х кремния, подвергнутых НТЛ, его однородностью в исходных монокристаллах и условиями и степенью легирования существует тесная взаимосвязь [254, 257]. Проанализируем это положение. При этом примем следующие обозначения: N„ и N - разностная концентрация примеси в заданной точке кристалла до и после легирования; Щ - концентрация фосфора,,введенного легированием, в той же точке; ЛГ„ - средняя разностная концентрация примеси в исходном кристалле; Nmax, ЛГти1 - максимальная и минимальная разностные концентрации примеси в кристалле после легирования; Nlt N3 - разностные концентрации примеси в кристалле после легирования соответственно в области, где JVj, - максимальна и минимальна; а, А, у - разброс УЭС в монокристалле до и после легирования и только после НТЛ соответственно; К' = N$/Na - степень легирования.

Так как легирование методом нейтронной трансмутации целесообразно применять при производстве кристаллов с уровнем УЭС > 5 ОмХ Хсм [258], можно с достаточной степенью точности считать, что разброс УЭС в' кристалле равен разбросу разностной концентрации донорной и акцепторной примесей в нем (принимая, что каждый атом Примеси дает один носитель заряда), В этом случае при монотонном изменении УЭС Д может быть определен из выражения: Д = (Nmax - Nmm)/(Nra» +

+ JVmin).

В зависимости от характера распределения NK и N$ и величины К', Nmtx (Nmin) может соответствовать как область кристалла, где Nt имеет максимальное значение, так и область кристалла, где N имеет , минимальное значение. Поэтому А = | {N1 - N2)K^i + *У [•

Для определения одновременно с Д характера распределения УЭС в кристалле после НТЛ проанализируем зависимость

(43)

330

Величина В будет положительна, если характер распределения ЛГи ЛГф совпадает, и отрицательна, если он противоположен.

При легировании монокристаллов п-типа с аналогичным характером распределения ЛГИ и ЛГф имеем: N1 = ЛГ0 (I + а + К" + у К"); ЛГ2 = N„(1 - а + *К'-уК').

Подставив ЛГ, и ЛГ2 в (43), получим: В = (уК" + a)/(K" + I).

Аналогично можно получить выражения, определяющие В для случаев легирования исходных монокристаллов также п-типа электропроводности, но когда характер распределения ЛГИ и ЛГф противоположен (не совпадает), и исходных монокристаллов дырочного типа электропроводности, когда характер распределения ЛГИ и ЛГф совпадает или противоположен. Приведенные в табл. 10 данные могут быть использованы как для определения требований к исходному монокристаллу по величине и однородности УЭС, так и для выбора условий легирования.

Как показала практика, легированию можно подвергать исходные монокристаллы, имеющие как л- или р-тип, так и смешанный тип электропроводности. В промышленных условиях оценку пригодности монокристаллов для НТЛ в заданный номинал УЭС проводят для монокристаллов:

п-типа

PmaxPmin

А

3 0+V)Pmax-(l-V)Pinin

W^'Pmin'f'-Wmin

где Pmin и ртах ~ минимальное и максимальное УЭС монокристаллов, Ом - см; рйип И pmin ~ минимальное УЭС для областей монокристалла п- и р-типа электропроводности, Ом • см; у - неоднородность процесса нейтронно-трансмутационного легирования (обычно 0,05-0,07).

Монокристалл считается годным для нейтронно-трансмутационного легирования, если

Ря

2(5pH/100-T) '

смешанного типа

где рн - номинальное УЭС после легирования, Ом • см; &ри - относительное отклонение УЭС от номинального значения после легирования, %.

Приведенные выражения учитывают в том числе самые неблагоприятные ситуации распространения примеси в исходном монокристалле, т.е. когда характер распределения N„ и N$ противоположен (см. табл. 10) и получение монокристалла после НТЛ с однородным распределением УЭС затруднено.

После НТЛ монокристаллы подвергают дезактивации (удалению путем химического травления с поверхности монокристалла активных веществ и продуктов распыления материала реактора).

В процессе облучения кремния потоком нейтронов наряду с фосфором возникает огромное число радиационных дефектов (обычно концентрация радиационных дефектов на 2-3 порядка выше концентрации фосфора). Присутствие радиационных дефектов, как правило, нежелательно, поэтому их устраняют термической обработкой. Экспериментально установлено, что термическая обработка при 970-1170 К в течение 2-4 ч полностью устраняет радиационные нарушения структуры монокристалла и обеспечивает стабильность его электрофизических характеристик.

Очень важным является поддерживать высокую стерильность процесса термической обработки, так как примесь, попавшая на поверхность, диффундирует в объем монокристалла и ухудшает его электрофизические характеристики. Наиболее стабильных результатов добиваются при проведении термической обработки в вакууме в специальных кремниевых контейнерах. Типичные отклонения УЭС для НТЛ монокристаллов по торцу < 3- 5 %.

Как уже указывалось, т„„_а является одной из важных качественных характеристик монокристаллов кремния. На величину ти-я_, оказывают влияние примеси, прежде всего металлические (железо, натрий, калий, медь и др.), степень структурно