DE2812656C2

DE2812656C2 - Verfahren zur Herstellung eines InSb-Dünnschichtbauelementes

Info

Publication number: DE2812656C2
Application number: DE2812656A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Kokubunji Tokyo Kodera; Nobuo Hachioji Tokyo Miyamoto; Muneyasu Tokyo Nakajima; Tetsu Tokyo Oi; Junji Fuchu Tokyo Shigeta
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1982-07-29
Also published as: NL178377B; NL178377C; DE2812656A1; NL7803102A; US4177298A

Description

sehr wirkungsvoll verringert und der Rauschabstand wesentlich verbessert wird, wenn eine thermische Diffusion mit wenigstens einem der Elemente Cu, Au, Ag, Zn, Na, K, Cd, B, Ii, Ca, Mg, Pb, Ba Al und Fe durchgeführt wird, nachdem eine durch ein Bedampfungsverfahren ausgebildete InSb-Dünnschicht einmal geschmolzen und bei einer Ober dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur re- bzw. umkristallisiert wurde.

Als Bedampfungsverfahren zur Ausbildung der InSb-Dünnschicht kann ein physikalisches Bedampfungsverfahren, beispielsweise die Vakuumbedampfung oder ein chemisches Bedampfungsverfahren, beispielsweise das Dampfphasenabscheideverfahren, durchgeführt werden, wie dies an sich bekannt ist

Für die Umkrisiallisierung der InSb-Dünnschicht kann am besten das an sich bekannte Zonenschmelzen verwendet werden. Auch bei anderen Schmelzverfahren, beispielsweise bei Verwendung des homogenen Schmelzens können die erfindungsgemäB^n Effekte erzielt werden.

Die die Verbesserung des Rauschabstandes bewirkenden Frematome bzw. Verunreinigungen sind Cu, Au, Ag, Zn, Na, K, Li, Cd, B, Fe, Ca, Mg, Ba, Al und Pb. Mit Ausnahme von Pb und Fe sind diese Elemente auf die Gruppen I, II und III des Periodensystems beschränkt. Der Grund, weshalb die Elemente einen besseren Rauschabstand bewirken, ist nicht bekannt. Es wird jedoch angenommen, daß die Elemente sich mit Fehlern in der InSb-Schicht verbinden oder daran ankoppeln und die Fähigkeit der Fehler oder Defekte hinsichtlich der Rauscherzeugung verringern.

Der Hall-Koeffizient der InSb-Dünnschicht hat die Tendenz, sich unabhängig von der Art der Elemente zu vergrößern. Daraus ergibt sich, daß die Fremdatome in der polykristallinen InSb-Schicht im Gegensatz zu dem bekannten Verhalten der Fremdatome in volumenmäßig größeren bzw. dreidimensionalen InSb-Einkristallen eng mit den Kristallfehlern in Beziehung stehen. Betrachtet man die Fremdatommenge, die zu den besten Rauschabstand-Werten führt, so ist die Menge für alle Elemente etwa gleich, und sie liegt in einem Bereich bis zu IxIO¹⁸Cm-³. Wenn zwei oder mehr Elemente gemischt werden, muß die gesamte Menge auch in diesem zuvor angegebenen Bereich liegen. Die optimale Fremdatomkonzentration liegt zwischen 5χ 10'⁶ cm-³und 1 χ ΙΟ¹⁸ cm-³.

Nachfolgend soll ein Verfahren zum Eindiffundieren des Fremdatoms oder der Fremdatome in die InSb-Dünnschicht durch Aufheizen erläutert werden.

Bei einem typischen Verfahren wird eine Substanz als Diffusionsquelle verwendet, die wenigstens eines der zuvor erwähnten, vorgegebenen Elemente enthält (natürlich kann die Substanz aus dem Element allein bestehen). Diese Substanz wird dann mit der Oberfläche der polykristallinen InSb-Dünnschicht in Kontakt gebracht, die dem Zonenschmelzvorgang unterworfen wird, und die InSb-Dünnschicht wird dann auf eine unter dem Schmelzpunkt von InSb liegende Temperatur aufgeheizt. Hier kann die das vorgegebene Element enthaltene Substanz irgendeine Substanz sein, die das Element abspalten und freisetzen kann und während der Aufheizung der InSb-Dünnschicht in diese eindiffundieren läßt. Für diesen Zweck sind die jeweiligen Elemente selbst bzw. Hydroxide, Oxide und Carbonate dieser Elemente, sowie mit den Elementen dotierte, aushärtende Glassorten usw. geeignet.

