Форму диффузионного профиля золота нельзя регулировать просто путем осаждения источника золота на одну или другую поверхность кремниевой пластины. Какая бы из поверхностей ни была покрыта золотом, при последующей диффузии происходит его перераспределение с формированием U-образного профиля. Профиль золота, однако, можно изменить при наличии слоев, высоколегированных фосфором или бором [Tada, Nakagawa, Hagino, 19821.

Для создания профиля, показанного на рис. 5.8, а, слой n2 должен включать поверхность с высоким содержанием фосфора. Фосфор оказывает геттерирующее действие на золото и снижает его концентрацию по направлению к слою n2. Для обеспечения профиля, приведенного на рис. 5.8, в, концентрация фосфора в слое n2 должна быть низкой (менее 10 см ), чтобы уменьшить его геттерирующее действие. В то же время к анодному слою р1 перед проведением диффузии необходимо добавить слой бора с концентрацией выше 10 см .который оказывает аналогичное геттерирующее действие на фосфор.

И, наконец, если требуется ровный профиль золота с близки ми концентрациями у переходов j1 и j2, то геттерирующее действие фйсфора следует ослабить путем уменьшения его концентрации ниже 10 см~. Содержание данной легирующей примеси в слое р1 не должно превышать 10 см Однако при этом концентрации у переходов ji и j2 только уравниваются и профиль будет принимать U-образную фор.му.

5.6.3.2. Радиационные методы легирования. .Методы легирования путем диффузии имеют два существенных недостатка. Во-первых, диффузия должна проводиться до металли.ании тиристора, поэтому электрические характеристики прибора нельзя проверить ни перед легированием, ни после его проведения. И, во-вторых, данные способы легирования очень чувствительны к дефектам кремния и уровням легирования перехода. В этой связи невозможен точный контроль за ходом процесса и не гарантируется его равномерность.

Радиационные способы легирования лишены перечисленных недостатков. Они применяются после изготовления тиристора или даже после его испытания и нечувствительны к деталям кремниевой тиристорной структуры. Существуют три вида облучения: электронное, протонное и гамма-облучение.

Под воздействием излучения атомы кремния смещаются со своих обычных мест в кристаллической решетке с образованием вакансий и междоузельных атомов, которые в свою очередь могут образовывать более сложные комплексы дефектов, напри мер пары фосфор -- вакансия, дивакансии и группы примесь вакансия - междоузельный атом. Эти дефекты создают глубокие центры рекомбинации в кремнии. Основным глубоким уровнем после облучения электронами является дивакансия, расноложен-

пая на 0,41 эВ ниже дна зоны проводимости [Evwarayc, Baliga, 1977]. Этот уровень можно полностью ликвидировать путем 01жига при температуре 370° С в течение не более 20 мин.

Однако отжиг, проводимый после облучения электронами, обусловливает появление другого глубокого уровня, расположенного на 0,35 эВ ниже дна зоны проводимости. Он появляется менее чем через 50 мин обработки при температуре 300° С, и на его концентрации дальнейший отжиг при этой температуре сказывается незначительно. Последующая термообработка при температуре 370° С обусловливает снижение концентрации данного уровни на 50% менее чем за 60 мин.

Радиационные дефекты должны быть устойчивы при действии возможных в процессе работы тиристора высоких температур. Скорость отжига дефектов исследована в [Sun, 1977]. Автор описал этот процесс уравнением

N,{t)

N,{0)

где Nt{t)- концентрация глубоких уровней после отжига в течение временя /; Ni{0)-начальная концентрация; н и Ем - постоянные, определяемые уровнями легирования кремния, условиями отжига и энергией глубоких уровней.

В [Sun, 1977] сделан вывод о том, что отжиг после облучения необходим прежде всего для обеспечения стабильной работы тиристора. У приборов, которые не были подвергнуты отжигу, обычная максимальная рабочая температура составляет 150° С. Отжиг при температуре 310° С в течение 5 ч обусловливает надежное функционирование приборов при температурах до 200° С в течение длительного периода.

Поскольку концентрация глубоких уровней пропорциональна дозе облучения, взаимосвязь между временем жизни т и дозой <р выражается следующим уравнением:

-=--f/Cq, (5.3)

Т То

где К - коэффициент радиационного повреждения, значение которого определяется видом облучения и энергией и.злучения, удельным электрическим сопротивлением кремния и температурой [Carlson, Sun, Assalit, 1977]. Дозу облучения следует выбирать с учетом конструкции приборов.

Установлено, что вид облучения задает не toju,ko коэффициент радиационного повреждения, но и окончательное сочетание характеристик мощных приборов в отк)ытом состоянии и характеристик восстановления.

Соотнонгение напряжения в открытом состоянии и заряда об ратного восстановления мощных переключателей зависит от (нергии электронного пучка.

ZOO 300 400 500 Температура, К

1 10 100 1000

Удельное одъемное электрическое сопротивление ,0м-см

Рис. 5.9. Зависимость соотношения времени жизни в области пространственного заряда и времени жизни при высоком уровне инжекции от температуры для кремния п-типа, легированного путем диффузии золота, платины или подвергну- того электронному облучению (ЭО)

Рис. 5.10. Изменение соотношения времени жизни при высоком и низком уровнях инжекции в зависимости от значения удельного объемного электрического сопротивления и температуры для основных уровней, созданных в кремнии п-типа, легированном путем диффузии золота, платины или подвергнутом электронному

облучению (ЭО): -- 300 К;----400 К; - 500 К

При исследовании влияния гамма-излучения оказалось, что оно обеспечивает худшее сочетание характеристик, чем облучение электронами с наименьшей исследованной энергией 1,5 МэВ. В [Carlson, Sim, Assalit, 1977] изучалась также диффузия платины и золота и оценивались возможности различных методов в обеспечении согласования напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления. В результате была получена следующая иерархия : диффузия золота (наилучшие результаты), облучение электронами с энергией 12 МэВ, облучение электронами с энергией 3 МэВ, диффузия платины, облучение электронами с энергией 1,5 МэВ, гамма-облучение (худшие результаты).

Сравнение достоинств методов облучения электронами и диффузии золота или платины проведено в [Baliga, Sun, 1977]. Авторы использовали уравнения (3.3) - (3.8) для расчета соотношений времени жизни при высоких и низких уровнях инжекции (thl/tll) и времени жизни в области пространственного заряда и времени жизни при высоких уровнях инжекции (tsc/thl)-

Зависимости, представленные на рис. 5.9 и 5.10, показывают, что соотношение Тне/ти. имеет максимальное значение при диф-166