WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |
Как следствие этого, эффективность с увеличением „прилипания“ вакансий на границе разде- взаимодействия вакансий с ПДС уменьшается, а с полола включение (ПДС) – матрица кристалла [34]. В лю- жительно заряженными ионами фосфора соответственно увеличивается.

бом случае вызванное перезарядкой вакансий резкое снижение скорости образования A-центров A не только приводит к уменьшению df и, следовательно, на участке насыщения при J = Jmax, но и в сочетании 2. Уровень Eс уменьшением скорости 0.17, обусловленным возрасПерезарядка уровня ЭПД E2 при изменении интентанием скорости аннигиляции ЭПД при перезарядке V, сивности электронного облучения вблизи значения Jпроявляется в эксперименте в виде отмеченного сдвига в явном виде не отразилась на результатах эксперименначала уменьшения df по сравнению с аналогичным тов по накоплению РД вакансионного типа в кристаллах уменьшением contrl.

n-Si, в том числе в кристаллах с ПДС (рис. 1). Это Полагая, что зависимость 0.17 = f (J) в контрольможет свидетельствовать о принадлежности уровня Eном материале (кривая 2) отражает „выход“ свободных собственному межузельному атому. В этом случае уроЭПД после их прямой аннигиляции, проведем норвень E2 проявится в p-Si, где для дефектов I имеются мировку df = f (J) (кривая 1) на эту зависимость.

зарядозависимые ловушки.

В результате такой нормировки получаем функцию На рис. 2 приведена нормированная на „выход“ = (df/contrl) = f (J) (кривая 3), которая исключает свободных ЭПД зависимость скорости образования из рассмотрения изменения df, обусловленные зави- РД с уровнем Ev + 0.35 эВ в „тигельном“ p-Si симостью скорости прямой аннигиляции ЭПД от J, (p0 1015 см-3) от интенсивности электронного облуи поэтому характеризует только вторичные процессы чения J. Наблюдаемый ступенчатый вид зависимости накопления A-центров в кристаллах с ПДС. Как вид- 0.35 = f (J) характерен для „порогового“ комплексообно, резкое изменение скорости образования A-центров, разования при изменении зарядового состояния одного в состав которых входят V, происходит при вариациях из взаимодействующих компонентов [1]. Природа РД интенсивности облучения вблизи значения J1, т. е. то- с уровнем Ev + 0.35 эВ — это межузельные комплексы гда, когда перезаряжается энергетический уровень ЭПД, Ci–Oi [35], и механизм их образования в исследуемых обозначенный как E1. кристаллах: Cs -Oi + I CiOi [31]. Принимая это во Отсюда следует, что уровень E1 Ec - 0.28 эВ при- внимание, приходим к выводу, что за наблюдаемый надлежит вакансии.

В пользу сделанного заключения свидетельствуют данные по накоплению РД с уровнями Ec - 0.17 эВ и E-центров (комплексы фосфор–вакансия) в -облученных кристаллах с ПДС и контрольных кристаллах в зависимости от исходной концентрации носителей заряда n0 (см. вставку на рис. 1). Приведенные кривые представляют собой зависимости 0.17 = f (n0) и E = f (n0) для кристаллов с ПДС, нормированные на зависимости от n0 скоростей образования таких же РД в контрольном материале, при выращивании которого из-за наличия дислокаций ПДС не образуются.

Эксперимент подтвердил ожидаемое при перезарядке вакансионного уровня E1 (с ростом n0 от 5 · 1014 см-до 2 · 1015 см-3) уменьшение (за счет A) нормированной зависимости 0.17 = f (n0) при одновременном увеличении нормированной зависимости E = f (n0).

