WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 3 Накопление радиационных дефектов в арсениде галлия при импульсном и непрерывном облучении ионами © М.В. Ардышев¶, В.М. Ардышев, Ю.Ю. Крючков Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова при Томском государственном университете, 634050 Томск, Россия Томский политехнический университет, 634050 Томск, Россия (Получена 8 июня 2004 г. Принята к печати 5 июля 2004 г.) Методами электропроводности и резерфордовского обратного рассеяния исследовано накопление дефектов в GaAs при импульсной (p = 1.3 · 10-2 c, скважность 100) и непрерывной имплантации 32 12 4 ионов S, C и He при комнатной температуре в диапазонах E = 100-150 кэВ, = 1 · 109-6 · 1016 см-2 и j = 1 · 10-9-3 · 10-6 А · см-2. Показано, что при импульсной имплантации скорость накопления дефектов существенно меньше, чем при непрерывном облучении.

1. Введение температуре в вакууме 10-5 Па в непрерывном и импульсном режимах. Длительность импульсов составляла 1.3 · 10-2 c, скважность 100. Внедрение ионов проВ большинстве работ, посвященных радиационному водили нормально к поверхности образцов. Дозу имповреждению полупроводников и других материалов под плантации варьировали в пределах 1 · 109-6 · 1016 см-2, воздействием тяжелых и легких частиц, исследуется плотность ионного тока 1 · 10-9-3 · 10-6 А · см-2. Энернепрерывный режим облучения. В то же время уже в гию ионов при имплантации выбирали таким образом, ранних работах [1–3] отмечалось существенное различие чтобы радиационные дефекты образовывались по всей в поведении радиационных дефектов при импульсном („пульсирующем“ [3]) облучении по сравнению с непре- толщине эпитаксиального слоя: 100-150 кэВ для пленки 0.13-0.14 мкм. Во время имплантации измеряли сопрорывным. В частности, эксперименально установлено, что набор дозы ионов примеси „малыми порциями“ позволя- тивление образцов при напряженности электрического поля не более 10 В · см-1, которое с учетом геометрии ет при прочих равных условиях существтенно улучшить электрофизические свойства ионно-легированных сло- пересчитывали в проводимость; температуру образцов контролировали с помощью датчика температуры с ев n-GaAs [1]. Кроме того, импульсное облучение может базовым терморезистивным элементом, изготовленым изменить кинетику зарождения, роста и взаимодействия с применением фотолитографии на имплантируемой дефектов, а также привести к их отжигу во время поверхности пластины-свидетеля, а также с помощью паузы между импульсами [3]. В этой связи цель работы хромель-алюмелевой термопары. При наибольшей позаключается в исследовании накопления радиационных глощенной мощности, равной 0.6 Вт · см-2, температура повреждений в GaAs при непрерывной и импульсной образцов не превышала 310 K.

имплантации ионов.

Имплантационные нарушения после облучения ионами S дозой 1 · 1015 см-2 исследовали методом ре2. Методика экспериментов зерфордовского обратного рассеяния каналированных ионов гелия с энергией частиц 1.8 МэВ. Энергетические спектры измеряли кремниевым поверхностно-барьерИсследования выполнены на арсенидогаллиевых ным детектором, установленным под углом 165 к структурах n-ni-типа. Эпитаксиальную пленку (n-слой) выращивали по хлоридной технологии на полуизоли- направлению падения пучка. Энергетическое разрешерующей подложке (ni-слой), ориентированной в плос- ние спектрометрического тракта составляло 25 кэВ, что кости (100). Концентрация электронов в n-слое со- соответствовало разрешению по глубине 40 нм.

ставляла около 3 · 1017 см-3, толщина 0.13-0.14 мкм, проводимость 160-200 Ом-1 · см-1. Пластины обраба3. Экспериментальные результаты тывали в травителе H2SO4 : H2O2 : H2O=1 : 1 : 100, после чего изготавливали экспериментальные образцы в виде На рис. 1 приведены зависимости проводимости эпипараллелепипедов, на концах грани с n-слоем кототаксиальных пленок от дозы имплантации. Видно, рых создавали омические контакты Au + Ge + Ni. Далее что при имплантации в импульсном режиме в области образцы с помощью галлий-индиевой пасты закреплямалых доз ( <2 · 1011 см-2, кривые 1–4) значения ли на массивном латунном держателе и проводили с ростом уменьшаются. Причем чем меньше мас32 12 имплантацию ионов S, C и He при комнатной са иона, тем большая доза необходима для снижения ¶ проводимости пленки до уровня 10-5 Ом-1 · см-1:

