Способ изготовления германиевых термосопротивлений Советский патент 1981 года по МПК G01K7/22 

(54} CtlOiCdB ИЭГОТбёЛЕНИЯ ГЕРМАНИЕВЬК ГЕЁ МОСОПРОТИБЛЕНЙЙ

;,: - ,...,«,. . . -/-:;-,... -:- .;,/

Предлагаёйбе изобретрвняё OITIIOCBTCH к полуп1Е)рводн« ко8Ой «елнологйй. Оно может быть испбяьэоваиб дяй йоэдгюяя термосопрЬтйвйенйй для измерения/ низких tehtiiepaTyp :

Известен способ изготовления гермайиёвых тврморЬщ ртивлеййй дпя измерения йз,кйх температур, В1огючааввд1й предельной чистоты и посяеяукй ё et aneifiiMiMie кристаллов йэ расттгааа С ол ов| е «енйым легировавшие осйоввой и Kd eieи ;ирупцёй примеся 4 t| . ;:-;- ;-- -;;.;;;/

HeijocTa KOM т « етров, получаекых данным С посо|5 й, явйяетсй трупность и 1фактйЧеская неврзмояено зть получений 1|Зд ю йп«м« х актбф или привелх «ия единой температурйой шкале Однотййныё - эт такие -хар актеристики, котсчриае путем каких-либо преобразований или вариаций, напри мер смей ен««м всей характеристики или отдельных ее участков по осям jaOc-; цисс или ординат, могут батъ coBiMBtneны, т.е. это характеристики с одинаковой функциональной зависимостью во всем температурном диапазоне или а отдельных его участках. Приведение к единой температурной шкале - это по лучение одинаковых характеристик,

И

1 Щ5 :Г--- .

т.е. одной итой же характеристики для всех термометров, или аналитически - это получение одинаковой функциональной зависимости с одними и теми же ПОСТОЯННЫМИ коэффициентами в этой зависимости.

Трудности получения как однотипных, так и идентичных характеристик обусловлены тем, что весьма трудно

10 обеспечить требуемую точность и однородность введения донорной и акцепторной примесей при выращивании германия из расплава, т.е. при металлургическом легировании. Для приборов,

15 работаюсцйх при низких температурах, требования точности и однородности легирования особенно высокие, так как чем ниже рабочая температура, тем сильнее сказываются неточности

20 Инеоднородности легирования, например изменение концентрации в 2,3 раза изменяет удельное сопротивление ге рманйя при температуре 300°С в 2,3 раза, но при температуре 1 К

25 изменение составляет уже около 100 раз.

