WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |

введенные облучением при Tirr = 20C, так что сопроАналогичные полученным в работе [74] результаты тивление межэлементной изоляции СВЧ интегральных были достигнуты при протонном облучении силовых схем резко уменьшается и практически возвращается к импульсных диодов и динисторов на основе арсенида исходному значению. В 80-х годах предполагалось для галлия, краевой контур которых имел меза-подобную создания термостабильной изоляции перейти от испольформу (рис. 10, b). Облучение краевого контура тазования протонов (irradiation isolation) к использованию ких приборов протонами с энергией 3 МэВ и дозаболее тяжелых ионов (implantation isolation) (кислорода, ми 1012-1013 см-2 позволило устранить поверхностный фтора, неона и др.) [72,73]. Однако использование пробой высоковольтного p-n-перехода GaAs-структур и более тяжелых ионов имеет свои недостатки, в частности повысить напряжение лавинного пробоя от типичных резко ограничивается глубина радиационной обработки значений порядка 600-800 В до уровня > 1000 В. Исполупроводника. Сложности в применении протонного следование мест локализации первых микроплазм по Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами площади p-n-структур до и после протонного облуче- Френкеля [Sii-V] исчезает в результате взаимной анниния, выполненное в OBIC-режиме (optical beam induced гиляции, а разделившиеся компоненты пар в процессе current) на длине волны 0.63 мкм, показал, что ”низко- их миграции взаимодействуют друг с другом и с привольтный” пробой в необлученных структурах проис- месными атомами кристалла, создавая более сложные ходил в области краевого меза-контура p-n-перехода.

и стабильные вторичные радиационные дефекты [1,23].

Методом сканирующей лазерной микроскопии было по- Именно вторичные радиационные дефекты определяют казано, что протонное облучение краевого контура прив конечном счете многие свойства облученных кристалборов с применением специально созданных шаблонов лов кремния. Радиационные дефекты термически нестаиз молибдена (для защиты центральной части струкбильны и отжигаются при повышенных температурах.

тур от облучения) снижает величину электрического Тем не менее многие вторичные радиационные дефекты поля на поверхности краевого контура и перемещает стабильны в диапазоне температур работы кремниевых область локализации первых микроплазм с периферийприборов и используются для соответствующего упраной части прибора в их центральную необлученную вления свойствами кремния и параметрами приборов на часть. Обратные ветви вольт-амперных характеристик его основе. Термически стабильные вторичные радиатаких дрейфовых диодов с резким восстановлением на ционные дефекты и будут являться предметом нашего основе GaAs до и после протонного облучения покарассмотрения в данном разделе.

заны на рис. 10, c. Аналогичные результаты по устранению поверхностного пробоя высоковольтных p-nпереходов получены при облучении протонами сверхбы4.1.1. Уровни радиационных дефектов в кремстрых фотонно-инжекционных тиристоров и динисторов нии, облученном протонами и -частицами. Хона основе гетероструктур GaAs/AlGaAs.

рошо известно, что радиационные дефекты электрически Перспективы использования протонного облучения активны и создают энергетические уровни в запрещендля других оптоэлектронных приборов рассмотрены в ной зоне полупроводникового кристалла.

работах [3,75–79]. Отмечаются следующие направления:

В кремнии, являющемся непрямозонным полупро- ограничение рекомбинационной области в быстродейводником, радиационные дефекты определяют кинетиствующих светодиодах;

ку генерационно-рекомбинационных процессов. Поэтому - формирование полосковой геометрии в полупроводнив большинстве случаев практического использования ковых лазерах;

облучение протонами и -частицами применяется для - создание охранных колец в фотодиодах;

локального (по площади и глубине) регулирования вре- формирование оптических волноводов путем изменемени жизни носителей заряда в приборных полупрония за счет протонного облучения показателя преломлеводниковых структурах. Знание основных параметров ния материалов;

радиационных дефектов и их распределения в объеме - изготовление светодиодов с повышенной интенсивнокристалла является важным условием при выборе рестью и мощностью излучения, работающих на постожимов облучения для достижения требуемых характеянном и переменном токе при различных напряжениях ристик приборов. В связи с этим радиационные дефекты питания;

в кремнии, облученном легкими ионами, являются пред- изготовление многоэлементных монолитных оптичеметом многочисленных исследований.

ских средств вывода информации (линейки и матрицы Основными и наиболее значимыми в изменении светодиодов).

