Способ изготовления германиевых термосопротивлений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскид

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное н авт. санд-ву(5j)РА. Кл, Н 01 L 21/263

G 01 К 7/00 (22) Заявлено 190679 (2 I) 2808072/18-25 с присоединением заявки М (23) Государственный комитет

СССР ио деааи изобретений и открытий

Приоритет—

Опубликовано 150981. Бюллетень Н9 34

М) Уд (621. 382. . 00 2(088, 8) Дете опубликования описания 150981

023 +»m изобретения

Ф.М. Воробкало, A.Г .. Забродский, Л.И. Зарубин, И .Ю. Немиш н И.С. Шлимак

P 3) Заявитель

Инстктут Полуироводйиков AH Украинской ССР (54) СПОСОБ ИЗРОТОИЛЕНИЯ ГЕРМАНИЕВЫХ

ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЙ

Р

1: "!

)ъ», !

Предлагаемое изобретение относится к йолупроводииковой техйологки . Ойо может быть испоЛьэовано для создания термбсОпрОтйвлений для измерения низких теьатератур.

Известен сйособ изготовления repsaassewx тетзмосойротквлений для иэмеревий низких те!мператур, включающий йуий г!ерманий предельной чйсто- 16 ты и последуащее выращивание кристаллов кэ расплава е одновременным"леги- рованием ооиовйой и кбьвзеисируищей криме сямк 1 ).

Недостатком термометров, получае- мых данным сйоообои, ивяяется трудность и практическая невозможность получения одйотигйаж характери!Сти! к или ириведания к едииок температур@ой шкале. Одаотйпные - это такие;характеристики, которые путем каких-Ли- Ж бо преобразований или вариаций, например смещением всей характеристики или отдельных ее участков ао осям або« цисс или ординат, могут быть совмещены, т.е. это характеристики с одинаковой функциональной зависимостью во всем температурном диапазоне или в отдельных его участках. Приведение к ,единой температурной шкале - это получение одинаковых характеркстик, ЗО т.е. одной и той же характеристики для всех термометров, или аналитически - это получение одинаковой функциональной эависимости с одними и теми же постоянными коэффициентами в этой завксимос7 н.

Трудности получения как однотипных, так и идентичных характеристик обусловлены тем, что весьма трудно обеспечить требуемую точность и однородность введения донорной и акцепторной примесей при выращивании германия из расплава, т.е. при металлургическом легировании. Цля приборов, работающих прк низких температурах, требования точности и однородности легкрования-особенно высокие, так как чем ниже рабочая температура, тем скльнее сказываются неточности и неоднородности легнровання, например изменение концентрации в 2,3 раза изменяет удельное сопротивление германия при температуре 300оС тоже

s 2,3 раза, но при температуре 1 К изменение составляет уже окойо 100 раз.

Известен способ изготовления германиевых терыасопротнвлений для сверх» низких температур. (ниже 1сК, основанный на ядерном легированик германия примесями прк облучении его медградуировку из -э а физических особенностей проводимости в таком сильно легированном и компенсированном германии, Рабочий диапазон таких термосопротивлений может быть любым, на5 чиная с Т «300 К вплоть до наиболее низких температур.

Одним из недостатков рассмотренно го способа является невозможность получения термосопротивлений с однотипными характеристиками при различной величине сопротивлений при низких тем пературах.

Неод«йотипйость характериотик является бол«ьшим затруднением для авто Матизации "процессов измерения низких теййератур, йоскольку при смене термосопротивления требуется сложная перестройка""электронной аппаратуры изза изменения"характеристик термосопротивления..

20 целью изобретения является упрощение эксплуатации термосопротивлений в измерительной аппаратуре.

Цель достигается тем, что в известном способе изготовления германиевых термосопротивлений для измерения низких температур, включающем операцию введения примесей в кристаллы германия путем облучения его медленными нейтронами, используют германий с исходной концентрацией примеси (2 ° 10 Э

1 10 Э ) см и облучения производят дозой (3-10 6 -1 ° 10 й} см так, чтобы доза не менее чем в 10 раэ превышаЬ ла исходную концентрацию.

