WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 9 |

парам Френкеля в подрешетке мышьяка, объясняются На рис. 6 результаты экспериментов представлены как возможностью существования двух зарядовых состояний отношение пар Френкеля при двух характерных расстояниях между (dn/d)Yb = (7) компонентами пар [22] (напомним, что в подрешетке dn/d галлия пары Френкеля, как принято считать, генерирускорости удаления носителей заряда в образцах, содер- ются в противоположном зарядовом состоянии и за счет жащих иттербий в количестве NYb 0.05 (кривая 1) кулоновского взаимодействия рекомбинируют сразу же и 0.003 вес.% (кривая 2), к скорости удаления носи- после образования даже при 4 K).

телей заряда в нелегированных иттербием образцах в Квазиравновесная концентрация радиационных дефекзависимости от Tirr. С ростом Tirr при Tirr > 100C тов, определяющая концентрацию удаленных носителей, картина резко меняется. Величина (dn/d)Yb уменьша- находится из уравнения непрерывности (6) ипристациоется быстрее, чем dn/d, так что при Tirr = 150C нарных условиях становится равной произведению темпа становится равной 0.4 для NYb = 0.05 вес.% и 0.6 генерации радиационных дефектов (G) на их время для NYb = 0.003 вес.%. С дальнейшим повышением Tirr жизни ( ). Поскольку G при фиксированных условиях до 200C увеличивается до 0.5 и 0.7 соответственно, а облучения практически не меняется с изменением NYb при Tirr > 250C приближается к значениям 0.8-0.9. и Tirr в диапазоне 20-250C, изменения dn/d связаны Близкие значения получаются и при использовании только с изменением.

примеси эрбия. Время жизни пар Френкеля обусловлено двумя основДля объяснения полученных экспериментальных ре- ными процессами — диссоциацией и аннигиляцией комзультатов необходимо учесть, что в n-GaAs в силу понентов пар. При этом энергетические барьеры для низкой подвижности первичных радиационных дефектов этих процессов таковы, что при комнатной температу(вакансий и собственных межузельных атомов) реа- ре образующиеся пары метастабильны. С ростом Tirr лизуется ситуация, когда последствия облучения при при Tirr > 100C усиливается процесс диссоциации температурах, близких к комнатной и ниже, опреде- образующих пар Френкеля. Причиной такого усиления, ляются собственными дефектами решетки, вклад раз- как мы отмечали в предыдущем параграфе, может быть личных примесно-дефектных комплексов практически не уменьшение энергетического барьера для диссоциации ощущается [14,38]. Из пяти основных радиационных компонентов пар Френкеля, изменивших зарядовое сосдефектов E1-E5, вводимых в n-GaAs при комнатной тояние за счет сильной ионизации кристалла во время Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 780 В.А. Козлов, В.В. Козловский электронного облучения, и (или) ускоренное безызлу- показано, что удельное сопротивление n-GaAs, облученчательной рекомбинацией неравновесных электронов и ного протонами при Tirr = 300C, на 3 порядка предырок разделение компонентов пар Френкеля (механизм восходит удельное сопротивление n-GaAs, облученного Бургуэна–Корбетта [38]). С ростом Tirr увеличивает- при комнатной температуре, а затем отожженного при ся подвижность этих точечных дефектов; они могут Tann = 300C.

с большей вероятностью при миграции захватываться Вработе [30] приводится подробная сравнительная инпримесными атомами, образуя сложные комплексы. Наформация о температурной зависимости скорости обраблюдаемое уменьшение в образцах, легированных Yb зования центров E1-E6 в облученном n-InP и конценпри Tirr > 100C (рис. 6), свидетельствует в пользу этой трации удаленных носителей заряда n = n0 - n(Tirr), модели. Зависимость от NYb при фиксированных Tirr где n(Tirr) — концентрация носителей заряда в пленках (в диапазоне 100-250C) свидетельствует об эффективпосле облучения. Из рис. 7 видно, что на зависимости ности атомов иттербия в качестве либо центров аннигиn(Tirr) можно выделить две стадии, первая из которых ляции собственных дефектов, либо центров захвата.

согласуется с исчезновением центра E2, а вторая — При более высоких Tirr (250-350C) различия в с уменьшением концентраций ловушек E1, E4 (многоdn/d для легированных и нелегированных образцов зарядного M-центра). Видно, что скорость удаления практически исчезают, и величина стремится к едининосителей заряда в n-InP определяется скоростью ввеце. Для объяснения этого результата недостаточно учета дения уровней E1 и E4 и составляет при Tirr = 250C только процесса диссоциации, который был доминируювеличину 1 · 10-2 см-1, т. е. в 3 раза меньше, чем щим при низких Tirr. Необходимо допустить усиление при Tirr = 20C. Сравнивая данные работ [30,34], можно при Tirr > 250-350C аннигиляционных процессов, что констатировать, что, если при комнатной температуможет быть связано с уменьшением энергетического ре облучения скорость удаления носителей заряда в барьера процесса аннигиляции. Причиной уменьшения n-GaAs более чем на порядок превосходит аналогичный барьера аннигиляции с ростом Tirr может быть изменение параметр для n-InP, то при повышенных температурах зарядовых состояний реагирующих дефектов.