Известен способ изготовления германиевых терыосопротивлений для сверхнизких температур, (ниже l°Kjl, основанный на ядерном легировании герма30ния примесями при облучении его мед3,7 ;S.-:«ar:.,.. .. :-.,.:;:;,,/;-- . «, ,:.v /, лонтлми нейтронами 2j. В результате реакций изотопов германия с нептронами образуются электрически likf й 1внйё примеси мелкий акцептор G а, мелкий донор As, двухраэрядный донор Se, п ричем концентрации вводимых приме сей N в см выражаютсй простыми соотношениями .(,,j 3,16-1СГ ф ,-Мдд 1,03-10 ф; N х 0,125-10 ф,. . „ где ф- доза нейтронов в н-см- Гноскольку коэффициент поглощения медленных нейтронов в германии мал (при-мерно 0,1 см), поглощение нейтронов ПрОйсходит весьма равномерно, а точибСть легирования зависит от дозы (прййзведения потока на время экспози ции). После облучения дозой нейтронов ф ( 2 ,6-4 ,0 J- 10 см получают гермаНИИ р-типа о постояннм степенью ко й;;о :„ес.„гл:1 : ;о по 1 3-10 несмотря на однородноГ ГЮвание -И «ос:го-янную степень компенсации од нотипные характеристики нельзя получить, так к1к при проводимость ТййГото германия является прыжковой с переменной энергией активации и ; дельное, сопротивление зависит от темпер атуры по закону р роехр(То/т) где 11 1-3 в зависимости от используемой дозы нейтронов. Уже одна лишь зависимость и. от дозы (уровня легирования) исключает возможность получения однотипных характеристик. .- Известен также способ иэготовле йи ч Т ерманиевых термосопротивлений ДЛя иййерёния низких температур, вклю чающий Операцию введения примесей в кристалл германия путем облучения его медленными нейтронами З, В этом способе для облучения используют германий с концентрацией.., электронов в диапазоне И 1, Х1,0- Ю-в смЛ „ дозу нейтронов эыб„So i«-i-nfLP°; 1.;°:1„5°л г LO нрйтппнпт ппи чяпянной иохоггной кон- нейтронов .при заданной исходной конЦентрации электронов, из-за увеличения концентрации основной вводимой оВлучением акцепторной примеси галлия NQ вОзрастает и степень компенсации К ,ччл- .м. .(в и-типе К от минимальной, порялка 0,1 необходимой лишь для срыма металлической проводимости и зависящей от исходной концентрации элекТРОНОВ, до максимальной, равной единице. Затем с ростом дозы нейтронов (увеличением Ngg) германий конверти-. .... М ....-., :L -€ :s;4; r;;7-2S 3a 2-ii.-4:-it -- коицентрации исходной примеси и доэы нейтронов изменять физические параметры, что с технической стороны позволяет расширять рабочий ди.паэон термосопротивлений и упростить их . 9 градуировку из-за физических особенностей проводимости в такомсильно легированном и компенсированном германии. Рабочий .диапазон таких термосопротивлений может быть любым, начиная с Т 300 К вплоть до наиболее низких температур. Одним недостатков рассмотренноР.спосрбд является невозможность получения термосопротивлений с однотип характеристиками при различной и. сопротивлений при низких .,1. НеоДШтТйпйость ха1рактеристик являeTcrtbojfEiBHMзатруднением для автоЯатйзацйИ процёссов измерения низких тёШёрairур7 поскольку при смене термосопротивления требуется сложная перёстройка §лёктронной аппаратуры изэа,изменвяйя-ХараК1ери тик «рмосопро °sis-H,oepe«™ ,.л,,.с, У„Р«, эксплуатации термосопротивлений измерительной аппаратуре. Цель д остигается тем что в иэвест ° способе изготовления германиевых IfP-°ff.P° «fr«f .:.: 1сйх температур, включающем операцию введения примесей в кристаллы германий путем облучения его медленными нейтронами, используют германий с исходной концентрацией примеси (2 1-10) см и облучения производят дозой (3-10 -1 10®) см так, чтобы доза не менее чем в 10 раз превышала исходную концентрацию. ПосЛёдйеё условие означает, что концентрацией исходной примеси можно пренебречь в расчетах по сравнению с концентрацией вводимой облучением йрйМёсй, а также, что степень компенсации облученного германия ,4. Таким образом, в результате облучения получаем германий р-типа с постоян J y г .... ной степенью компенсации ,4 и с концентрацией основной примеси « ,.« завикакGa Пройбдамбсть такого компенсированного р -Германия при температуре ниже С5бусловлена деионизацией атомов гайлия; и концентрация дырок р, обуславливаюй1их проводимость, зависит лишьот температуры и не зависит от , примеси, т.е: независи Q нейтронов должно наблюдаться совпадение кривых р (Т). КриT gfe за«йс1Гм6с1:й- УДёЛь-йбГоСопротивле оттемпературы (Т)-тя Личных кон.центрация смещены относительно друг как р подвижность в таком компёнсированноМ гёрмани.и обусловлена рассеянием на ионизированных центрах и обратно пропорциональна их концентрации/ - /N. Таким обраэом, наблюдается семейство пйраЛЛё-ЛГйыЗс, т.е. однотипных кривых р(Т) с различным значением удель ного сопротивления р при данной температуре. При дальнейшем уменьшении темпера туры описанная выше зонная проводимость сменяется прыжковой проводимостью и Я РзеУр (-EJ/KT) где ЕЗ Практически не зависит от Nc,a . Предэкспоненциальный множитель р. сильно зависит от концентрации N : р. я роехр(), где ро,с и cfпостоянные. Таким образом, на участке прыжковой проводимости в зависимости РЛ (Т) для различных значений NQQ (т.е. ф) наблнздается практически параллельные кривые, смещенные по оси орЛинат, т.е. однотипные характеристики при различном значении сопротивлений. Переход же от зонной проводимости к прыжковой наблюдается при различной температуре в диапазоне от 20 до в зависимости от концентрации. Пример. На чертеже приведена зависимость сопротивления 1 от обратной температурыYO/T для термосопротивлений, изготовленных из облученного германия по данному изобретению. , Исходный германий облучали медленными нейтронами. Из облученного германия изготавливают термосопротивления таких размеров, что соотношение. между сопротивлением R и удельным сопротивлением р подчиняется условию R Юр. После нанесения омических контактов снимают зависимость сопротивления R от величины 10/т (кри вые 1-9). В качестве исходного исполь зовали германий h- и р-типа с концентрацией носителей тока и V&VA р такими, что выполнялось условие . Дозы медленных нейтронов фн-см : 8,5-lOt (кривая 1), 1 дг (кривая 2), 1,75-107 (кривая 3 2,110 (кривая 4), 2,25-107 (кривая 5), 2, (кривая ь), 7,7)« (кривая 7), 8, (кривая 8), 1, (кривая 9), Как видно из. графика термометрические характеристики R(1/T) сохраняют однотипность при различных значениях сопротивления. Изобретение обладает рйдом технико-экономических преимуществ: повышается производительность труда за счет улучшения возможностей автоматизации процессов измерения; расширяются возможности подбора исходного германия. Формула изобретения Способ изготовления германиевых термосопротивлёний для измерения низких температур, включающий операцию введения примесей в кристаллы германия путем облучения его медленными, нейтронами, отличающийся тем, что, с целью упрощения эксплуатации термосопротивлёний в измерительной аппаратуре , используют германий с исходной концентрацией примени (2-10 - ) см- и облучение производят.дозой (3 10 - 1-10) , чтобы доза не менее чем в 10 раз превышала исходную концентрацию. Источники информации , принятые во внимание при экспертизе 1. Blakemore J.S. Design of Germaniujn for Thermometrie Applications, RSI , 33, 1, p. 106, 1962. 21 Авторское свидетельство СССР 437931, кл. G 01 К 7/22, 1972. 3. Авторское свидетельство СССР 597260, кл. G -01 К 7/00, 1977 (прототип) .

i(f

nf

«f

Kf

jO

n