IVASCU MARIN (RO)
STAICU LILIANA (RO)
ILAS GERMINA (RO)
DUMITRU ION (RO)
FANICA MIRCEA MIHAIL (RO)
IVASCU MARIN (RO)
STAICU LILIANA (RO)
ILAS GERMINA (RO)
DUMITRU ION (RO)
| 1. | Procédé de traitement d'un élément semiconducteur présentant une structure cristaline cubique, rombique ou hexagonale et contenent au moins deux isotopes stables en vue d'une modification des concentration des différents isotopes stables du semiconducteurs, caractérise en ce qu'il consiste. a soumettre l'élément qui s'introduit dans la structure cristaline cubique, rombique, hexagonale a une température voisine de sa température de diffusion, a appliquer a l'élément simultanément un courant électrique de 1 Amp et d'ordre 4 KV 30 KV et proportionel a l'énergie de ionisation exprimée en K cal/g mol de l'élément. a disposer l'élément pendant ce traitement dans un milieu gazeux contenant au moins un gaz inert évitant une oxydation de l'élément et a maintenir le traitement pendant une durée d'au moins. |
| 2. | heures. |
| 3. | 2 Procédé suivant la revendication 1 pour le traitement de l'Antimoine, caractérisé en ce que la température de traitement est de l'ordre de 7000° C a 1400° C, le courant électrique est de lAmp/8KV , le milieu gazeux contient du Silane et la durée de traitement est d'environ 2 heures. |
| 4. | Élément d'Antimoine traité suivant le procédé selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'il présente un rapport isotopique Sb 121 / Sb 123 d'environ 1,70. |
| 5. | Jonction semiconducteur comprenant au moins deux couches d'éléments semiconducteurs dont l'une est une couche dopée avec un élément plapant caractérise ce que l'élément dopant est un élément traité suivant le procédé selon l'invention. |
| 6. | Jonction semiconducteur suivant la revendication 4, caractérisée qu'elle est réalisée d'une couche de Silicium et d'une autre couche de silicium dopée avec antimoine traité selon la revendication 3. |
| 7. | Jonction semiconducteur suivant l'une quelconque de revendication 4 ou 5 caractérisée qu'elle comporte comme une couche d'oxyde réalisée suivant le procède de la revendication 3. |
| 8. | Procédé de traitement d'une jonction semiconducteur suivant l'une quelconque des revendication 4 ou 5 caractérise en ce qu'il consiste a réaliser sur la couche de semiconducteur par une couche d'oxyde du même semiconducteur dont l'épaisseur varie d'une maniéré inversement proportionelle aux variation des concentrations, en nombre par unité de volume, de la couche de semiconducteur dopé et a chauffer la jonction d'une maniéré comme pour produire la diffusion du dopant déposé, assurent la diffusion graduelle de celui ci. |
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un élément ayant plus de 2 isotopes stables en vue de modifier la concentration des isotopes stables par l'induction de celui - ci dans la structure cristaline ordonée cubique, hexagonale ou rombique.
Technique antérieure
Depuis la découverte des isotopes par F. Saraday en 1913 on a mis on point différentes techniques pour modifier les teneurs en différents isotopes stables des éléments .
Pendant longtemps on a considéré que la composition naturelle des isotopes n'était pas susceptible de modifications sensibles. Ensuite furent devellopes des procédés dits de séparation d'isotopes par des technique de diffusion, par des procédés électromagnétique et electrolytiques.Toutes ces techniques connues appliquées par exemple au néon pour la diffusion , a différents éléments pour la séparation électromagnétique et a l'hydrogène pour la séparation electrolytique, présentent un rendement de séparation entremement faible.
Dans le cas de la séparation électromagnétique on parle souvant d'une distortion isotopique pour désigne les résultats obtenus. Pour cette raison on travaille dans la pratique avec des séparateurs comportant un nombre très élèves d'étages de séparation montes en cascade.
Exposé de linvention
La présente invention a pour objet de concevoir un procédé de séparation d'isotopes pour des éléments semiconducteurs qui présente un rendement considérablement plus élevé que les procèdes connus.
Le procédé de l'invention pour la séparation d'isotopes stables des éléments qui sont introduits dans un system cristaline cubique, hexagonale ou rombique consiste en - a soumettre l'élément avec minimum deux izotopes stable a une température voisine de sa température de diffusion, a apliquer au même élément un champ electique et magnétique généré par un courant électrique de 1 Amp et de 4 KV - 30 KV proportionel a l'energy de l'ioniasation exprimée en K cal / g mol, a disposer l'élément avec ininimum de deux isotopes stables pendant le traitement dans un milieu gazeux contenant au moin un gaz inert pour éviter
Foxidation de l'élément, maintenant le traitement a une duré minime de 2 heures et a mantenir le traitement pendant une dure d'au moins 2 heures.
Les essais pratiques dont les résultats furent mesures avec des techniques nucléaires les plus modernes ont permis de constater que le procédé selon l'invention permet de réaliser des modifications du rapport des isotopes et implicite de concentrations supérieures a 25 %.
