WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Проверка этого предположения требует определения плотности генерации дефектов одним ионом g. Ее можно оценить, опираясь на результаты баллистических расчетов, например на стандартную программу TRIM [12], однако точное определение значений g затруднено несколькими обстоятельствами. Во-первых, нам не известны данные о величине пороговой энергии смещения атомов в различных подрешетках, и, во-вторых, неизвестно, какие дефекты эффективно связываются с примесью. При проведении расчетов по TRIM (версия SRIM-2003.17) пороговые значения смещения атома принимались равными 25 эВ как для галлиевой, так и для азотной подрешетки. В последнем столбце таблицы Рис. 2. Поверхностное сопротивление одинаковых образцов для определенности приведено количество вакансий в GaN, облучаемых различными ионами [4] в зависимости от азотной подрешетке GaN. Эти значения использовались полного количества атомных смещений.

при построении зависимостей Rs (g ), представленных на рис. 2 (экспериментальные данные взяты из [4] и приведены на рис. 3).

Хорошо видно, что в отличие от исходных зависимостей Rs( ), которые сдвинуты друг относительно друга для разных ионов на 2 порядка по дозам (рис. 3), кривые для ионов лития, углерода и кислорода совпадают в пределах ошибки измерений, а кривая для протонов сдвинута относительно них только в 1.5 раза.

Заметим, что как это совпадение, так и значение сдвига не изменяются, если за g принять плотность генерации смещений не в азотной, а в галлиевой подсистеме. Сдвиг может возникать по нескольким причинам, например из-за грубости приближений нашей модели, ограничений программы TRIM для протонов, зависимости выхода пар Френкеля за пределы каскада от его плотности и т. д.

Рис. 3. Экспериментальные [4] (символы) и расчетные зависиЭто требует дальнейшего анализа. Однако, несмотря мости поверхностного сопротивления GaN от дозы облучения на указанное отклонение, в целом можно сказать, что различными ионами с учетом (пунктир) и без учета (сплошные линии) изменения подвижности. еще одно предположение модели удовлетворительно подтверждается экспериментом.

облучении GaN другими ионами (Li, C, O) поверхност3.2. Зависимость пороговой дозы ная концентрация носителей изменяется с ростом дозы возникновения изоляции от начальной сходным образом, обнаруживая те же два характерных концентрации носителей и количества участка, но кривые сдвигаются в сторону меньших доз атомных смещений на 1–2 порядка. Итак, предположение о линейности изменения логарифма обратной величины поверхност- Анализ изменения сопротивления с ростом дозы ной концентрации носителей при малых и больших ионов показал, что существует пороговая доза облучедозах облучения подтверждается экспериментальными ния, т. е. доза, при которой в образце под действием th данными. бомбардировки создается концентрация уровней захвата, близкая к начальной концентрации свободных носитеЕсли рассматривать в рамках модели изменение солей, а кривая Rs( ) выходит на насыщение. Зависимость противления образцов при их облучении различными пороговой дозы от начальной концентрации носителей ионами, то из уравнений (2), (5) и (6) следует, что концентрация комплексов дефект–легирующая примесь nd в GaN, легированном кремнием, [4] имеет линейный характер ( ni). В то же время пороговая доза оказыи, следовательно, концентрация носителей nc определя- th вается обратно пропорциональной количеству атомных ются произведением g, которое представляет собой смещений, производимых ионным пучком ( g-1).

полную концентрацию дефектов, созданных в слое за th время облучения. Тогда зависимости сопротивления для В рамках нашей модели концентрация носителей nth, идентичных образцов, облучаемых различными ионами, соответствующая пороговой дозe облучения, может Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Модель электрической изоляции GaN и ZnO при бомбардировке легкими ионами -быть получена из уравнения (6) Ns ( ) =eµ( )Rs( ). Прямых экспериментальных данных нет, поэтому мы использовали результаты изохрон nth = ni(1 - nd )/ni th ного отжига GaN, облученного протонами с энергией 0.6 МэВ до дозы 2 · 1014 cм-2 [5]. На основе этих данных = ni exp[ ni] exp[- g ], (7) th была оценена корреляция подвижности и поверхностного сопротивления, что позволило определить Ns ( ) причем это выражение описывает пороговую концентраи, следовательно, параметры уравнения (2). С испольцию для различных материалов, различных начальных зованием полученной оценки µ(Rs ) и выражения (4) концентраций носителей ni и облучения различными не сложно также получить зависимость подвижности ионами. Из (7) следует от концентрации комплексов µ(nd), которая использовалась при расчете Rs( ) из решений уравнения (2).

