WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 3 К вопросу о стабилизации электрофизических свойств 60 в компенсированном кремнии при облучении -квантами Co © М.С. Юнусов¶, М. Каримов, М.А. Джалелов Институт ядерной физики академии наук Республики Узбекистан, 702132 Ташкент, Улугбек, Узбекистан (Получена 27 мая 1999 г. Принята к печати 2 августа 2000 г.) Исследуется изменение концентрации носителей заряда в компенсированном кремнии (полученном предварительным облучением) под воздействием облучения -квантами. Обнаружено, что скорость удаления носителей заряда в компенсированном кремнии меньше, чем в контрольном образце. Обсуждается новый механизм, обусловливающий радиационную стабильность электрофизических свойств компенсированного кремния.

В кремнии дефекты, создающие глубокие энергетиче- микроучасток в зависимости от степени компенсации ские уровни (ГЭУ), являются одним из способов фор- имеет положительный или отрицательный потенциал мирования необходимого комплекса электрофизических относительно соседнего, т. е. в объеме кристалла сои фотоэлектрических свойств облучаемого материала. здается случайный электрический потенциал, который Показано существенное влияние наличия примесей на существенно влияет на явления переноса носителей радиационную стабильность параметров дефектов, со- заряда. Однако, несмотря на это, отсутствуют целеназдающих ГЭУ в кремнии. Этот факт в большинстве правленные исследования по изучению роли градиенопубликованных работ [1–6] объясняется одновременной та концентрации носителей заряда и микронеоднородреализацией двух механизмов под действием радиации:

ности по проводимости в радиационной стабильности переходом части электрически неактивных атомов приэлектрофизических свойств компенсированного материмеси в электрически активное состояние (канал 1) и ала с ГЭУ.

усилением ухода первичных радиационных дефектов: ваЦель работы — выявление процессов, приводящих к кансий (V) и собственных междоузельных атомов (I) на радиационной стабильности электрофизических свойств дополнительные стоки (канал 2) в легированном материкомпенсированного материала.

але (в качестве таких стоков выступают границы раздела Компенсированный кремний с ГЭУ получался путем между примесными микровключениями и матрицей).

облучения двумя видами радиации, отличающимися осоСледует отметить, что уменьшение концентрации рабенностью дефектов, генерируемых ими в материале, диационных компенсирующих центров (в результате рев частности нейтронами атомного реактора (образцы ализации 1 и 2 каналов) и одновременное увеличетипа 1) и -квантами Co (образцы типа 2), т. е. комние концентрации компенсирующих примесных центров пенсированный кремний получался путем компенсации (в результате реализации 1-го канала) в процессе обрадиационными центрами. Тем самым в образцах типа лучения не является самой главной причиной уменьисключались оба канала воздействия радиации (для решения скорости удаления носителей в легированном ализации 1 и 2 каналов в образцах отсутствует скоплекремнии с ГЭУ. Использование этой идеи в решении ние примесных атомов, создающих ГЭУ). В образцах проблемы радиационной стабильности (по проводимотипа 1 исключался 1-й канал и был оставлен 2-й канал сти) легированного материала нуждается в своем дока(в образцах для реализации 2-го канала имеются области зательстве, так как механизм повышения радиационной разупорядочения).

стабильности материала с ГЭУ пока остается не до В качестве исходного материала использовался n-Si P конца выясненным. Причиной этого является недостас 3Ом · см, выращенный методом Чохральского с точная изученность поведения примесей в кремнии с плотностью дислокаций 104 см2. Различная степень ГЭУ после термодиффузии в зависимости от скоромикронеоднородности по проводимости осуществлялась сти охлаждения, повторной термообработки и воздейпутем изменения степени компенсации примеси и изствия проникающей радиации. Отметим, что любой из менения проводимости кремния, облучением быстрыми вышеуказанных факторов приводит к изменению понейтронами (образцы типа 1) и -квантами (образцы движности и концентрации носителей заряда (степетипа 2). При этом степень компенсации K = NRD/n (где ни компенсации), а также к изменению условий их NRD — концентрация компенсирующих радиационных рекомбинации. Это вызывает значительные изменения центров, n — средняя концентрация основных носитеобъемно-градиентных явлений, обусловленных неравнолей) для образцов типа 1 и 2 составляла K = 0.2 0.9.

