WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |

вине запрещенной зоны, определенные методом DLTS, Переход дефекта D(P) из нулевого в положительное занаходятся в пределах 1 · 10-3-2 · 10-1 см-1, что на рядовое состояние приводит к увеличению вероятности порядок меньше расчетного числа. Скорость удаления образования центра E5 по меньшей мере на порядок электронов, определяемая как отношение концентрации величины. В случае высокотемпературного облучения удаленных (захваченных на ловушки) электронов к дозе быстрый рост эффективности образования центров Eоблучения, при этом также низка и составляет не более начинается при Tirr = 200-250C. При этой температуре 0.1 см-1 [22]. в образцах фосфида индия с n0 = 7 · 1014 см-3 уровень В результате облучения InP p-типа проводимости Ферми находится на 0.3 эВ ниже дна зоны проводиэлектронами с энергией 1 МэВ при комнатной тем- мости. Таким образом, в случае высокотемпературного пературе наблюдалось образование дырочных ловушек облучения, как и в [29], эффективность образования H1-H5 [40], имеющих уровни, отстоящие от потол- центров E5 изменяется при пересечении квазиуровнем ка валентной зоны на 0.167, 0.22, 0.32, 0.37, 0.53, Ферми уровня Ec -0.3 эВ, который, согласно [29], может 0.23 эВ. Наибольшую скорость введения имела ловушка соответствовать переходу межузельного атома фосфора H4 ( 2см-1). Таким образом, в p-InP, в отличие от из нулевого в положительное зарядовое состояние. В [29] n-InP, скорость введения ловушек основных носителей обосновывается связь донорного центра E5 с антиструкзаряда весьма высока. турным дефектом ”фосфор в подрешетке мышьяка”, Следует отметить, что скорость введения основных ло- который может формироваться с участием межузельных атомов фосфора по реакции Уоткинса. Таким образом, вушек (E1-E5) в n-InP при электронном и -облучении основные изменения характера дефектообразования в nна порядок, а в случае облучения -частицами с энергией InP при повышенных температурах облучения обусло5 МэВ — в 3 раза ниже, чем в n-GaAs [41]. Высокая влены изменением зарядового состояния одного из перустойчивость концентрации основных носителей заряда в вичных дефектов решетки InP (по-видимому, межузельn-InP при облучении обусловлена донорным характером центра E6, имеющего максимальную скорость образова- ного атома фосфора) и протекающим одновременно с облучением отжигом дефектов.

ния при всех видах облучения. Вместе с тем необходимо учитывать, что квазиравновесная концентрация ловушки В практическом плане наибольший интерес здесь моE6 определяется скоростью отжига в процессе облуче- гут представлять следующие результаты. Повышение ния ввиду невысокой термической стабильности. температуры эксплуатации приборов на основе InP до Для фосфида индия повышение температуры при элек- 50C, как следует из представленных данных, позволятронном облучении приводит к уменьшению скорости ет снизить суммарную скорость введения электронных образования ловушек E1, E2, E4, E6, а также к сниже- ловушек не менее чем в 4 раза, при этом уменьшается нию скорости удаления носителей заряда в n-InP [29,30]. также скорость удаления носителей заряда. Показана При этом скорость образования уровней E2 и E6 рез- неэквивалентность облучения при повышенной темпеко снижалась уже при 50C, а скорость образования ратуре облучению при более низкой температуре с поуровней E1, E4, относящихся к M-центру, снижалась следующим отжигом. Высокотемпературное облучение Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами открывает широкие возможности управления составом димости. Тенденция к компенсации должна появляться дефектов [30]. В частности, выбором Tirr можно в уже начиная с кремния [42]. Указанная физическая тракшироких пределах изменять соотношение между цен- товка являлась предпосылкой для создания локальных трами, ответственными за изменение электрофизических полуизолирующих областей с помощью различных видов параметров полупроводника, например концентрации но- радиации применительно к широкому классу полупросителей заряда. водниковых приборов.

Протонное облучение n-InP, как показывают опы- Однако указанная трактовка оказалась применимой ты [30], создает в основном те же ловушки (E1-E5), только для случая, когда энергия образования радиачто и электронное облучение, однако соотношение ско- ционного дефекта сравнима с выигрышем энергии при ростей их введения существенно изменяется. связи носителя заряда на центре. Уже в конце 70-х годов была осуществлена конверсия проводимости слабо легированного GaAs из n- в p-тип путем облучения элек3.3. Влияние протонного облучения тронами [43]. В этой связи изменяется и представление о на электрофизические свойства ”предельном” положении уровня Ферми полупроводнисоединений AIIIBV ка, широко использовавшееся еще в 60-х годах для объясИзвестно, что в некоторых полупроводниках, напри- нения экспериментальных данных [44]. Теперь ”предельмер в n-GaAs, при облучении резко уменьшается элек- ный” уровень Ферми должен отражать квазиравновестропроводность, они становятся высокоомными и даже ное состояние системы набор дефектов + носители полуизолирующими [1]. Это связывалось с появлени- заряда, обеспечивающее минимум свободной энергии.

