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Submitted on 1 Jan 1963
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Évolution des défauts introduits par l’irradiation aux neutrons d’une jonction P. I. N. au silicium
J.C. Lanore, J.M. Combes, R. Schuttler
To cite this version:
J.C. Lanore, J.M. Combes, R. Schuttler. Évolution des défauts introduits par l’irradiation aux neutrons d’une jonction P. I. N. au silicium. Journal de Physique, 1963, 24 (7), pp.471-473.
�10.1051/jphys:01963002407047100�. �jpa-00205511�
471.
ÉVOLUTION DES DÉFAUTS INTRODUITS PAR L’IRRADIATION AUX NEUTRONS D’UNE JONCTION P. I. N. AU SILICIUM
Par J. C. LANORE, J. M. COMBES, R. SCHUTTLER,
Service d’Études de Protection de Piles. C. E. N. de Fontenay-aux-Roses.
Résumé. 2014 En vue de prévoir la détérioration des matériaux par un réacteur, les auteurs étu- dient la variation des paramètres physiques d’une jonction P. I. N. lors d’une irradiation neutro-
nique, puis leur évolution par recuit. Celle-ci présente une énergie d’activation de 0,5 eV.
Abstract. 2014 In order to predict the damage to materials in a reactor, the authors are studying
the variation of the physical parameters in a P. I. N. junction under neutron irradiation and then their evolution by annealing, which gives an activation energy of 0.5 eV.
49 JOURNAL P. PHYSIQUE TIME 24, JUILLET 1963,
1. Introduction. - Dans le but de réaliser un
dosimètre à neutrons rapides au silicium, nous
avons étudié l’évolution de l’injection dans une jonction P. I. N. Ceci permet entre autres avan- tages d’éliminer les effets de surface.
II. Principe des mesures - Deux paramètres
sont facilement accessibles : a) La quantité de porteurs injectés par un courant direct Id ; c’est-
à-dire : Qs = Id ’1". ’1" étant la durée de vie des por- teurs minoritaires. b) La tension directe VD pour
un courant Id donné.
III. Mesure de Qs. - Cette mesure se fait par l’intermédiaire du temps de récupération Tr de
la diode.
La diode est d’abord polarisée dans le sens
direct on passe ensuite rapidement à une polari-
sation inverse. Si l’on tient compte de la recombi-
naison, la vitesse de disparition des charges peut
s’écrire [1] : :
où Ir est le courant fourni.
FIG. 1. - Un des oscillogrammes obtenus, en abscisse le temps (1 carreau = 1 us) ; en ordonnée le courant.
Dans notre montage, nous nous arrangeons our que cet IT tende à être un courant constant. I est
dès lors facile de mesurer avec précision le temps Tr pendant lequel Ir circule effectivement (fig. 1).
Tr est donné par la loi [2].
En faisant varier ID et Ir on vérifie parfaite-
ment cette loi (fig. 2). Ceci signifie que la loi de
1 lu
FIG. 2. - Temps de récupération en fonction de
FiG. 3. - Courbe 1/r en fonction du flux intégré
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002407047100
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recombinaison des porteurs a lieu avec un temps r unique. On peut vérifier que sous irradiation l’
varie suivant la loi classique [3], [4] :
(D étant la dose de neutrons rapides.
IV. Mesure de VD. - Au cours d’une irradia-
tion, VD se comporte d’une façon beaucoup moins régulière. Sur la figure 4 où les variations de YD sont représentées en fonction de la dose on peut distinguer 3 régions : une région de « préirradia-
tion » où Yn décroît très légèrement ; une région
linéaire où AV = VD - Vo croît proportionnelle-
ment à la dose (D(t) ; une région d’échauffement.
On peut interpréter ces phénomènes :
FIG. 4. - Tension directe, à courant constant,
en fonction du flux intégré.
Avant irradiation la longueur de diffusion LD
est supérieure à l’épaisseur W de la zone intermé-
diaire. On peut en effet vérifier que ID est propor- tionnel à :
où Eg = 1,1 eV.
La région linéaire de la courbe portée sur la
. figure 4 commence lorsque LD - W. On vérifie
facilement que le minimum de Vn correspond à un temps T de l’ordre de 5 us. D’où LD N 160 u, qui
est la valeur de W donnée par le fabricant.
Dans le domaine linéaire les caractéristiques des
diodes évoluent suivant la loi :
où L est la longueur de diffusion ambipolaire [6]
VD varie donc parce que à la fois, T et y sont réduits
par l’irradiation.
FIG. 5. - Caractéristiques tension-courant.
V. Expériences de recuit isotherme. - La gué-
rison des défauts se manifeste sur VD dès la tempé-
rature ordinaire et devient rapide à partir de 70 °C.
A température constante cet effet possède une ciné- tique qui semble être du premier ordre :
Vn varie suivant une loi teille que :
où Vo est la tension originelle, VD = Vo avant irradiation ;
FI G. 6. - Recuit isotherme 150 °C).
VD = V, après irradiation et avant recuit, f(t)
ne dépendant pas de l’irradiation.
Les variations de 1/r présentent une allure sem-
blable mais les variations relatives ne sont super-
posables que si le recuit est suffisamment avancé.
Ceci peut s’interpréter par l’existence simultanée d’une anhilation des lacunes et de leur fixation sur
des impuretés [7]. Dans ce cas Damask et Dienes [5]
montrent que :
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V est la concentration en lacunes ; Io la concen-
tration en impuretés ; K la probabilité de dissocia-
tion des paires lacunes-impuretés.
VI. Expériences de recuit isochrone. - Dans
l’hypothèse où le processus de guérison est du pre- mier ordre, on peut mesurer une énergie de migra- tion, EM des lacunes, au moyen d’un recuit iso- chrone (fig. 7 et 9).
Fic. 7. - Évolution de VD pendant un recuit isochrone.
FIG. 8. - Vitesse de guérison en fonction de q/KT :
recuit isochrone.
On constate dans ce type d’expériences que :
Sont des fonctions linéaires de 1fT (fig. 8 et
10). L’énergie EM mesurée à l’aide de ces courbes
est de l’ordre de 0,5 eV.
J.11J
FIG. 9. - Évolution de 1/,r pendant un recuit isochron
FIG. 10. - Vitesse de guérison en fonction de q/KT :
recuit isochrone.
Conclusion. - L’irradiation de jonctions P. I. N.
semble être un moyen intéressant d’étudier l’effet des neutrons rapides sur le silicium.
L’extension jusqu’à 400 OC des expériences est
en cours.
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