WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами Таблица 4. Параметры электронных ловушек радиационного происхождения в n-GaAs, облученном электронами с энергией 1МэВ [20] Энергия Энергия Сечение Скорость Температура Частотный Ловушка (Tirr) активации активации захвата n, см2 введения, см-1 отжига Tann, K фактор 0, c-эмиссии Ea, эВ отжига Eann, эВ E1 (300 K) 0.045 2 · 10-15 1.5 500 1.6 E2 (300 K) 0.14 1 · 10-13 1.5 500 1.6 E3 (300 K) 0.3 6 · 10-15 0.4 500 1.55 3 · E4 (300 K) 0.76 3 · 10-14 0.08 500 1.5 E5 (300 K) 0.96 2 · 10-12 0.1 500 1.55 3 · E7 (4K) – 5 · 10-4 240 0.7 E9 (4K) 0.23 2 · 10-3 240 0.7 Примечание. Температурная зависимость скорости термической эмиссии электронов (дырок) с уровня дефекта описывается формулой g(T ) =0 exp(-Ea/kT ), где коэффициент 0 — частотный фактор, Ea — энергия активации эмиссии, k — постоянная Больцмана, T — температура.

Таблица 5. Параметры дырочных ловушек радиационного происхождения в p-GaAs, облученном электронами с энергией 1МэВ [20] Энергия Энергия Сечение Скорость Температура Частотный Ловушка активации активации захвата n, см2 введения, см-1 отжига Tann, K фактор 0, c-эмиссии Ea, эВ отжига Eann, эВ H0 0.06 2 · 10-16 0.8 – – – H1 0.25 1 · 10-15 0.1–0.7 500 1.1–1.3 5 · H2 0.42 – 0.04 500 – – H3 0.54 7 · 10-16 0.17 500 0.51 H4 0.79 7 · 10-14 0.06 500 0.52 3 · H5 0.85 9 · 10-15 0.21 – – – аннигиляции первичных радиационных дефектов при показывают, что в этом случае в спектре доминирует комнатной температуре играют значительно меньшую широкий пик Ec - 0.76 эВ.

роль, чем в Si и Ge [23,24]. Радиационные дефекты, возникающие в любом тверПри снижении температуры облучения спектр вво- дом теле, при достаточно высокой температуре могут димых электронных ловушек расширяется. Так, в ре- перемещаться; возникшее радиационное нарушение презультате облучения электронами с энергией 1 МэВ при терпевает изменение и в конце концов отжигается. С точTirr = 4 K наряду с E1-E5 дополнительно вводятся ки зрения радиационной технологии интерес представляловушки E7 и E9, которые оказались нестабильными ют дефекты, для которых температуры отжига Tann выше при комнатной температуре. Через десять лет после об- 400 K. Это обусловлено необходимостью обеспечения зорной работы [19] были уточнены параметры вводимых стабильности характеристик полупроводниковых прибов GaAs радиационных дефектов [20,21]. Данные более ров, в технологии которых используются радиационные поздних работ для электронных и дырочных ловушек процессы.

приведены в табл. 4 и 5. Для n-GaAs, облученного при Tirr = 4 K, термическое С увеличением массы бомбардирующих частиц изме- восстановление начинается при температуре 220 K и няется и спектр вводимых радиационных дефектов. На происходит в несколько стадий. С помощью измерений рис. 2 представлены спектры DLTS четырех образцов DLTS показано, что отжиг ловушек E7 и E9 происходит n-GaAs, облученных при комнатной температуре элек- при Tann = 230 K, а ловушки E1-E5 отжигаются при тронами, протонами, ионами гелия и ионами кислорода. Tann 500 K. Исследования показали, что отжиг основСледует отметить общую тенденцию к размыванию спек- ных типов радиационных дефектов в n-GaAs (E1-E5) тра по мере увеличения массы бомбардирующей части- описывается дифференциальным уравнением 1-го порядцы. Из рис. 2 следует, что радиационное повреждение, ка с энергией активации Eann = 1.5-1.6эВ [20].

