Способ изготовления полупроводникового чувствительного элемента Советский патент 1983 года по МПК G01N27/02 

to

t.MUH

20Зв

tfe so Изобретение относится к полупроводниковой технике аналитического приборостроения и охраны окружающей среды, в частности к способам изготовления полупроводниковых чувствительных элементов газовых детекторо для контроля содержания в воздухе окислов азота. Известен способ изготовления полупроводникового прибора, который состоит в том, что на поверхность полупроводниковой подложки наносят пленку из немонокристаллического кремния, .содержащего примеси. На по верхность этой пленки наносят еще одну пленку, выполненную из некристаллического окисла, содержащего примеси. Затем всю пластину нагрева ют. При этом примеси диффундируют в подложку. После этого обе пленки удаляют ; и на образовавшейся по ёрхности полупроводниковой подложки формируют новую полупроводниковую пленку 1 . Недостатком данного способа явля ется необходимость многократного нанесения пленок термообработкой, что затрудняет получения заданных свойств полупроводникового прибора и значительно усложняет технологию. Наиболее близки1 1 к предлагаемому является способ изготовления полупр водникового чувствительного элемента, заключающийся в обработке повер ности элемента смесью веществ для легирования поверхности примесями, повышающими селективную чувствитель ность элемента к анализируемому ком .поненту 2 . Основным недостатком известного способа является сложность приготов ления смеси и необходимость ее акти вации путем последовательного плавления и быстрогоохлаждения с одновременным интенсивным дроблением. Цель изобретения - получение эле мента с селективной чувствительност к окислам азота. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовле нйя полупроводникового чувствительного элемента, заключающемуся в обработке поверхности элемента смесью веществ для легирования поверхности примесями, повышающими селективную чувствительност.ь элемента к анализи руемому компоненту, полупроводниковый элемент обрабатывают до получения сенсибилизирующего эффекта раст вором, содержащим гидросульфат натрия, роданид калия и дистиллированную воду, мас.%: Гидросульфат натрия NajSjO. 10-12 Роданид калия KCNS 8-10 Дистиллированная водаОстальное Принцип сенсибилизации полупроводниковых газовых детекторов сорбционного типа заключается во введении в приповерхностный, слой специфических добавок, взаимодействующих с анализируемым газом. Сенсибилизация полупроводниковых чувствительных элементов газовых детекторов для определения содержания окислов азота в воздухе заключается в следующем. Известно явление кислородного эффекта, под которым понимают зависимость радиочувствительности облучаемого объекта от содержания кислорода в облучаемой среде. Указанное явление наблюдается при облучении биологических объектов и полимеров. Лналне зависимости изменения параметров поверхности полупроводника от воздействия рентгеновского излучения и искрового разряда в различных газовых средах свидетельствует о наличии кислородного эффекта и при облучении полупроводников. Рентгеновское излучение и искровой разряд инициируют в газовой среде различные химические реакции,, в результате которых образуются первичные и вторичные продукты. В воздухе такими продуктами радиационно-химических реакций могут быть озон и окислы азота, которые являются основным модифицирующим агентом при кислородных эффектах. Таким образом, основой химической защиты, используемой в радиобиологии, является взаимодействие радиопротекторов и радиосенсибилизаторов с этими веществами, в первую очередь с окислами азота. Наиболее эффективными радиопротекторами в радиобиологии являются серусодержащие вещества органического и неорганического происхождения. Таким образом, универсальность явления кислородного эффекта позволяет разработать новый способ изготовления полупроводникового газового детектора окислов азота, заключающийся в сенсибилизации полупроводника серусодержащими веществами, в результате чего получается высокая избирательность к окислам азота и высокая помехоустойчивость к другим внешним газовым воздействиям. Предлагаемый способ изготовления полупроводникового чувствительного элемента газового детектора заключается в следующем. Пластины высокоомнаго монокристаллического кремния, полученные после резки слитка, подвергают стандартной технологической обработке - промывке, шлифовке и полировке. Затем их обрабатывак)т химическим травлением для получения заданного потенциалу поверхности. После наш:лпения слоя алюминия толщиной 0,7-1,0 мкм

с помощью фотолитографии получают контактные площадки заданной геометрии. Пластины разрешают на кристаллыразмером 0,9x0,9 мм, на которых методом термокомпрессии выполняют электрические выводы, кристаллы монтируют на стандартный корпус с отверстиями по периметру для доступа газов .

