WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 6 Исследование рекомбинационных центров в облученных кристаллах p-Si ¶ © Т.А. Пагава Грузинский технический университет, 380075 Тбилиси, Грузия (Получена 27 октября 2003 г. Принята к печати 4 ноября 2003 г.) Исследовались образцы p-Si, облученные электронами с энергией 8 МэВ. На основе анализа зависимостей времени жизни неосновных носителей тока, удельного сопротивления, концентрации p и холловской подвижности µH от температуры изохронного отжига Tann высказано предположение, что многокомпонентные комплексы V3 + Oили V2 + O2 не являются рекомбинационными центрами. Глубокие доноры с энергетическими уровнями Ei = Ev + 0.40 эВ, комплексы типа V3 + O3 или V3 + O2 влияют на величины µH и.

По кривым изохронного отжига определены энергии активации отжига Eann для таких дефектов, как Kцентры, межузельный углерод Ci, комплексы V + B, V2 + O2, дивакансии V2, а также для дефектов с уровнями Ei = Ev + 0.20 эВ, которые равняются Eann = 0.9, 0.25, 1.6, 2, 1.54 и 2.33 эВ соответственно.

1. Введение 2. Результаты исследований и их обсуждение Результаты работ [1,2] свидетельствуют о том, что при облучении кристаллов Si происходит существенное Исследовались образцы монокристаллического кремизменение времени жизни неосновных носителей тока.

ния, полученные методом Чохральского, с концентрациВ работе [3] наблюдаемое возрастание и последую- ей дырок 6 · 1013 см-3, плотностью ростовых дислокаций щий спад при наборе дозы ( ) в n-Si объясняется 103-104 см-2, исходным временем жизни st 100 мкс.

уменьшением числа рекомбинационных центров (РЦ) Исследуемые образцы облучались электронами с энерхимической природы (Au, Cu и др.) за счет перехода гией 8 МэВ при комнатной температуре; величина их в процессе облучения в межузельное положение, а дозы 5 · 1015 см-2 подбиралась таким образом, также увеличением числа радиационно-введенных РЦ чтобы время жизни облученных образцов составляи обратного растворения активной примеси в нерав- ло irr st; плотность потока электронов составляновесных вакансиях при больших. Авторы рабо- ла = 5 · 1012 см-2с-1. Изохронный отжиг облученных ты [4] наблюдаемое увеличение от 20 до 70 мкc в кристаллов производился в температурном интервале кристаллах p-Si, полученных методом зонной плавки, Tann 80-600C, с шагом 10; время выдержки при при изменении в интервале 2 · 1014-8 · 1015 см-2, фиксированной температуре равнялось 10 мин. После объяснили уменьшением концентрации свободных носи- каждого цикла ИО измерялись,, p и µH; измерялось по методу затухания фотопроводимости.

телей тока (p). В образцах p-Si, полученных методом Чохральского, восстановление не наблюдалось даже Избыточная концентрация носителей заряда создапосле облучения дозами, при которых концентрация валась при помощи освещения исследуемого образца носителей заряда снижалась до 1011 см-3. По мнению импульсным потоком белого полихроматического света, авторов [5], в p-Si, изготовленном методом зонной пропущенного через фильтр, представляющий собой плоскопараллельную полированную пластину из кремплавки, образуются дефекты с глубокими уровнями, ния. Для исключения влияния центров прилипания, а в кристаллах, полученных методом Чохральского, возникших в исследуемых образцах при облучении, в наряду с РЦ, обладающими глубокими энергетическими процессе измерения образцы освещались непрерывным уровнями, возникают РЦ с мелкими уровнями, которые потоком белого света. При измерении величины объопределяют деградацию. В работе [6] показано, что емной фотоэдс вдоль облученного образца не выявуменьшается даже при таких 1010-1013 см-2, когда лено какой-либо неоднородности, способной повлиять удельное сопротивление практически не изменяется.

Уменьшение от 90 до 20 мкc объясняется непре- на результаты измерения. Количество избыточных носителей заряда ( n и p), определенное по изменению рывным увеличением концентрации рекомбинационнонапряжения на сопротивлении нагрузки, включенном активных радиационных дефектов (РД).

