Способ изготовления германиевых термо-сопротивлений для низких температур

 

/ (! !) Союз Советскмх

Соцкапистмческмх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕ Н ИЯ и АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф Ф. г.(6l) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.07.79 (21) 2802324/18-25

{5l) М. Кл.з с присоединением заявки ¹â€”

Н Ol L21/34

Гесударетвеваа1 камвтвт (23) Приоритет—

Опубликовано 23.07.81. Бюллетень ¹ 27

Дата опубл икования описания 28.0?.8!

СССР ве делам пзабрвтений и еткрмтий (53) УДК 62l 382 (088.8) М. Л. Кожух, С, М. Рывкин, В. A. Трунов и И. С. Ш (72) Авторы изобретения

Ленинградский институт ядерной физики нм. Б. П. Койсхантинова.

АН СССР (7!) Занвитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМАНИЕВЫХ

ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИИ ДЛЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Изобретение относится к .изготовлению полупроводниковых приборов и может быть использовано при изготовлении термосопро тивлений для низких и сверхнизких температур, . Известен способ изготовления германиевых термосопротивлений, заключающийся во введении дефектов в германиевую заготовку и нанесении на нее контактов. При этом в германневую,заготовку, представляющую собой пластину из монокристаллического германия, дефекты вводят путем ее: облучения тепловыми нейтронами в атомном реакторе. Изотопы германия взаимо-. действуют с тепловыми нейтронами и в результате ядерных реакций преобразуются. в галлий, мышьяк, селен, которые определяют характер температурной зависимости электропроводностй !Ц .

Недостатком этого способа является длительный процесс изготовления полупроводниковых термосопротивлений . за счет длительной выдержки образцов (более полугода) после облучения. Такая выдержка необходима для того, чтобы атомы изотопов германия, поглотившие тепловые нейтроны, . превратились в легнрующую примесь, при.чем в таком количестве, что оставшаяся

Масть нераспавшихся атомов уже практи чески не оказывала бы влияния на темпера.турную зависимость полупроводйиковых термосояротивлений.

Кроме того, для изготовления полупро- водниковых термосопротивлений необходимо использование сложного и дорогостоящего оборудования такого, как атомный реактор.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ изготовления гермаииевых термосопротивлений для низких температур, осуществляемый путем введения дефектов S германиевую пластину и нанесения на нее контактов, s котором заготовку нагревают до 725-937 С, подвергают пластической деформации сжатием вдоль оси 4111i на величину 14 — 30%, и наносйт упомянутые контакты на плоскости, параллельные оси <111>. р Термосопротивлення, изготовленные сог ласно известному способу, используют

;для измерения низких температур (вплоть, ц!р l,5Ê) (2).

849338

15 го

25 зо

Однако использование при изготовлении термосопротивлений деформаций больше ЗОР/р приводит к слабой зависимости электропроводности от температуры в диапазоне 300 — 1,5 К.

Цель изобретения — расширение измеряемого температурного диапазона в область сверхнизких температур (менее 1 К) .

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления германиевых термосопротивлений для низких температур путем введения дефектов, пластической деформации сжатия вдоль оси <111» в германиевую пластину, нагретую до 725-937 С и нанесения контактов на плоскости, параллельные оси (1П), германиевую пластину выбирают с удельным сопротивлением при 293 К в диапазоне 47 — 0,01 омсм, а пластическую деформацию осуществляют от 30 до 47Р/р

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 ом см, вырезают так, что ее торцы лежат в плоскости (III). Шайбы шлифуют для получения плоскопараллельности торцов, затем их подвергают пластической деформации сжатием на величину 30 — 47Р/р на воздухе при 725 — 937 С.

Деформацию сжатием осуществляют в направлении )III). 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 , так что электропроводность осуществляется в плоскости (Ш). Контакты наносят стандартным способом.

Выбор величины деформации обусловлен следующими причинами: при величине деформации меньше 30 /р количество введенных дефектов (дислокаций и т. п.) является недостаточным для осуществления электропроводности в области сверхнизких температур (менее 1К) . Поэтому сопротивления таких образцов велики и с понижением -температуры достигают практически трудноизмеримых величин. Верхняя граница величины деформации (47 /р) обусловлена тем, что практическое использование деформаций сжатием на величину больше 47 /р 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 ом см соответствует переходу «полупроводник-металл», т.е. при Р(0,01 ом.см характер температурной зависимости электропроводности легированного германия меняется от активационного (зависящего от температуры) на «металлический», не зависящий от температуры.

Поскольку Я = 47 ом см соответствует собственной проводимости германия при комнатной температуре, верхний предел выбранного диапазона является максимально возможным (т.е. можно использовать германий, сколь угодно чистый от примесей).

Использование исходного германия с />= 0,01 ом-см, деформированного на 30-47ф, позволяет «сорвать» переход «металл-полупроводник» и перейти от температурно независимой электропроводности к зависящей от температуры. В то же время, варьирование уровня легирования исходного материала и величины пластической деформации позволяет менять как величину электропроводности термосопротивления, так и характер ее температурной зависимости, т.е. термочувствительность.

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

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 усилием 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 растворе зНе+ Не, так, что граница расслоения между фазами всегда выше термосопротивлений. Температура жидкости определяется по магнитной восприимчивости цериймагниевого нитрата. Точность измерений меняется от 0,01 до 1 /p, в зависимости от величины термосопротивления.

Пример 1. Германиевую заготовку (марка германия ГЭС вЂ” 40) с удельным сопротивлением 40 ом см подвергают пластической деформации на величину ЗОР/р. 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 температурах.

849338

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

Пример 3. Кривая 3 на чертеже представляет зависимость удельного сопротивления от температуры для термосопротивления, изготовленного из германия марки ГЭС вЂ” 0,01 (P= 0,01 ом см) и пластически деформированного на 470/ц. Образец обладает термочувствительностью вплоть до,05 К.

Пример 4. На кривой 4 представлена зависимость удельного сопротивления от температуры для термосопротивления, изготовленного из германия марки ГЭС-40 (Я=

= 40 ом см) и пластически деформированного на 41 /р. Образец обладает термочувствительностью вплоть до 0,04 К.

Абсолютное значение удельного сопротивления образца по примеру 4 меньше; чем обравца 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 CIII> в германиевую пластину, нагретую до 725-937 С, нанесения контактов на плоскости, параллельные оси (Ш), отличающийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона в область сверхнизких температур, германиевую пластину. выбирают с удельным сопротивлением при 293 К в диапазоне 47 — 0,01ом.см, а пластическую деформацию осуществляют на величину 30 — 470/р. го 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. И 01 L 21/34, 1978 (прототип).

849338

4% З 4

Составитель Й. Утекнйа .

Редактор Г. Кацалап ТехредА. Войкас Корректор 1. Рошко

Заказ 6105/69 . Тираж 784, Подписное

ВНИИПИ Государственйого комитета СССР по делам изобретений н открмтий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4