WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 8 Влияние температуры облучения на эффективность введения мультивакансионных дефектов в кристаллах n-Si © Т.А. Пагава¶ Грузинский технический университет, 0175 Тбилиси, Грузия (Получена 13 июля 2005 г. Принята к печати 18 декабря 2005 г.) С целью изучения влияния температуры облучения Tirr на процесс дефектообразования исследовались монокристаллы n-Si. Исследуемые образцы облучались электронами с энергией 2 МэВ в интервале Tirr = 20-400C. Изохронный отжиг облученных кристаллов проводился в интервале 80-600C. Измерения проводились методом Холла в интервале 77-300 K. Показано, что эффективность введения радиационных дефектов с высокой термостабильностью (Tann 350C) достигает максимума при Tirr = 150C. Наблюдаемый эффект объясняется образованием мультивакансионных дефектов PV2 на базе ионизированных E-центров и неравновесных вакансий.

PACS: 71.55.Cn, 72.15.Gd, 61.80.-x, 61.72.Cc 1. Введение лорода в них (N0 = 2 · 1016 см-3) была установлена по измерению ИК-поглощения. Плотность ростовых дисВ процессе облучения в кристаллах Si образуются локаций, измеренная по ямкам травления, не превыпервичные радиационные дефекты (ПРД), которые явля- шала 104 см-2. Образцы, вырезанные в форме брусются носителями электрического заряда [1,2]. Вn-Si, ле- ков размером 1 3 10 мм с наибольшей гранью в гированном фосфором, неравновесные вакансии, вступая плоскости (111), облучались электронами с энергив квазихимическую реакцию с легирующими (фосфор) ей Eirr = 2 МэВ в интервале температур 20-400C.

или с фоновыми (кислород, углерод) примесями, а также Доза набиралась при интенсивности облучения между собой, образуют вторичные радиационные дефек- = 5 · 1012 см-2c-1. Изохронный отжиг облученных обты (ВРД). Эффективность введения ВРД (RD) зависит разцов проводили в интервале Tann = 80-600C. Темот концентрации и зарядового состояния вступающих пературы Tann и Tirr контролировались хромель-алюмев квазихимическую реакцию ПРД и примесных атомов.

левой термопарой. Исследования проводились методом В свою очередь зарядовое состояние компонентов ВРД Холла. Эдс Холла измерялась на постоянном токе в зависит от условий эксперимента (температура облуче- магнитном поле 10 кЭ, в интервале 77-300 K. Темния Tirr и интенсивность облучения) [3,4].

пература измерялась медь-константановой термопарой.

В работе [5] показано, что при больших дозах облуче- Концентрации A-, E-центров и дивакансий V2 (NA, NE ния или в процессе изохронного отжига (ИО) в кри- и NV ) измерялись по кривым зависимостей N(103/T ) сталлах n-Si образуются комплексы PV2, которые отжи- и N(Tann) [3,6]. Ошибка измерений этих величин не гаются в температурном интервале Tann = 400-500C. превышала 10%.

Они являются акцепторами с энергией ионизации В качестве примера на рис. 1 показаны изменения E = Ev + 0.34 эВ. По-видимому, образование этих де- концентрации электронов N от температуры после обфектов связано с изменением зарядового состояния лучения ( = 2 · 1014 см-2) при Tirr = 150C (кривая 2) E-центров и неравновесных вакансий.

и ИО при 350C (кривая 3) и 600C (кривая 4). После Изменение зарядового состояния радиационных де- отжига при Tann = 600C величина N полностью восстафектов (РД) происходит не только в процессе изохрон- навливается. Значения NA определяли при помощи завиного отжига, но и при изменении Tirr, что приводит к симости 2: NA = N300 - N77. NV = N при 300 K после изменению эффективности введения различных РД [2,6].

ИО в интервале 200-350C. По изменению N после В данной работе исследуется влияние Tirr на кинетику ИО при Tann = 600C можно судить о концентрации образования мультивакансионных, фосфорсодержащих РД, которые отжигаются при Tann 350C (например, дефектов в кристаллах n-Si. V2+O). N300 — концентрация электронов при T = 300 K, N77 —при 77 K.

2. Эксперимент 3. Результаты исследования и их Для исследования использовались монокристаллы обсуждение n-Si, полученные методом зонной плавки, с концентрацией электронов N = 6 · 1013 см-3. Концентрация кисНа рис. 2 приведены изменения эффективностей вве¶ дения дефектов: A-центров (A, кривая 1), дивакансий VE-mail: tpagava@gtu.edu.ge (V, кривая 2), E-центров (E, кривая 3) и сложных 920 Т.А. Пагава по реакции 100-150C E0 + V ------ (PV2)- - e. (1) По-видимому, определенная часть неравновесных вакансий, которые не были захвачены нейтральными E-центрами, расходуется на формирование A-центров [6].

На базе A-центров, по-видимому, образуются комплексы V2O по реакции 300 K A0 + V - (V2O)-. (2) -Комплексу V2O в запрещенной зоне соответствует уровень Ec - 0.5 ± 0.05 эВ [7]. При T = 300 K комплексы V2O и моновакансии заряжены отрицательно. В силу электростатического отталкивания продолжение реакции (2) с образованием комплекса V3O маловероятно [8].

