 U см

3 а(т, I7,5(Ве (биреел) сте пе)и 118т!итт 2»Н х»ет 8:jëè «pc кОЙ

Hp0Bnj!HM0CTH B Исходы()м Геt)K!8!»H!f. (ЕЯЕ)уний» ппе;Еел к:)1»це!»те)8312»1» i!0«000B

7 ()iI -! =1 0 см ") ограничен тем, что

2)

Пг)2(()Олтты{тзй КО!»ЦЕЕ» 1 Г(ВЦ(тк H()EInt)0!» В !»С» ходком необпгее)ее!ее)т» Ге» меееии появляются сильк)ле 1»ее) ееыо(:olI«ocTjf (клестеры), oi которых i!I3H совреj»(eыы )й технологии IIOлучекия германия Tt)y;II!n избавиться и котооые !IOCJIO 0631!у»е!31»я ыейтроквгми искажеi ют херектепистики те()Елос011 )ОТЕ»влекий.

3-еозе Обл j»»r H!iH Выби08ется В зевисиМОСТH О. «ОНЦЕЫТPQЦИИ ПОКОРОВ В ИСХОД— ком гepMQbHH. 3(3»я Германия с кеименьшей

»7 -»(т

«Of»Í(8«I (p8IIHÐjf ЦОЕ»оров (Й 1) 1 Е 0 См» минимальной дозой является доза„ необходик»ая лишь дпя срыва металлической проводимости и появе»еыия темееературыой зависимости сопротивления. При минимельНой ДОЗЕ ЕИП пРОВ03)ЦЕМОСТИ КЕ ИЗМЕНЯЕТСя И С-гЕЕЕ(ЗЕ»д- KOK»iieHCQIIHEf Е», НЕВЕПИКЯ (К З J.Î".), 3»1212»еее»ет!ьыая доза равна (1,7 10 )е см . т т)Я«СИ!»»Е»т!Ь)ЕОЙ ДОЗОЙ ЯВЛЯЕТСЯ ДОЗет кеобходимея для ГОГО. чтг)бье f) Hcxnj!HQM еieобл5чp«HOМ Геpмении с «!В«сиMQJIbiini» !

»01»це»еч.рец2„-ей де)к,-),)0, (е» .д —.3 . 1 0 (м- ) т,,-,,", —.. -т ) ке только произоецеп срь:в метеллической прово)1и!.»Ост»ет ко и изменился тип проводимости. Е:-,епекь компеысеции при этом тт»Ожвт бт:ЕТ! 6()пт„)ытг)Й (г» + !)0!(i) . 318«СИI? -2

)тЛЕ,тЕ!»!ЕЕ»Я ДОЗа )QE)«8 ri) . 0 Г.М г С»1031»тЗОВЕ»ЕЕИЕ ИСХОДНОI О 1 ЕРМЕНИЯ С определенной концектрецией электронов и выбор опре (еленкой дозы Облучения в укязенкых пределах пс,звопяют расширить ре.— бочий диепезок термосопротивлений в обIQCT?! «PI»0 I ЕККЕ,Е» т:Ет »ПЕОВ Jrt) И УПРОСТИТЬ

ГЕ ЯДУИЕ)ОВЕЕ.)т ТЕ)Е)2ЛОСОЕЕООТЕЕЕ»ЛЕК!ЕЕЕ (ДОСтетОЧКО ПРОИЗВ» Стн ГЕ)ЕЦ.т"т»Е)ОВКУ В ДВУХ-ТРЕХ опорных точках для 110(еучеEH$I низкотемпе 38TУРк0й несT;l Гг)ВДУКЕ)овочной KP2IBoH), Уеероееее)ееие гетедуировки термосопротивпекий обус)ЕОВ»101»0 не только однородностью легирования, но и кечественным отличием механизме проводимости сипькопег)»е)овекног0 и компексировенного германия (для него в широкой области криогенных температур спреведливо сооткоецекие

Ьа. ) ).

597260

Иа фиг, 1 приведена зависимость у««ельного сопротивления Р от величины 10 /Т для исходного и облученного германия, на фиг. 2 — зависимость удельного сопротивления «.« от величины Т «/ для исходногс 5 и облученного германия.

Пример. Снимается зависимость удельного сопротивления «7 образца исходного германия от величины 10 /Т вЂ” кри Э вая 1 нафиг. 1. Образец облучают медленНыми нейтронами. Снимают зависимость удельного сопротивления образца германия от величины 10 /Т после облучения образца — кривые 2,3. Лля исследования выбран образец германия с концентрацией доноров (электронов) Й П -5 10 см

-3

Для облучения использ чот дозы медленных нейтронов 1,8 10 см (кривая 2)

9 и 2 10 см (кривая ), Степень компен-Я сании при этом получают К =Н йп =83% (кривая 2) и К=89% (кривая 3).

На фиг. 2 наблюдается линейная зависимость в широком диапазоне, что сушественно облегчает градуировку термосопротивлений.

2»

Предлагаемый способ позволяет при сохранении высокой точности и однородности легирования изготовить германиевые термосопротивления для работы в широком диапазоне криогенных температур; упростить градуировку термосопротивлений указанного диапазона; снизить требования к HcI10J« b3!/Îмому «ерма««««я (««р««ме««ять не то;ц=.ко чисть и или слабо««еги«ю;-а«««««,«й германий) „расширить пределы доз облучения с целью Bb«60ра оптимальных рабочих характеристик термосpпротиглений.

«Р о р и у л а изобретения

Способ изготовления германиевых термосопротивлений для измерения низк,x температур заключ«««ашийся Во введении в кристалл германия примесей путем облучения его медленными нейтронами, отличаюшийся тем,что,с целью расширения рабочего диапазона в область криогенных температур н уппошения градуировки те.,мосопротивлений, кристаллы германия с ко«же««трацией

«7 электронов j «п«апазоне 1 0 1 Q

0 „" 0 cM обiлучают медленн!::,, „! ««ь- и «В -д с,!7 тронами интегоальиым ««oTQK«!M т i .«0 («/ Я до 60 10 н см

Источники информации, принять«е Во внимал «е пр ", экспертизе:

1 .!Pcs . " с « ..«1Ю1 " 33, 10«:;, .«962.

2. Зор««««Е. !"«,, Павлов П. Б. н др.

l! D««Hîå легирование полупроводников., М., "Зне««гия, 1975, с. 4, 3, Авторское св«.=детельство С«:«« . л 437931, кл. «. 01 К 7/22, 1972.

597260 — Т, E юао 2S 10 pг g г

Igã п îs

Th ii h о,г г

Составитель A. Еалашов

Редактор Т, Колодцева Текред H. Андрейчук Корректор Л. Василина

Заказ 6118/52 Тираж 789 Подписное

П!!ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., и. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4