Die Substanzen, die als Diffusionsquellen für die thermische Eindiffusion der jeweiligen Elemente geeignet sind, werden nachfolgend angegeben. Substanzen, die nur aus den entsprechenden Elementen bestehen, können für die Elemente Cu, Au, Ag, Zn, Cd, Al, Pb usw. auf einfache Weise verwendet werden; als Hydroxide sind beispielsweise NaOH, Cu(OH)₂, Zn(OH)₂, KOH, UOH, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Ba(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃ usw. geeignet, und als Oxide sind CuO, ZnO, CaO, MgO, BaO, PbO usw. zu verwenden. Weiterhin können Carbonate, wie Na₂CO₃, ZnCO₃, K₂CO₃, MgCO₃ usw.

ίο benutzt werden.

Es können verschiedene Mittel benutzt werden, um die Diffusionsquelle in Berührung mit der InSb-Dünnschicht zu bringen. Beispiele dafür sind nachfolgend angegeben. Wenn ein Hydroxid, beispielsweise Cu(OH)₂, NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Ba(OH)₂, AI(OH)₃, Zn(OH)₂ und Fe(OH)₃ in Berührung gebracht werden soll, ist es am einfachsten, eine wäßrige Lösung dieser Hydroxide herzustellen oder sie in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise Alkohol oder Äther, zu dispergieren und die InSb-Dünnschicht in die Lösung oder in die Dispersion einzutauchen.

Wenn die Fläche des InSb-Dünnschichtelements groß ist, können die Fremdatome unter Verwendung einer Schleuder (beispielsweise einer Schleuder für das Photoätzen) gleichförmig auf sie aufgebracht werden. Die Fremdatomschicht kann so dick aufgebracht werden, daß sie als Schicht sichtbar ist. Wenn die InSb-Schicht etwa 0,1 bis 3 μπι dick ist. ist die Dicke der Fremdatomschicht nicht sehr kritisch.

Wenn die Elemente in ihrer elementaren Form verwendet werden, so können diese dem Vakuumaufdampfen in einer Dicke von einigen zehn bis einigen zehn μπι direkt auf die Oberfläche der InSb-Dünnschicht aufgebracht werden. In der Praxis werden Dicken von 5 bis 30 μπι häufig verwendet. Wenn das verwendete Element leitend ist, so darf die aufgebrachte Schicht natürlich nicht zu dick sein. Neben dem Aufdampfverfahren kann auch das an sich bekannte Ionenimplantationsverfahren verwendet werden.

Es ist auch möglich, das aushärtende Glas mit dem gewünschten Element vorher getrennt zu dotieren und dieses Glas dann als Diffusionsquelle zu verwenden.

Die Diffusionsquellen können je nach der" Art des Elements auf unterschiedliche Weise aufgebracht werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Es hat sich dabei jedoch herausgestellt, daß keine großen Unterschiede in den Eigenschaften auftreten, wenn die Diffusionsquellen auf unterschiedliche Weise aufgebracht werden.

so Die mit der Fremdatom-Diffusionsquelle versehene InSb-Dünnschicht wird in einem Vakuumofen (unter etwa 13 Pa) auf eine Temperatur aufgeheizt, die unter dem Schmelzpunkt von InSb liegt Während des Aufheizens diffundieren die Framdatome in die InSb-Dünnschicht hinein. Bei allen Elementen ist der Aufheizvorgang bzw. die Wärmebehandlung besonders wirkungsvoll, wenn sie bei Temperaturen von 250 bis 450⁰C 1 Minute lang oder länger ausgeführt wird. Am wirkungsvollsten ist dieses Verfahren, wenn die Wärmebehandlung bei 300 bis 400° C 1 Minute lang oder länger durchgeführt wird. Der Heizzeitraum muß wenigstens 1 Minute lang sein. Er kann jedoch in der Praxis oft 20 Minuten oder bis zu 2 Stunden dauern. Auch wenn die InSb-Dünnschicht über einen sehr

_b5 langen Zeitraum hinweg aufgeheizt bleibt, verbessert sich dadurch der Rauschabstand nicht, d. h. es tritt in dieser Hinsicht eine Sättigung auf.

Bei einem zweiten Verfahren wird zuvor auf einem

gewünschten Substrat eine Schicht von wenigstens einem der gewünschten Fremdatomelemente in der zuvor beschriebenen Weise ausgebildet. Die InSb-Dünnschicht wird auf dieser Schicht durch ein Aufdampfverfahren ausgebildet und die Zonenschmelzbehandlung wird durchgeführt. Dies ist ein Beispiel, bei dem die Schicht der Diffusionsquelle auf der rückwärtigen Fläche der polykristallinen InSb-Dünnschicht liegt.

