Short Communication Physical Features of Double Sided Diffusion of Lithium into Silicon for Large Size Detectors

Abstract

У роботі ми пропонуємо новий метод двосторонньої дифузії іонів літію в монокристалічну кремнієву пластину для подальшого виготовлення детекторів ядерного випромінювання Si (Li) з діаметром чутливої поверхні більше 110 мм і товщиною чутливого шару більше 4 мм. Встановлено, що оптимальний режим для дифузії літію у силікон великого розміру має місце при температурі T = (450 ± 20) °C, часі t = 3 мін та глибині проникнення літію hLi = (300 ± 10) мм. Розглянуто теоретичні припущення та експериментальні характеристики двосторонньої дифузії. Як вихідні матеріали, використовували монокристалічний циліндричний кремнієвий кристал р-типу без дислокацій, отриманий методом зонного плавлення (діаметром 110 мм, товщиною 8-10 мм, з питомим опором ρ = 1000 ÷ 10000 Ом·см і часом життя τ ≥ 500 мкс), і кремнієвий кристал р-типу, отриманий методом Чохральського (з діаметром 110 мм, питомим опором ρ = 10 ÷ 12 Ом·см, часом життя τ ≥ 50 мкс, вирощений в атмосфері аргону). Відповідно, вдосконалено технологічні процеси механічної та хімічної обробки напівпровідникових пластин на основі кремнію великої площі.

In this paper, we propose a new method for double sided diffusion of lithium ions into a monocrystalline silicon wafer for the further fabrication of Si (Li) p-i-n nuclear radiation detectors with a diameter of the sensitive surface of more than 110 mm and a thickness of the sensitive region of more than 4 mm. It was found that the optimal regime for lithium diffusion into large-diameter silicon is at a temperature of T = (450 ± 20) °C, time t = 3 min, thickness hLi = (300 ± 10) mm. The theoretical assumptions and experimental characteristics of double sided diffusion are considered. As initial material the dislocation free monocrystalline cylindrical silicon crystal of the p-type, obtained by the floating-zone method (with a diameter 110 mm, thickness 8-10 mm, resistivity ρ = 1000 ÷ 10000 Ohm·cm and life time τ ≥ 500 μs) and the silicon crystal of the p-type (with a diameter of 110 mm, resistivity ρ = 10 ÷ 12 Ohm·cm, lifetime τ ≥ 50 μs, grown in an argon atmosphere) obtained by the Czochralski method were used. Correspondingly, the technological processes of mechanical and chemical processing of semiconductor wafers based on silicon of a large area have been improved.