вызываемое небольшими дозами протонов, подобно ра- Отжиг ловушек в p-GaAs детально анализировался диационному повреждению, вызываемому электронами авторами [25]. Показано, что ловушки H1 и H5 следует с энергией 1 МэВ, однако при протонном облучении разделить на две группы. К первой следует отнести H1, относительно большая доля повреждения приходится отжиг которых описывается суммой двух кинетических на дефекты, которым принадлежат уровни Ec - 0.76 эВ процессов 1-го порядка с Eann = 1.3 эВ. Процесс отжига и Ec - 0.96 эВ. Данные по облучению ионами гелия дефектов H1 связывается с рекомбинацией френкелевФизика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 774 В.А. Козлов, В.В. Козловский Таблица 6. Идентификация дефектов в GaAs различными методами [20] Дефект Оптические измерения DLTS Отжиг Вакансия VAs - E1 = Ec - 0.045 эВ (-2/-) E2 = Ec - 0.14 эВ (-/0) Пара Френкеля - E3 = Ec - 0.30 эВ Tann 220C VAs-Asi E5 = Ec - 0.96 эВ Eann 1.5эВ H0 = Ev + 0.06 эВ H1 = Ev + 0.25 эВ Антиструктурный Люминесценция Ev + 0.077 эВ дефект GaAs (1.44 эВ) (0/-) ИК поглощение Ev + 0.23 эВ (70.9, 72.9, 74.5 мэВ) (-/2-) Комплекс - E4 = Ec - 0.76 эВ AsGa - VAs (+/2+) < Ec - 0.35 эВ (0/+) Комплекс - - Tann 220C с участием Asi Eann = 0.5эВ Комплекс - E7 VAs + GaAs E9 = Ec - 0.23 эВ ских пар (вакансия–межузельный атом) в подрешетке As. фектов. E4 относится к комплексу [AsGa+VAs], а ловушки Ко второй группе относятся H3-H5, отжиг которых H2-H5 к комплексам, включающим Asi. В соединениях описывается дифференциальным уравнением 1-го поряд- AIIIBV, особенно в n-GaAs, в силу низкой подвижности ка с Eann 0.5эВ и 0 = 102 с-1. Отжиг дефектов первичных радиационных дефектов реализуется относиH3-H5 обычно связывается с миграцией межузельных тельно редкая ситуация, когда последствия облучения атомов мышьяка Asi, характеризуемой энергией акти- при Tirr = 300 K определяются собственными дефектами вации Em = 0.5эВ. В работе [19] указаны три основ- решетки, вклад вторичных процессов в дефектообразованые стадии восстановления при отжиге электрофизиче- ние практически не ощущается, а результаты облучения ских свойств облученного быстрыми электронами n- и не отличаются большим разнообразием. Усиление роли p-GaAs: Tann 400, 500 и 750 K. вторичных процессов в принципе может быть достигнуто На основании имеющихся в литературе сведений авто- изменением условий облучения (увеличением темперарами [20] представлены следующие соображения о при- туры и интенсивности облучения) и повышением уровня роде радиационных дефектов в GaAs (табл. 6): все элек- легирования исходного материала различными приметронные ловушки, вводимые при Tirr = 300 K (E1-E5), сями. Нами выполнен цикл исследований по изучению принадлежат френкелевским парам [VAs-Asi]. Лишь влияния параметров облучения (тип и энергия частиц, ловушки E7 и E9, образующиеся при Tirr = 4 K, связаны плотность потока, доза и температура облучения) и с более сложным дефектом [VAs-GaAs]. В подрешетке Ga уровня легирования полупроводника на энергетические за счет зарядового состояния и, как следствие, кулонов- спектры радиационных дефектов в арсениде галлия и ского взаимодействия френкелевские пары рекомбини- фосфиде индия n-типа проводимости [28–35].

руют сразу же после образования даже при Tirr = 4K.