свойств облученного протонами и -частицами кремния оказываются радиационные дефекты, в структуру 4. Легирование кремния которых входят вакансии. К числу таких радиационных радиационными дефектами дефектов следует прежде всего отнести комплекс межузельный кислород Oi – вакансия V (A-центр), дивакан4.1. Радиационные дефекты в кремнии, сия (V -V) и комплекс фосфор в узле Ps – вакансия V облученном протонами и -частицами (E-центр) [1,23,81–87]. A-центр является доминирующим по концентрации радиационным дефектом в выраОблучение кремния протонами и -частицами прищенном по методу Чохральского кремнии, облученном водит к образованию в кристалле первичных точечных легкими ионами при дозах до 1013 см-2. Этому радиацирадиационных дефектов: вакансий V и связанных с нионному дефекту соответствует акцепторный уровень Eми межузельных атомов кремния Sii (пар Френкеля), в верхней половине запрещенной зоны, отстоящий от дна которые генерируются вдоль траектории пробега ионов зоны проводимости на 0.17 эВ. A-центр характеризув результате развития каскадов столкновений ионов с ется большими сечениями захвата электронов и дырок, атомами решетки кристалла. Образованные в результате определяя время жизни неравновесных носителей заряда облучения пары Френкеля являются метастабильными радиационными дефектами и обычно наблюдаются толь- в n-Si при высоком уровне инжекции [82,87-89]. Данный ко при низких температурах [80]. При температуре облу- дефект стабилен в диапазоне рабочих температур кремчения выше комнатной основная часть образованных пар ниевых приборов и имеет температуру отжига 350C.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 784 В.А. Козлов, В.В. Козловский Дивакансия является вторым по концентрации ра- межузельного атома кислорода и межузельного атома диационным дефектом в облученном легкими ионами углерода [Oi-Ci] [80,92]. Ряд авторов считают, что в кремнии при дозах облучения до 1013 см-2. При более структуру этого дефекта помимо углерода и кислорода высоких дозах облучения, когда накопление A-центров входит также вакансия [1,82,83], однако данное предуже лимитируется концентрацией растворенного кисло- положение не подкреплено какими-либо убедительнырода, дивакансия становится доминирующим по концен- ми аргументами. K-центру соответствует донорный уротрации радиационным дефектом [90]. Дивакансии со- вень H2 (Ev + 0.36 эВ) в нижней половине запрещенной ответствуют три энергетических уровня в запрещенной зоны кремния, имеющий сравнительно большое сечение зоне кремния. Два акцепторных уровня E2иE3 располо- захвата носителей заряда [89,91,93]. K-центры могут жены в верхней половине зоны, занимая соответственно определять величину времени жизни неравновесных ноположения ниже дна зоны проводимости Ec - 0.23 эВ сителей в кремнии p-типа проводимости [13], а также и Ec - 0.42 эВ. Донорный уровень дивакансии H1 оказывать сильное влияние на значение динамического занимает положение Ev + 0.19 эВ в нижней половине пробойного напряжения диодов, облученных протонами зоны. Дивакансия является эффективным рекомбина- или -частицами и работающих в реальных электричеционным центром в кремнии и отвечает за величину ских цепях на частотах 100 кГц [93].

времени жизни дырок при малом уровне инжекции в Близко к уровню A-центра в запрещенной зоне кремn-Si [82,87]. Кроме того, этот радиационный дефект ния имеется уровень еще одного радиационного деявляется основной ловушкой для свободных носителей фекта, представляющего собой комплекс из межузельзаряда и его накопление в кристалле приводит к увеличе- ного атома углерода Ci и атома углерода в узле нию удельного сопротивления облученного кремния [90, Cs [1,80,83,91,94,95]. Этот радиационный дефект обыч91]. Температура отжига дивакансий несколько ниже но наблюдается в кристаллах со сравнительно низкой температуры отжига A-центров и лежит в интервале концентрацией растворенного кислорода и высокой кон220-270C (в зависимости от соотношения концентра- центрацией Cs, когда основными ловушками для атомов ций примесей C и O в кремнии, условий его облучения Ci становятся сами атомы углерода Cs. Параметрами, и отжига). схожими с параметрами центра [Ci-Cs], обладает и деПомимо A-центров и дивакансий, являющихся домини- фект [Cs-Sii-Cs], наблюдаемый в облученном протонарующими радиационными дефектами, в ряде случаев на ми кремнии [96,97]. Общей особенностью радиационных свойства облученного кремния могут оказывать замет- дефектов [Ci-Cs] и [Cs-Si-Cs], в состав которых входят ное влияние и другие типы радиационных дефектов. Так, межузельные атомы кремния и атомы углерода в узлах, в облученном протонами и -частицами бестигельном является их малая термическая стабильность [94,95].

кремнии n-типа проводимости, легированном фосфором, В реальных приборах на основе Si эти дефекты отжисвободные вакансии эффективно захватываются атомами гают с целью стабилизации характеристик облученных фосфора, образуя E-центры. При этом сечение захвата приборов.

вакансии атомом фосфора в n-Si за счет кулоновского Перечисленные выше радиационные дефекты в облупритяжения примерно в 20 раз больше сечения ее ченном легкими ионами кремнии можно назвать ”собзахвата электрически неактивным межузельным кисло- ственными” точечными радиационными дефектами, т. е.

родом [92]. Поэтому в кристаллах кремния, в которых не имеющими в своем составе ионов водорода или гелия.

