WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Ранее [14] в отношении образования радиационных Далее мы покажем, что в случае WBS такая оценка дефектов в WBS был развит подход, подобный меха- не совсем правильна. Известно, что WBS перспективны низму самокомпенсации проводимости. Согласно [14], не только для высокотемпературной электроники, но изменение типа проводимости под действием облучения и для ряда приборов, не предназначенных для работы характерно лишь для узкозонных полупроводников. В то при высоких температурах. Прежде всего это высокоже время проводимость WBS под действием облучения частотные приборы (диоды Шоттки, некоторые виды стремится к собственной. Действительно, такое предпо- полевых транзисторов), в структуру которых входит конложение соответствует эксперименту, если ограничить такт металл–полупроводник. Такой контакт, как правило, диапазон измерения Vd WBS комнатными температура- быстро деградирует с повышением температуры, незами. Если же учитывать температурную зависимость Vd, висимо от предельно возможных рабочих температур то вышеупомянутый подход справедлив только для собственно полупроводника. Если рабочие температуры 4H-SiC. Для 6H-SiC и, по-видимому, 3C-SiC [15] на- прибора не сильно превосходят 300 K, то для эффекблюдается увеличение значения ND - NA под действием тивности радиационного легирования SiC мы можем облучения.

использовать значения Vd, полученные при этой темТаким образом, измерения Vd для WBS только при пературе. Другим важным параметром эффективности комнатной температуре могут оказаться недостаточны- радиационного легирования является максимальное знами. С учетом того, что приборы на основе WBS в основ- чение удельного сопротивления (), которое может быть ном предназначены для работы при высоких температу- получено для различных полупроводников. Величину рах, такие исседования можно считать неполными. можно оценить по известной формуле =(enµ)-1, (7) 3. Радиационное легирование (компенсация) широкозонных где e — заряд электрона, n — концентрация электронов в зоне проводимости, µ — подвижность.

полупроводников Предположим при расчете, что в результате облуДругим важным аспектом исследования взаимодей- чения материала n-типа проводимости в середине заствия ионизирующего излучения с веществом является прещенной зоны образовался уровень РД акцепторной радиационное легирование. За счет радиационного ле- природы с энергией ионизации Ei =(1/2)Eg, при этом гирования в полупроводнике возможно формирование концентрация центров (NRD) превосходит суммарную локальных областей с высоким удельным сопротивле- концентрацию мелких доноров ND. Тогда величина n Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 1358 А.А. Лебедев, В.В. Козловский, Н.Б. Строкан, Д.В. Давыдов, А.М. Иванов, А.М. Стрельчук, Р. Якимова Таблица 4. Расчетное отношение максимального значе- равны. Низкая скорость термической ионизации R-ценния удельного сопротивления широкозонных полупроводников тра в SiC по сравнению с E-центром в Si должна обеск удельному сопротивлению кремния при 300 K печить лучшие характеристики по отношению к генерационному шуму в SiC-детекторах. Если мы перейдем Полупроводник /(Si) к остальным типам приборов, то здесь преимущества SiC становятся неоспоримыми. На порядок большее значеGaAs 2.4 · ние критического поля электрического пробоя Ecr озна6H-SiC 6.6 · чает, что для двух приборов с одинаковым значением 4H-SiC 3.5 · рабочего напряжения прибор на основе SiC может иметь на 2 порядка больший уровень легирования базовой области, чем прибор на основе Si. Следовательно, даже при может быть оценена по формуле [16] близких значениях скоростей введения компенсирующих NDNc Ei дефектов для компенсации SiC потребуется на 2 порядка n = exp -. (8) большая доза, чем в случае Si.

