WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 6 Локальные колебательные моды комплекса кислород–вакансия в германии † © В.В. Литвинов, Л.И. Мурин, Дж.Л. Линдстром, В.П. Маркевич, А.Н. Петух Белорусский государственный университет, 220050 Минск, Белоруссия Инсититут физики твердого тела и полупроводников, 220072 Минск, Белоруссия † Lund University, Division of Solid State Physics, S-22100 Lund, Sweden (Получена 29 октября 2001 г. Принята к печати 1 ноября 2001 г.) 16 18 Исследовано инфракрасное поглощение обогащенных изотопами O и(или) O кристаллов Ge n- и p-типа проводимости после облучения электронами с энергией 6 МэВ. Спектры инфракрасного поглощения измерялись при комнатной температуре и 10 K. Дополнительно к известным полосам кислородсодержащих дефектов обнаружены новые линии при 669, 944 и 990 см-1. Отжиг этих полос происходит в области температур 120–140C и коррелирует с отжигом полосы при 621 см-1, приписанной ранее комплексу кислород–вакансия в Ge. Установлена одинаковость температурного (10 300 K) и изотопического (16O 18O) сдвигов полос при 621 и 669 см-1. Найдено, что эти полосы принадлежат различным зарядовым состояниям центра с уровнем энергии вблизи Ev + 0.25 ± 0.03 эВ. Предополагается, что таким дефектом является комплекс кислород–вакансия (A-центр). Малоинтенсивные полосы при 944 и 990 см-1 отнесены к комбинации валентных антисимметричных мод при 621 и 669 см-1 с симметричной модой при 320 см-1 для нейтрального и отрицательно заряженного состояний A-центра соответственно.

1. Введение 2. Методика эксперимента Комплекс кислород–вакансия (V O) или A-центр явля- Исследовались кристаллы Ge n- и p-типа прово16 18 ется одним из основных и наиболее изученных дефектов димости, обогащенные изотопами O и(или) O до в кристаллах Si, выращенных методом Чохральского концентрации (1-4) · 1017 см-3. Концентрация меж16 18 и облученных высокоэнергетическими частицами [1,2]. узельных атомов O и O определялась по инЦентр имеет отрицательное парамагнитное (V O)- и тенсивности полос поглощения в области 856 и нейтральное (V O)0 состояния, с которыми связаны ло- 812 см-1 c использованием калибровочного множителя кальные колебательные моды (ЛКМ) при 836 и 885 см-1 1.25 · 1017 cм-2 [8]. Концентрация дырок в исходном соответственно. Недавно [3] для двух зарядовых состо- p-Ge составляла p0 =(1.3-1.7) · 1015 см-3 и задаваяний A-центра в Si были обнаружены дополнительные лась легированием образцов примесью Ga. Концентраслабые полосы при 1370 и 1430 см-1, приписанные ция электронов в исходных кристаллах n-типа варьикомбинации антисимметричной и симметричной мод ровалась в диапазоне от n0 = 2 · 1014 до 2 · 1016 см-колебаний кислорода в составе комплекса. путем легирования примесью Sb или дополнительного введения кислородсодержащих термодоноров (ТД) Идентификация A-центра в Ge является менее опрепри температуре 350C в течение 200 ч. В качестве деленной из-за малой информативности метода элекконтрольных образцов использовались кристаллы nтронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для изучеGe ( 10 Ом · см) с низким содержанием кислорода ния структуры дефектов в этих кристаллах [4]. По(< 5 · 1015 cм-3). Образцы облучались при комнатной этому основным методом контроля A-центров в Ge температуре электронами с энергией 6 МэВ в диапазоне может служить колебательная ИК спектроскопия (ИК — потоков (1-30) · 1016 см-2.