последовательно с исследуемым образцом, не превышаДля выяснения, какой именно центр является отло нескольких процентов от равновесной концентрации ветственным за изменение, мы изучили зависимодырок в этом образце (p0), т. е. измерение проводили сти,, p и холловской подвижности дырок µH от темпри условии малого уровня инжекции: n = p p0.

пературы изохронного отжига (ИО) Tann в облученных Величины, и µH измерялись при 300 K. Концентракристаллах p-Si.

ция p измерялась методом Холла в интервале 77-300 K.

¶ E-mail: tpagava@gtu.edu.ge Омические контакты для измерения создавались путем 666 Т.А. Пагава ветствуют номерам дефектов в таблице, где приведены их параметры — энергетические уровни Ei, интервалы температуры отжига Tann, эффективность введения дефектов = dNrd/d (Nrd — концентрация РД), энергия активации отжига Eann и возможная идентификация типа дефектов.

Как видно из рис. 3, в интервале Tann = 20-110C отжигаются дефекты с уровнем E = Ev + 0.28 эВ (кривая 3). Концентрация этих дефектов N3 = 3 · 1012 см-3.

Они идентифицированы как межузельные атомы углерода Ci [7]. Изменение концентрации дырок p1 (кривая 1) Рис. 1. Температурные зависимости концентрации дырок p для облученного электронами кристалла p-Si. Зависимость получена до отжига образца. Температура отжига Tann, C:

2 — 100, 3 — 170, 4 — 240, 5 — 270, 6 — 300, 7 — 400, 8 — 500, 9 — 600.

Рис. 2. Зависимости времени жизни неосновных носителей тока (1) и удельного сопротивления (2) от температуры втирания алюминия в поверхность исследуемого обизохронного отжига Tann в облученных электронами кристалразца.

лах p-Si. T 300 K.

Изменение p в процессе ИО определялось по кривым p(103/T ) при 260 K. Ошибка измерения этой величины не превышала 10%. Энергетические уровни дефектов Ei определялись в предположении F = Ei, где F — уровень Ферми, по формуле F p = NvF1/2, kT где Nv — эффективная плотность состояния валентной зоны, F1/2 — интеграл Ферми–Дирака. Соответствующие участки на зависимостях p = f (103/T ) выбирались с учетом степени истощения определенного уровня и кратности вырождения валентной зоны кремния (рис. 1, кривые 5, 6). В сильно компенсированных образцах Ei определялись по наклону зависимостей p = f (103/T ) (рис. 1, кривые 1–4). Концентрации различных РД после каждого цикла ИО вычислялись с помощью ступенчатых зависимостей p = f (103/T ) и p = f (Tann) в интервалах 77-300 K и 20-600C соответственно.

Рис. 3. Изменение концентрации дырок p (1), холловской На рис. 2 приведены изменения (кривая 1) и (криподвижности µH (2) основных носителей тока, а также вая 2) при 300 K, а на рис. 3 концентрация p (кривая 1) концентрации некоторых радиационных дефектов Nrd (3–11) и подвижность µH (кривая 2) в зависимости от темпе- в процессе изохронного отжига в облученных электронами ратуры ИО Tann. На рис. 3 номера кривых 3–11 соот- кристаллах p-Si.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Исследование рекомбинационных центров в облученных кристаллах p-Si процессе облучения в соответствии с реакцией УоткинВозможная № Ei, эВ Tann, C, см-1 Eann, эВ са: Bs + I Bi, [11,12]. Увеличение концентрации Bi, идентификация видимо, связано с отжигом комплексов V + B. Концен3 Ev + 0.28 20-110 2.2 · 10-3 0.25 Ci трация Bi растет до начала отжига комплексов V + B, 4 Ev + 0.45 170-200 3.3 · 10-3 1.6 V + B а максимальная концентрация Bi в 2 раза больше, чем концентрация V + B. Это указывает на существование и 5 Ev + 0.18 210-270 3.0 · 10-3 - Bi других механизмов образования Bi. По-видимому, источ6 Ev + 0.28 260-300 6.0 · 10-3 1.54 Vником Bi до отжига комплекса V + B является комплекс 300-C + B, который, по мнению авторов [7], отжигается в 7 Ev + 0.22 2.6 · 10-3 - V + 360-области 90C. Изменение концентрации Bi не влияет на 8 Ev + 0.20 340-470 4.4 · 10-3 2.33 V + концентрацию дырок p при 300 K, но приводит к существенному изменению (рис. 2, кривая 1). Постоянство V3 + O 9 Ev + 0.40 360-400 9.0 · 10-3 2.V2 + O2 p в процессе отжига дефектов Bi свидетельствует о том, что они не возвращаются в узлы решетки, что привело K-центр 10 Ev + 0.35 330-430 18 · 10-3 0.бы к увеличению p, а уходят на другие стоки, образуя V2 + O + C мелкие доноры, например V + O + Bi [13].

