WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

тического уровня межузельного атома (EI) в запрещенной зоне, полагая, что перезарядка I происходит при пересечении EI квазиуровнем Fn. Полученное для EI значение Ec -0.48 эВ хорошо согласуется с положениЗависимость скорости образования E-центров в выем уровня E3 =[(Ec -0.44)±0.04] эВ, который был ранее сокоомном p-Si от исходной концентрации дырок (p0) определен в опытах по электронному облучению n-Si показана на рис. 5. При изменении p0 в показанпри различных температурах [29], и значением уровня ном на рис. 5 интервале уровень Ферми изменяется E3 Ec - 0.47 эВ, полученным из анализа зависимости в пределах от Ev + 0.43 эВ до Ev + 0.38 эВ, что Kn от n0 в высокоомном n-Si (см. вставку на рис. 4).

соответствует завершению перезарядки уровня E4. НаТаким образом, уровень E3 принадлежит собственно- блюдаемое уменьшение E с ростом p0 можно трактовать как результат снижения эффективности реакции му межузельному атому кремния.

P+ + V E-центр при изменении зарядового состояния свободных вакансий на более положительное (например, 0 + ++ на V, V или V ).

4. Уровень EОднако такая трактовка полученных результатов спраДля перезарядки уровня E4 варьировалась исход- ведлива при условии, что скорость аннигиляции генериная концентрация носителей заряда в высокоомном руемых -облучением ЭПД не увеличивается с ростом ( 104 Ом · см) кремнии p-типа. ЭДП генерировались p0 в указанном интервале значений. Вместе с тем косв кристаллах -облучением. При этом учитывались венным свидетельством справедливости этой трактовки особенности радиационного изменения концентрации может служить тот факт, что наблюдавшаяся на больносителей заряда в таком материале: в отличие от n- шом наборе кристаллов высокоомного p-Si стабилизация Si при облучении высокоомного „особо чистого“ p-Si уровня Ферми вблизи значения Ev + 0.39 эВ [37] концентрация свободных носителей заряда в нем уве- определяется, на наш взгляд, не только истощением личивается с ростом потока облучения с последующим компенсирующей примеси фосфора, но и переходом выходом на насыщение [37]. При этом уровень Ферми практически всех свободных вакансий в положительное от середины запрещенной зоны стремится к значению зарядовое состояние. В результате этого из-за куло Ev + 0.39 эВ и там стабилизируется в широком ин- новского отталкивания вакансии полностью прекращатервале потоков облучения. Как показано в работе [38], ют объединяться с положительно заряженными ионами это обусловлено накоплением E-центров, образующихся фосфора с образованием E-центров.

в p-Si, и происходящей вследствие этого раскомпенсаци- Таким образом, уровень E4, скорее всего, принадлеей материала, который в исходном состоянии содержал жит вакансии.

компенсирующую примесь фосфора. В связи с этим Для подтверждения этого заключения проведен имеется возможность определить E в облученном p-Si сравнительный анализ накопления РД с уровнями по измерениям коэффициента радиационного изменения Ec - 0.17 эВ в кристаллах с ПДС и контрольных концентрации дырок Kp = E [38]. малодислокационных кристаллах „зонного“ n-Si при разФизика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Уровни вакансий и межузельных атомов в запрещенной зоне кремния личных интенсивностях -облучения. На вставке рис. приведена зависимость 0.17 от J в кристаллах с ПДС, пронормированная на зависимость 0.17 = f (J) в контрольных кристаллах. То, что кривая проходит выше единицы, свидетельствует о наличии взаимодействия части генерируемых облучением вакансий с ПДС (их захват на ПДС), а ее немонотонный характер — об изменении этого взаимодействия из-за перезарядки ЭПД, происходящей с ростом J.

Проведенные измерения показали, что n n0, в связи с чем перезарядка ЭПД происходит при пе ремещении квазиуровня Ферми для дырок (Fp ). Как следует из данных на вставке и выполненных оценок, наиболее резкие изменения величины 0.17 происхо дят при достижении Fp положений E4 = Ec - 0.65 эВ и E5 = Ec - 0.67 эВ. Другими словами, именно там и могут быть расположены вакансионные уровни, которые перезаряжаются при пересечении их квазиуров нем Fp, вследствие чего изменяется эффективность взаРис. 6. Энергетический спектр уровней вакансий и межузельимодействия вакансий с ПДС с образованием A-центров.