In diesem Falle kann eine mit dem gewünschten Fremdatomelement oder den gewünschten Fremdatomelementen dotierte Schicht aus aushärtendem Glas als Fremdatomschicht verwendet werden. Ein mit dem gewünschten Fremdatomelement oder den gewünschten Fremdatomelementen dotiertes Substratmaterial kann auch als Diffusionsquelle benutzt werden.

Bei einem dritten Verfahren wird eine Substanz, die das Element oder die Elemente enthält, mit der InSb-Dünnschicht in Berührung gehalten, und danach wird die Zonenschmelzbehandlung ausgeführt. In diesem Falle wird zur Diffusion des vorgegebenen Elements oder der vorgegebenen Elemente ein Mittel verwendet, in dem eine das vorgegebene Element oder die vorgegebenen Elemente enthaltene Substanz in der Weise in Berührung gehalten wird, wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Verfahren beschrieben wurde. Dabei kann eine mit dem Fremdatomelement oder den Fremdatomelementen dotierte aushärtende Glasschicht als Fremdatomschicht verwendet werden. Das gewünschte Element oder die gewünschten Elemente können auch in einer Schutzschicht (üblicherweise einer In₂O₃-SChIcIu enthalten sein, die das geschmolzene InSb daran hindert, sich auf Grund der Oberflächenspannung zu wölben bzw. abzurunden.

Es hat sich weiterhin herausgestellt, daß der Rauschabstand weiter verbessert werden kann, wenn InSb unter der Voraussetzung erhitzt wird, daß bei der thermischen Diffusion von wenigstens einem der Elemente Cu, Au, Zn, Na, K, Cd, B, Li, Ca, Mg, Ba, AL Pb und Fe die Anzahl der Atome von Sb hinsichtlich des stöchiometrischen Verhältnisses im Oberschuß vorhanden sind. In diesem Falle stellt der Zustand von überschüssigen Sb den Zustand dar, unter dem eine Substanz, die Sb, beispielsweise in Form von Sb₂O₅ (das ist die Diffusionsquelle von Sb) enthält, mit der InSb-Schicht in Berührung gehalten wird. Als Verbindungen, die als Diffusionsquelle für Sb dienen, können beispielsweise Sb₂O₅, Sb₂O₅ · H₂O, Sb₂O₅ · 2 H₂O, Sb₂O₅ - 3 H₂O, Sb(OH)₃ und Sb(OH)₅ · χ H₂ verwendet werden.

In diesem Falle ist Sb insbesondere für die Verringerung des Rauschens verantwortlich, und die anderen Elemente sind insbesondere für die Vergrößerung des Hall-Koeffizienten und für die Signalvergrößerung verantwortlich. Die Dotiermenge des Fremdatomelements oder der Fremdatomelemente liegt in einem Bereich unterhalb 1 χ 10¹⁸ cm-³, wie dies zuvor beschrieben wurde.

Die Art, in der die Diffusionsquelle für Sb aufgebracht wird, kann dieselben wie die bei dem Aufbringen der Fremdatomelemente sein. Wenn die Sb-Diffusionsquel-Ie zusammen mit der vorausgegangenen Fremdatomdiffusionsquefle vorliegt ändern sich dadurch die Aufheizbedingungen nicht wesentlich. Bei einer Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 250 bis 450⁰C fiber 1 Minute hinweg oder über einen längeren Zeitraum, wird wenigstens ein Effekt hervorgerufen, der dem Effekt bei dem zuvor beschriebenen Verfahren entspricht Insbesondere bei einer Wärmebehandlung mit etwa 300 bis 40O⁰C über einen Zeitraum von etwa 20 Minuten bis 2 Stunden hinweg ist die Verbesserung des Rauschabstandes am besten.

Nachfolgend sollen konkrete Beispiele der Erfindung ■-, erläutert werden.