облучения скорости удаления сравниваются.

Таким образом, в результате перестройки дефектов В последние годы начались работы по изучению лепри промежуточных температурах облучения время жизгирования радиационными дефектами еще одного перни точечных дефектов, их квазиравновесная концентраспективного материала из группы соединений AIIIBV — ция и, следовательно, степень компенсации проводимонитрида галлия [58–60]. Так, в работе [59] показано, что сти n-GaAs Yb будут уменьшаться. Этот вывод спраоблучение n-GaN протонами или ионами гелия привоведлив не только для электронного, но, как показали дит к увеличению удельного сопротивления материала опыты, и для протонного облучения. Из наших эксперина 10 порядков.

ментов следует, что введение иттербия в эпитаксиальные слои значительно уменьшает величину dn/d. Таким образом, введение иттербия оказывает существенное влияние на процессы радиационного дефектообразования в n-GaAs только при повышенных температурах облучения, Tirr > 100C, что обусловлено диссоциацией собственных пар Френкеля в подрешетке мышьяка при этих Tirr и миграцией компонентов пар к атомам Yb, которые являются для них центрами аннигиляции.

Вработе [33] было установлено, что при высоких температурах отжига (Tann 400C) концентрация носителей заряда в образцах n-GaAs, облученных электронами при Tirr = 20C, практически полностью восстанавливается. В отличие от этого скорость удаления носителей заряда в n-GaAs, облученных при Tirr = 400C, не равна нулю, а составляет 2 · 10-2 см-1, т. е. в 25 раз меньше, чем при Tirr = 20C. Однако, с учетом высокой термической стабильности введенных дефектов и того факта, что основная компенсация материала происходит за счет уровней, лежащих в запрещенной зоне достаточно глубоко, в работе [34] сделано заключение о целесообразности использования высокотемпературного Рис. 7. Зависимость концентрации введенных в n-InP облуоблучения для получения термостойкого высокоомного чением электронами с энергией 1 МэВ глубоких центров GaAs. Позднее, в работах [52–57], этот вывод нашел E1, ET 1, E2, E4, E5, E6 (NT ) и концентрации удаленных ноэкспериментальное подтверждение. Так, в работе [53] сителей заряда (n) от температуры облучения [30].

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами использовалось также при создании лавинно-пролетных диодов [66,67], диодов с барьером Шоттки и полевых транзисторов с барьером Шоттки [68,69]. Физической основой использования протонного облучения во всех указанных работах является возможность эффективно управлять удельным сопротивлением n-GaAs путем легирования радиационными дефектами. В качестве примера можно рассмотреть работу [68], в которой исследуются транзисторные структуры, изготовленные как по мезатехнологии, так и с применением протонной бомбардировки. Задача уменьшения паразитной емкости контактной площадки затвора относительно истока в технологии СВЧ полевых транзисторов на основе GaAs обычно реРис. 8. Зависимость относительного изменения удельного сопротивления Ga0.65Al0.35As при облучении протонами irr/0 шается с помощью травления меза-структур. Такой метод от температуры отжига [61].

имеет своим недостатком наличие ”тонких” мест в слое металлизации и, следовательно, вероятность ее разрывов. В работе [68] показано, что травление меза-структур можно успешно заменить протонной бомбардировкой Корреляция между температурной стабильностью рачерез фоторезистивную массу (рис. 9). Применение продиационных дефектов, введенных протонным и электронтонной бомбардировки обеспечивает локализацию активным облучением в соединения AIIIBV, и изменением ной области структуры полевого транзистора и создание электрофизических свойств этих материалов рассмотреполуизолирующего слоя в области под электродом затвона в [17,20,43,61–63]. Типичная зависимость удельного ра с целью снижения паразитной емкости затвор–исток.

сопротивления Ga0.65Al0.35As от температуры отжига Оригинальная попытка улучшения характеристик микропредставлена на рис. 8 [61]. В этой работе дозы полосковых детекторов заряженных частиц на основе протонного облучения составляли 1012-1013 см-2. При GaAs Cr предпринята в работах [70,71]. В них показано, таких дозах облучения наблюдаются две основные стачто компенсация низкоомной рабочей части детектора с дии отжига — вблизи Tann = 200 и 400C. С увеличением помощью облучения протонами позволяет резко увелидозы облучения изменяется и характер отжига. Так, в чить соотношение сигнал/шум, а эффективность сбора работе [17] обнаружена стадия ”отрицательного” отжига заряда довести почти до 100%.