Последнее условие означает, что концентрацией исходной примеси можно пренебречь в расчетах по сравнению с концентрацией вводимой облучением примеси, а также, что степень компенсации облученного германия К 0,4.

40 Таким обраэбм, в результате облучения получаем германий р-типа с постоянной степенью компенсации К 0,4 и с концентрацией основной примеси галлия от 1 10 до 3,2 ° 104 см-3, эави4 сящей от дозы нейтронов Ф, так как

Ng = 3,16.10 ф . ПроВбЯМмбсть такого компенсироВаннбго р - германия при температуре ниже

7 7 К обусловлей а де ионн з аци е и атомов

50 галлия, и концентрация дырок Р, обуславливающих проводимость, э ависит лишь от температуры и не зависит от коййентраций примеси, т.е! независимо от дозы нейтронов должно наблю55 -даться совпадение кривых р (Т). Кри Ъй« е эа«в«йсймостй удельнот о сопротивления от температуры (т)- дэгя-личных кон;центрации смещены оъносительно друг друга, так как p — «,-a подвижность ,О при Т <77>С в таком компенсированном"германии обусловлена рассеянием на ионизированных центрах и обратно пропорциональна их концентрации й4 9.

Таким образом, наблюдается семейство

"65 паралзТельйый; т .е. однотипных кри3 782609 ленными нейтронами (2(. В результате яДерных реакций изотопов германия с нейтронами образуются электрически активные примеси; мелкий акцептор Gа,, мелкий донор As, двухраэрядный донор

Se причем концентрации вводимых примесей и в см > выражаются простыми соотношениями

2 и = 3,16 ° 1б ф; N = 1,03 ° 10 ф

Go Аб

0,125 ° 10 ф, где 4 — доза нейтронов в н ° см . loскольку коэффициент поглощения медленных нейтронов в германии мал (примерно 0,1 см- ), поглощение нейтронов пройсходит весьма равномерно, а точноСть легирования зависит от дозы (произведения потока на время экспозиции ).(После облучения дозой нейтронов ф =(2,6-4,0) 10 8 см 2 получают германий Р -типа с постоянной степенью ком пенсации К = 0,4 и с концентрацией основной примеси галлия от 8,2-10" до 1,3 ° 10" см

Несмотря на однородное легирование

И постоянную степень компенсации од нотипные характеристики нельзя получить, так как при Т(1ОК проводимость такого германия является прыжковой с переменной энергией активации и удельное. сопротивление зависит от температуры по закону ppzeXp(T<(T)

E где и = 1-3 в з ависимости от используемой дозы нейтронов. Уже одна лишь зависимость и. от дозы (уровня легирования) исключает воэможность получения однотипных характеристик.

Известен также способ изготовле" "йия терманиевых термосопротивлений для измерения низких температур, вклю чающий операцию введения примесей в -кристалл германия путем облучения его медленными нейтронами (3 ).

В этом способе для облучения используют германий с концентрацией . электронов в диапазоне Iq = 1,0 10 7х

Х1,0 10"8 см- и дозу нейтронов выбирают в пределах от 4,7 10 7 до 6,0х: (10 см . По мере увеличения дозы нейтронов .при заданной исходной концентрации электронов иэ-за увеличения концентрации основной вводймо«й облучением акцепторной примеси галлия и

"- вбзрастает и степень компенсации К

cia (в й-типе К = — N ) от минимальной, порядка 0,1,необходимой. лишь для срыва металлической проводимости и зависящей от исходной концентрации электронов, до максимальной, равной единице. Затем с ростом дозы нейтронов (увеличением N< ) германий конвертирует в р-Tèï и фепень ком«йенсацйи

К (в р -типе К = — ) уменьшается от 1

D .до 0 4 Э то поз вольет путем подбора концентрации исходной примеси и дозы нейтронов изменять физические параметры, что с технической стороны пбзволяет расширять рабочий QHRIIa3oH термосопротивлений и упростить их

732609 вых р (Т) с различным значением удельного сопротивления р при данной тем- пературе.