NRD - ND kT Результаты расчета отношения удельного сопротивления Таблица 5. Сравнение радиационной стойкости датчиков на некоторых полупроводников к величине удельного сооснове Si и 6H-SiC (протоны, 1 ГэВ) противления кремния представлены в табл. 4. Расчеты выполнены для температуры T = 300 K. Из табл. 4 видПараметр Si 6H-SiC но, что WBS имеют большие преимущества перед NBS при получении высокоомных слоев, что соответствует Максимальная скорость 0.20 0.выводам [14]. При этом полуизолирующие свойства введения ГЦ, см-слоев будут сохраняться и в области более высоких Время жизни электротемператур. Как показывают данные работы [10], сонов n и дырок p, нс n = 0.8 p = 2.противление 4H-SiC при T = 450 K равно максимально (D = 1015 см-2) p = 3.достигнутому значению для GaAs при комнатной темпеПостоянная времени E-центр R-центр ратуре ( 109 Ом · см).

генерации с наиболее (Ec - 0.44) эВ (Ec - 1.22 эВ) глубокого РД 1.2 · 10-6 c 1.2 · 106 c 4. Радиационная стойкость реальных Ecr, В/см 3 · 105 (2–3) · приборов Tmax 150C 1000C В60–70-е годы были проведены обширные исследова- Примечание. Tmax — максимальная рабочая температура.

ния, подтверждающие высокую радиационную стойкость светодиодов на основе SiC [17]. В настоящее время эти Кроме того, может быть дополнительное снижение данные в известной мере потеряли актуальность, потому скорости удаления носителей за счет того, что SiC — что в последние годы были получены высококачественматериал высокотемпературной электроники и облуные p-n-структуры на основе прямозонных WBS.

чаться будет при высоких температурах. При низких Получение чистых слоев SiC позволило перейти к изтемпературах облучения (для SiC это < 400-500 K) готовлению новой группы высоковольтных приборов, подвижность образующихся первичных РД мала, они не в том числе датчиков заряженных частиц [18,19]. Для рекомбинирует и не образуют комплексы — вторичные данного типа приборов сейчас получено достаточное коРД [20]. Подтверждением сказанному является и то, что личество информации о радиационной стойкости, в том облучение SiC практически не приводит к появлению числе в области больших доз облучения (табл. 5).

новых глубоких центров, а приводит лишь к увеличению Отметим, что детекторы ядерных частиц позволяют концентрации уже имевшихся в материале [10]. Как в наиболее жесткой и прямой форме провести сравнение было показано для других полупроводников [21], при порадиационной стойкости полупроводниковых материавышенных температурах происходит частичная рекомбилов, из которых они изготовлены. Детекторы наиболее нация образовавшихся первичных дефектов и Vd уменьчувствительны к целой совокупности свойств: к деградашается.

ции параметров переноса носителей и возникновению их неоднородностей, к стабильности во времени величины (и знака) объемного заряда примесей, к наличию глубо- 5. Заключение ких центров и скорости генерации носителей заряда при В ходе анализа радиационной стойкости широкозоних участии.

ных полупроводников по сравнению с узкозонными Как видно из табл. 5, по радиационной стойкости были использованы два фактора.

SiC-датчики по крайней мере не уступает кремниевым.

Это следует из того, что времена жизни носителей Первый из них связан с особенностями структуры заряда в облученных полупроводниках приблизительно материала, которые приводят к различию в значениях Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Радиационная стойкость широкозонных полупроводников (на примере карбида кремния) энергии связи и пороговой энергии дефектообразова- [21] V.V. Kozlovski, L.F. Zakharenkov, T.I. Kolchenko, V.M. Lomako. Rad. Eff. Def. Sol., 138, 63 (1996).

ния Ed. Так, сопоставление с кремнием показало, что приборы на основе SiC должны обладать более высокой Редактор Л.В. Шаронова радиационной стойкостью. Это вытекает из больших величин Ed и критической напряженности поля лавинного Radiation hardness of the wide band gap пробоя.

semiconductors (silicon carbide as Второй фактор — иной масштаб температурного an example) диапазона работы приборов. Как следствие, оценку ра+ диационной стойкости WBS нельзя ограничить только A.A. Lebedev, V.V. Kozlovski, N.B. Strokan, измерениями при комнатной температуре из-за значи- D.V. Davydov, A.M. Ivanov, A.M. Strel’chuk, тельной температурной зависимости скорости удаления R. Yakimova носителей в WBS.