концентрация фосфора превышает уровень 5% от Эти радиационные дефекты образуются в кремнии и исходной концентрации кислорода, скорость образова- при других видах облучений, например, при облучения E-центров обычно превышает скорость образования нии электронами или -квантами. В случае протонного A-центров. E-центру соответствует акцепторный уровень облучения кремния помимо собственных радиационных E4, занимающий положение Ec - 0.44 эВ в верхней дефектов образуются также радиационные дефекты, в половине запрещенной зоны. В сильно легированных состав которых входят имплантируемые атомы водорофосфором кристаллах кремния с малым содержанием да. Водород является химически активным элементом кислорода этот радиационный дефект, а также более и взаимодействует с дефектами и примесным фоном сложные комплексы с участием фосфора могут являть- кристалла. Это взаимодействие может проявляться как в ся доминирующими, определяя динамику генерационно- пассивации электрически активных дефектов и примесей рекомбинационных процессов [88,92]. Так как E-центры в кремнии [85], так и в образовании новых электрически имеют сравнительно малую термическую стабильность в активных центров [8,81–85,87].

области температур работы кремниевых приборов, обыч- Радиационные дефекты с участием водорода исслено их удаляют после облучения приборных структур довались в облученном протонами кремнии методами путем термического отжига. Температура отжига этих емкостной спектроскопии. В кремнии, облученном центров составляет 150C. протонами с энергией 300 кэВ при комнатной темпераБолее термостабильным в сравнении с E-центром туре, авторы работы [83] обнаружили шесть в облученном кремнии с высокой концентрацией кис- уровней водородсодержащих радиационных дефектов лорода и углерода является K-центр. Этот точечный в запрещенной зоне кремния: Ec - 0.1эВ (EH1), радиационный дефект представляет собой комплекс из Ec - 0.13 эВ (EH2), Ec - 0.31 эВ (EH3), Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами Таблица 8. Основные параметры уровней радиационных дефектов в кремнии, облученном протонами и -частицами Обозначение Энергия Сечение захвата Сечение захвата Температура Идентификация дефекта уровня электронов n, 10-16 см2 дырок p, 10-13 см2 отжига Tann, C E1 Ec - (0.17 ± 0.005) эВ 100-400 ( 130) 1.5-10 ( 1) 350 ± 10 (O-V )0/-, A-центр E2 Ec - (0.23 ± 0.01) эВ 10-36 ( 2) 0.35-6 ( 0.5) 290 ± 10 (V -V )=/-, дивакансия E3 Ec - (0.42 ± 0.02) эВ 6-90 ( 10) 0.03-0.5 ( 0.08) 290 ± 15 (V -V )-/0, дивакансия E4 Ec - (0.44 ± 0.01) эВ 10-50 ( 30) 3 150 ± 10 (P-V )-/0, E-центр EH1 Ec - (0.10 ± 0.01) эВ 20 – – Водородсодержащий центр EH2 Ec - (0.13 ± 0.01) эВ 10 – 140 ± 20 Водородсодержащий центр EH3 Ec - (0.31 ± 0.01) эВ 4-30 0.07-0.3 330 ± 20 Водородсодержащий центр EH4 Ec - (0.41 ± 0.02) эВ 0.02-0.1 – – Водородсодержащий центр EH5 Ec - (0.45 ± 0.01) эВ 0.04-0.2 0.0004 – Водородсодержащий центр H1 Ev +(0.19 ± 0.02) эВ 400 0.002-0.02 290 ± 10 (V -V )0/+, дивакансия ( 0.01) H2 Ev +(0.36 ± 0.01) эВ 0.02-0.5 ( 0.1) 0.004-0.03 340 ± 15 (O-C)0/+, K-центр ( 0.01) HH1 Ev +(0.28 ± 0.01) эВ 0.2-4 0.004-0.03 330 ± 10 Водородсодержащий центр Ec - 0.41 эВ (EH4) и Ec - 0.45 эВ (EH5) в верхней имплантированного водорода и взаимодействие водорода половине зоны и уровень Ev + 0.28 эВ (HH1) в нижней с радиационными дефектами и примесными атомами половине зоны. При этом по результатам изохронного кристалла. Это взаимодействие приводит к образованию отжига этих радиационных дефектов было установлено, новых электрически активных дефектов, проявляющих что акцепторный уровень EH3 и донорный уровень HHсвойства мелких донорных центров. Структура и папринадлежат одному и тому же дефекту, концентрация раметры этих центров зависят от концентрации вододефектов такого типа превалирует над концентрациями рода, дозы облучения протонами, температуры отжига других водородсодержащих дефектов. Этот же водороди исходных свойств кристалла (содержания кислорода содержащий радиационный дефект, а также ловушечные и углерода). Так, в зависимости от режимов формироуровни EH4 и EH5 других водородсодержащих вания экспериментально наблюдалось образование раздефектов наблюдались в облученном протонами кремнии личных семейств водородсодержащих доноров с уровавторами работ [81,82,84,87]. Следует отметить, что нями: Ec - 0.026 эВ [8,86,98], Ec - 0.035 эВ [80,99], вопрос о структуре водородсодержащих дефектов в Ec - 0.043 эВ [80,100], Ec - 0.06 эВ и Ec - 0.1эВ [9,101].

кремнии остается на сегодняшний день открытым.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 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.