Немонотонность зависимости V (Tirr) можно объясРис. 1. Температурные зависимости концентрации основных нить изменением зарядового состояния моновакансий в носителей тока в кристаллах n-Si, облученных электронами зависимости от Tirr. При низких температурах облучения с энергией Eirr = 2МэВ. 1 — до облучения, 2 — после (20-80C) по мере накопления E-центров и удаления облучения при 150C ( = 2 · 1014 см-2), 3 — после отжига при Tann = 350C, 4 — Tann = 600C. электронов из зоны проводимости — вплоть до Tirr = TE (TE — температура деионизации и диссоциации E-центров) доля нейтральных вакансий растет и пересыщение объема кристалла по вакансиям снимается образованием V2. При диссоциации E-центров доля отрицательных вакансий в объеме растет. В этой области Tirr эффективность образования дивакансий V проходит через минимум (рис. 2, кривая 2), видимо, благодаря электростатическому отталкиванию заряженных вакансий, которые все больше расходуются на образование A-центров.

Дальнейшее повышение Tirr смещает уровень Ферми к середине запрещенной зоны, начинается перезарядка - вакансий (V V + e), доля нейтральных вакансий растет и вновь увеличивается V. Этими процессами можно объяснить существование максимумов на кривых 1 и 4 на рис. 2, в области Tirr = 150C. При более высоких температурах (Tirr 150-300C) преобладает диссоциация V2, V2Oи A-центров или их преобразование Рис. 2. Зависимости эффективности введения дефектов от температуры облучения в кристаллах n-Si, облученных элек- в более стабильные комплексы по реакциям тронами с энергией Eirr = 2МэВ. 1 — A-центры (A), 2 —диV2O + O V2O2 (3) вакансии (V2), 3 — E-центры (E), 4 — дефекты с высокой термостабильностью (TSC).

и V2O + V V3O, (4) которые отжигаются при 410 и 470C соответственкомплексов с высокой термостабильностью (TSC, крино [7,9].

вая 4) в зависимости от Tirr. Как видно из рис. 2, при При Tirr = 400C E = A = 0 (рис. 2, кривые 1, 2).

Tirr = 150C E = 0, а кривые зависимостей TSC(Tirr) При этой же температуре и A(Tirr) проходят через максимум (кривые 4 и 1). Кривая 2 в области 100-150C проходит через минимум, а TSC = PV + V O + V O2 + V O = 0, 2 2 2 в интервале 170-400C монотонно уменьшается.

Уменьшение E при увеличении Tirr, по-видимому, несмотря на то что температура отжига этих комплексов связано с двумя процессами:

Tann 400C [5,7]. Это свидетельствует о том, что они 1) с диссоциацией комплекса (P + V ) на фрагменты образуются только на базе E- и A-центров соответственP+ и V, но по реакциям (1)–(4).

2) с превращением неотожженного нейтрального Таким образом, увеличение TSC в интервале E-центра в более сложный и термостойкий дефект PV2 Tirr = 20-150C связано с образованием комплексов PVФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние температуры облучения на эффективность введения мультивакансионных дефектов... на базе нейтральных E-центров, а уменьшение эффективности введения РД с высокой термостабильностью TSC в интервале 150-400C можно объяснить уменьшением E и A, на базе которых по реакциям (1)–(4) образуются термостойкие комплексы PV2, V2O, V2O2 и V3O, которые отжигаются при Tann 400C.

4. Заключение Проведенные исследования показали, что увеличение температуры облучения Si : P Tirr приводит к росту эффективности введения мультивакансионных фосфорили кислородсодержащих РД, что в свою очередь может привести к увеличению радиационной стойкости кристаллов n-Si, так как при образовании дефектов типа PV2, V2O, V2O2 и V3O расходуются в 2 или 3 раза больше неравновесных вакансий, чем при образовании E- или A-центров. Следует отметить, что образование комплекса PV2 происходит на базе нейтрального E-центра, а комплексы V2O, V2O2 и V3O образуются на базе A-центров.

Список литературы [1] Л.С. Милевский, В.С. Гарнык. ФТП, 13, 1369 (1979).

[2] Т.А. Пагава, З.В. Башелейшвили, В.С. Гарнык, Э.Р. Кутелия, Н.И. Майсурадзе. УФЖ, 48, 576 (2003).

[3] П.Ф. Лугаков, В.В. Лукьяница. ФТП, 20, 742 (1986).

[4] Т.А. Пагава, З.В. Башелейшвили. ФТП, 36, 1157 (2002).

[5] П.Ф. Лугаков, Т.А. Лукашевич. ФТП, 22, 2071 (1988).

[6] Т.А. Пагава. ФТП, 36, 1159 (2002).

[7] В.С. Вавилов, В.Ф. Киселев, Б.Н. Мукашев. Дефекты в кремнии и на его поверхности (М., Наука, 1990).

[8] Т.А. Пагава. ФТП, 39, 424 (2005).

[9] Ю.В. Помозов, М.Г. Соснин, Л.И. Хируненко, В.И. Яшник, Н.В. Абросимов, В. Шрёдер, М. Хёне. ФТП, 34 1030 (2000).

Редактор Т.А. Полянская The Influence of the irradiation temperature on efficiency of introducing multi-vacancy defects in n-Si crystals T.A. Pagava Georgian Technical University, 0175 Tbilisi, Georgia

Abstract

To study the influence of irradiation temperature Tirr on the defect formation, the n-Si single crystals has been investigated. Experimental specimens were irradiated by the electrons with energy of 2 MeV in an interval of Tirr = 20-400C.

The irradiated crystals were isochronously annealed in an interval of 80-600C. Hall measurements were carried out in an interval of 77-300 K. The efficiency of introducing thermally high stable (Tann 350C) defects has been shown to have the maximum at Tirr = 150C. The observed effect is explained by the formation of multi-vacancy defects PV2 from the ionizated E-centers and nonequilibrium vacancies.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.




© 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.