инфракрасная). До сих пор с комплексом кислород– вакансия в Ge связывают лишь полосу при 620 см-1, Измерения ИК поглощения выполнялись на фурьекоторая была обнаружена в работах Уэн [5,6]. Однако спектрометре Bruker IFS 113v при температурах наблюдаемый разброс температуры отжига (от 50 до и 300 K со спектральным разрешением 0.5 и 1.0 см-150C) полосы при 620 cм-1 [5–7] делает неоднознач- соответственно. Положение уровня Ферми в измеряным контроль A-центра по данной полосе и указывает емых образцах контролировалось по температурным на ее возможную принадлежность лишь одному из (80–300 K) зависимостям концентрации носителей зазарядовых состояний комплекса. Цель данной работы — ряда, определяемой методом эффекта Холла. Дополнидальнейшее исследование ЛКМ A-центра в кристаллах тельный контроль типа проводимости исходных и обGe при различном положении уровня Ферми в исследу- лученных кристаллов осуществлялся с помощью термоемых образцах. зонда.

Локальные колебательные моды комплекса кислород–вакансия в германии личину 11–12 см-1 в 2–3 раза превышает таковой для других полос, связанных с межузельным кислородом и известными кислородсодержащими комплексами в Ge.

В спектрах образцов n-Ge : O, конвертированных облучением в p-тип проводимости, так же как и в спектрах сильно облученных кристаллов p-Ge : O, полосы при 621.4 и 669.1 см-1 имеют сравнимую интенсивность как при 10 K, так и при 300 K(полосы при 611 и 657 см-1).

Соотношение между интенсивностями указанных полос не претерпевает заметных изменений при использовании в процессе измерений фильтров, предотвращающих засветку образцов светом из области собственного поглощения Ge и, тем самым, перезарядку образцов за счет захвата неравновесных носителей заряда. Это служит свидетельством одновременной реализации двух зарядовых состояний комплексов благодаря стабилизации Рис. 1. Низкотемпературные (10 K) спектры поглощения уровня Ферми на уровне центра в нижней половине образцов n-Ge :16O в исходном состоянии (1), после облучения запрещенной зоны (вблизи Ev + 0.25 ± 0.03 эВ).

потоком электронов 1.3 · 1017 см-2 (2) и последующего отжига Низкотемпературные спектры на рис. 2 для облупри T = 160C в течение 30 мин (3).

ченных кристаллов Ge :18O и Ge :16O+18O показывают изотопический сдвиг (16O 18O) обеих полос при 621.4 и 669.1 см-1 в низкоэнергетическую область до 3. Результаты и их обсуждение 589.6 и 635.4 см-3 соответственно. При этом квадрат отношения частот [(16O)/(18O)]2 для обеих полос На рис. 1 представлены низкотемпературные спек- равен 1.11 и совпадает с таковым для антисимметричтры образцов n-Ge :16O (n0 = 1.8 · 1014 см-3) в исход- ной валентной моды 3 межузельных атомов кислорода ном состоянии, после облучения электронами потоком (Oi) в Ge : (862/818)2 = 1.11. Таким образом, обе 1.3 · 1017 см-2 и после последующего отжига при тем- полосы при 621.4 и 669.1 см-1 могут быть отнесены пературе 160C в течение 30 мин. Облучение образцов к антисимметричным колебаниям двухвалентных атомов приводило к n p конверсии типа проводимости, кислорода в составе радиационных дефектов. Отсутствие к стабилизации уровня Ферми при низких температурах смешанных мод в спектре Ge, обогащенного смесью 16 в области Ev + 0.25 ± 0.03 эВ и к введению ряда полос изотопов кислорода O и O, указывает на вхождение поглощения. Отметим, что ни одна из этих полос не в состав данного комплекса одного атома кислорода.