ных атомов в запрещенной зоне кремния.

Причем важным является то, что, во-первых, положение одного из этих уровней совпадает с положением ранее определенного уровня E4 = Ec - 0.65 эВ [29]. Во-вторых, перезарядка вакансионного уровня E4, происходящая атому (уровень E5, пунктирная линия на рис. 6). По при смещении Fp с ростом J, приводит к увеличению A следнее не противоречит экспериментальным данным, в кристаллах с ПДС (см. вставку на рис. 5), что может приведенным на вставке к рис. 5, так как в безпроисходить только при переходе вакансий V в более дислокационных „зонных“ кристаллах РД с уровнями положительное зарядовое состояние. Последнее согла- Ec - 0.17 эВ представляют собой не только A-центры, суется с вышеприведенной трактовкой уменьшения E но и локализованные вблизи ПДС комплексы Ci–Cs, в „зонном“ p-Si с ростом p0. Таким образом, уровень E4 в образовании которых участвуют дефекты I [30,33].

действительно принадлежит вакансии.

Что касается принадлежности обнаруженного уров4. Энергетический спектр уровней ня E5, то здесь ситуация не столь однозначная (что элементарных первичных дефектов отмечено знаком „“ на рис. 6). Этот уровень, вообще говоря, может принадлежать дефектам в составе ПДС, На рис. 6 представлены результаты определения половакансиям или собственным межузельным атомам. При этом независимо от природы уровня E5 его перезаряд- жения энергетических уровней E1-E4. Там же показано положение в запрещенной зоне вновь определенного ка способна приводить к уменьшению величины 0.17.

Учитывая, что подобная по характеру зависимость 0.17 уровня ЭПД E5 Ec - 0.67 эВ, который предположительно отнесен нами к дефектам типа I. Приведенот J наблюдается в контрольных кристаллах, где ПДС ный спектр уровней ЭПД может быть дополнен двумя отсутствуют, мы сделали вывод — уровень E5 не принадсчитающимися известными вакансионными уровнями лежит ни одному из входящих в состав ПДС дефектов, Ev + 0.13 эВ и Ev + 0.05 эВ [3–5,9,11].

а является уровнем ЭПД. Кроме того, даже в предположении, что вакансиям V присущи свойства „систем Полученные результаты целесообразно сопоставить с литературными данными, которые в большинстве свос отрицательной корреляционной энергией“, остается ем носят неоднозначный (предположительный) характер маловероятным, что этот уровень соответствует уровню в смысле принадлежности обнаруженных уровней тому вакансии (штрихпунктирная линия на рис. 6), поскольку или иному виду ЭПД.

почти вплотную к нему будет примыкать еще один вакансионный уровень (E4), а другой (E1) — отстоять В работе [39] изучалось изменение электрофизических достаточно далеко (рис. 6). Кроме того, появление еще свойств n-Si при импульсном электронном облучении одного уровня вакансий E5 в совокупности с двумя уже (Ee = 30 МэВ, T = 77 K) и последующем отжиге собопределенными E1 и E4, а также двумя известными ственных дефектов. Предполагалось, что обнаруженный ранее заставляет предположить наличие 6 зарядовых акцепторный дефект с уровнем Ec -0.39 эВ принадлежит состояний вакансии, в то время как известно, что их вакансии, хотя как в более ранней работе по диффутолько 5. Поэтому, на наш взгляд, данный уровень, зии [40], так и в более поздних работах по низкотемпераскорее всего, принадлежит собственному межузельному турному облучению n-Si [8,41] считалось, что дефектами Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 430 В.В. Лукьяница с таким уровнем энергии (или потенциальным барье- соответствие (корреляция) положений и природы опрером взаимодействия дефекта I с неориентируемыми деленных нами уровней ЭПД с данными, полученными дивакансиями) могут быть собственные межузельные другими исследователями с помощью различных эксатомы. Положение уровней этих собственных дефектов периментальных методов. Это может свидетельствовать коррелирует, хотя и отдаленно, с положением уровня E3, о достоверности приведенных в данной работе результакоторый в наших экспериментах идентифицирован как тов. Вместе с тем наблюдаются и расхождения, которые, уровень, соответствующий межузельному атому.