Selon un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention appliqué a l'élément Sb ( Antimoine ), la température de traitement est de l'ordre de 700° C a 1400° C, le courant électrique est de 1 Amp /8 KV , le milieu gazeux contient des gazes qui assurent la protection pour l'oxidation antrenée par un gaze inert et une durée du traitement d'environe 4 heures.
Grâce au traitement selon l'invention on obtient un élément Sb dont le rapport Sb 121 /Sb 123 est égal a 1,70 tandis que de le rapport naturel pour les 2 isotopes stables et le Sb n'est pas traité fut 1,34. L'invention concerne également une jonction semiconducteur comprenant au moins deux couches d'éléments semiconducteurs dont l'une est une couche de semiconducteur dopée avec un autre élément, caractérisée en ce que le dit élément de dopage a été traite suivant le procédé selon l'invention.
Suivant un mode de réalisation avantageux de la jonction semiconducteur selon l'invention l'une des couches est une couche de Silicium pure et l'autre couche est une couche de Silicium dopé avec de l'Antimoine traité suivant le procédé selon l'invention.
On obtient ainsi un jonction comprenant un nombre très élève
d'électrons libres dont les avantages sont bien defînits dans le domain de projection, de réalisation et d'utilisation des jonctions semiconducteur. L'invention concerne également un procédé pour le traitement de la jonction semiconducteur sans l'application du procédé pour le changement du rapport isotopique.
Ce procédé selon l'invention consiste à réaliser une couche d'oxyde de silicon ( SiCh ) du même semiconducteur ( Si ) dont l'épaisseur varie d'une manière inversement proportionelle aux variation des concentrations de ses impurites active dans le semiconducteurs dopé et a chauffer la jonction d'une manière conue pour produire une jonction diffusée.
Description sommaire des dessins
L'invention sera maintenant décrite plus en détails en référant a des exemples de mise en oeuvre et en se référant aux dessins annexes sur lequelles:
La Figure 1 montre le spectre gamma d'un échantillon d'Antimoine Sb avant son traitement suivant le procédé selon l'invention;
La Figure 2 montre le spectre gamma de l'échantillon Sb après son traitement suivant les procédés selon l'invention;
La Figure 3 est une vue en coupe verticale schématique d'un support plaquette en Si dopé avec du Sb sur lequel est déposer une couche de silicium pure pour la réalisation d'une jonction semiconducteur; Note ( Si pure c'est a dire une couche de Si qui ne contient pas du Sb )
La Figure 4 est une vue en plan schématique de la plaquette semiconducteur sur laquelle sont indiquées les zones dans lesquelles sont prélevés des échantillons pour la réalisation de mesures comparatives;
La figure D montre les rapports ϋϋ izusb izό αans les différentes zones 1 a 10 de la plaquette représentée à la figure 4 avant la traitement selon le procédé selon l'invention présente;
La Figure 6 montre les rapports d'isotopes Sb 121 / Sb 123 dans les zones 1 a 10 après le traitement suivant le procédé selon l'invention;
La Figure 7 montre d'une manière très schématique la
\0 distribution d'impuretés dans les zones 1, 2 et 5 a 11 de la plaquette représentée à la figure 4 avant l'application d'un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention,
La Figure 8 montre la distribution d'impuretés obtenue grâce a * 5 l'application du procédé selon l'invention.
Meilleure manière de réaliser l'invention
On decrivera çi-apres l'application du procédé selon l'invention 20 pour le traitement d'un échantillon d'Antimoine Sb en vue de modifier le rapport des isotopes Sb 121/Sb 123.
La literature technique indiqué que l'Antimoine pure contient 57,25 % de Sb 121 et 42,75 % de Sb 123 et que le rapport Sb 121/Sb 123 est alors de 1,3392 25 Pour la mise en oeuvre de l'invention on a utilisé de l'Antimoine pure existant dans le commerce.
On realise une série de plaquettes circulaire entant les dimensions de 36 mm x 450 μ, provenant d'une bare de Sb.
Par spectrométrie gamma on mesure d'abord le teneur en Sb 30 121 et le teneur en Sb 123 d'une série de plaquettes non-traitées pour ensuite definire le rapport Sb 121/Sb 123.
Les plaquettes sont disposés dans un récipient ferme en plomb pour éliminer les influences extérieures au cours des mesures.
Pour les mesures on a utilisé les instruments et les équipements 35 en conformité avec les règlements internationaux pour la spectroscopie gamma, en respectant toutes les normes et les prévoyances concernant l'activité nucléaire de IAEA- Vienne et imposées par les standards internationaux du domain.
De plus chaque mesure fut répété sur le même échantillon après
des périodes de repos imposées par le temp de réduire a mairie pour les isotopes mesures ( Sb 121 et Sb 123 ) permettant d'obtenir une réduction du niveau du bruit de fond dans la mesure du spectre gamma.
L'un des spectres obtenus est représenté à la figure 1 et on voit devenent les piques typiques PI, P2 et P3.