ем в запрещенной зоне полупроводника глубоких ак- С изменением спектра введенных дефектов, что задается условиями эксперимента и исходным легированием цепторов [1]. В то же время аналогичное облучение полупроводникового образца, будет изменяться и ”предругих полупроводников, например n-InSb, приводит к конверсии типа проводимости. В работе [42] было сдела- дельный” уровень Ферми [42,45].

но предположение, что существует строгая корреляция Обычно изменение концентрации свободных носитемежду характером изменения электропроводности по- лей заряда (например, электронов) в полупроводнике лупроводников при облучении и шириной запрещенной при его облучении дозой описывается соотношенизоны. По этой гипотезе в квазиравновесном состоянии ем [1] наибольшими будут концентрации тех типов радиаци -онных дефектов, образование которых отвечает миниn = n0 ± K 1 + exp[(E - EF)/kT ], (5) муму свободной энергии системы ”кристалл–дефекты” где n0, n — концентрации электронов до и после облупри заданном полном числе свободных и связанных чения соответственно, K — скорость введения радиавакансий и межузельных атомов. У полупроводников с достаточно глубокими уровнями радиационных де- ционных дефектов, EF — положение уровня Ферми, E — положение энергетического уровня радиационного фектов различие в изменении энтропии кристалла при образовании комплексов того или иного вида малосу- дефекта, — фактор вырождения, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура.

щественно, и минимум свободной энергии реализуется в основном за счет понижения энергии системы при При малых дозах облучения, когда изменением позахвате носителей заряда соответствующими глубокими ложения уровня Ферми можно пренебречь, зависимость уровнями дефектов. Это обстоятельство и обусловливает n = n0 - n от дозы облучения становится линейной и компенсацию проводимости радиационными дефектами. коэффициент K, называемый в этом случае коэффициенНапротив, если энергия связи электрона (дырки) на том деградации концентрации носителей заряда, просто дефекте невелика, то доминирующую роль будет играть равен скорости удаления носителей заряда.

изменение энтропии системы при введении дефектов, В работе [46] подробно исследуется зависимость кона энергия связи дефекта в комплексе определится в центрации удаленных носителей заряда в n-GaAs от основном деформацией решетки данным центром, а не глубины полупроводника. На рис. 4 представлена такая его зарядовым состоянием. Это приведет к тому, что зависимость для случая облучения протонами с энертенденция к компенсации проводимости полупроводни- гиями от 150 до 500 кэВ. На рис. 5 показано влияние ка радиационными дефектами будет слабо выражена. дозы облучения на концентрацию удаленных носителей Таким образом, по мнению авторов [42], компенсацию заряда [46]. Эффективное удаление носителей заряда проводимости радиационными дефектами следует ожи- в арсениде галлия при протонном облучении приводит дать в полупроводниках с глубокими энергетическими к резкому возрастанию сопротивления полупроводника, уровнями радиационных дефектов тогда, когда энергия которое наблюдается как в p-GaAs, так и в n-GaAs.

связи электрона на дефекте больше изменения энергии В работе [16] показано, что зависимости удельного кристалла при введении данного нарушения, т. е. в об- сопротивления для p- и n-GaAs от дозы облучения щем случае в полупроводниках с широкой запрещенной протонами достаточно сильно различаются, причем это зоной. Полупроводники с широкой запрещенной зоной различие зависит и от энергии протонов, и от концентрапри облучении будут стремиться к собственной прово- ции носителей заряда в исходных материалах. Общими Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 778 В.А. Козлов, В.В. Козловский вводимых радиационных дефектов (табл. 7) качественно совпадает со спектром дефектов, наблюдающихся в аналогичных образцах после электронного облучения.

Вработе [47] исследовались зависимости () для nи p-InP при протонном облучении (E0 = 50-400 кэВ).

Показано, что обе зависимости имеют максимумы. Максимальное значение для n-InP, 103 Ом · см, наблюдается при дозах облучения 1015 см-2; максимальное значение для p-InP, 108 Ом · см, — при дозах 2 · 1014 см-2. В работе [47] предложена модель, объясняющая полученные результаты. Согласно этой модели, при высоких дозах облучения уровень Ферми локализуется на 0.30-0.34 эВ выше середины запрещенной зоны полупроводника. Потому n-InP при протонном облучении большими дозами имеет сравнительно небольшое сопротивление. В отличие от этого уровень Ферми в кристаллах p-InP проходит в зависимости () через середину запрещенной зоны; из-за компенсации проводимости радиационными дефектами Рис. 4. Профили распределения концентрации удаленных носителей заряда в n-GaAs после облучения протонами с и наблюдается максимальное сопротивление, близкое к энергией 150 (1), 300 (2), 400 (3) и 500 кэВ (4) [46].