11 Ev + 0.36 400-450 11 · 10-3 - В температурном интервале Tann 200-300C отжи Ev + 0.40 500-550 - - V3 + Oгается центр с уровнем E6 = Ev + 0.28 эВ и с кон центрацией 9 · 1012 см-3 (рис. 3, кривые 1, 6). Судя Примечание. Образован в процессе изохронного отжига.

по величинам Tann и Ei, этими центрами являются дивакансии V2 [9]. Отжиг дивакансий сопровождается в этом температурном интервале в 2 раза больше резким увеличением и уменьшением (рис. 2, кри( p1 6 · 1012 см-3), чем концентрация атомов Ci. Это вые 1, 2). Концентрация отожженных дивакансий (ДВ) свидетельствует о том, что в этом интервале отжигаются NV p3 9 · 1012 см-3 (рис. 3, кривая 1). Это свии другие дефекты. Таковыми могут быть тетравакансии детельствует о том, что при распаде ДВ не образуV4 [8]. По-видимому, резкое увеличение подвижности µH ются другие глубокие доноры, образование которых (кривая 2 на рис. 3) в интервале 20-160C связано с уменьшило бы значение p3 и нарушило бы равенотжигом многовакансионных центров V4. Следует отме- ство этих величин. В процессе отжига ДВ наблютить, что в этом температурном интервале происходит дается увеличение концентрации дефектов с уровнем также перестройка и отжиг дефектно-примесной оболоч- Ei = Ev + 22 эВ, которые отжигаются в 2 этапа: в инки разупорядоченных областей. При этом практически тервалах Tann 300-330C и 360-400C. Первый этап не изменяется (рис. 2, кривая 1).

отжига этого центра сопровождается увеличением конВ интервале Tann 170-200C резкое увеличение центрации дефекта с уровнем Ev + 0.20 эВ, который при p связано с отжигом дефектов с уровнем энер- 340C проходит через максимум и полностью отжигаетгии Ev + 0.45 эВ и с концентрацией Nrd 5 · 1012 см-3 ся в области 470C. Природа этих дефектов неизвестна.

(рис. 3, кривые 1, 4). Этот уровень принадлежит ком- Можно только сказать, что они содержат вакансии, плексу V + B [9].

так как их концентрации растут в процессе отжига По нашим расчетам, в кристаллах кремния p-типа с ДВ. Судя по величине Eann 2.33 эВ и Tann 470C, концентрацией 6 · 1013 см-3, облученных электронами с центр с уровнем Ev + 0.20 эВ, по-видимому, является энергией 8 МэВ, образуются разупорядоченные области многокомпонентным дефектом [8] (рис. 3, кривые 7, 8).

(РО) с эффективным радиусом Reff 5 · 103. Вакан- Эти дефекты при T 300 K не влияют на, p, и µH.

