中子嬗变掺杂(neutron  transmutation  dop—ing)

利用核反应实现半导体材料掺杂的方法。到80年代末，这种方法主要用于硅中掺磷。它掺杂精度高，掺杂剂分布均匀。因此中子嬗变掺杂(NTD)硅单晶广泛应用于大功率元件和探测器。当硅单晶在核反应堆中辐照时，同位素³⁰Si捕获热中子发生反应：其中元素符号左上角为质量数，n为中子，γ,β为射线，2．6h为半衰期。反应只产生一种元素磷，无嬗变引起的补偿。³⁰si在硅中的分布天然地均匀，从而嬗变产生的。³¹P的分布也均匀。然而，NTD硅的均匀性还受晶体中残存磷和反应堆中中子流不均匀分布的影响。NTD硅的均匀度是原始单晶的均匀度和掺杂度的函数。若要NTD硅的均匀度显著高于熔体掺杂单晶，掺杂度至少要5～7。因此，NTD要求原始单晶有较高的电阻率。为避免中子通量不均匀分布的影响，通常令单晶棒低速旋转和倒头，也可采用金属通量均匀器。嬗变产生的磷的浓度c_NT(ppba)按下式计算：C_NT=φton(³⁰Si)式中φ为热中子通量，n／(cm²•s)；t为辐照时间，s;σ为³⁰si(n，γ)的俘获截面，约为O．11×10^-24 cm²和n(³⁰si)为硅中³¹Si的丰度。按此式控制中照时间，最好是控制累积中子剂量来达到目标电阻率。但用此法不宜制备低电阻率(<5Ω•cm)的材料，因辐照时间过长³¹P会嬗变成³²s，对晶体的性能有害。

⁷⁰Ge经中子嬗变成⁷¹Ga，曾试验在硅中掺入锗进行P型掺杂。对GaAs，InSb材料的中子掺杂试验表明，可以获得均匀性好、补偿度低的材料。