E-mail: ard.rff@elefot.tsu.ru 1.5 · 1010 см-2 для S (кривая 1), 3 · 1010 см-2 для 314 М.В. Ардышев, В.М. Ардышев, Ю.Ю. Крючков C (кривая 2), 9 · 1010 см-2 и 1.5 · 1011 см-2 для (4He, кривая 8). Аналогичную зависимость наблюдали He (кривые 3 и 4) при плотностях ионного тока 1 · 10-9 в работе [6], авторы которой увеличение объясняли и 5 · 10-9 А · см-2 соответственно. Считая, что в GaAs с позиций прыжкового механизма проводимости по с 10-5 Ом-1 · см-1 уровень Ферми располагается локализованным состояниям дефектов вблизи уровня вблизи середины запрещенной зоны, снижение концен- Ферми. Причем максимальное значение, согласно [6], трации свободных носителей заряда можно объяснить соответствовало наибольшей концентрации дефектов, компенсацией мелкого донорного уровня дефектами, реализуемой для кристаллических тел при аморфизации образующимися вдоль трека ионов. Полагая также, что их структуры. Действительно, в области малых доз с ростом дозы имплантации увеличивается концентрация такие локальные „трековые“ дефектные области при генерируемых дефектов. Наименьшему значению ( ) 10-5 Ом · см-1 перекрывают весь объем n-слоя, в соответствует полная компенсация мелкого донорного соответствии с моделью „эффективной среды“ [4] их уровня дефектами. С дальнейшим увеличением дозы, усредненный внутренний радиус будет равен 8.1 нм 32 12 когда концентрация дефектов превысит концентрацию для S, 1.86 нм для C, 0.96 и 0.58 нм для He локализованных электронов, последние начнут перерас(1 · 10-9 А · см-2 и 5 · 10-9 А · см-2 соответственно).

пределяться между свободными и занятыми дефектами Вышеприведенные данные согласуются с увеличением размеров дефектных областей с ростом массы внедря- („проводимость по дефектам“).

На рис. 1 (кривые 5 и 6) приведены зависимости ( ) емых ионов, описанным в [5]. Причина же, по которой увеличение плотности тока одного и того же иона при- для непрерывного и импульсного режимов имплантации S при плотности ионного тока 3 · 10-6 А · см-2.

водит к снижению радиуса области дефектообразования Видно, что максимум ( ) при импульсном облучении (4He, кривые 3 и 4), пока не совсем ясна.

(кривая 6) соответствует дозе 4 · 1015 см-2, что более После набора дозы, при которой падала до уровчем на порядок превышает положение максимума ( ) ня 10-5 Ом-1см-1, и выключения ионной пушки для при непрерывном облучении (кривая 5). Если привсех видов ионов наблюдалась релаксация (увеличение) нять, что увеличение проводимости вызвано ростом проводимости. Кривая релаксации подчинялась экспоконцентрации дефектов, то при непрерывном наборе ненциальному закону и характеризовалась двумя участ некоторой дозы образуется концентрация дефектов ками: быстрым (характерное время единицы секунд) и Nde f ( ), большая, чем при наборе этой же дозы „пор последующим медленным (сотни секунд).

циями“ при импульсной имплантации Nde f ( = ), При непрерывной имплантации в области больших i i доз ( >2 · 1013 см-2, рис. 1, кривые 5, 7 и 8) про т. е. Nde f ( ) > Nde f ( = ). Иными словами, при i водимость GaAs увеличивается, достигая максимума i 0.04-0.20 Ом-1 · см-1 при дозах 3 · 1014 см-2 (32S, кри- переходе от непрерывного облучения полупроводника вая 5), 6 · 1015 см-2 (12C, кривая 7) и 5 · 1016 см-2 ионами к импульсному величина генерируемых радиационных дефектов перестает быть аддитивной. Пока достаточно сложно корректно объяснить этот эффект, но, на наш взгляд, возможно, имеет место отжиг части дефектов во время паузы между импульсами.

Иллюстрацией того, что при импульсном облучении образуется меньшая концентрация радиационных дефектов и аморфизация наступает при б дозах в ольших сравнении с непрерывным облучением, служат спектры резерфордовского обратного рассеяния образцов GaAs, имплантированных ионами S дозой 1 · 1015 см-(рис. 2). Видно, что в спектре имплантированного образца в непрерывном режиме с плотностью тока j = 3 · 10-6 А · см-2 наблюдается пик нарушений структуры вблизи поверхности, образованный ионами гелия, рассеянными от смещенных атомов Ga и As (кривая 3).