наблюдалась после облучения контрольных кристаллов Высокая интенсивность полос при 621.4 (589.6) и 669.с низким содержанием кислорода. Обращает на себя (635.4) см-1 по отношению к интенсивности других внимание присутствие в спектре облученных кристал- полос кислородсодержащих дефектов в спектрах облулов двух наиболее интенсивных полос при 621.4 и 669.1 см-1, первая из которых приписана в работах Уэн [6,7] комплексу кислород–вакансия, а вторая полоса при 669.1 см-1 наблюдается впервые. Спектральное положение полос при 621.4 и 669.1 см-1 в 1.32 раза отличается от положения соответствующих ЛКМ при 835.8 и 885.2 см-1 для нейтрального и отрицательного состояний A-центра в Si [2,3]. Такое же соотношение имеет место и для антисимметричных валентных мод межузельного кислорода (Oi) при 862.5 и 1136.4 см-в Ge и Si соответственно. К числу ранее ненаблюдавшихся полос можно отнести и две малоинтенсивные полосы при 944 и 990 см-1, которые сдвинуты относительно полос при 621 и 669 см-1 на 321 и 323 см-1 соответственно и по аналогии с полосами при 1370 и 1430 см-в Si [3] могут представлять собой комбинационные моды антисимметричного и симметричного колебаний кислорода в двух зарядовых состояниях A-центра.

Полосы при 621.4 и 669.1 см-1 сдвигаются до Рис. 2. Спектры поглощения при 10 K образцов n-Ge, обога18 16 и 657 см-1 в спектрах, измеренных при комнатной щенных изотопом O (1) и смесью изотопов O и O (2), температуре. Температурный сдвиг обеих полос на ве- после облучения потоком электронов 1.3 · 1017 cм-2.

2 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 660 В.В. Литвинов, Л.И. Мурин, Дж.Л. Линдстром, В.П. Маркевич, А.Н. Петух n-Ge :16O c предварительно введенными термодонорами (n0 = 1.8 · 1016 см-3) и n-Ge :18O (n0 8 · 1015 см-3).

Низкий поток электронов (1.1 · 1016 см-2) обеспечивал локализацию уровней Ферми вблизи потолка валентной зоны и дна зоны проводимости в облученных образцах p- и n-типа соответственно. Видно, что после облучения n-Ge :18O(18O) в спектрах доминирует полоса при (635) см-1, в то время как в облученном p-Ge :16O — полоса при 621 см-1.

Характерной особенностью спектра 2 (рис. 3) для облученного n-Ge :16O с предврарительно введенными ТД является присутствие интенсивной полосы при 716.2 см-1 (707.6 см-1 при 300 K). Изотопический аналог данной полосы при 680.4 см-1 имеет весьма низкую интенсивность при одинаковом облучении n-Ge :18O без Рис. 3. Низкотемпературные (10 K) спектры поглощения обоТД (ср. спектры 2 и 3 на рис. 3). Полоса при 716 см-гащенных изотопами Oобразцов: 1 — p-Ge :16Oи 2 — n-Ge незаметна после облучения p-Ge и после радиационной с термодонорами. Спектр 3 —образец n-Ge :18O. Облучение n p конверсии n-Ge. Это указывает на ее принадлежпроизводилось потоком 1.1 · 1016 см-2.

ность к центрам с энергетическим уровнем в верхней половине запрещенной зоны, скорость формирования которых возрастает в присутствии ТД. Отжиг центров с полосой при 716 см-1 происходит в области температур 150–160C.

В процессе изохронного отжига кристаллов n- и p-Ge, облученных различным потоком электронов, наблюдается относительное изменение интенсивности полос при 621.4 и 669.1 см-1, хотя суммарное значение интегральной интенсивности обеих полос обнаруживает одинаковое поведение при отжиге различных образцов. Как показано на рис. 4, отжиг центра, ответственного за полосы при 621.4 и 669.1 см-1, происходит в интенвале температур 120–140C и сопровождается коррелированным (по температуре и интегральной интенсивности) введением полос при 731, 771 и 801 см-1. В этой же температурной области отжигаются малоинтенсивные моды при 845, 944, 990 см-1 и появляются новые полосы Рис. 4. Зависимости интегральной интенсивности (S) попри 829, 573 и 539 см-1 (см. спектр 3 на рис. 1).

лос от температуры (T ) изохронного отжига (в течение Полученные результаты показывают полную спектро30 мин) кристаллов n-Ge :16O, облученных потоком электроскопическую аналогию полос при 621 и 669 см-1, как нов 5 · 1016 см-2. Разные символы соответствуют пикам спеки их комбинационных мод при 944 и 990 см-1, с сооттров (, см-1), указанным цифрами внутри рисунка.