по нашему мнению, позволяют взглянуть с новой точки Авторы широко известных работ [23,28,42] счита- зрения как на отдельные литературные данные, так и на ют, что собственный межузельный атом (находящийся, проблему в целом.

впрочем, в расщепленной гантельной конфигурации, т. е.

по сути димеждоузлие) обладает акцепторным уровнем Ec - 0.4 эВ и донорным уровнем Ev + 0.4эВ. 5. Заключение В противоположность этому в работе [43] межузельному атому приписываются уровни Ec - 0.25 эВ В результате выполненных экспериментов определеи Ec - 0.39 эВ, значение которых определено мето- на природа ранее найденных энергетических уровней дом DLTS в p-Si после его облучения -частицами при (E1, E2, E3 и E4) элементарных первичных дефектов T = 77-350 K. Хотя положение первых коррелирует в кремнии и установлено, что собственные межузельные с положением уровней E3 и E4, а положение вторых — атомы кремния имеют энергетические уровни вблизи c E1 и E3, однако в соответствии с нашими данными Ec - 0.44 эВ и Ec - 0.86 эВ, а свободным вакансиуровни E1 и E4 принадлежат вакансии, а не межузельноям принадлежат энергетические уровни Ec - 0.28 эВ му атому.

и Ec - 0.65 эВ. Полученные новые экспериментальВ работе [44] на основе результатов по дифные данные, свидетельствующие о том, что еще один фузии собственных дефектов, наблюдаемых методом энергетический уровень ЭПД (предположительно урофотостимулированной электронной эмиссии, уровни вень межузельного дефекта I) расположен вблизи сере Ec - 0.15 эВ и Ec - 0.31 эВ приписывались вакандины запрещенной зоны кремния (E5 Ec - 0.67 эВ).

сиям. Положение последнего из них коррелирует с поПроведенное сравнение полученных результатов с лиложением уровня E1, который также идентифицирован тературными данными наряду с некоторыми совпанами как уровень вакансии.

дениями выявило и ряд различий, которые, на наш При интерпретации полученных методом DLTS ревзгляд, дополняют современное состояние рассматривазультатов по накоплению вакансионных и межузельных емой проблемы.

дефектов в областях пространственного заряда диодов Шоттки авторы работы [45] полагают, что уровень вакансии расположен вблизи Ec - (0.27-0.30) эВ. А это Список литературы практически совпадает с положением вакансионного уровня E1 = Ec - 0.28 эВ. [1] Физические процессы в облученных полупроводниках (Новосибирск, Наука, 1977).

Посредством холловских [46] и DLTS измерений [47] [2] Дж. Корбетт, Ж. Бургуэн. В сб.: Точечные дефекты проведено исследование влияния уровня легирования в твердых телах (М., Мир, 1979) с. 9.

кристаллов на скорости образования РД вакансионного [3] Вопросы радиационной технологии полупроводников типа в высокоомном (n0, p0 = 5 · 1011-3 · 1013 см-3) (Новосибирск, Наука, 1980).

и низкоомном (n0, p0 = 1015-1017 см-3) кремнии. На [4] В.В. Емцов, Т.В. Машовец. Примеси и точечные дефекосновании полученных результатов сделано заключеты в полупроводниках (М., Радио и связь, 1981).

ние, что предположительно вакансиям принадлежат [5] В.С. Вавилов, В.Ф. Киселев, Б.Н. Мукашев. Дефекты уровни Ec - 0.24 эВ и Ev + 0.19 эВ [47], а также в кремнии и на его поверхности (М., Наука, 1990).

Ec - 0.50 эВ [46]. Положение первых двух находит[6] В.В. Емцев, Т.В. Машовец, В.В. Михнович. ФТП, 26, ся в достаточно хорошем соответствии с положением (1992).

