Способ изготовления кремниевого поверхностно-барьерного детектора Советский патент 1980 года по МПК H01L21/02 H01L31/00 

1

Изобретение относится к способу изготовления полупроводниковых детекторов ядерного излучения/ в частности к способу изготовления кремниевых поверхностно-барьерных детекторов.

Известные способы изготовления поверхностно-барьерных детекторов состоят из травлений рабочей поверхности подготовленного монокристалла и изготовления электрических контактов к рабочей и противоположной стороне кристалла, причем изготовление надежного электрического контакта к рабочей поверхности детектора является наиболее технологически сложной операцией.

Широкое распространение получил способ изготовления полупроводниковых детекторов с применением эпоксидных смол.

Основным недостатком этого способа является то, что при понижении температуры окружающей среды ниже детекторы выходят из строя из-за механических повреждений так как коэффициенты объемного и линейного расширения у кремния и эпок.сидной смолы разные. К недостаткам следует отнести и большую общую тол

щину промышленных детекторов 5 мм при толщине чувствительной области 0,025-0,200 r-iM.

Наиболее близким по технической

5 сущности к предлагаемому является способ изготовления поверхностнобарьерных детекторов путем наложения на протравленную поверхность монокристалла изолирующего материала,

10присоединения к изолирующему материалу металлической пластины, служащей переходным электрическим контактом, изготовления плавного перехода между протравленной поверхностью

5 кристалла и металлической пластиной и последующего вакуумного напыления К протравленному и промытому в деионизованной воде монокристаллу кремния с двух сторон приклеивают

20 клеем БФ-2, который является одновременно и изолирукидей пленкой, металлические пластины, конкретно листочки из медной фольги толщиной 0,1 мм таким образом, чтобы клей

25 обеспечивал плавный переход с кристалла на медную фольгу, полимери. клей в сушильном шкафу, после чего на рабочую поверхность кристалла, выступающую часть клея и мерную

30 фольгу вакуумным напылением наносят слой золота на обе стороны пластины.и затем детектор заделывают в пластмассовую оправу, используя клей БФ-2, полимерйзуемый в сушильном шкафу.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что из-за слабого сцепления клея БФ-2 с травленной поверхностью кремния контакт к поверхности при небольших механических воздействиях легко нарушается. Контакт к поверхности при охлаждении детекторов до температуры жидкого гелия также нарушается. Из-за,необходимосГи помещать детектор в пластмассовую оправу увеличивается количество конструкционных материалов, рассеивающих ядерное излучение.

Целью изобретения является получение надежных контактов к рабочей поверхности детектора, устойчивых к механическим воздействиям и низким температурам и уменьшение количества конструкционных материалов, рассеивающих ядерное излучение, т.е. упрощение конструкции. «.

Поставленная .цель достигается тем что в качестве изолирующего .и склейвающего материала используют полимерную пленку, например, поливинилбутераль, сборку, полученную после наложения металлической пластины, нагревают под небольшим давлением до температуры размягчения пленки, охлаждают и вакуумным Напылением на часть полимерной пленки, выступившую при нагревании между кристаллом и металлической пластиной, рабочую поверх.иость детектора и внешнюю поверхност пластины наносят слой металла.

На чертеже схематически показан детектор, изготовленный предлагаемым способом.