С помощью измерений методом емкостной спектроВ условиях, когда межузельные атомы мышьяка Asi скопии в слоях n-GaAs с исходной концентрацией элекподвижны, (Tirr > 500 K) возможно образование ком- тронов n0 = 3 · 1014-2 · 1017 см-3, облученных элекплексов Asi с примесями B, P и C, а также комплексов тронами с энергией 900 кэВ при Tirr = 20C, наблюсобственных дефектов (EL2, EL5 и т. д.) [26,27].

дались уровни известных электронных ловушек E1-EНа схожих позициях стоят и авторы обзора о природе и E8 [31]. Установлено, что эффективности введения радиационных дефектов в GaAs [21]. Ловушки E1 и указанных ловушек зависят от концентрации донорE2 они относят к различным зарядовым состояниям ных примесей в эпитаксиальных слоях. Для образцов с изолированной вакансии VAs, а E3 и E5 к компонентам n0 =(1-3)·1015 см-3 проанализировано влияние темпеблизких пар Френкеля в подрешетке As. H0 и H1, по их ратуры облучения Tirr на процессы дефектообразования мнению, относятся к двум другим уровням этих же де- в GaAs. Показано, что при Tirr > 100C основные деФизика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами энергетического положения ловушек X1, т. е. при этих температурах, возможно, происходит изменение зарядового состояния первичного дефекта, входящего в состав указанного центра. В сильно легированных материалах EF лежит значительно выше указанного уровня, и во всем исследованном интервале Tirr перезарядки дефектов не наблюдается. Таким образом, авторы [33] приходят к заключению, что рост эффективности введения X1, возможно, обусловлен изменением зарядового состояния первичных дефектов, входящих в состав центров X1.

Отсутствие заметного изменения концентрации носителей заряда для температур отжига Tann 150-200C в совокупности с зарегистрированным нами уменьшением скорости удаления носителей заряда при облучении электронами в данном температурном диапазоне [33] свидетельствует о неэквивалентности высокотемпературного облучения, при Tirr = 150-200C, облучению при комнатной температуре и последующему отжигу при Tann = 150-200C. Наиболее вероятной причиной наблюдаемых в переходном температурном диапазоне Рис. 3. Эффективности введения E- и X-ловушек в n-GaAs с явлений может быть ионизация кристалла во время n0 = 1015 см-3 в зависимости от температуры облучения [33].

электронного облучения, и, как следствие этого, лиНа вставке — кривые изохронного отжига электронных лобо инжекционный отжиг радиационных дефектов, либо вушек в n-GaAs, облученном электронами при температуре ускоренное безызлучательной рекомбинацией неравноTirr = 20C [37].

весных электронов и дырок разделение компонентов пар Френкеля (механизм Бургуэна–Корбетта [38]). Результаты экспериментов по высокотемпературному облучению GaAs позволили авторам [33,34] сделать следующие фекты — пары Френкеля (вакансия–межузельный атом) выводы:

в подрешетке мышьяка перестают быть связанными, они - процессы радиационного дефектообразования в ардиссоциируют и могут либо уходить на стоки, либо аннисениде галлия сильно зависят от температуры облугилировать [33, 36]. При этом эффективность введения чения; при Tirr > 80-100C основные дефекты — электронных E-ловушек резко уменьшается, а образуютгенетически родственные пары Френкеля в подрешетке ся новые X-ловушки, которые и вносят основной вклад мышьяка — перестают быть связанными, они диссоциив изменение свойств материала. На рис. 3 показано, как руют и за счет увеличения подвижности могут уходить изменяются скорости введения dNT /d E- и X-ловушек на стоки и аннигилировать;

(NT — концентрация ловушек, — доза облучения) в - нижняя граница ”переходного” температурного зависимости от Tirr для n-GaAs с n0 = 1015 см-3. Видно, диапазона радиационного дефектообразования в GaAs что при Tirr > 150C скорости введения E-ловушек (80-100C) связана с температурой диссоциации геначинают падать. При дальнейшем повышении Tirr вплоть нетически родственных пар Френкеля в подрешетке до 550C спектр вводимых электронных ловушек пракмышьяка, верхняя — с температурой первой из трех тически не изменяется и включает два типа основных стадий отжига этих радиационных дефектов (250C);

центров: X1 и X2 с уровнями Ec - 0.38 эВ и Ec - 0.76 эВ в переходном температурном диапазоне уменьшается соответственно.

