Способ изготовления германиевых термо-СОпРОТиВлЕНий для НизКиХ ТЕМпЕРАТуР Советский патент 1981 года по МПК H01L21/34 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМАНИЕВЫХ ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЙ ДЛЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

I .

Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлеини термосопротивлений для низких н сверхнизких температур.

Известен способ изготовления германиевых Термосопротивлений, заключающийся во введении дефектов в германиевую заготовку и нанесении на нее контактов. При этом в германиевую .заготовку, представляющую собой пластину из монокристалли- ческого германия, дефекты вводят путем ее; облучения тепловыми нейтронами в атомном реактореГ Шогопы германия взаимодействуют с тепловыми нейтронами н в результате ядерных реакций преобразу отся. в галлий, мыщьяк, селен, которые определяют характер температурной зависимости электропроводности ТJ.:,

Недостатком этого способа является длительный процесс изготовления полупро водниковых термосопротивлений за счет длительной выдержки образцов (более пот лугода) после облучения. Такая выдержка необходима для того, чтобы атомы изотопов гермаиия, поглотившие тепловые нейтроны.

превратилнсь в легирующую примесь, прнмем в таком количестве, что оставшаяся

ffeicTb нераспавшихся атомов уже практи- ческн не оказывала бы влияния на темпера Турную зависимость полупроводниковых

S термосопротивленнй.

Кроме того, для изготовления полупроводниковых термосопротивлений необходимо использование сложного н дорогостоящего оборудования такого, как атомный реактор.

Р Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления германиевых термосопротивлений для ннзкнх температур, осуществляемый путем введения дефектов в германиевую

.. пластину н нанесения на нее контактов, в котором заготовку нагревают до 725-937С, подвергают пластнческой деформации сжатием вдоль оси 1П на велнчину 14-30%, и наносят упомянутые контакты на плосkocTH, параллельные оси III.

20 Термосопротивления, изготовленные сог ласНо известному способу, используют ;для измерения низких температур (вплоть ДР-КВК) {2).

Однако использование при изготовлении термосопротивлений деформаций больше 30% приводит к слабой зависимости электропроводности от температуры в диапазоне 300-1,5 К.

Цель изобретения - расширение измеряемого температурного диапазона в область сверхнизких температур (менее К).

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления германиевых термосопротивлений для низких температур путем введения дефектов, пластической деформации сжатия вдоль оси ЯП в германиевую пластину, нагретую до 725-937°С и нанесения контактов на плоскости, параллельные оси fill, германиевую пластину выбирают с удельным сопротивлением при 293 К в диапазоне 47-0,01 омсм, а пластическую деформацию осуществляют от 30 до 47%.

На чертеже представлен график зависимости удельного сопротивления от температуры (для области сверхнизких температур).

Способ осуществляют следующим образом.

Германиевую заготовку с удельным сопротивлением при комнатной температуре не менее 0,01 омсм, вырезают так, что ее торцы лежат в плоскости (III). Шайбы шлифуют для получения плоскопараллельности торцов, затем их подвергают пластической деформации сжатием на величину 30-47% на воздухе при 725-937°С. Деформацию сжатием осуществляют в направлении fill. После снятия нагрузки шайбу охлаждают. Величину пластической деформации определяют в процессе обработки. Дополнительный контроль величины деформации осуществляют после охлаждения шайбы.

Деформированную шайбу шлифуют, затем вырезают из нее образцы и наносят контакты на плоскости, параллельные оси П1, так что электропроводность осуществляется в плоскости (III). Контакты наносят стандартным способом.

Выбор величины деформации обусловлен следующими причинами: при величине деформации меньше 30% количество введенных дефектов (дислокаций и т. п.) является недостаточным для осуществления электропроводности в области сверхнизких температур (менее 1К). Поэтому ч;опротивления таких образцов велики и с понижением температуры достигают практически трудноизмеримых величин. Верхняя граница величины деформации (47%) обусловлена тем, что практическое использование деформаций сжатием на величину больще 47% приводит к разрушению германиевой заготовки.

