芯耀
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前面我們提到了常見(jiàn)的兩種摻雜方式：擴(kuò)散和離子注入。今天我們來(lái)聊一聊兩外一種摻雜方式——中子嬗變摻雜(NTD，Neutron Transmutation Dopin)
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名字聽(tīng)起來(lái)就很高端，首先我們來(lái)看一下什么是嬗變(shàn biàn)。
嬗變：指一種元素通過(guò)核反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素。再結(jié)合摻雜(是將一定數(shù)量的雜質(zhì)摻入到半導(dǎo)體材料的工藝，是為了改變半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性，從而得到所需的電學(xué)參數(shù))，那 NTD 通過(guò)嬗變將一種元素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素，也能達(dá)到摻雜的目的，那接下來(lái)我們就來(lái)看看什么是中子嬗變摻雜。
中子摻雜嬗變?cè)?/strong>
NTD 的原理是用熱中子把硅的同位素 30/14Si 放射性嬗變成磷 31/15P。這種同位素在天然硅中的含量達(dá) 3.09%，29/14Si 占用 4.67%的份額，其余 92.23%為主同位素 28/14Si。如果把硅棒放置在核反應(yīng)堆芯附近，30/14Si 原子部分地捕獲熱中子，在γ量子發(fā)射下變成不穩(wěn)定的同位素 31/14Si,它通過(guò)發(fā)射電子(β離子)衰減，變成穩(wěn)定的磷的同位素 31/15P。
在中子輻射之后，31/14Si 嬗變變成 31/15P 的過(guò)程還在進(jìn)行，特別是由于β發(fā)射而放射性衰減，這就需要一個(gè)存儲(chǔ)周期。對(duì)于放射性衰減到檢測(cè)不到的水平這中間需要 3~5 天的時(shí)間。同時(shí)，為了消除有輻射引入的晶格缺陷，需要進(jìn)一步對(duì)晶棒在 500℃~900℃的溫度下進(jìn)行退火處理。相對(duì)常規(guī)的那兩種摻雜，中子嬗變摻雜的成本還是比較高的。
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NTD 的優(yōu)勢(shì)
我們都知道，摻雜濃度的均勻性對(duì)于功率器件來(lái)說(shuō)是非常重要的，如果在晶片中存在摻雜濃度（或局部缺陷）的變化，電流可能分布不均勻，特別是在雪崩擊穿時(shí)。下圖分別是常規(guī)摻雜和中子嬗變摻雜下晶片徑向電阻率的分布：
常規(guī)摻雜下的
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中子嬗變摻雜下的
摻雜直接決定了阻斷電壓，如果原材料是常規(guī)摻雜下的波動(dòng)，就不可能生產(chǎn)出要求高的高壓功率器件，而用中子嬗變的方法，可以達(dá)到。所以中子嬗變摻雜是應(yīng)用在高壓功率的可控硅方面。