= ni + ln(ni/nth) ( g)-1. (8) th Безусловно, данная оценка подвижности весьма груба, поскольку при одном и том же значении поверхностного Принимая во внимание приведенные в таблице знасопротивления концентрация и свойства рассеивающих чения = 4.29 · 10-17 cм-3 и nth = 6.55 · 109 см-3 и центров (определяющих значение подвижности) в образni = 0.3-5.6 · 1018 см-3, соответствующие облучению це при его облучении и при изохронном отжиге могут GaN ионами углерода [4], нетрудно убедиться, что отразличаться. В то же время отклонения в величине клонение от линейности составит менее одного проценподвижности не должны сильно сказаться на виде зата. Таким образом, оба наблюдаемых экспериментально висимости Rs ( ), поскольку изменение поверхностного факта удовлетворительно описываются уравнением (8) сопротивления в результате облучения оказывается на и nig-1.

th несколько порядков выше изменения подвижности.

Основные результаты обработки экспериментальных 3.3. Изменение поверхностного сопротивления данных сведены в таблицу. Первый набор строк в с ростом дозы ней содержит значения расчетных параметров, полученных для случая облучения одинаковых образцов GaN Большой интерес представляет применение нашей различными ионами с учетом изменения подвижности модели к описанию собственно зависимости поверхностносителей с ростом дозы. Во втором наборе — те ного сопротивления от дозы облучения. Получить ее же параметры для тех же комбинаций ион–мишень, можно используя уравнение (2), из которого вытекает но при постоянной подвижности, численно равной поизменение концентрации комплексов дефект–примесь движности носителей в исходных образцах. Из таблицы nd( ) с ростом дозы, и уравнения (3) и (4), связывающие видно, что в первом случае параметр оказывается эту концентрацию с концентрацией носителей и поверхпрактически постоянной величиной. Этого и следованостным сопротивлением. Однако прежде необходимо ло ожидать, поскольку данный параметр характеризует определить константы квазихимических реакций (, ), эффективность взаимодействия простейших дефектов с а также среднее количество дефектов, генерируемых легирующей примесью и их исчезновения на ненасыодним ионом на единичную длину пробега g, являющаемых стоках, которые, очевидно, должны совпадать щиеся параметрами уравнения (2). Константы входят во в серии экспериментов с использованием одинаковых все промежуточные уравнения в виде произведения, образцов, вырезанных из одной пластины. Отказ от поэтому их можно рассматривать как один параметр.

учета зависимости подвижности от дозы облучения Среднее количество дефектов g требует определения приводит к небольшому росту разброса параметров.

на основе экспериментальных данных по причинам, Отметим, что полученная для протонов в [9] величина рассмотренным выше (3.1).

= 7.405 · 10-17 см3 отличается от значения, привеОба параметра можно найти, используя любые два денного в таблице для случая переменной подвижности, из следующих соотношений: 1) в соответствии с (5), приблизительно в 2 раза, однако она получена для в пределе малых доз зависимость логарифма обратной образцов из другой серии. Средние плотности генерации концентрации носителей ln(n-1) от дозы является прядефектов каждым ионом g, полученные из TRIM и c мой линией, коэффициент наклона которой определяиз экспериментальных кривых обратной поверхностной ется как kS = g(1 + ni); 2) аналогично в пределе концентрации носителей, достаточно близки, что также больших доз из (6) коэффициент наклона прямолинейно- говорит в пользу предлагаемой модели.

го участка той же кривой равен kL = g; 3) доза, при На рис. 3 представлены экспериментальные зависимокоторой пересекаются определяемые выражениями (5) сти Rs ( ) и зависимости, полученные с учетом изменеи (6) прямые, будет равна =(1 + ni)/ g.

I ния подвижности с дозой облучения и в предположении, Для того чтобы получить зависимость поверхностной что подвижность постоянна и равна исходной. Видно, концентрации носителей от дозы Ns( ) из имеющейся что учет µ( ) дает лучшее согласие с экспериментом экспериментальной зависимости поверхностного сопро- и для самых легких ионов расчетные и экспериментальтивления Rs( ), надо знать, как с ростом дозы изме- ные кривые практически совпадают. Увеличение массы няется подвижность, поскольку в соответствии с (4) иона приводит к отличиям хода экспериментальных 5 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1220 А.И. Титов, П.А. Карасев, С.О. Кучеев и расчетных кривых в области перехода от малых атомы Si, как это делалось в [13], то кинетика изоляции доз к большим. Природа такого отличия требует до- за счет ионного облучения должна была бы существенно полнительного анализа. Возможно, что это связано с отличаться от экспериментальных данных [4,5]. Такое ростом плотности генерации дефектов при увеличении различие в результатах в принципе может быть связано массы иона. Действительно, в [5] увеличение плотности с тем, что даже в пленках GaN высокого качества, генерации дефектов при увеличении плотности потока выращенных с помощью MOCVD, всегда присутствуют ионов F (а не g) сопровождалось изменением хода атомы ненамеренно введенных примесей, таких как Н, Rs( ) при достаточно больших значениях F. Это значит, С и О, с концентрациями, превышающими 1016 см-3 [1], что в систему уравнений (2) должны были бы входить что осложняет интерпретацию результатов. Таким обранелинейные члены. Для простоты рассмотрения в [9] и зом, в настоящий момент нельзя говорить о том, что расв настоящей работе подобные нелинейные процессы не сматриваемая здесь модель противоречит результатам учитывались и модель должна быть более адекватной работы [13], и требуются дополнительные исследования, реальности для достаточно легких ионов и малых плотчтобы понять особенности поведения дефектов в GaN ностей ионного тока.