мерным распределением основных и технологических Параметры образцов приведены в таблице. Расчет разпримесей в компенсированном кремнии [7,8]. Каждый меров (r) и амплитуды флуктуации (0) в зависимости ¶ E-mail: yunusov@suninp.tashkent.su от концентрации радиационных центров в кремнии про318 М.С. Юнусов, М. Каримов, М.А. Джалелов Параметры образцов типа 1 и 2 при T = 300 K Подвижность Концентрация Степень Относительный Удельное Амплитуда Размер Тип носителей носителей компен- разброс значений сопротивление, флуктуации, флуктуации, образцов заряда, заряда, сации, концентрации носи, Ом · см 0, эВ r, 10-5 см µ, см2/В · c n, см-3 K телей заряда,, % Исходный образец 2.8 1500 1.5 · 1015 (до предварительного облучения) Образец типа 1 4.6 1500 8.5 · 1014 0.43 23 0.0053 0.(нейтронное облучение) 12 1390 3.7 · 1014 0.75 54 0.022 2.32 1150 1.7 · 1014 0.87 117 0.031 3.Образец типа 2 3.7 1400 1.2 · 1015 0.2 16 0.0060 0.(-облучение) 8.5 1270 5.8 · 1014 0.61 35 0.016 1.16 1000 3.9 · 1014 0.74 51 0.021 1.33 900 2.1 · 1014 0.85 95 0.029 3. Примечание. При расчете амплитуды и размера флуктуации, а также разброса концентрации в образцах типа 1 не учтено влияние областей разупорядочения.

водился по известным формулам [9]: При использовании выражений (1)–(3) необходимо учитывать то, что они справедливы в интервале конr =(NRD)1/3/n2/3, 0 =(e2)(NRD)2/3/n1/3, центрации 1014 2 · 1015 см-3. Следует отметить, что где e — заряд электрона, — диэлектрическая прони- полученные результаты в образцах типа 3 практически цаемость. Разброс величины концентрации носителей ме- совпадают с данными [11].

жду высокоомной (nmax) и низкоомной (nmin) областями Как видно из рис. 1, начальная скорость удаления рассчитывался также по известным формулам [10]:

носителей n/ при одинаковой концентрации носителей заряда в образцах типа 1 значительно ниже, чем = 2(nmax - nmin)/(nmax + nmin).

в образцах типа 2, и это объясняется усилением ухода Как видно из таблицы, на основе кремния n-типа с первичных радиационных дефектов на стоки (области одинаковыми исходными параметрами путем облучения разупорядочения) [12–14]. Также видно, что величина (нейтронами и -квантами) получены частично комn/ значительно ниже в компенсированных образцах пенсированные образцы (типа 1 и 2) с различными (прямые 1 и 2), чем в контрольном кремнии (прямая 3), степенями микронеоднородности по проводимости. С ростом концентрации радиационных центров повышается разброс концентрации носителей заряда, амплитуда и размер r флуктуаций, а также понижается подвижность носителей заряда µ.

Для сравнения параллельно исследовались контрольные (предварительно не облученные) образцы кремния с близкой проводимостью n-Si P (образцы типа 3).

Начальная (10%-ая) скорость удаления носителей заряда (n/) при -облучении с мощностью дозы 2000 P/c исследовалась методом измерения коэффициента Холла и удельного сопротивления.

На рис. 1 приведены зависимости начальной скорости удаления носителей в -облученном кремнии от начальной концентрации носителей (до -облучения). Полученные экспериментальные результаты удовлетворительно описываются следующими зависимостями для образцов:

типа 1 — n/=3 · 10-20n, (1) типа 2 — n/=5 · 10-15n0.66, (2) Рис. 1. Зависимости начальной скорости удаления носителей заряда при облучении -квантами Co от начальтипа 3 — n/=4.2 · 10-11n0.4, (3) ной концентрации носителей в образцах компенсированного где n — начальная концентрация электронов (при кремния, полученных облучением быстрыми нейтронами (1), T = 300 K). -квантами (2) и в контрольном кремнии (3).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. К вопросу о стабилизации электрофизических свойств в компенсированном кремнии... пенсированном кремнии растет высота потенциального барьера между ними 0 (в нашем случае A-центры и дивакансии не участвуют в удалении носителей, поскольку положение уровня Ферми EF > Ec - 0.23 эВ) (рис. 2). Рост высоты барьера 0 приводит к росту концентрации ионизованных центров Ec - 0.34 эВ в n-области (соответственно к уменьшению степени заполнения). Освободившиеся (в результате ионизации центров Ec -0.34 эВ в n-областях) электроны захватываются глубокими радиационными дефектами Ec - 0.44 эВ.

Концентрация носителей заряда в зоне проводимости неоднородного (компенсированного) материала остается практически неизменной с ростом дозы облучения Рис. 2. Модели неоднородных n+- иn-областей, образующихся до тех пор, пока концентрация освободившихся элекв n-Si P, компенсированном радиационными центрами до (a) тронов (в результате ионизации уровня Ec - 0.34 эВ и после повторного -облучения (b). E1 = Ec - 0.34 эВ, в n-областях) не сравняется с концентрацией радиаE2 = Ec - 0.44 эВ.

ционных дефектов, образующихся, в данном случае, в процессе облучения -квантами, т. е. пока не происходит существенное изменение положения уровня Ферми в причем n/ падает с возрастанием степени компен- низкоомной n+-области, поскольку в таком неоднородсации в образцах типов 1 и 2. Для объяснения этого ном материале в основном токопроводящей является факта предлагается барьерная модель (рис. 2). Суть этой именно n+-область [16].

модели заключается в следующем.

