中子嬗变掺杂

文章来源：功率半导体那些事儿原文作者：Disciples

常见的两种掺杂方式是扩散和离子注入，大家已经很熟悉了，今天我们来聊一聊另外一种掺杂方式——中子嬗变掺杂(NTD，Neutron Transmutation Dopin)

名字听起来就很高端，首先我们来看一下什么是嬗变(shàn biàn)。嬗变：指一种元素通过核反应转变为另一种元素。再结合掺杂(是将一定数量的杂质掺入到半导体材料的工艺，是为了改变半导体材料的电学特性，从而得到所需的电学参数)，那NTD通过嬗变将一种元素转变为另一种元素，也能达到掺杂的目的，那接下来我们就来看看什么是中子嬗变掺杂。中子掺杂嬗变原理NTD的原理是用热中子把硅的同位素30/14Si放射性嬗变成磷31/15P。这种同位素在天然硅中的含量达3.09%，29/14Si占用4.67%的份额，其余92.23%为主同位素28/14Si。如果把硅棒放置在核反应堆芯附近，30/14Si原子部分地捕获热中子，在γ量子发射下变成不稳定的同位素31/14Si,它通过发射电子(β离子)衰减，变成稳定的磷的同位素31/15P。在中子辐射之后，31/14Si嬗变变成31/15P的过程还在进行，特别是由于β发射而放射性衰减，这就需要一个存储周期。对于放射性衰减到检测不到的水平这中间需要3~5天的时间。同时，为了消除有辐射引入的晶格缺陷，需要进一步对晶棒在500℃~900℃的温度下进行退火处理。相对常规的那两种掺杂，中子嬗变掺杂的成本还是比较高的。

NTD的优势我们都知道，掺杂浓度的均匀性对于功率器件来说是非常重要的，如果在晶片中存在掺杂浓度（或局部缺陷）的变化，电流可能分布不均匀，特别是在雪崩击穿时。下图分别是常规掺杂和中子嬗变掺杂下晶片径向电阻率的分布：
常规掺杂下的中子嬗变掺杂下的掺杂直接决定了阻断电压，如果原材料是常规掺杂下的波动，就不可能生产出要求高的高压功率器件，而用中子嬗变的方法，可以达到。所以中子嬗变掺杂是应用在高压功率的可控硅方面。

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编辑：六块钱的鱼