中子嬗變摻雜

前面我們提到了常見的兩種摻雜方式：擴散和離子注入。今天我們來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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名字聽起來就很高端，首先我們來看一下什么是嬗變(shàn biàn)。

嬗變：指一種元素通過核反應轉變?yōu)榱硪环N元素。再結合摻雜(是將一定數量的雜質摻入到半導體材料的工藝，是為了改變半導體材料的電學特性，從而得到所需的電學參數)，那 NTD 通過嬗變將一種元素轉變?yōu)榱硪环N元素，也能達到摻雜的目的，那接下來我們就來看看什么是中子嬗變摻雜。

中子摻雜嬗變原理

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 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 的過程還在進行，特別是由于β發(fā)射而放射性衰減，這就需要一個存儲周期。對于放射性衰減到檢測不到的水平這中間需要 3~5 天的時間。同時，為了消除有輻射引入的晶格缺陷，需要進一步對晶棒在 500℃~900℃的溫度下進行退火處理。相對常規(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

我們都知道，摻雜濃度的均勻性對于功率器件來說是非常重要的，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。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，就不可能生產出要求高的高壓功率器件，而用中子嬗變的方法，可以達到。所以中子嬗變摻雜是應用在高壓功率的可控硅方面。