концентрация вводимых E-ловушек и образуются новые Проанализирована кинетика накопления этих центров ловушки — X-ловушки с уровнями Ec - 0.38 эВ и при Tirr = 400C и определены их основные параметры.

Ec - 0.76 эВ.

Установлено, что скорость введения ловушек X2 практически не изменяется в интервале Tirr = 150-550C, а 3.2. Радиационное дефектообразование скорость введения X1 существенно зависит от величины в фосфиде индия Tirr. Предполагается, что рост скорости введения Xв нелегированных слоях GaAs обусловлен изменением Согласно сложившемуся в литературе мнению (см., зарядового состояния дефектов X1, а спад эффектив- например, [39]), большая часть глубоких центров в обности его введения при более высоких Tirr обусловлен лученном частицами высоких энергий n-InP образуется отжигом этих центров. Анализ положения уровня Ферми в результате вторичных процессов, т. е. при взаимодей(EF) в зависимости от температуры облучения пока- ствии мигрирующих в объеме кристалла первичных разывает, что для нелегированных эпитаксиальных слоев диационных дефектов (вакансий и межузельных атомов) в интервале Tirr = 350-380C EF расположен вблизи между собой и с примесями.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 776 В.А. Козлов, В.В. Козловский В работе [39] установлено, что в результате облу- при Tirr > 150C. При Tirr > 150C наблюдалось чения частицами высоких энергий (-кванты, электро- появление нового центра ET1 (Ea = 0.16 эВ) и сущены, -частицы) при комнатной температуре в n-InP ственное возрастание скорости образования центра Eвозникают в основном одни и те же электронные ло- (Ea = 0.60 эВ). Существенное возрастание вероятности вушки E1-E6, имеющие уровни, отстоящие от дна образования центров ET1 и E5 при высокотемпературзоны проводимости соответственно на 0.20, 0.19, 0.32, ном облучении может быть в принципе обусловлено 0.4, 0.60, 0.7 эВ. От типа облучения зависит только наличием энергетического барьера для их образования, соотношение скоростей введения отдельных центров. который преодолевается при Tirr > 200C. Однако при Большое разнообразие описанных в литературе спектров учете одного этого фактора трудно объяснить сравнирадиационных дефектов в n-InP обусловлено их сложным тельно высокую и слабо зависящую от температуры характером. Так, например, в работе [39] было показано, облучения в интервале 50-200C эффективность образочто уровни E1, E3, E4 соответствуют переходам между вания центров E5. Второй наиболее вероятной причиной различными зарядовыми состояниями конфигурационно- наблюдаемых явлений может быть изменение зарядовых бистабильного дефекта в InP, называемого M-центром. состояний реагирующих дефектов вследствие перемещеЭтот многозарядный центр может существовать в двух ния уровня Ферми с температурой [29,30]. Действиразличных конфигурациях, каждая из которых характе- тельно, ранее в результате исследований накопления и ризуется своим спектром глубоких уровней, а обрати- отжига радиационных дефектов в области объемного мые переходы между конфигурациями могут быть ин- заряда барьера Шоттки было установлено, что веродуцированы электронным, термическим или оптическим ятность образования центра E5 зависит от зарядового возбуждением. состояния одной из составляющих этого комплекса [36].

В результате облучения n-InP электронами с энергией Как показано в [29], эта компонента представляет собой 1 МэВ при комнатной температуре значения полной высокоподвижный дефект в подрешетке фосфора D(P), скорости введения глубоких уровней в верхней поло- характеризующийся энергетическим уровнем Ec-0.3эВ.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |



© 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.