Beispiel 1

InSb wird ein auf ein gut gesäubertes bzw. gewaschenes Glassubstrat mit dem Dreitemperaturen-ο Aufdampfverfahren in einer Schichtdicke von 2 μπι aufgebracht, auf der Oberfläche wird eine In₂O₃-SChUtZ-schicht ausgebildet, und die Zonenschmelzbehandlung wird ausgeführt. Danach wird das In₂O3 durch Polieren mit einem weichen Tuch oder Stoff entfernt, und die InSb-Fläche wird glatt poliert In diesem Falle wurden unterschiedliche Schichtdicken, nämlich Schichtdicken von 0,5 μ, 1,4 μΐη und 3 μηι der InSb-Dünnschicht ausgebildet Danach wurde die Oberfläche der InSb-Dünnschicht mit einer verdünnten KOH-Lösung oder mit Königswasser geätzt, um die Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen. Ein gewünschtes Fremdatomelement wird mit der Oberfläche der InSb-Dünnschicht in Berührung gebracht Oder genauer ausgedrückt, wird die InSb-Dünnschicht in eine Alkohol- oder Ätherlösung eines Hydroxides, beispielsweise von Cu(OH)₂ · NaOH. KOH, UOH, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Ba(OH)₂, A · (OH)₃, Zn(OH)₂ und Fe(OH)₃ eingetaucht und dann getrocknet Au, Ag, Cd und Pb wurde durch ein Bedampfungsverfahren direkt auf die InSb-Fläche in einer Dicke von 100 nm aufgebracht Wenn B als Fremdatom verwendet wird, wird ein aushärtendes Glas mit den Fremdatomen verwendet Die InSb-Dünnschicht die mit dem Fremdatom in der zuvor beschriebenen Weise in Berührung gebracht wird bzw. auf die in der vorbeschriebenen Weise Fremdatome aufgebracht werden, wird dann bei einer unter dem Schmelzpunkt von InSb liegenden Temperatur in einem Vakuumofen mit einem Druck unterhalb 13 Pa aufgeheizt Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das InSb dem Diffusionsvorgang in einer Umgebung mit Luft unterhalb eines Druckes von 13 Pa unterzogen. Der Vorgang kann jedoch auch in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden. Wenn die Fläche der InSb-Schicht vorher mit einer geeigneten Schutzschicht (beispielsweise einer Glasschicht) beschichtet wird, kann der Diffusionsvorgang auch in der Luftatmosphäre durchgeführt werden.

Danach wurde mit dem photolithographischen Verfahren ein Hall-Generator in einer Breite von

so 200 μπι hergestellt Ein Strom von 400 A/cm² und ein Magnetfeld von 1 mT wurde an den Hall-Generator angelegt und ein Ausgangssignal S, und ein Rauschsignal N (im Frequenzband von 100 Hz bis 10 kHz) wurden an den Hall-Anschlüssen gemessen.

Fig. 1 und 2 zeigen Beispiele dafür, wie sich der Rauschabstand und die Rauschspannung ändern, wenn die 1,4 um dicke InSb-Schicht der Zonenschmelzung unterzogen und nachfolgend mit Na dotiert wird. Die Messungen wurden an einem Hall-Element vorgenommen. Wenn die Na-Konzentration größer als 1 χ ΙΟ¹⁸ cm-³ wird, sinkt der Rauschabstand ziemlich stark ab. Der Rauschabstand der polykristallinen InSb-Schkht mit Na memer Konzentration von 5 χ 10¹⁶InSl χ ΙΟ¹⁸ betrug 73 bis 79 dB, was wesentE3i besser ist als bei einer zonengeschmolzenen Schicht ohne die Dotierung. Vorteilhafterweise soOtc die Na-Konzentration etwa in einem Bereich von 1 χ 1O¹⁷DiSe χ 10" cm-³ hegen. Die Fremdatomkoazeatriuion wurde mit der auge-

meinen Funktion zwischen der Elektronenmobilität und der Fremdatomkonzentration auf der Grundlage elektrischer Daten berechnet. Diese allgemeine Funktion zwischen der Elektronenbeweglichkeit und der Fremdatomkonzentration ist beispielsweise in dem Buch »Semiconducting HI-V compound«, Seite 128 (1961) von Hilsum beschrieben.

F i g. 3 zeigt Beispiele für die Dotiermenge verschiedener Fremdatome, wenn die inSb-Dünnschichten bei Berührung mit den Fremdatomdiffusionsquellen aufgeheizt werden. Die Heizzeit betrug 30 Minuten. Was den Zusammenhang zwischen der Aufheizbedingung und der Fremdatom-Dotiermenge betrifft, so gibt es geringe Unterschiede zwischen den verschiedenen Diffusionsquellen, jedoch können diese Unterschiede im Hinblick auf die tatsächliche Kontrolle oder Steuerung in industriellen Fertigungsbetrieben praktisch ignoriert werden.

Tabelle I zeigt die Rauschabstand-Werte von InSb-Schichten, die man erhält, wenn die Schichten unter optimalen Bedingungen mit verschiedenen Elementen dotiert werden.