Для получения сенсибилизирующего эффекта приборы обрабатывают в технологической ванне, содержащей растворенные в дистиллированной воде , гидросульфат натрия {fla. и роданид калия (KCNS). Количество вводимого на поверхность полупроводника серусодержащего вещества зависит от времени выдержки образцов в технологической ванне, а время, необходимое для получения сенсибилизирующего эффекта, определяется опытным путем.

В табл. 1 приведены опытные данные, позволяюгдие выбрать оптимальный состав технологической ванны, в табл. 2 - опытные данны, позволяющие определить оптимальное время обработки полупроводниковых чувствительных элементов в технологической ванне оптимального состава,при которьбс получается максимальный сенсибилизирующий эффект.

Таблица 1

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРО ВОДНИКОВОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА, заключающийся в обработке поверхности элемента смесью веществ для 1,0 легирования поверхности примесями, повышатацими селективную чувствительность элемента к анализируемому компоненту, отличающийся тем, что, с целью получения элемента с селективной чувствительностью к окислам азота, полупроводниковый элемент обрабатывают до получения сенсибилизируквдего эффекта раствором, содержащим гидросульфат натрия, роданид калия и дистиллированную воду, мас.%: Гидросульфат натрия10-12 Роданид калия 8-10 Дистиллированная водаОстальное (Л с: о.ч

Время выдержки

Номер в ванне, мин ванны

1 2 3 4 5

8

10 12 15 17

Таким образом, оптимальным сое- 60 тавом для обработки является состав, содержащий, мае.%:

Гидросульфат

10-12 .натрия

Таблица 2

Пареметр, к

0,9

0,45

0,40

0,45

0,95

Роданид калия KCNS8-10

Дистиллированная водаОстальное Получение максимального сенсиби:лизирующего эффекта происходит за время обработки в ванне 1015 мин. Экспериментальное подтверждение способа показано на чертеже. В качестве экспериментальных детекторов окислов азота используют образцы из высокоомного монокристалли-. ческого Р-типа, изготовленные по описанной технологии. Графики, приведенные на чертеже ;показывают зависимость изменения от носитель ного электрического сопро тивления К от времени воздейств окислов азота, концентрация которы 4-6 мг/м. 4R-(-R, начальное сопротивление образца. Ом; Й.- сопротивление образца через время t, Ом. Приведенные на чертеже зависимо ти представляют собой кривые, пост роенные по 10 образцам. Кривая 1 представляет собой график зависимости относительного электрическог сопротивления несинсибилизированного образца от времени воздействия окислов азота;.кривая 2 - график зависимЬсти относительного электрического сопротивления образца, обработанного в технологической ванне серусодержащими веществами в течение 11 мин, при оптимальном составе серусодержащего раствора, указанного в табл. 1 (т.е. при получении наименьшего значения к), Приведенные на чертеже зависимости показывают, что при воздействии окислов азота на образцы, сенсибилизированные серусодержащими шецествами (кривая 2 ), изменение их относительного сопротивления примерно в 2 раза больше, чем у несенсибилизированных (кривая 1). Применение предлагаемого способа изготовления.полупроводникового чувствительного элемента для газового детектора позволит повысить эффективность мероприятий по охране воздушной среды, в частности использовать такие детекторы в автоматизированных системах контроля и управления качеством воздушной среды производственных помещений.