При дальнейшем уменьшении температуры описанная выше эонная проводи мость сменяется прыжковой проводиMocTbN и ) =РЭЕХР (-Е /Кт) гпе E > практически не зависит от и ц . Предэкспоненциальный множитель р сильно

В зависит от концентрации и : р л

Pîexp(d/ФЯр) где Ро < и С - 1О постоянные, Таким образом, на участке прыжковой проводимости в зависимости P = f(T) для различных значений йд,„ (т.е . 4) ) наблюдается практически йараллельные кривые, смещенные по оси ординат, т.е. однотипные характеристики при различном значении сопротивлений, Переход же от зонной проводимости к прыжковой наблюдается при различной температуре в диапазоне от 20 до 20.

6 К в зависимости от концентрации.

Пример. На чертеже приведена зависимость сопротивления и от обратной температуры о/т для термосопротивлений, изготовленных иэ облученно- 25 го германия по данному изобретению.

Исходный германий облучали медленными нейтронами. Иэ облученного германия изготавливают термосопротивле-ния таких размеров, что соотношение между сопротивлением Ц и удельным сопротивлением Р подчиняется условию R = 10P. После нанесения омических контактов снимают зависимость сопротивления R от величины 10/T (кри- З5 вые 1-9). В качестве исходного испольэовали германий й-, и р -типа с концентрацией носителей тока и или Р такими, что выполнялось условие ф> 10 и

Э или 4>QO р. дозы медленных нейтронов ф н см: 8,5 ° 10 + (кривая 1), 1 т

К10 7 (кривая 2), 1,75 ° 10 7 (кривая 3), 2,1 ° 10 (кривая 4), 2,25 ° 10 7,7я х1ф7 (кривая 7), 85 ° 10 (кривая 8), 1,0 10<8 (кривая 9) .

Как видно из графика термометрические характеристики R(1/T) сохраняют однотипность при различных значениях сопротивления.

Изобретение обладает рядом технико-экономических преимуществ: повышается производительность труда эа счет улучшения возможностей автоматизации процессов измерения; расширяются возможности подбора исходного германия.

Формула йэобретения .Способ изготовления германиевых термосопротивлений для измерения ниэких температур, включающий операцию введения примесей в кристаллы германия путем облучения его медленными нейтронами, отличающийся тем, что, с целью упрощения эксплуатации термосопротивлений в измерительной аппаратуре, используют германий с исходной концентрацией примеси (2 10"э — 1 10 ) см и облучение про зводят.дозой (3 10 6 (6

1 ° 10" ) см так, чтобы доза не менее чем в 10 раэ превышала исходЪ ную концентрацию

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Biakemore J.S. Design of Ge rmanium for Thermometric Applications, RSi, 33, В 1, р. 106, 1962.

2". Авторское свидетельство СССР

М 437931, кл. С 01 К 7/22, 1972. 3. Авторское свидетельство СССР

9 597260, кл. G .01 К 7/00, 1977 (прототип), 782609

Составитель Ю. Кондратьев

Редактор Е. Месронова Техред М. Рейвео . Корректор . Г, Назарова

ЮЮЮВВЮ »«ВЮ»ЮЮЮЮЮ» »Ю ЮЮЮЮ«ЮЮЮЮЮЮЮЮ»ЮЮ«» «ЮЮЮ

Ю Ю ВЪ ЮЮ В»Ю Ю

Заказ 8591/45 Тираж 787 Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ю ВВВЮЮЮ ЮЮ В Ю Ю Ю Ю

Ю ° ЮЮЮЮЮ ЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮ Ю ЮЮ.

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