образцов, подвергнутых облучению в больших дозах.

Основным недостатком традиционного использования При прогреве до 300-350C удельное сопротивление протонной бомбардировки, когда облучение проводится облученных образцов возрастало, а затем при более при Tirr = 20C, является малая термическая стойвысоких температурах отжига (500C) уменьшалось.

кость получаемого полуизолирующего GaAs. Как было Аналогичный отрицательный отжиг в n-GaAs, облученпоказано выше, E-ловушки, определяющие высокоомном протонами с энергией 5 МэВ дозой 2 · 1017 см-2, ность облученного материала, начинают отжигаться при обнаружен в работе [43].

250C. В то же время следующая после протонной Эффективное удаление носителей заряда в соединенибомбардировки технологическая операция при создании, ях AIIIBV при протонном и электронном облучении и например, полевых транзисторов с барьером Шоттки — достаточно высокая температурная стабильность образуоперация вжигания омических контактов — осуществляющегося полуизолирующего полупроводника (до 200C) ется, как правило, при температуре 400-450C. Опыты позволяют успешно применять облучение при создании показывают, что при вжигании контактов успевают в полупроводниковых приборов.

3.4. Перспективы применения протонного облучения для создания полупроводниковых приборов на основе соединений AIIIBV Впервые образование полуизолирующего арсенида галлия при протонном облучении было обнаружено более тридцати лет назад [64]. Тогда этот факт рассматривался как явление отрицательное и не предпоРис. 9. Структура СВЧ полевого транзистора с барьером лагалось, что через несколько лет начнется его исШоттки на основе GaAs, изготовленного с применением пропользование. Позже было показано [65], что протонное тонного облучения [68]: 1 —исток; 2, 6 — полуизолирующие облучение можно успешно использовать для изолирообласти, сформированные протонным облучением; 3 — затвор;

вания GaAs-диодов в матрице. Протонное облучение 4 —сток; 5 — металлизация; 7 —подложка.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 782 В.А. Козлов, В.В. Козловский облучения были устранены только в середине 90-х годов, когда были детально исследованы процессы радиационного дефектообразования в GaAs и установлены условия формирования термически стойких X-ловушек, о чем мы подробно говорили выше. Повышение температуры облучения и, как следствие, дозы облучения (из-за меньшей скорости удаления носителей заряда) позволили создать термостабильную изоляцию для разделения полосковых микрогетеролазеров и полевых транзисторов с барьером Шоттки в интегральных схемах, изготовленных на основе GaAs и твердых растворов [35]. В середине 90-х годов радиационное регулирование концентрации носителей заряда впервые было предложено использовать не только для приборов СВЧ и оптоэлектроники, но и для высоковольтных силовых приборов на основе арсенида галлия [74]. В работе [74] исследовалась возможность устранения поверхностного пробоя высоковольтных диодов и тиристоров на основе GaAs, снижающего диапазон рабочих напряжений и надежность прибора, путем создания в периферийной части высоковольтных p-n-структур полуизолирующего слоя GaAs (рис. 10, a). Полуизолирующий GaAs создавался путем облучения протонами с энергией 5 МэВ или электронами с энергией 1 МэВ.

Авторы не приводят конкретных режимов обработки, но указывают, что данный вид радиационного легирования позволяет практически полностью устранить поверхностный пробой и повысить рабочее напряжение в p-n-структурах с 800-900 до 1200-1300 В. Отмечается предпочтительность использования для указанных целей электронного облучения, так как при использовании протонов с энергиями в единицы МэВ в арсениде галлия протекают ядерные реакции, следствием чего является необходимость выдержки образцов в течение достаточно длительного времени для устранения индуцированной радиоактивности. Исследование конфигурации электриРис. 10. Высоковольтная p-n-структура на основе GaAs:

ческого поля в области пространственного заряда с a — условная схема облучения p+-p0-n+-структуры высокопомощью электрооптического эффекта в проходящем инвольтного диода без сформированного до облучения краевого фракрасном свете позволило обнаружить изгиб границы контура [74]; b — условная схема облучения p+-p0-n0-n+области пространственного заряда и резкое увеличение структуры высоковольтного дрейфового GaAs диода с резким толщины области пространственного заряда в перифевосстановлением, имеющей меза-подобный краевой контур;

c — вольт-амперные характеристики GaAs-диода до (1) и по- рийной части кристалла. Таким образом, устранение сле протонного облучения (2).

поверхностного пробоя авторы [74] объясняют созданием полуизолирующих областей на периферии образца при оптимизированных условиях облучения и значительным уменьшением напряженности поля на поверхности значительной мере отжечься и радиационные дефекты, структуры.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.