Tabelle 1

Element

Rauschabsland
dB

Element

Rauschabsiand
dB

Na	72-79	B	73-79
Cu	74-79	Ca	72-78
Au	72-79	Mg	72-78
Ag	72-79	Ba	72-78
Zn	70-78	Al	72-78
K	72-78	Fe	72-78
Li	71-77	Pb	72-78
Cd	71-78

Wie die Experimente zeigen, streuen die Rauschabstandwerke etwas. Dies ist teilweise auf die Streuung der Eigenschaften der zuerst gebildeten InSb-Dünnschichten selbst zurückzuführen. Jedoch bleibt die Tatsache bestehen, daß der Rauschabstand durch Dotieren der InSb-Dünnschicht mit dem vorgegebenen Element verbessert wird.

F i g. 4 zeigt, in welchem Maße der Rauschabstand bei den bestmöglichen Dotierbedingungen verbessert werden kann, wenn verschiedene Elemente als Diffusionsquellen verwendet werden. Auf der Abszisse ist der Rauschabstand vor der Wärmebehandlung aufgetragen, und auf der Ordinate ist der Rauschabstand nach der Wärmebehandlung aufgetragen. Bei Verwendung von Cr, P, Ce und As, also anderen Elementen als denen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist eine Verbesserung des Rauschabstandes praktisch nicht festzustellen.

Fi g. 5 zeigt, wie stark der Rauschabstand verbessert werden kann, wenn als Diffusionsquelle Cu verwendet wird. Auf der Abszisse ist der Rauschabstand vor der Wärmebehandlung und auf der Ordinate nach der Wärmebehandlung aufgetragen. Die Meßdaten zeigen, daß eine Verbesserung unabhängig von den Eigenschaften der InSb-Dünnschichten vor der Wärmebehandlnng erzielt wird.

Die Rauschabstand-Werte wurden bei einer Stromdichte von 400 A/cm², einem angelegten Magnetfeld von 1 mT und einem Frequenzband von 100 Hz bis 10 kHz gemessen.

Es zeigte sich, daß von den verschiedenen Elementen Cu, Au und Ag die stabilsten und zuverlässigsten Eigenschaften aufweisen und besonders gute Diffusionssubstanzen sind.

"' B e i s ρ i e 1 2

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine InSb-Dünnschicht mit Sb und gleichzeitig mit einem Fremdatomelement bei einer Temperatur unterhalb des

κι Schmelzpunktes von InSb dotiert.

Auf einem Substrat, das aus einer auf Ni-Zn-Ferrit aufgesprühten Glasschicht gebildet wurde, dessen Fläche zu einer Spiegelfläche poliert wurde, wurde InSb durch das Dreitemperatur-Aufdampfverfahren aufgebracht. Nach Ausbilden einer In^-Schutzschicht auf der Fläche wurde die Zonenschmelzbehandlung mit dem an sich bekannten Verfahren durchgeführt. Danach wurde die In₂O₃-Schicht mit einem weichen Stoff oder Gewebe abpoliert, und die Oberfläche der InSb-Schicht wurde glatt poliert. Die Dicke der InSb-Schicht betrug 1,5 μπι. Die Oberfläche einer solchen InSb-Schicht wurde mit einer verdünnten KOH-Lösung oder mit Königswasser chemisch geätzt, um die an der Oberfläche anhaftenden, verunreinigenden Substanzen zu entfernen.

Sb und die Diffusionsquelle mit dem vorgegebenen Fremdatomelement wurde auf die Fläche der auf diese Weise hergestellten InSb-Dünnschicht aufgebracht. Es wurden verschiedene Verfahren zur Durchführung des Aufbringvorganges in Betracht gezogen. Zum Aufbringen von Sb wurde Sb₂Os verwendet. Die Fremdatomelemente wurden in der nachfolgend angegebenen Weise behandelt bzw. aufgebracht. Für die Elemente Cu, Na, K,-Li, Ca, Mg, Ba, Al, Zn und Fe wurde ein Verfahren verwendet, bei dem zum Aufbringen Verbindungen benutzt werden, die als Diffusionsquellen dienen. Als Verbindungen wurden Cu(OH)₂, NaOH, KOH, LiOH, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Ba(OH)₂, Al(OH)₃, Zn(OH)₂ und Fe(OH)₃ verwendet Die InSb-Schicht wurde in eine wäßrige Lösung oder eine Alkohollösung aus der Sb-Verbindung und einer Fremdatomverbindung eingetaucht und dann getrocknet Die Elemente Au, Ag, Cd und Pb wurden als Fremdatome jeweils direkt durch ein Aufdampfverfahren auf die Oberfläche der InSb-Schicht mit einer Dicke von 10 nm aufgebracht und danach wurde die Sb-Verbindung bzw. -Komponente aufgebracht Bei der Verwendung von B als Fremdatom wurde aushärtendes Glas verwendet das die Elemente Sb und B enthält