Действительно, в кристаллах с n0 < 5 · 1014 см-3 нормированные скорости образования E-центров (E) и РД Рис. 2. Зависимость скорости образования радиационных с уровнями Ec - 0.17 эВ (0.17) существенно разлидефектов с уровнем Ev + 0.35 эВ в „тигельном“ p-Si чаются, что связано с эффективным захватом вакансий (p0 = 1.5 · 1015 см-3), нормированная на выход свободных элеПДС. Однако при n0 > 2 · 1015 см-3 они становятся ментарных первичных дефектов, от интенсивности электронсравнимыми и почти достигают скоростей образования ного облучения. На вставке — скорость удаления атомов бора этих РД в контрольном материале. Это вызвано тем, что из узлов решетки под действием -облучения в зависимости с ростом n0 уровень Ферми Fn при своем перемещении от исходной концентрации дырок в p-Si.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 426 В.В. Лукьяница вид зависимости ответственна перезарядка дефектов I, так как, согласно оценкам, ни комплексы Ci–Oi, ни комплексы Cs–Oi (уровень Ev + 0.18 эВ [31]) в условиях наших экспериментов не перезаряжаются. Судя по характеру зависимости на рис. 2, энергетическому уровню дефектов I соответствует тот уровень ЭПД, который первым перезаряжается с ростом интенсивности облучения от Jmin до Jmax. Проведенные расчеты показали, что в использованных кристаллах относительно низкоомного p-Si сначала перезаряжается уровень E2, а затем E1. А именно, с ростом J сначала квазиуровень Ферми для дырок Fp пересекает уровень E2, и только затем квазиуровень для электронов Fn пересекает уровень E1 [29].

Отсюда следует, что уровень E2 Ev + 0.24 эВ принадлежит собственному межузельному атому кремния.

Известно [4,5], что собственные межузельные атоРис. 3. Продольные распределения исходной концентрации мы кремния могут взаимодействовать с примесными дырок p (1) и скорости радиационного изменения конценатомами бора, вытесняя последние из узлов решетки трации электрически активной примеси бора B (2, 3) при в межузельное положение. С учетом этого перезарядка -облучении в слитке „тигельного“ p-Si большого диаметра;

собственного межузельного атома должна отразиться на 2 — скорость радиационного „введения“ бора; 3 —скорость эффективности такого взаимодействия. Результат измерадиационного „выведения“ бора.

нения скорости удаления атомов бора B из узлового положения в -облученных „тигельных“ кристаллах pSi при вариациях уровня Ферми вблизи E2 за счет пересекает уровень E2 (см. рис. 3),1 и, по нашему изменения p0 показан на вставке к рис. 2. Как видно, мнению, вызвана перезарядкой собственных межузельс ростом исходной концентрации носителей заряда (p0) ных атомов. Действительно, переход дефектов I в более в кристаллах в достаточно узком интервале происходит положительное зарядовое состояние (например, в I+ резкое увеличение B. Причем с ростом p0 в этоминтерили I++) вследствие кулоновского притяжения приводит вале уровень Ферми изменяется в пределах от Ev +0.к увеличению эффективности их взаимодействия с отридо Ev+0.217 эВ, т. е. пересекает уровень E2 [29]. Другими цательно заряженными ионами бора согласно реакции:

словами, полученный результат также свидетельствует B- + I+ BI или B- + I++ BI.

о принадлежности уровня E2 свободному межузельному s s Кстати, этим же можно объяснить тот известный факт, атому кремния.

что механизм Воткинса „работает“ более эффективно не На наш взгляд, на это же указывает происходящая при при комнатных, а при низких (азотных) температурах, перезарядке уровня E2 смена каналов радиационного декогда уровень Ферми в p-Si приближается к валентной фектообразования с участием дефектов I и легирующей зоне.

примеси бора в одном и том же кристалле (слитке) p-Si большого диаметра, = 150 мм (рис. 3). Как отмечалось, под действием облучения атомы бора обычно удаляются из узлов кристаллической решетки кремния 3. Уровень Eпо механизму Воткинса (Bs + I Bi), что сопровоДля перезарядки уровня E3 мы изменяли исходную ждается потерей их электрической активности в p-Si.