ветствующими ЛКМ для нейтрального и отрицательного зарядовых состояний комплекса V Oв Si [1–3]. Большинство исследователей [9–11] связывают с A-центром в Ge ченных кристаллов Ge :16O(18O) согласуется с представакцепторный уровень при Ec-0.25±0.02 эВ на том оснолениями об их принадлежности к комплексам, являювании, что его введение наблюдается в кислородсодерщимся результатом прямого взаимодействия атомов Oi жащих кристаллах, а температура отжига (150–160C) с первичными радиационными дефектами–вакансиями.

близка к таковой для полосы 621 см-1. Однако при В пользу принадлежности полос при 621.4 и такой идентификации полос и уровня A-центра нельзя 669.1 см-1 различным зарядовым состояниям A-центра объяснить наблюдаемую нами (см. спектры на рис. 1 и в Ge свидетельствует и наблюдаемая зависимость их 2) реализацию двух зарядовых состояний центров при относительной интенсивности от положения уровня стабилизации равновесного уровня Ферми в области Ферми в измеряемых образцах, которая проявляется Ev + 0.25 ± 0.03 эВ. Принадлежность полос при 621.4 и после облучения и на стадии отжига облученных об- 669.1 см-1 центру с уровнем энергии в нижней половине разцов с различным уровнем и видом легирования. запрещенной зоны представляется весьма правдоподобНа рис. 3 представлены фрагменты спектров в об- ной и с учетом данных, приведенных в работах [12,13].

ласти данных полос для одновременно облученных Согласно этим работам, облучение обогащенных кислоэлектронами образцов p-Ge :16O (p0 = 1.8 · 1015 см-3), родом кристаллов Ge приводит к эффективному образоФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Локальные колебательные моды комплекса кислород–вакансия в германии ванию центров с уровнем Ev + 0.27 эВ. Сечение образо- [3] J.L. Lindstrom, L.I. Murin, V.P. Markevich, T. Hallberg.

Physica B, 273–274, 291 (1999).

вания этих центров при облучении n-Ge : O гамма-кван[4] J. Baldwin. Appl. Phys., 36(3), 793 (1965).

тами Co найдено близким к сечению образования [5] R.E. Whan. Appl. Phys. Lett., 6(11), 221 (1965).

разделенных пар Френкеля [14], а отжиг происходит [6] R.E. Whan. Appl. Phys. Lett., 37(6), 2435 (1966).

в той же температурной области, что и отжиг полос при [7] J.P. Becker, J.C. Corelli. J. Appl. Phys., 36(11), 3606 (1965).

621.4 и 669.1 см-1.

[8] E.I. Millett, L.S. Wood, G. Bew. Brit. J. Appl. Phys., 16, Для более детального установления природы и со(1965).

ответствия полос при 621.4, 669.1 и 716.2 см-1 опре[9] N. Fukuoka, H. Saito, Y. Kambe. Japan. J. Appl. Phys., 22, деленным зарядовым состоянием дефектов планируется L353 (1983).

проведение комплексных оптических (ИК поглощение) [10] В.В. Литвинов, В.И. Уренев, В.А. Шершель. ФТП, 17, и электрических (релаксационная спектроскопия глубо- (1983).

ких уровней) измерений на облученных кислородсодер- [11] J. Fage-Pedersen, A.N. Larsen. Phys. Rev. B, 62, 10 (2000).

жащих кристаллах Ge n- и p-типа проводимости.

[12] Л.А. Гончаров, В.В. Емцев, Т.В. Машовец, С.М. Рывкин.

ФТП, 6, 424 (1972).

4. Заключение [13] В.В. Литвинов, В.И. Уренев, В.А. Шершель. ФТП, 18, (1984).

[14] В.В. Емцев, Т.В. Машовец. Примеси и точечные дефекВ облученных быстрыми электронами кристаллах ты в полупроводниках (М., Радио и связь, 1981).

Pages:     || 2 |



© 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.