so Die inSb-Schichten, auf denen Sb und die Diffusionsquellen der Fremdatomelemente mit dem zuvor beschriebenen Verfahren aufgebracht wurden, wurde in einem Vaküuinofen unterhalb eines Druckes von 13 Fä aufgeheizt Von dieser mit Sb und dem Fremdatomelement dotierten InSb-Schicht wurde durch das photolithographische Verfahren ein Hall-Generator mit einer Breite von 200 um hergestellt Das Hall-Ausgangssignal und das Rauschsignal des Hall-Generators wurden in derselben Weise wie beim Beispiel 1 gemessen bzw.

eo ermittelt. Dabei ergab sich, daß bei allen Kombinationen zwischen den Sb-Atomen und den vorgegebenen Fremdatomelementen insbesondere bei einer Wärmebehandlung bzw. bei einer Aufheizung bei 300 bis 400° C über einen Zeitraum von 1 Stunde hinweg eine äußerst starke Verbesserung des Rauschabstandes auftrat Tabelle Π zeigt die Rauschabstand-Werte der mit dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellten Hall-Generatoren.

Tabelle 11

Element

Rauschabsland
Uli

Kleinen!

Rauschabstund
dB

75-82 74-82 74-82 73-81 74-82 74-81 73-81

B	75-82
Li	73-81
Ca	74-81
Mg	74-81
Ba	74-81
Al	74-81
Fe	74-80
Pb	74-80

Wie aus Tabelle II zu entnehmen ist, erhält man mit den mit Sb-Atomen und Fremdatomen dotierten InSb-Schichten noch größere Rauschabstand-Werte als sie bei der Fremdatomdiffusion ohne zusätzliche Sb-ionen maximal erhalten wurden, und die Werte von 70 bis 79 dB zeigten.

F i g. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Aufheiztemperatur und der Verbesserung des Rauschabstandes. Die Kurve 60 entspricht dem Falle, bei dem die InSb-Schicht nur mit Cu dotiert wird, und die Kurv"e 61 entspricht dem Falle, bei dem die InSb-Schicht sowohl mit Cu als auch mit Sb gleichzeitig dotiert wird. Die Diffusionsquelle war Cu(OH)₂ für Cu und Sb₂O₅ für Sb. Bei jeder Temperatur wurde die Wärmebehandlung 30 Minuten lang durchgeführt Dieses Beispiel zeigt, daß sich der Rauschabstand bei Dotierung der InSb-Schicht mit sowohl Cu als auch Sb noch weiter verbessern läßt Ersichtlich ist der Temperaturbereich von 250 bis 450⁰C für die Wärmebehandlungstemperatur vorteilhaft und der Wärmebereich von 300 bis 400⁰C ist dafür besonders geeignet

Auch wenn zwei oder mehr Elemente der zuvor angegebenen Elemente benutzt werden, lassen sich praktisch dieselben Ergebnisse erzielen. Wenn beispielsweise die in Tabelle III angegebenen Diffusionsquellen verwendet werden, so ergibt sich eine Verbesserung des Rauschabstandes von 3 bis 6 dB.

Tabelle III Dotierelement Diffusionsquelle Au-Cu metallisches Au, Cu(OH)₂ Au-Cu-Sb metallisches Au, Cu(OH)₂, Sb₂O₅ Na-Cu NaOH, Cu(OH)₂ Na-Cu-Sb NaOH, Cu(OH)₂, Sb₂O₅

Neben dem im Zusammenhang mit dem vorliegenden Beispiel beschriebenen Verfahren eines Einbringens der Sb-Atome von außen kann ein Verfahren zum Einbringen von Sb-Atomen verwendet werden, bei dem eine Schicht, in der Sb im Hinblick auf das stöcbiometrische Verhältnis im Oberschuß vorhanden ist, zuvor als InSb-Aufdampfschicht ausgebildet wird. (Vorzugsweise ist Sb in dieser Schicht in einer derart starken Konzentration enthalten, daß Sb sich beim Schmelzen nicht abscheidet, niederschlägt oder ablagert.) Wenn derartige Schichten als InSb-Dünnschichten verwendet werden, in die andere Fremdatome als Sb eindiffundiert werden, können dieselben Ergebnisse gezeigt werden.

Vorstehend wurden Verfahren zur Herstellung des inSb-Dünnschichtelementes beschrieben, das ein geringes Rauschen und einen hohen Rauschabstand aufweist.