значению, соответствующему собственной проводимости, 108 Ом · см. С увеличением дозы облучения p-InP испытывает p-n-конверсию типа проводимости.

Идея о пиннинге (закреплении) уровня Ферми в сильно облученных полупроводниках была высказана сначала для InP в работе [47], а позже для GaAs [48].

В работе [48] было показано, что облучение арсенида галлия протонами приводит к возрастанию удельного сопротивления до предельных значений 6 · 108 Ом · см (при 300 K). При облучении отмечена, как и ранее в [43], n-p-конверсия проводимости и закрепление уровня Ферми вблизи Ev + 0.6эВ [49]. На стадии роста дозовые зависимости электропроводности полупроводника неплохо описываются на основе численного решения уравнения электронейтральности [49]. После прохождения оптимальных (с позиции получения высокоомного материРис. 5. Профили распределения концентрации удаленных ала) доз облучения наблюдается, как и ранее в рабоносителей заряда в n-GaAs после облучения протонами с энерте [16], ”аномальная” зависимость, а именно уменьшение гией 400 кэВ в зависимости от дозы протонного облучения [46].

удельного сопротивления. Для электронного облучения, 1010 см-2: 1 —1, 2 —2, 3 —3, 4 —4, 5 —5.

это явление наблюдается при дозах облучения, больших 5 · 1017 см-2 (E0 = 2МэВ), при протонном облучении — больших 1015 см-2 (E0 = 5МэВ). Предполагается, что транспорт носителей заряда в ”переоблученных” слоях закономерностями этих зависимостей можно назвать GaAs обусловлен прыжковой проводимостью носителей следующие: а) скорость удаления носителей в n-GaAs заряда по глубоким состояниям радиационных дефек(dn/d) выше, чем в p-GaAs (dp/d); б) максимальное тов [50].

сопротивление GaAs достигается при определенной дозе облучения opt; с увеличением дозы облучения выше opt обнаруживается уменьшение удельного сопротивлеТаблица 7. Скорости введения электронных ловушек в ния полупроводника ().

n-GaAs при облучении протонами с энергией 100 кэВ [35] В работе [35] проведены одновременные измерения профилей концентрации носителей заряда и энергетичеСкорость введения, см-n0, см-ских спектров радиационных дефектов в образцах GaAs, E2 E3 E4 Eоблученных протонами с энергией 100 кэВ. Установлено, что в результате протонного облучения происходит 2 · 1017 4 · 103 8.5 · 103 3 · 103 1.2 · 1.5 · 1017 4 · 104 6 · 103 6 · 103 5.7 · компенсация проводимости в достаточно тонком слое 3 · 1016 1.1 · 104 5 · 103 3 · 103 2 · материала (на толщине d 0.5-0.7мкм), а спектр Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами Эксперименты с использованием как электронного, так и протонного облучения указывают на резкое уменьшение скорости удаления носителей заряда при облучении (dn/d) с повышением Tirr [28,32]. Такое уменьшение скорости удаления не может быть объяснено условиями первичного радиационного дефектообразования — образования пар Френкеля, поскольку температурная зависимость пороговой энергии смещения регулярных атомов в исследованном нами диапазоне температур — достаточно слабая. На наш взгляд, только изменение условий вторичного радиационного дефектообразования, связанное с диссоциацией связанных пар Френкеля, ответственных за компенсацию проводимости n-GaAs, может объяснить полученные результаты. С ростом Tirr концентрация связанных пар Френкеля (NF), определяемая из уравнения dNF/d=G - NF/, (6) Рис. 6. Отношение скорости удаления носителей заряда где G, — темп генерации и время жизни связанных пар в образцах n-GaAs, содержащих Yb в количестве 0.05 (1) и 0.003 вес.% (2), к скорости удаления носителей заряда в Френкеля, резко уменьшается за счет уменьшения.

нелегированных образцах в зависимости от температуры обВ качестве дополнительного подтверждения справедлучения [51].

ливости модели, учитывающей диссоциацию связанных пар Френкеля и уход подвижных собственных дефектов на стоки, являются опыты с GaAs, легированным редкоземельными элементами [34,51]. Результаты таких температуре, четыре принадлежит парам Френкеля в экспериментов показали, что облучение при Tirr < 100C подрешетке мышьяка [VAs-Asi] и один — возможно, вызывает примерно одинаковую скорость удаления носиантиструктурному дефекту AsGa [27]. Четыре вида телей заряда (0.5 см-1) в образцах GaAs, содержащих и электронных ловушек E1, E2, E3 и E5, приписываемых не содержащих Yb и Er.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.