PI et P2 correspondent aux isotopes Sb 121 et aux niveaux énergétiques de 564.0 kev et 693,3 kev tandis que P3 correspont a l'isotope Sb 123 au niveau énergétique 602,7 kev.
Le rapport Sb 121/Sb 123 moyen calcule a partir de l'ensemble des mesures fut de 1.34 ce qui correspond sensiblement aux valeurs indiqués dans la literature technique.
Ensuite on a traité une séries de plaquettes de Sb suivant le procédé selon l'invention.
À cet effet une série de plaquettes flit disposée dans une enceinte fermée présentant un orifice d'admission et un orifice d'ecrappement permettant une circulation forcée de gas a travers l'enceinte et un support en graphite . Suivant l'invention les paramètres de traitement des plaquettes de Sb a l'intérieur de l'enceinte fermée furent les suivantes:
Température : 1.270 C
Champs électrique : 1 A - 8 KV Pression de gaz : 3 atmosphères
Débit de gaz : 20 litres / minutes
Gas : hidrogene, silane, HCl
Durée du traitement: environe de 2 heures.
La teneur en Sb 121 et Sb 123 des plaquettes ainsi traitées fut mesurée de la manière décrite ci - dessus et le rapport Sb 121/Sb 123 calcule moyen fut de 1,71.
La procédé selon l'invention a ainsi permis de modifier ce rapport d'une manière imprévue d'environ 27.6%.
Cette modification du rapport Sb 121/Sb 123 se traduit par des modification considérables des caracterisques physiques et notamment électriques de l'élément Sb obtenu. Ces modifications améliorent les performances de l'élément dans son utilisation dans la fabrication descomposants semiconducteurs comme décrit ci - après en se référant
aux figure 3 a 9.
On considère en particulier que le Sb traite suivant le procédé selon l'invention contient un nombre d'électrons libres qui est considérablement plus grand que celui du Sb naturel. Dans l'application a la fabrication de composants semiconducteurs ceci se traduit par une amélioration considérable du bilan électronique du composant électronique obtenu.
Aux figures 3 et 4 on voit un élément C semiconducteur comprenant une couche Co en Si dope de Sb et une couche Ci en Si 0 pure. La couche Ci est déposée sur la couche Co suivant un procédé connu en soi. L'épaisseur de la couche est de l'ordre de 10 a 40 μ.
On a d'abord réalisé une série d'éléments C en utilisant du Sb naturel non - traite et on a mesuré les concentrations de Sb 123 et de Sb 121 dans chacune des zones 1 a 18 ( figure 4 ). Par calcul on obtient ' 5 alors les rapports Sb 121/Sb 123 tels que représentes a la figure 5. La valeur moyenne est d'environ 1.34.
Ensuite on a réalisé des éléments C dans laquelles la couche Co a été traité suivant le procédé selon l'invention comme décrit ci - dessus. Les mesures des concentrations de Sb 121 et de Sbl23 ont 20 ensuite permis de calcules les rapports Sb 121/SM23 dans chacune des zones 1 a 18 comme représente a la figure 6. Ces rapports varient peu d'une zone a l'autre et leur valeur moyenne est d'environ 1.71.
On obtient ainsi une jonction semiconducteur dont le bilan électronique est considérablement améliore grâce a un nombre très 25 important d'électrons libres obtenus grâce au procédé selon l'invention.
On a ensuite mesuré d'une maniéré connue par Neutron Activation Analisys la distribution de la concentration des impuretés dans les zones 1, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5 et 3 d'une plaquette 30 semiconducteur C traitée suivant le procède selon l'invention .
Les résultats de ces mesures sont représente a la figure 7 et on voit que seulement dans les sections 7 a 10 situées au voisinage du centre de l'élément C présentent une concentration convenable pour la fabrication de composants électronique. Les autres zones constitueront ^ 5 dans la pratique des déchets.
Suivant un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention on a alors déposé sur la face Ci de l'élément C une couche
d'oxyde de silicium d'une épaisseur moyenne de 0.5 - 2 microns mais dont l'épaisseur varié d'une zone a l'autre d'une maniéré inversement proportionnelle aux variations de la concentration des impuretés telle que représentée a la figure 7. Ensuite on sousmet l'élément C ainsi traité a un traitement thermique connu en soi pour produire la diffusion des couches.
La mesure de concentration des impuretés de l'élément traite suivant le procédé selon l'invention est représente a la figure 8. On y voit clairement que les concentrations de toutes les sections 1, 3 et 5 a 11 se situent maintenant au niveau optimal pour la fabrication de composants électroniques . Ce résultat est du a la présence d'une nombre important d'électrons libre dans la couche Co traitée suivant le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit ci - dessus, mais on peut y apporter des nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention.
En particulier l'invention peut s'appliquer a tous les éléments semiconducteurs présentant une structure cristaline cubique on hexagonale en vue de modifier considérablement les concentrations des différents isotopes dans ces éléments.