Die Verbesserung der Eigenschaften und Kennwerte in derselben Weise kann durch die nachfolgend angegebenen Herstellungsverfahren erzielt werden, obgleich die Verbesserung der mit den nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren geringer is,t als mit den zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren:

1. Eine Diffusionsquelle, die wenigstens eines der Elemente Cu, Au, Ag, Zn, Na, K, Cd, B, Li, Ca, Mg,

is Pb, Ba, Al und Fe enthält, wird mit einer auf einem vorgegebenen Substrat aufgebrachten polykristallinen inSb-Dünnschicht in Kontakt gebracht, und der Zonenschmelzvorgang wird nachfolgend ausgeführt.

2. Eine Sb-Diffusionsquelle und eine Diffusionsquelle, die wenigstens eines der Elemente Cu, Au, Ag, Zn, Na, K, Cd, B, Li, Ca, Mg, Pb, Ba, Al und Fe enthält, wird mit einer auf einem vorgegebenen Substrat ausgebildeten polykristallinen InSb-Dünnschicht in Kontakt gebracht, und das Zonenschmelzen wird anschließend durchgeführt

Für beide Verfahren können dieselben Fremdatom-Diffusionsquellen und dieselbe Sb-Diffusionsquelle wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren verwendet werden.

Die Fremdatomkonzentrationen, die in den InSb-Dünnschichten mit diesen Verfahren hergestellt werden, dürfen wie zuvor 1 χ ΙΟ¹⁸ cm-³ nicht übersteigen.

Beispielsweise wurden InSb-Dünnschichtelemente in der nachfolgend angegebenen Weise hergestellt.

Auf einem Substrat, das aus einer auf eine Ferritplatte aufgebrachten Glasschicht besteht wurde InSb in stöchiometrischer Zusammensetzung mit dem Dreitem peratur-Verfahren in einer Dicke von 2 μηι aufgebracht Danach wurde Sb, das eines der zu diffundierenden Elemente sein sollte, in einer Dicke von 0,1 μΐη aufgedampft, so daß eine Doppelschicht aus InSb und Sb gebildet wurde. Da die anderen Fremdatome Na und K sein sollten, wird danach die sich ergebende Struktur in eine 10%ige Alkohollösung von NaOH oder KOH eingetaucht und dann getrocknet Danach wurde eine InÄ-Schutzschicht ausgebildet und das Zonenschmelzen durchgeführt Bei Ermittlung des Rauschabstandes

so der in dieser Weise hergestellten InSb-Schicht mit dem im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren zeigt sich die vorgegebenen Eigenschaften und Kennwerte.

Die in der zuvor beschriebenen Weise hergestellte InSb-Dünnschicht wurde in eine 10%ige Alkohollösung von IiOH eingetaucht und dann getrocknet Danach wurde eine In2O3-Schutzschicht ausgebildet und das Zonenschmelzen durchgeführt Bei der Ermittlung des Rauschabstandes mit dem an Hand von Beispiel 1 beschriebenen Verfahren bei der auf diese Weise hergestellten InSb-Dünnschicht ergaben sich Werte von etwa 70 bis 75 dB. Es HeB sich also auch dadurch der Rauschabstand verbessern.

Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es möglich, im Gegensatz zur Diffusion in der festen Phase große Mengen an Diffusionsquellen zu verwenden und die Fremdatomkonzentrationen durch Wiederholen des Zonenschmelzen zu steuern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines InSb-Dünnschichtbauelementes, bei dem eine polykristalline InSb-Dünnschicht auf einem Substrat gebildet wird, die bei einer über dem Schmelzpunkt von InSb liegenden Temperatur geschmolzen und umkristallisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Diffusionsquelle, die wenigstens eines der Elemente Cu, Au, Ag, Zn, Na, K, Cd, B, Li, Ca, Fe, Mg, Ba, Al und Pb enthält, aufgebracht und die InSb-Schicht so erhitzt wird, daß sie mit einem oder mehreren dieser Elemente mit einer Gesamtkonzentration nicht größer als 1 χ ΙΟ¹⁸ cm-³ dotiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Diffusionsquellen für Cu, Na, K, Li, Ca, Fe, Mg, Ba und Al Hydroxide dieser Elemente verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Diffusionsquellen für Cu, Zn, Ca, Mg, Ba und Pb Oxide dieser Elemente verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Diffusionsquellen für Na, Zn, K und Mg Carbonate dieser Elemente verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Diffusionsquelle für Cu, Au, Ag, Zn, Cd, Fe, Mg, Al und Pb diese Elemente selbst verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente als dünner Film in einer Dicke aufgetragen werden, bei der der Film noch nicht leitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Film in einer Dicke von 5 bis 30 nm aufgetragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Diffusionsquelle eine mit dem bzw. den jeweiligen Element(en) dotierte aushärtende Glasschicht verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die InSb-Schicht wenigstens eine Minute lang auf eine Temperatur von 250 bis 450° C erhitzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die InSb-Schicht wenigstens eine Minute lang auf eine Temperatur von 300 bis 400° C erhitzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die InSb-Schicht in einer Dicke von 0,1 μηι bis 3 μηι ausgebildet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtkonzentration des bzw. der Dotierungs-Elemente(s) größer als 5 χ 10¹⁶cm-³ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Cu, Au, Ag, Zn, Na, K., Cd, B, Li, Ca, Fe, Mg, Ba, Al und/oder Pb enthaltenden Diffusionsquelle eine Sb-Diffusionsquelle auf die InSb-Schicht nach dem Schmelzen und Umkristallisieren und vor dem die Dotierung bewirkenden Erhitzen aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Sb-Diffusionsquelle reines Sb, ein Sb-Oxid, ein Sb-Hydroxid und/oder ein Sb enthaltendes aushärtendes Glas verwendet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines InSb-Dünnschichtbauelementes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 33 897 bekannt ist
s Da InSb einen erheblichen galvano-magnetischen Effekt aufweist, werden solche InSb-Dünnschichtbauelemente als Hall-Bauelemente und als magnetoresistive Bauelemente verwendet Zur Erniedrigung des Störpegels und Erhöhung des Rauschabstandes wird bei

ίο dem bekannten Verfahren auf der InSb-Dünnschicht ein Oxidfilm ausgebildet und die Wärmebehandlung wird in einer Inertgas- oder Stickstoff-Atmosphäre mit einem bestimmten Sauerstoffgehalt durchgeführt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rauscheigenschaften, insbesondere den Rauschabstand, von InSb-Dünnschichtbauelementen weiter zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegeben. Es hat sich gezeigt, daß die danach vorgenommene Fremdatom-Dotierung Rauschabstandswerte bis hinauf zu 79 dB ergibt

Aus der US-Patentschrift 27 78 802 ist es zwar bekannt, daß der Magnetwiderstand einer InSb-Verbindung durch Zugabe geringer Mengen von bestimmten Elementen, darunter auch Eisen, beeinflußt werden kann. Aus der US-Patentschrift 35 91 429 ist ferner zu entnehmen, daß die Temperaturabhängigkeit der Hall-Spannung bei in Hall-Bauelementen verwendeten rekristallisierten InSb-Dünnschichten durch Dotierung

mit Fremdatomen verringert werden kann. Keine dieser Veröffentlichungen befaßt sich jedoch mit dem Rauschverhalten, insbesondere dem Rauschabstand, von InSb-Dünnschichtbauelementen.
Die vorliegende Erfindung kann auch zur Herstellung

von photoelektrischen Wandlern, die auf den photoelektromagnetischen Effekt beruhen, verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch besonders vorteilhaft zur Herstellung von magnetosensitiven Dünnschichtelementen für kleine Signale, beispielsweise

von Hall-Generatoren und von magneto-resistiven Elementen, geeignet

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 und 2 graphische Darstellungen, die den Zusammenhang zwischen der Na-Konzentration und dem Rauschabstand bzw. den Zusammenhang zwischen der Na-Konzentration und der Rauschspannung wiedergeben, wenn eine InSb-Dünnschicht dem Zonenschmelzvorgang unterzogen und danach mit Na dotiert

so wird,

Fig.3 die Änderung der Frematomkonzentration, wenn eine InSb-Dünnschicht bei Berührung mit einer Diffusionsquelle erhitzt wird,
Fig.4 eine graphische Darstellung, die zeigt, in

welchem Maße der Rauschabstand unter optimalen Dotierungsbedingungen verbessert werden kann, wenn verschiedene Elemente als Diffusionsquellen benutzt werden,

F i g. 5 eine graphische Darstellung, die wiedergibt, in

welchem Maße der Rauschabstand verbessert werden kann, wenn Cu als Diffusionsquelle verwendet wird, und Fig.6 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Aufheiztemperatur und der Verbesserung des Rauschabstandes wiedergibt.

b5 Es wurden zahlreiche Experimente durchgeführt, um das Rauschen und den Rauschabstand einer 0,1 bis 3 μπι dicken InSb-Dünnschicht zu verringern bzw. zu verbessern. Dabei wurde festgestellt, daß das Rauschen