Отметим, что в этом случае выход рассеяния практически совпадает с выходом от неориентированного кристалла (кривая 2). Это свидетельствует о наличии сильных нарушений приповерхностной области вплоть до ее аморфизации. При импульсной имплантации пик Рис. 1. Зависимость проводимости эпитаксиальных слоев нарушений располагается ниже по сравнению с выхоn-GaAs от дозы имплантации. Импульсный режим: 1 — S, 12 дом рассеяния от неориентированного кристалла (кри150 кэВ, 1 · 10-9 А · см-2; 2 — C, 125 кэВ, 1 · 10-9 А · см-2;

4 вая 4). Причем в рандомном (случайном) спектре не 3 — He, 100 кэВ, 1 · 10-9 А · см-2; 4 — He, 100 кэВ, наблюдается эффекта „выедания“ (участок 3 ), кото5 · 10-9 А · см-2; 6 — S, 150 кэВ, 3 · 10-6 А · см-2. Непре32 рый присутствует в спектре при непрерывном облурывный режим: 5 — S, 150 кэВ, 3 · 10-6 А · см-2; 7 — C, 125 кэВ, 8 · 10-8 А · см-2; 8 — He, 100 кэВ, 8 · 10-8 А · см-2. чении. Следуя [7], можно сделать вывод о том, что Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Накопление радиационных дефектов в арсениде галлия при импульсном и непрерывном облучении... 3. Скорость накопления радиационных дефектов в GaAs при импульсном облучении ионами меньше, чем при непрерывном облучении.

Работа поддержана грантом РФФИ № 02-02-16280.

Список литературы [1] В.М. Ардышев, А.П. Мамонтов, В.В. Пешев.

А.с. № 1148516 от 01.12.1984.

[2] Ю.А. Бирютин, С.В. Гапонов. ФТП, 18, 1729 (1984).

[3] E.P. Simonen. J. Nucl. Mater., № 1–3, 122 (1984).

[4] B.R. Gossik. J. Appl. Phys., 30, 1214 (1959).

[5] И.А. Аброян, А.Н. Андронов, А.И. Титов. Физические основы электронной и ионной технологии (М., Высш. шк., 1984).

[6] Y. Cato, T. Shimada, K.F. Komatsubare. J. Appl. Phys., 45, 1044 (1974).

[7] М.А. Кумахов, И.С. Ташлыков. Поверхность. Физика, химия, механика, № 2, 5 (1983).

Редактор Л.В. Беляков Accumulation of radiation-induced defects Рис. 2. Энергетические спектры обратно рассеянных частиц in gallium arsenide subjected to pulsed гелия E0 = 1.8МэВ в [100]–GaAs: кривые 1, 2 —осевой и слуand continuous ion implantation чайный до облучения соответственно; осевые после облучения серой ( = 1 · 1015 см-2) в непрерывном (3) и импульсном(4) M.V. Ardyshev, V.M. Ardyshev, Yu.Yu. Krjuchkov режимах облучения.

Kuznetsov Siberian Physicotechnical Institute of Tomsk State University, 634050 Tomsk, Russia при импульсной имплантации дозой 1 · 1015 см-2 при Tomsk Polytechnical University, плотности тока 3 мкА·см-2 структура облученного слоя 634050 Tomsk, Russia хотя и является сильно нарушенной, но не достигает аморфного состояния. Этот вывод в целом согласуется

Abstract

Using the electroconductivity and RBS/C techс результатами измерений проводимости ( ) (рис. 1) niques, an accumulation of defects induced in GaAs by both при непрерывной и импульсной имплантации (кривые the room-temperature pulsed (p = 1.3 · 10-2 s, the duty facи 6). Если в первом случае при = 1 · 1015 см-2 tor 100) and continuous 32S-, 12C- and He-ions implantation (кривая 5) значение находится на участке „насыще- in the ranges E = 100-150 keV, = 1 · 109-6 · 1016 cm-2 and ния“ проводимости, то во втором случае (кривая 6) j = 1 · 10-9-3 · 10-6 A · cm-2 has been studied. The rate of 0.01 Ом-1 · см-1 и располагается на возрастающем defects accumulation during pulsed implantation is shown to be участке зависимости ( ), что свидетельствует о недо- substantially lower than during the continuous one.

стигнутой аморфизации облученного слоя.

4. Заключение 1. При импульсном облучении эпитаксиальных слоев 4 12 n-GaAs ионами He, C, S зависимость проводимости слоев от дозы облучения в области малых доз ( <2 · 1011 см-2) при одинаковой плотности тока ионов j с ростом массы ионов смещается влево, а при увеличении j (4He, 100 кэВ) —вправо.

2. В области больших доз ( >2 · 1013 см-2) при непрерывном облучении образуется концентрация дефектов Nde f ( ), большая, чем при наборе этой же дозы „порциями“ при импульсной имплантации Nde f ( = ), т. е. Nde f ( ) > Nde f ( = ).

i i i i Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.