концентрациию носителей заряда в облучаемых криОднако в кремнии большого диаметра часть легирующей сталлах „зонного“ высокоомного n-Si от 3 · 1013 см-примеси бора находится в электрически неактивном до 4 · 1010 см-3 посредством их компенсации предвасостоянии и может быть активирована посредством рительно введенными РД. Протекание вторичных протермообработки или облучения кристалла -квантами цессов контролировалось по изменению коэффициента Co [36]. Как видно из рис. 3, в исследованном слитке Kn = n/ радиационного изменения концентрации p-Si ( 12 Ом · см) большого диаметра легирующая носителей заряда в исследуемых кристаллах, измеренпримесь бора может как приобретать (в начале слитка;

ного при комнатных температурах.

кривая 2), так и терять (в конце слитка; кривая 3) На рис. 4 (вставка) показана типичная зависимость Kn электрическую активность под действием облучения.

от исходной концентрации носителей заряда (n0) в исПричем первый процесс сменяется вторым (кривые следуемых кристаллах n-Si, поэтапно облученных элеки 3) по мере увеличения исходной концентрации нотронами с низкой интенсивностью. Видно, что эта зависителей заряда (кривая 1) вдоль оси слитка, т. е. при перемещении уровня Ферми к потолку валентной зоны. С учетом температуры облучения (45 C) имеем: Fp Ev +0.22 эВ Такая смена происходит тогда, когда уровень Ферми Fp Ev + 0.24 эВ.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Уровни вакансий и межузельных атомов в запрещенной зоне кремния Для проверки последней гипотезы использовались кристаллы „зонного“ p-Si, в которых присутствовали „врожденные“ дефекты с уровнем Ev + 0.30 эВ, являющиеся зарядозависимыми стоками для дефектов I [31].

Хотя уровень E3 Ec - 0.44 эВ расположен в верхней половине запрещенной зоны кремния, его можно перезарядить, изменяя неравновесную концентрацию носителей заряда в кристаллах, что достигалось -облучением различной интенсивности. Причем, как показали измерения неравновесной проводимости в образцах p-Si, концентрация неравновесных носителей заряда ( p = n = 4.5 · 1011-1.1 · 1012 см-3) в процессе облучения с различной интенсивностью по крайней мере на порядок меньше, чем равновесная концентрация дырок (p0 = 2.2 · 1013 см-3) в исходных кристаллах.

Отсюда следует, что положение квазиуровня Ферми для дырок Fp практически не изменяется, а возможные изменения в протекании вторичных процессов радиационного дефектообразования в p-Si при различных J будут обусловлены смещением только квазиуровня Ферми для электронов Fn, который, пересекая уровень E3, вызывает его перезарядку.

Основными компенсирующими РД в исследуемом p-Si являются межузельный углерод (Ci) с уровнем Ev + 0.30 эВ и дефект вакансионного типа с уровнем Ev + 0.43 эВ [31]. На рис. 4 представлены зависимости скоростей образования этих дефектов от интенсивности -облучения. Причем немонотонная кривая Рис. 4. Зависимости скоростей образования дефектов в „зонотражает суммарную скорость введения и выведения ном“ p-Si (p0 = 2.2 · 1013 см-3) от интенсивности -облучения:

CI под действием облучения „врожденных“ дефектов 1, 1 — для дефектов с уровнем Ev + 0.30 эВ; 2 — для радиационных дефектов с уровнями Ev+0.43 эВ; 3 —норми- с уровнем Ev + 0.30 эВ. Как видно, при низких J рованная зависимость скорости образования дефектов с уров- превалирует процесс выведения „врожденных“ дефектов нями Ev + 0.30 эВ. На вставке — зависимость коэффициента (0.30 < 0), тогда как при высоких J преобладает процесс радиационного изменения концентрации носителей заряда Kn накопления в кристаллах Ci (0.30 > 0). Это связано, от исходной концентрации электронов в бездислокационных на наш взгляд, со сменой каналов дефектообразования кристаллах n-Si.