Таким образом, снижение скорости удаления носитеПри современной технологии выращивания кристал- лей заряда под действием -квантов можно объяснить лов кремния из-за неравномерного распределения основ- в основном радиационным усилением флуктуационных ных легирующих примесей фосфора (или бора) и тех- барьеров между низко- и высокоомной областями и нологических примесей кислорода в объеме кристалла усилением ухода части образующихся дефектов типа V образуются низкоомные (n+) и высокоомные (n) области и I на стоки в компенсированном кремнии с глубокими проводимости. Даже при равномерном распределении уровнями.

концентрации компенсирующих радиационных дефектов при облучении таких кристаллов (в виду исходного неСписок литературы равномерного распределения примесей, в данном случае фосфора) происходит неравномерная компенсация элек[1] Е.Ф. Уваров, М.В. Чукичев. В сб.: Радиационная физика трически активных примесей в образце. Причем с ростом неметаллических кристаллов (Минск, Наука и техника, степени компенсации, как указано выше (см. таблицу), 1970) с. 81.

возрастает амплитуда разброса концентрации носите- [2] М.К. Бахадырханов, С.З. Зайнабиддинов, А.Т. Тешабаев.

ФТП, 11, 285 (1977).

лей заряда между этими областями. Наличие контактов [3] М.К. Бахадырханов, Ф.М. Талипов. ФТП, 16, 574 (1982).

между n+- и n-областями приводит к возникновению [4] С.З. Зайнабиддинов, Э.Э. Рубинов. Нейтронно-трансмупотенциального барьера (0). Считалось, во-первых, тационное легирование кремния (Ташкент, Фан, 1983).

что при компенсации примесей в кремнии (типа 1 и 2) [5] К.П. Абдурахманов, Р.Ф. Витман, Х.С. Далиев, А.А. Лебеобразуются центры с Ec-0.18 эВ (A-центры), Ec-0.23 эВ дев, Ш.Б. Утамурадова. ФТП, 19, 1617 (1985).

(дивакансии), Ec -0.34 эВ и Ec-0.44 эВ (E-центры) [15];

[6] С.З. Зайнабиддинов, Х.С. Далиев. Дефектообразование в во-вторых, уровень Ферми в n+-области находится межкремнии (Ташкент, Изд-во Ташк. гос. ун-та, 1993).

ду уровнями Ec - 0.34 эВ и Ec - 0.44 эВ, т. е. энер[7] И.Д. Конозенко, А.К. Семенюк, В.И. Хиврич. Радиационгетические уровни A-центра и дивакансии находятся ные эффекты в кремнии (Киев, Наук. думка, 1974) с. 199.

над уровнем Ферми, и поэтому эти уровни полностью [8] В.Л. Винецкий, Г.А. Холодарь. Радиационная физика ионизованы, что касается центров с Ec - 0.34 эВ и полупроводников (Киев, Наук. думка, 1979) с. 336.

[9] Б.И. Шкловский, А.Л. Эфрос. Электронные свойства Ec - 0.44 эВ, то ввиду их расположения относительно легированных полупроводников (М., Наука, 1979).

уровня Ферми они заполнены электронами. В n-области [10] Дж. Миз, П. Глэрон. В кн.: Нейтронное трансмутациуровень Ec - 0.34 эВ частично ионизован, а центр с онное легирование полупроводников, под ред. Дж. Миза Ec - 0.44 эВ заполнен электронами (рис. 2, a).

(М., Мир, 1982) с. 239.

При -облучении (на начальных этапах) n-области [11] E. Sonder, L.C. Templeon. J. Appl. Phys., 36, 1811 (1965).

кристалла (типа 1 и 2) становятся более высокоомными, [12] В.В. Болотов, А.В. Васильев, В.П. Кожевников, С.А. Смаа n+-области, практически не чувствуя компенсацию гулова, Л.С. Смирнов. ФТП, 12, 1104 (1978).

носителей, остаются такими же низкоомными как и [13] Легирование полупроводников методом ядерных реакдо облучения, т. е. благодаря существенному различию ций, под ред. Л.С. Смирнова (Новосибирск, Наука, 1981) степени компенсации примесей в n+- и n-областях в ком- с. 181.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 320 М.С. Юнусов, М. Каримов, М.А. Джалелов [14] А.В. Васильев, С.А. Смагулова, С.С. Шаймеев. ФТП, 16, 140 (1982).

[15] А.В. Васильев, С.А. Смагулова, С.С. Шаймеев. ФТП, 16, 1983 (1982).

[16] М.К. Шейнкман, А.Я. Шик. ФТП, 10, 209 (1976).

Редактор Т.А. Полянская About the radiation stability of electrophysical properties in a compensated silicon under -rays Co irradiation M.S. Yunusov, M. Karimov, M.A. Zhalelov Institute of Nuclear Physics, Academy of Sciences of Uzbekistan 702132 Tashkent, Ulugbek, Uzbekistan

Abstract

Change in the concentration of the carrier removal rate in a compensated silicon under the -ray irradiation is investigated.

It has been found that the carrier removal rate in the compensated silicon is lower than that of control samples. A new mechanism resulting in the radiation stability of electrophysical properties of the compensated silicon is discussed.




© 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.