уровней E1 и E2 с той, однако, существенной разницей, [7] З.В. Башелейшвили, Т.А. Пагава. ФТП, 33, 924 (1999).

что природа уровня E2 иная. По нашим данным, он при- [8] G.D. Watkins. In: Lattice Defects in Semiconductors (London-Bristol, Inst. Phys., 1975) p. 1.

надлежит межузельному атому. Положение же третьего [9] G.D. Watkins, J.R. Troxell, A.P. Chatterjee. In: Defects and уровня, как видно из рис. 6, не совпадает ни с уровнями Radiation Effects in Semiconductors (London-Bristol, Inst.

вакансий E1 и E3, ни с уровнями межузельного атома E2, Phys., 1979) p. 16.

E4 и E5. Причиной этого, на наш взгляд, является непра[10] G.D. Watkins. In: Radiation damage in silicon (London, вомерное использование равновесного уровня Ферми Mater. Sci. Forum, 1993) pt 2, p. 143.

для оценки положения уровней ЭПД в высокоомном [11] L.C. Kimerling. In: Radiation Effects in Semiconductors кремнии [46], где в процессе облучения концентрация (London-Bristol, Inst. Phys., 1977) p. 221.

неравновесных носителей заряда сравнима и даже пре[12] G.D. Watkins, J.R. Troxell. Phys. Rev. Lett., 44, 593 (1980) вышает концентрацию равновесных носителей заряда.

[13] G.A. Baraff, E.O. Kane, M. Schulter. Phys. Rev. B, 21, Таким образом, в ряде случаев имеет место частичное (1979).

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Уровни вакансий и межузельных атомов в запрещенной зоне кремния [14] G.D. Watkins, A.P. Chatterjee, R. Harris. In: Defects and Levels of vacancy and interstitial atom Radiation Effects in Semiconductors (London, Inst. Phys., in the forbidden gap of silicon 1981) p. 199.

V.V. Luk’anitsa [15] B.N. Mukachev, V.V. Frolov, L.G. Kolodin. Phys. Lett., 96A, 358 (1982).

Belorussian State Medical University, [16] В.В. Емцев, М.А. Маргарян, Т.В. Машовец. ФТП, 18, 220116 Minsk, Belarussia (1984).

[17] P.S. Gwozdz, J.S. Kochler. Phys. Rev. B, 6, 4571 (1972).

Abstract

On the basis of analysis of secondary processes of [18] J.C. Bougoin, J.W. Corbett. Rad. Eff., 36, 157 (1978).

the radiation defect formation in Si crystals with charge-dependent [19] Y. Bar-Yam, J.D. Joannopouls. Phys. Rev. B, 30, 1844 (1984).

selective traps for vacancies and interstitial atoms a differentiation [20] G.D. Watkins. In: Radiation Damage in Semiconductors is made of their energy levels established earlier by the effect of ir(Paris, Dunod, 1965) p. 97.

radiation conditions on the annihilation rate of elementary primary [21] G.D. Watkins, K.L. Brower. Phys. Rev. Lett., 36, 1329 (1976).

defects. It is found that in the forbidden gap of silicon the levels [22] E.I. Blount. J. Appl. Phys., 30, 1218 (1959).

Ec - 0.28 eV and Ec - 0.65 eV belong, in all probability, to [23] A. Zeeger, W. Frank. In: Radiation and Defects in Semia vacancy, while the levels Ec - 0.44 eV, Ec - 0.86 eV and, conductors (London-Bristol, Inst. Phys., 1973) p. 262.

presumably, Ec - 0.67 eV — to an intrinsic interstitial atom.

[24] Y.H. Lee, R.L. Kleinhenz, J.W. Corbett. In: Defects and Radiation Effects in Semiconductors (London-Bristol, Inst.

Phys., 1979) p. 521.

[25] Y.H. Lee, N.N. Gerasimenko, J.W. Corbett. Phys. Rev. B, 14, 4506 (1976).

[26] K.L. Brower. Phys. Rev. B, 14, 872 (1976).

Pages:     | 1 | 2 || 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.