с участием собственных межузельных атомов при их перезарядке.

При изменении J в пределах от 9.6 · 1010 см-2с-до 5 · 1011 см-2с-1 собственные межузельные атосимость имеет вид двухступенчатой кривой, возрастаюмы находятся в таком зарядовом состоянии, которое щей с ростом n0. Причем первая (большая) ступень свяспособствует их взаимодействию с электрически активзана с изменением скорости аннигиляции ЭПД при пеными „врожденными“ дефектами. В результате такого резарядке уровня E3 [29], а вторая (малая) обусловлена взаимодействия формируются электрически нейтральперезарядкой уровней Ec -0.40 эВ и Ec -0.42 эВ, принадные в условиях эксперимента комплексы. Очевидно, что лежащих соответственно образующимся дивакансиям формирование сопровождается уменьшением концентраи E-центрам. Как видно, во втором случае Kn изменяется ции присутствовавших в исходных кристаллах „вроровно в 2 раза, тогда как в первом случае изменения жденных“ дефектов [31]. При дальнейшем увеличении J Kn происходят более чем на 2 порядка. В результате (J > 5 · 1011 см-2с-1) происходит изменение зарядового сравнительного анализа зависимостей Kn от исходной состояния собственных межузельных атомов, в силу концентрации носителей заряда в кристаллах с ПДС чего более вероятным становится их взаимодействие и контрольных кристаллах (где величина Kn в несколько с узловыми (нейтральными) атомами углерода (Cs ) раз выше) не удалось выявить какие-либо особенности, и с образованием дефектов CI (Cs + I CI).

свидетельствующие о перезарядке вакансий. Причиной Другими словами, кривая 1 на рис. 4 характеризует этому могут быть либо близкое расположение к уров- реакционную способность дефектов I в различных заню E3 уровня E-центра (Ec - 0.42 эВ) — основного рядовых состояниях и отражает смену доминирующего компенсирующего РД, либо принадлежность уровня E3 межузельного канала вторичного дефектообразования собственному межузельному атому. при перезарядке I.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 428 В.В. Лукьяница Что касается вакансионного канала дефектообразования, то свободные вакансии V, как отмечалось, участвуют в образовании РД с уровнем Ev + 0.43 эВ, причем 0.43 монотонно убывает с ростом J от 9.6 · 1010 до 9.9 · 1011 см-2с-1 (рис. 4, кривая 2). Такой ход зависимости 0.43 = f (J) обусловлен влиянием J на скорость аннигиляции ЭПД (пар Френкеля) [31], которая контролирует „выход“ свободных V и I, способных участвовать соответственно в вакансионном и межузельном каналах вторичного дефектообразования. Поэтому таким же образом (как 0.43) должна бы выглядеть и зависимость C = f (J) (кривая 1 ), если бы не произошла смена i межузельного канала дефектообразования (кривая 1).

Проводя нормировку кривой 1 на кривую 2, выделяем зависимость вторичных процессов с участием собственных межузельных атомов от интенсивности облучения в явном виде (кривая 3, = 0.30/0.43). При Рис. 5. Зависимость скорости образования E-центров в „зонэтом четко видно, что перезарядка I происходит при ном“ p-Si от исходной концентрации дырок. На вставке — нормированная зависимость скорости образования радиационных J 4 · 1011 см-2с-1, т. е. тогда, когда (по выполненным дефектов с уровнями Ec - 0.17 эВ в кристаллах „зонного“ оценкам) Fn находится около уровня Ec - 0.48 эВ. По n-Si со скоплениями примесей и дефектов (n0 = 2 · 1013 см-3) этому значенияю Fn можно оценить положение энергеот интенсивности -облучения.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |



© 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.