Выбор исходного материала с удельным сопротивлением не меньше 0,01 ом. см вызван тем обстоятельством, что удельное сопротивление 0,01 ОМСМ соответствует переходу «полупроводник-металл, т. е. при ,01 ОМСМ характер температурной зависимости электропроводности легированного германия меняется от активационного

(зависящего от температуры) на «металлический, не зависящий от температуры. Поскольку р 47 ОМСМ соответствует собственной проводимости германия при комнатной температуре, верхний предел

O выбранного диапазона является максимально возможным (т.е. можно использовать германий, сколь угодно чистый от примесей). Использование исходного германия ,01 ом-см, деформированного на 30-47% позволяет «сорвать переход «металл-полу5 проводник и перейти от температурно независимой электропроводности к зависящей от температуры. В то же время, варьирование уровня легирования исходного материала и величины пластической деформаQ ции позволяет менять как величину электропроводности термосопротивления, так и характер ее температурной зависимости, т. е. термочувствительность.

Согласно предлагаемому способу можно 5 получать термосопротивления с полностью воспроизводимыми параметрами как при многократном термоциклировании, так и в течение длительного интервала времени (18 месяцев).

0 Шайбы из германия толщиной 2-3 мм отшлифовывают для получения плоскопараллельности торцов не менее, чем 2 мкм. Шайбы подвергают пластической деформации в течение 20 мин. Для создания нагрузки используют гидравлический пресс с уси лием до 30т. После снятия нагрузки шайбу охлаждают со скоростью, меньше 10 К/мин. Измерения термосопротивлений проводятся в криостате растворения. Термосопротивления помещаются в нижней части камеры растворения, т. е. в слабом раство. ре , так, что граница расслоения между фагами всегда выше термосопротивлений. Температура жидкости определяется по магнитной восприимчивости цериймагниевого нитрата. Точность измерений

5 меняется от 0,01 до 1%, в зависимости от величины термосопротивления.

Пример 1. Германиевую заготовку (марка германия ГЭС-40) с удельным сопротивлением 40 ом-см подвергают пластической

деформации на величину 30%. На чертеже кривая 1 представляет температурную зависимость удельного сопротивления образца от температуры. Образец обладает термочувствительностью вплоть до 0,5 К. Образец имеет высокое значение удельного сопротивления при 0,5 К, что ограничивает возможность его использования при более низких тем. пературах.

Пример 2. Германий марки ГЭС-0,1 с удельным сопротивлением 0,Гом:см подвергают пластической деформации сжатием на величину 43%. Как видно из кривой 2 на чертеже, образец обладает термочувствительностью вплоть до 0,08 К.

Пример 3. Кривая 3 на чертеже представляет зайисимость удельного сопротивления от температуры для термосопротивления, изготовленного из германия марки ГЭС-0,01 (,01 омсм) и пластически деформированного на 47%. Образец обладает термочувствительностью вплоть до ,05 К.

Примера. На кривой 4 представлена зависимость удельного сопротивления от температуры для т.ермосопротивления, изготовленного из германия марки ГЭС-40 (р 40ом-см) и пластически деформированного на 41%. Образец обладает термочувствительнрстью вплоть до 0,04 К.

Абсолютное значение удельного сопротивления образца по примеру 4 меньше, чем о,бразца по примеру 1,т. е.увеличивая деформацию, можно продвинуться в область более низких температур.

Изобретение позволяет изготавливать термосопротивления, у которых температурный диапазон может быть расширен вплоть до 0,04 К. Кроме того, предлагаемый способ прост и не требует дорогостоящего оборудования.

Формула изобретения

Способ изготовления германиевых термосопротивлений для низких температур путем введения дефектов, пластической деформации сжатия вдоль оси германиевую пластину, нагретую до 725-937°С, нанесения контактов на плоскости, параллельные оси III, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона в область сверхнизких температур, германиевую пластину выбирают с удельным сопротивлением при 293 К в диапазоне 47-0,01 , а пластическую деформацию осуществляют на величину 30-47%.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 437931, кл. G 01 К 7/22, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 730200. кл. Н О L21/34, 1978 (прототип).