при малых уровнях повреждения.

Кроме того, на рис. 3 показано, что учет изменения подвижности с дозой не очень сильно сказывается на ходе расчетных зависимостей Rs( ). Этот факт позво4. Сравнение с экспериментом ляет рассчитывать на удовлетворительное описание задля ZnO висимостей поверхностного сопротивления от дозы для тех материалов, для которых нет данных об изменении Зависимость поверхностного сопротивления оксида подвижности.

цинка, облучаемого ионами Li, O, Si, от дозы облучения Недавно появиласть интересная работа [13], посвяимеет вид, очень похожий на рассмотренные выше крищенная холловским измерениям номинально не левые для нитрида галлия, с выраженными прямолинейгированных пленок n-GaN, выращенных с помощью ными областями в полулогарифмическом масштабе при MOCVD, подвергнутых облучению электронами с энермалых и больших дозах и выходом на насыщение при гией 0.9 МэВ при комнатной температуре со сравнительочень высоких дозах [10,11]. В данных работах описана но низкими дозами, когда уровень повреждения GaN был кинетика возникновения изоляции в выращенных по мал по сравнению с обсуждаемыми выше случаями [4,5].

методу МВЕ эпитаксиальных ненамеренно легированВ ней было обнаружено снижение концентрации и поных образцах n-ZnO толщиной 0.6 мкм, выращенных на движности электронов в зоне проводимости при низких сапфировой подложке. Образец был разрезан на одитемпературах измерения, в то время как при комнатной наковые резисторы размером 3.5 3.5 мм. Начальная температуре эти параметры не изменялись. Введенные поверхностная концентрация носителей в резисторах радиационные дефекты в этом случае были нестабильны составляла Nc 1017 см-3, эффективная холловская попри T > 200Cи при T = 400C полностью отжигались.

движность µ 80 cм2B-1c-1, поверхностное сопротивБазируясь на своих данных, авторы [13] пришли к ление Rs 1кОм/. Полученные идентичные резистовыводу, что атомы Si, предположительно ненамеренно ры облучались при комнатной температуре ионами, тип введенные при MOCVD-процессе, не взаимодействуют и энергия которых приведены в таблице; плотность с дефектами, созданными электронным пучком, что, каионного тока составляла 1.0-1.9 · 1011 см-2c-1. Энерзалось бы, противоречит рассматриваемой здесь модели гия ионов выбиралась таким образом, чтобы максимум для ионно-индуцированной изоляции n-GaN.

смещений атомов лежал далеко в сапфировой подложке.

Однако необходимо заметить, что экспериментальные Поверхностное сопротивление измерялось in situ посусловия и поведение дефектов в моделируемых нами ле каждого шага по дозе. Поскольку данные условия экспериментах [4,5] существенно отличаются от такооблучения ZnO удовлетворяют приближениям модели, вых в [13]. Действительно, концентрация электронов в интересно применить ее для описания электрической исходных образцах была на 1–2 порядка больше, чем изоляции еще в одном широкозонном полупроводнике.

в [13], и соответственно отличалось положение уровня Несмотря на то, что природа донорной примеси в ZnO Ферми. При комнатной температуре измерения в рабодо сих пор окончательно не выяснена, все основные растах [4,5], где n-GaN был специально легирован кремнисуждения модели о дефектах, ответственных за создание ем, электропроводность изменялась, причем ее уменьглубоких уровней, остаются прежними. А именно — шение доходило до 10 порядков, подвижность падала появление этих глубоких уровней вызвано присоедипо крайней мере на порядок и дефекты, ответственные нением к легирующему неподвижному дефекту (чужеза компенсацию доноров, полностью отжигались только родному атому или собственному дефекту кристалла) при T > 600C даже для сравнительно низких доз. Если подвижного точечного дефекта, рожденного внедряемым предположить, что компенсация донорных уровней атоионом.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.