中子摻雜

中子摻雜是採用中子輻照的辦法來對材料進行摻雜的一種技術，其最大優點就是摻入的雜質濃度分布非常均勻。

基本介紹

• 中文名：中子摻雜
• 外文名：neutron transmutation doping
• 學科：材料工程
• 領域：工程技術

簡介

用中子照射半導體材料使其部分原子俘獲中子後衰變變成另一種所需的原子(摻雜劑)而實現摻雜的過程。純P型單晶矽材料在熱中子照射下，發生核反應，原始單晶矽中由於出現衰變產物³¹P而實現磷摻雜，從而獲得高阻N型單晶矽材料。中子嬗變摻雜的單晶矽材料最大的特點是，電阻率均勻性(包括斷面均勻性)好，不均勻度可小於5%，遠遠勝過於常規區域熔融製備的單晶矽材料，這對提高半導體探測器的性能十分有利。

原理

中子摻雜技術是最普遍的套用是用它進行磷摻雜而形成均勻的n型材料。其基本原理是由於矽有三個穩定的同位素²⁸Si、²⁹Si和³⁰Si，它們分別為92.21%、4.70%和3.02%，當受到熱中子照射時，其中只有³⁰Si捕獲中子才產生放射性同位素³¹Si,隨後。³¹Si嬗變為穩定的同位素³¹P，從而達到了n型摻雜的目的。

在矽中同位素矽約占30%，高純矽單晶經原子反應堆的中子輻照發生以下反應而相當於磷摻雜；為了保證輻照均勻，晶體在反應堆的孔道中旋轉，根據輻照劑量可預測出單晶所得的電阻率值。然後單晶經退火(650~900 攝氏度)以消除輻射損傷。

眾所周知，半導體要達到高度均勻的摻雜，不是一件容易的事，而摻雜的均勻性與半導體元件和電路的電性能密切相關。所以，中子嬗變摻雜方法在大功率器件、高壓半導體開關元件、二極體，以及獲得大面積均勻的外延層等方面，正在日益為人們所關注。

優點

這種摻雜不受熔體流動的影響，故不形成條紋，是最均勻的摻雜方法，其微觀電阻率下均勻性可低達3%。

缺點

但此法不適於製備低電阻率。因輻照時間過長，p同位素會擅變成S，對晶體性能有害。對GaAs ,InSb材料的中子摻雜試驗表明可以獲得均勻性好，補償度低的材料。

套用

矽的中子嬗變摻雜法是很有前途的，它突破了傳統的製備矽單晶的方法，給矽材料工藝帶來了新的活力。相信在不久的將來，有很多器件和電路將用中子輻照矽來製備。