W Instytucie Energii Atomowej opracowano nową technologię neutronowego domieszkowania krzemu oraz zbudowano prototyp produkcyjnej instalacji wewwnątrzreaktorowej. Uwzględniając uwarunkowania konstrukcyjne oraz  specyficzne parametry pola neutronowego w reaktorze badawczym MARIA nowa technologia umożliwiła bardziej efektywny proces domieszkowania monokryształów krzemu. Analiza rynku materiałów półprzewodnikowych zdefiniowała ekonomicznie uzasadnioną, a niezbędną dla podjęcia produkcji roczną wydajność instalacji oraz akceptowalne parametry jakościowe domieszkowania co znalazło odbicie zarówno w przyjętej technologii, jak i rozwiązaniach konstrukcyjnych. Przedsięwzięcie jest prowadzone we współpracy z czołowymi światowymi producentami materiałów półprzewodnikowych z Japonii.
 
 

Punktem wyjścia neutronowej technologii domieszkowania monokryształów krzemu jest reakcja jądrowa wywołana oddziaływaniem reaktorowych neutronów termicznych z jądrami jednego ze stabilnych izotopów krzemu 30Si. Wytworzony w wyniku reakcji stabilny izotop fosforu stanowi domieszkę w sieci krystalicznej krzemu modyfikując monokryształ na półprzewodnik typu "n" o określonej przewodności właściwej zależnej od strumienia neutronów i czasu napromieniania materiału tarczowego w reaktorze. Wyróżnikiem opracowanej technologii są rozwiązania pozwalające na domieszkowanie kryształów o dużych gabarytach przy jednoczesnym spełnieniu postulatu wysokiej jednorodności rozkładu wprowadzonych nośników ładunku. Instalacja pozwala na domieszkowanie kryształów o średnicach 5 oraz 6 cali z możliwością prowadzenia efektywnego procesu neutronowej modyfikacji kryształów 8 calowych. Podjęciem procedury domieszkowania takich kryształów zainteresowany jest już partner japoński. Projekt jest elementem szerszego programu wiążącego prace naukowo-badawcze z działalnością gospodarczą przynoszącą wymierne efekty ekonomiczne. Poddany neutronowej transmutacji krzem wykorzystywany jest w mikroelektronice – dziedzinie, która stawia wyjątkowo rygorystyczne wymagania jakościowe. Dynamicznie rozwijają się nowe zastosowania półprzewodników z domieszkowanego neutronowo krzemu zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym, kolejnictwie i systemach dystrybucji energii elektrycznej.
 

Innowacyjność projektu uzasadnia przede wszystkim fakt wykorzystania znanej formuły neutronowego domieszkowania półprzewodników i zastosowanie jej w instalacji produkcyjnej, w której wykorzystano specyficzne własności fizyczne reaktora MARIA. Specyfika rozkładu strumienia neutronów w strefie reflektora reaktora wraz z wprowadzoną modyfikacją tego rozkładu poprzez zastosowanie specjalnych profilujących osłon  została wykorzystana dla osiągnięcia wysokiej jednorodności domieszkowania przy zapewnieniu tylko ruchu obrotowego napromienianego zasobnika z kryształem krzemu. Uprościło to konstrukcję instalacji dając przy tym bardzo obiecujące wyniki jakościowe procesu transmutacji kryształów krzemu.
 
Perspektywy wykorzystania neutronowo domieszkowanego w reaktorze MARIA krzemu nie ograniczają się tylko do firm japońskich, które włączone zostały do współpracy. Oferta skierowana jest również do podmiotów polskich, które działają na rynku materiałów półprzewodnikowych.
 
Kontakt
Instytut Energii Atomowej
05-400 Otwock/Świerk
tel.: (22) 718 00 01, fax (22) 779 38 88
e-mail: iea@cyf.gov.pl
www.iea.cyf.gov.pl
 
Dyrektor:
doc. dr hab. Krzysztof Wieteska
 
Osoba do kontaktu:
Janusz Jaroszewicz
Tel.: (22) 718 02 32
e-mail: j.jaroszewicz@cyf.gov.pl
 

 

Na podstawie materiałów Instytutu Energii Atomowej
przygotował Wojciech Sadowiec