Ioffe Physicotechnical Institute Можно сделать вывод, что SiC (возможно, и другие Russian Academy of Sciences, WBS) является весьма перспективным материалом для 194021 St. Petersburg, Russia создания высокотемпературной и радиационно стойкой + St. Petersburg State Polytechnical University, электроники на его основе.

195251 St. Petersburg, Russia Linkping University, Работа выполнена при частичной поддержке гранта S-581 83 Linkping, Sweden Шведской академии наук (KVA).

Abstract

In the present paper results of investigations of radiation influence on silicon carbide (SiC) epitaxial layers and Список литературы devices are discussed. It has been shown that during investigation of wide band gap semiconductors (WBS) it is necessary to take [1] Физические процессы в облученных полупроводниках, под ред. Л.С. Смирнова (Наука, 1972). into account the temperature dependence of the carrier removal [2] J.W. Corbett, J.C. Bourgein. In: Point Defect in Solids (N. Y., rate — a standard parameter for determination of the radiation London, Plenium Press, 1975) v. 2, p. 1.

hardness of semiconductors. Using data, obtained only at room [3] B.G. Svensson, A. Hallen, M.K. Linnarsson, A.Yu. Kuznetsov, temperature, one can get a wrong estimation of WBS radiation M.S. Janson, D. Aberg, J. Osterman, P.O.A. Persson, L. Uulthardness. It was concluded that on the one hand WBS can serve man, L. Storasta, F.U.C. Carlsson, J.P. Bergman, C. Jagadish, as radiation hard materials, while on the other hand they can have E. Morvan. Mater. Sci. Forum, 353–356, 549 (2001).

very high resistance at room temperature (compensation) after [4] A. Hallen, A. Henry, P. Pellegrino, B.G. Svensson, D. Aberg.

irradiation.

Mater. Sci. Eng., 61–62, 378 (1999).

[5] R.K. Nadella, M.A. Capano. Appl. Phys. Lett., 70, 886 (1997).

[6] G.C. Rybicki. J. Appl. Phys., 78, 2996 (1995).

[7] V. Nagesh, J.W. Farmer, R.F. Davis, H.S. Kong. Appl. Phys.

Lett., 50, 1138 (1987).

[8] J.McGarrity, F. McLean, M. Dealancey, J. Palmour, C. Carter, J. Edmond, R. Oakley. IEEE Trans. Nucl. Sci., 39, (1992).

[9] H. Itoh, M. Yashikawa, I. Nashiyama, S. Misawa, H. Okumura.

S. Yoshida. Springer Proc. Phys., 56, 143 (1992).

[10] A.A. Lebedev, A.I. Veinger, D.V. Davydov, V.V. Kozlovski, N.S. Savkina, A.M. Strelchuk. J. Appl. Phys., 88, 6265 (2000).

[11] В.С. Вавилов, Н.У. Исаев, Б.Н. Мукашев, А.В. Спицын.

ФТП, 6, 1041 (1972).

[12] Ю.В. Булгаков, Т.И. Коломенская. ФТП, 1, 422 (1967).

[13] В.В. Макаров. ФТТ, 13, 2357 (1971).

[14] В.Л. Винецкий, Л.С. Смирнов. ФТП, 5, 176 (1971).

[15] D.V. Davydov, A.A. Lebedev, A.S. Tregubova, V.V. Kozlovskii, A.N. Kuznetsov, E.V. Bogdanova. Mater. Sci. Forum, 338– 342, 221 (2000).

[16] Компенсированный кремний, под ред. Б.И. Болтакса (Л., Наука, 1972).

[17] W.J. Choyke. Inst. Phys. Conf. Ser., 31, 58 (1977).

[18] F.H. Ruddy, A.R. Dullo, J.G. Seidel, S. Seshadri, L.B. Rowland.

IEEE Trans. Nucl. Sci., 45, 536 (1998).

[19] A.А. Лебедев, Н.С. Савкина, А.М. Иванов, Н.Б. Строкан, Д.В. Давыдов. ФТП, 34, 249 (2000).

[20] H. Itoh, N. Haykawa. J. Appl. Phys., 66, 4529 (1989).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.