сии — продукты распада комплексов V + B эффективно В этом же температурном интервале отжигаются ценпоглощаются РО, что приводит к увеличению Reff. При тры с Ei = 0.40 эВ (рис. 3, кривая 9). Судя по велиTann 220C начинается отжиг РО [10] и уменьшение чинам Ei и Tann, они являются многокомпонентными Reff. Этим можно объяснить наличие минимума при комплексами типа V3 + O или V2 + O2 [8,14]. На µH Tann 230C на кривых зависимостей µH(Tann) (рис. 3, и они не влияют (см. рис. 2 и 3). При Tann 340C кривая 2) и максимума на (Tann) (рис. 2, кривая 2) начинается отжиг центра c Ei = Ev + 0.35 эВ и возрассоответственно. тание концентрации дырок p (рис. 3, кривые 1, 10). Этот Вобласти Tann 100-160C наблюдается увеличение уровень принадлежит K-центру, который образуется в концентрации центра с уровнем Ev + 0.18 эВ (рис. 3, результате присоединения V2 на CO-центр [15]. По кривая 5), которая, по-видимому, (нам не удалось мнению авторов [16], этот комплекс имеет структуру проследить за изменением концентрации этого центра C + O2 + V. Авторы работы [17] считают, что в K-центр в интервале 170-260C) при 220C проходит через входят кислород, углерод и вакансия O + C +V. Согласмаксимум, а в области Tann 270C эти центры пол- но же [18], в K-центр входят только кислород и угленостью отжигаются. Уровень Ev + 0.18 эВ принадлежит род C + O. Концентрация K-центров NK 2.5 · 1013 см-атомам бора в междоузлиях Bi, которые образуются в (рис. 3, кривая 10).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 668 Т.А. Пагава В области Tann 400-450C наблюдается отжиг де- кремния отжигаются в интервале 200-260C, а их фектов с уровнем Ev + 0.36 эВ. Концентрация этого аморфизированные скопления — при 570C, и поэтому дефекта p5 1.5 · 1013 см-3 (рис. 3, кривые 1, 11). они могут повлиять на величину Tann всех известных В пределах ошибки определения уровня дефектов вторичных РД.

Ev + 0.35 эВ и Ev + 0.36 эВ их невозможно различить, В облученных кристаллах p-Si, ввиду многообразия но отжиг дефекта с уровнем Ev + 0.36 эВ начинаетРД, трудно создать условия, в которых процесс рекомбися при более высокой температуре и в этом же нации полностью определяли бы дефекты одного типа, температурном интервале (400-440C) наблюдается что позволило бы нам определить параметры РЦ из резкое увеличение концентрации дырок (рис. 3, критемпературных зависимостей. По этой же причине вая 1). Эти дефекты вместе с K-центрами способны затруднены составление и решение кинетических уравэффективно рассеивать дырки, чем можно объяснить нений и определение Ei, Nrd и Tann для радиационных наличие минимума на кривой зависимости µH(Tann) дефектов, которые образуются в процессе облучения (рис. 3, кривая 2) и соответственно максимума на и ИО в кристаллах p-Si. Хотя сопоставление кривых кривой (Tann) при Tann 360C (рис. 2, кривая 2).

ИО для,, p и µH позволяет предположить, что за Зависимость (Tann) при этой температуре проходит изменение при 300 K в процессе ИО в интервале через максимум (рис. 2, кривая 1). Увеличением µH Tann 200-300C ответственны дефекты Bi и ДВ, а в и p обусловлено резкое уменьшение в интервале области 500C — многокомпонентные глубокие доноры Tann 360-420C. Суммарная концентрация дефектов ( Ei = Ev + 0.40 эВ) типа V3 + O3 или V3 + O2, которые с уровнями Ev + 0.40, 0.35, 0.36 эВ, которые отжигаявляются также рассеивающими центрами. Дефекты Ci, ются в интервале 340-440C, больше, чем изменение V4, V3 + O и V2 + O2 не обладают рекомбинационными концентрации дырок p = p4 + p5 в этой области способностями. Оказалось, что энергии активации отжитемператур отжига (рис. 3). Это свидетельствует о том, га K-центров, дефектов Ci, комплексов V + B, V2 + O2, что при отжиге этих дефектов образуются глубокие V2 и дефектов с Ei = Ev + 0.20 эВ, определенные по центры с высокой термостабильностью, концентрация кривым ИО этих центров [20], равняются Eann = 0.9, которых растет и после отжига этих дефектов. В этом 0.25, 1.6, 2.0, 1.54 и 2.33 эВ соответственно (см. таблицу).

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.