Спосіб підвищення стабільності параметрів мікрокристалів антимоніду індію

Реферат: Винахід стосується технології вирощування напівпровідникових матеріалів мікророзмірів та може бути використаний для отримання мікрокристалів антимоніду індію для сенсорів магнітного поля з підвищеною стабільністю вихідних параметрів. Спосіб отримання мікрокристалів антимоніду індію, згідно з яким кварцову ампулу, в якій розташовують підкладку, з попередньо нанесеним на неї золотом, джерело антимоніду індію, йод та олово у кількості 3 0,9±1,1 мг/см вакуумують, запаюють та нагрівають. Запропонований спосіб дозволяє отримати леговані оловом високоякісні мікрокристали антимоніду індію з концентрацією носіїв заряду n0 ~ 17 -3 (6-7)·10 см , які придатні для виготовлення сенсорів магнітного поля, для яких при 16 -2 опроміненні високоенергетичними нейтронами до флюенсу Ф=10 н·см магнітна чутливість залишається практично сталою. UA 99078 C2 (12) UA 99078 C2 UA 99078 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області технологій напівпровідників мікророзмірів та може бути використаний для отримання мікрокристалів антимоніду індію для сенсорів магнітного поля з підвищеною стабільністю вихідних параметрів. Відомий спосіб отримання мікрокристалів антимоніду індію, згідно з яким кварцову ампулу, в якій розташовують очищену підкладку, з попередньо нанесеним на неї металом-каталізатором -4 золотом, джерело антимоніду індію та йод, вакуумують до тиску в ампулі не більше (0,9-1,1)·10 Па, запаюють та розміщують у двозонній печі опору з нагрівом зони джерела вихідних компонентів до температури Т=700±5 °С, а зони кристалізації - до температури Т=600±5 °С; у такому режимі ампулу витримують протягом 30-35 хв., після чого зону джерела вихідних компонентів нагрівають до температури Т=815±5 °С, а зону кристалізації охолоджують до температури Т=455±5 °С; у такому режимі ампулу витримують протягом 120-240 хв. до вирощування мікрокристалів антимоніду індію необхідних розмірів (патент № 90834 Україна, МПК (2009) С30В 25/00. Спосіб одержання мікрокристалів антимоніду індію / Большакова І. А., Кость Я. Я., Шуригін Ф. М., Макідо О. Ю., Ворошило Г. Л. (Україна) - № а200912924; Заявлено 14.12.2009; Опубл. 25.05.2010, Бюл. № 10). Мікрокристали антимоніду індію, отримані таким способом, використовуються як чутливі елементи сенсорів магнітного поля, для пристроїв вимірювання магнітного поля в жорстких радіаційних умовах. Але сенсори магнітного поля, виготовлені на основі таких мікрокристалів, є недостатньо стабільними для високопрецизійних задач. В основу винаходу поставлена задача створити технологію, яка б дозволяла отримувати високоякісні мікрокристали антимоніду індію мікронних розмірів, які необхідні для створення чутливих елементів сенсорів, з підвищеною стабільністю до дії зовнішніх дестабілізуючих факторів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання мікрокристалів антимоніду індію, згідно з яким кварцову ампулу, в якій розташовують очищену підкладку з попередньо нанесеним на неї металом-каталізатором - золотом, джерело антимоніду індію та йод, 4 вакуумують до тиску в ампулі не більше (0,9-4,1)·10- Па, запаюють та розміщують у двозонній печі опору з нагрівом зони джерела вихідних компонентів до температури Т=700±5 °С та нагрівом зони кристалізації до температури Т=600±5 °С; у такому режимі ампулу витримують протягом 30-35 хв., після чого зону джерела вихідних компонентів нагрівають до температури Т=815±5 °С, а зону підкладки охолоджують; у такому режимі ампулу витримують протягом 120240 хв. до вирощування мікрокристалів антимоніду індію необхідних розмірів, згідно з винаходом, одночасно з розташуванням антимоніду індію у кварцовій ампулі розташовують 3 олово у кількості 0,9±0,1 мг/см об'єму ампули. Отримання мікрокристалів антимоніду індію для сенсорів магнітного поля з підвищеною стабільністю вихідних параметрів потребує вибору оптимальної концентрації вільних носіїв заряду матеріалу. Сенсори магнітного поля з високим рівнем легування є менш чутливі до дії зовнішніх дестабілізуючих факторів (температура, іонізуюче опромінення), однак володіють низькою чутливістю до магнітного поля і є непридатні для високопрецизійних задач. А сенсори з низьким рівнем легування мають високу чутливість до магнітного поля, проте є і більш чутливі до опромінення. Тому, для створення радіаційностійких високочутливих сенсорів магнітного поля на основі InSb важливим є вибір початкового рівня легування матеріалу. 17 -3 Для мікрокристалів InSb з порівняно малою концентрацією носіїв заряду n 0 ~ 1·10 см із збільшенням флюенсу реакторних нейтронів спостерігається зростання концентрації носіїв заряду, і ця зміна є дуже великою (> 20 %). А для мікрокристалів InSb, легованих Sn до 17 -3 концентрації носіїв заряду n0 ~ (6-7)·10 см , під дією нейтронного опромінення концентрація носіїв заряду також дещо зростає, але її зміни є мінімальними (~ 1 %). При опроміненні 15 -2 нейтронами до флюенсу 1·10 н·см відносна зміна концентрації вільних носіїв заряду 16 -2 становить Δn/n ~ 0,05 % і не перевищує 1 % аж до флюенсу 3,1·10 н·см . Отже, концентрацію 17 -3 носіїв заряду n0 ~ 6,4·10 см можна вважати оптимальною для створення радіаційностійких сенсорів магнітного поля на основі таких мікрокристалів InSb . Тому для створення радіаційностійких сенсорів були відібрані мікрокристали InSb, леговані в процесі вирощування 17 -3 оловом до концентрації носіїв заряду n0 ~ (5-7)·10 см . Олово для InSb використовується як донорна домішка для одержання кристалів із різною концентрацією вільних носіїв заряду. При опроміненні реакторними нейтронами в мікрокристалах InSb, легованих Sn, відбуваються два процеси: компенсація електронного типу провідності внаслідок утворення в ньому радіаційних дефектів акцепторного типу під дією швидких нейтронів; утворення атомів 1 UA 99078 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 легуючої донорної домішки Sn внаслідок трансмутаційних ядерних реакцій, що протікають при взаємодії теплових, повільних і резонансних нейтронів з атомами індію. При вирощуванні легованих оловом мікрокристалів InSb можна отримати матеріал з таким рівнем легування, при якому обидва радіаційні процеси - ядерне легування та введення радіаційних дефектів - будуть компенсувати одне одного. Сенсори магнітного поля, виготовлені на основі такого матеріалу, будуть характеризуватись високою стійкістю параметрів до дії нейтронного опромінення. Запропонований спосіб підвищення стабільності параметрів мікрокристалів антимоніду індію 17 -3 дозволяє отримати леговані оловом мікрокристали з концентрацією носіїв n 0 ~ (6-7)·10 см , -2 для яких при опроміненні високоенергетичними частинками до флюенсів Ф = 3·10 н·см відносна зміна концентрації вільних носіїв заряду залишається практично сталою (Δn/n