На протравленный и обработанный обычным способом кристалл кремния 1 накладывают с обеих сторон кольца из полимерной пленки .2, например поливинилбутераля, причем внутренний диаметр кольца определяет, рабочую поверхность детектора. На пленку накладывают кольца из посеребренной латунной фольги 3, соответствующие размерам колец из пленки. Полученную сборку нагревают под небольшим давлением 0,1 кГ/см до температуры размягчения поливинилбутераля (160-180РС) и затем охлаждают до комнатной температуры. В результате тепловой обработки сэндвич склеивает ся, верхняя и нижняя пленка оплавляют боковую поверхность кристалла, а по периметру рабочей поверхности детектора выступает слой пленки 4, создающий плавный переход между рабочей поверхностью кристалла и металлической фольгой. На сборку с обеих сторон вакуумным напылением наносят слой 5 металла, например золота. Толщина готового детектора составляет 0,8 мм, рабочая площадь равна 706 мм. Кольца из латунной фольги одновременно являются и оправой детекторов В случае необходимостик оправе готовых детекторов производится пайка электрических контактов. Изготовленные предлагаемым способом детекторы были использованы для спектрометрии осколков деления. Отношение пика к провалу для спектра осколков делени 252 C-f составляло 2,5-2,8, что сооветствует энергетическому разрешени 1%. Охлаждение изготовленных детекторов до температуры жидкого гелия не нарушало контактов к поверхности детектора. Повидимому, благодаря эластичности используемой полимерной пленки механические нарушения из-за разных коэффициентов объемного и линейного расширения кремния фольги и полимерной пленки не возникают.

Предлагаемый.способ изготовления полупроводниковых детекторов позво ляет упростить технологию изготовления поверхностно-барьерных детекторо за счет уменьшения числа технологических операций и за счет простоты обращения с полимерной пленкой, увеличить стойкость детекторов к механическим воздействиям, благодаря прочному и пластичному соединению полимерной пленки с кристаллом и обкладкой, изготовлять детекторы, надежно работающие при охлаждении до температуры жидкого гелия, существенно уменьшить количество конструкционных материалов, рассеивающих ядерное излучение, при работе в потоках короткопробежных заряженных частиц (осколков деления, сС - частиц ) использовать поочередно обе стороны кристалла в качестве входного окна детектора, в рамках единого простого способа изготовлять детекторы различных конфигураций, необходимых для решения конкретной экспериментальной задачи (например, для спектрометрических измерений . осколков деления ядра под действием заряженных частиц был изготовлен детектор площадью 19,6 отверстиемпосередине, через которое пропускался пучок протонов).

Способ позволяет примерно в два раза сократить рабочее время, необходимое для изготовления одного -детектора эа счет упрощения технологии и в два раза сократить расход дорогостоящего материала, благодаря использованию обеих, сторон кремния в качестве входного окна детектора.. Техническая эффективность изобретения заключается.в том, что предлагаемый способ позволяет во много раз сократить количество рассеивающих конструкционных материалов, что

существенно повышает точность нейтронных измерений. Кроме того, в рамках единого простого способа открываются новые возможности для изготовления поверхностно-барьерных детекторов различных конфигураций и типов (dE/dx, двухсторонних с омическим контактом по боковой поверхности кремниевой шайбы и т.п.)

изобретения

Формула

Способ изготовления кремниевого поверхностно-барьерного детектора путем наложения на протравленную поверхность монокристалла изолирующего материала, присоединения к изолирующему материалу металлической пластины, служащей переходным электрическим контактом, изготовления плавного перехода между протравленной поверхностью кристалла и металлической пластиной и последующего вакуумного напыления металла, от-:, личающийся тем, что, с целью повышения надежности контактов к рабочей поверхности детектора, устойчивости к механическим воздействиям и низким температурам.и упрощения конструкции, в качестве изолирующего и склеивающего материала используют полимерную пленку, преимущественно поливинилбутераль, сборку, полученную после наложения металличейкой пластины, нагревают под давлением не более 0,3 атм до температуры размягчения пленки, охлаждают и вакуум5ным напьшением на часть полимерной пленки, выступившую при нагревании между кристаллом и металлической пластиной, рабочую поверхность детектора и внешнюю поверхность пластины наносят слой металла.

0

WA

1. уу . . .J., , 1,. ,. ..;.;-,./ . . .г , . -л - ..-,, ч V . t .«,:;;.

Г-. -. -. .-А У -. .. г.; .-.. . , -ч....- ,.; ,-f f .t

т.

5 1 I /

I I