WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 12 УДК 621.315.592 Немонотонные изменения концентрации радиационных дефектов донорного и акцепторного типов в кремнии, индуцируемые потоками -частиц малой интенсивности © М.В. Бадылевич+, И.В. Блохин+, Ю.И. Головин, А.А. Дмитриевский ¶, С.В. Карцев, Н.Ю. Сучкова, М.Ю. Толотаев + Институт физики твердого тела Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Россия Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, 392622 Тамбов Россия (Получена 11 января 2006 г. Принята к печати 6 апреля 2006 г.) Методом нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней исследована зависимость концентрации радиационных дефектов донорного и акцепторного типов от времени облучения потоками -частиц малой интенсивности (I 9 · 105 см-2 · с-1). Обнаружены немонотонные изменения концентраций дефектов Ci, Ci-Cs и (или) V -O для кристаллов n-типа проводимости, а также V -B, Ci-Oi и (или) V2-O-C для кристаллов p-типа.

PACS: 61.72.Ji, 61.72.Ss, 61.80.Fe 1. Введение информации о кинетике изменения концентрации (N) указанных дефектов. В связи с этим цель настоящей К настоящему времени структура большинства элек- работы заключалась в исследовании изменений контрически активных радиационных дефектов (РД) полу- центраций электрически активных дефектов в условиях проводников надежно установлена [1]. Описаны модели -облучения малой интенсивности.

квазихимических реакций, продуктами которых являются многокомпонентные комлексы вторичных РД [2].

В подавляющем большинстве исследований РД интен2. Методика эксперимента сивность облучения варьировалась в интервале от 1013 до 1018 см-2 · c-1. В таких условиях физические свойВ экспериментах исследовались бездислокационные ства, как правило, меняются монотонно с нарастанием монокристаллические образцы кремния, выращеннофлюенса. Обнаруженное в [3] немонотонное изменего методом Чохральского, (Cz -Si) n-типа, легированние микротвердости кремния, индуцируемое потоками ные фосфором (КЭФ-10), и p-типа, легированные бо-частиц малой интенсивности (I = 105 см-2 · с-1), не ром (КДБ-10). Они имели форму пластин с линейными удается объяснить, используя механизмы, описывающие размерами 1 4 7 мм. Поверхность с максимальной взаимодействие заряженных частиц с веществом при площадью совпадала с плоскостью (111). Для облучеумеренных и больших дозах облучения. В [4] было устания образцов использовался радиоактивный источник новлено, что процесс преобразования подсистемы РД Sr +90 Y с активностью A = 14.5 МБк. Средняя энергия кремния, индуцируемый -облучением малой интенсив- эмиттируемых электронов составляла 0.20 МэВ для Sr ности, является многостадийным. Методами изохрон- и 0.93 МэВ для Y. Интенсивность потока рассчитыного отжига образцов на разных стадиях облучения валась посредством компьютерного моделирования с и исследования скорости изменения микротвердости в учетом геометрии источника и образца и имела во зависимости от интенсивности облучения показано, что всех опытах значение I = 9 · 105 см-2 · c-1. Флюенс при первый из двух наблюдаемых пиков разупорядочения максимальной экспозиции образцов в поле -частиц не (на зависимости микротвердости от времени облучепревышал значения 5.6 · 1011 см-2. Облучение проводиния) связан с накоплением комплексов радиационных лось на воздухе при комнатной температуре. Для кондефектов, включающих две вакансии (V2-O2 и (или) троля состояния глубоких уровней измерялись спектры V2-O-C). За появление второго пика разупорядочеDLTS [5]. Для этого на поверхности (111) каждого ния отвечают комплексы радиационных дефектов V -O образца был сформирован диод Шоттки путем напыле(A-центры) и (или) Ci-Oi (индекс i обозначает межния слоя золота (для образцов n-типа) или алюминия узельное положение атома в кристаллической решет(для образцов p-типа) толщиной 2-3 мкм в вакууме не ке). Однако используемые в [3,4] подходы не дают хуже 10-5 мбар. Для снятия спектров DLTS образцы ¶ периодически извлекались из камеры, в которой происE-mail: dmitr2002@tsu.tmb.ru ходило облучение.

1 1410 М.В. Бадылевич, И.В. Блохин, Ю.И. Головин, А.А. Дмитриевский, С.В. Карцев, Н.Ю. Сучкова...

3. Экспериментальные результаты и их обсуждение Показано, что облучение потоками -частиц малой интенсивности (I = 9 · 105 см-2 · c-1) индуцирует преобразования подсистемы электрически активных радиационных дефектов (РД). Радиационно-стимулированное изменение спектров DLTS образцов n- и p-типа проводимости представлено на рис. 1, a и b соответственно.

Видно, что при облучении образцов n-типа проводимости изменяется концентрация акцепторых комплексов с энергиями Ec - 0.11 эВ, Ec - 0.13 эВ и Ec - 0.18 эВ (рис. 1, a). Облучение образцов p-типа проводимости приводит к изменению концентрации донорных комплексов с энергией Ev + 0.43 эВ, а также к появлению РД с энергетическими уровнями Ev + 0.24 эВ, Ev + 0.36 эВ и Ev + 0.53 эВ (рис. 1, b). Обнаружено, что изменения концентрации описанных РД (как акцепторного, так и донорного типов), индуцируемые -облучением, (I = 9 · 105 см-2 · с-1), немонотонны во времени (рис. 2, a, b).

Дефекты с энергетическими уровнями Ec - 0.11 эВ и Ec - 0.18 эВ можно идентифицировать как межузельный углерод Ci и A-центр и (или) комплекс Ci-Cs соответственно [6] (индекс s обозначает положение атома в узле кристаллической решетки). Акцепторный уровень Ec - 0.13 эВ обычно связывают с межузельным бором [7], парой Fe-Al [8] или водородсодержащим Рис. 2. Зависимость изменения концентрации N радиационных дефектов акцепторного типа (a), донорного типа (b) и микротвердости кремния H (c) от времени -облучения tirr с интенсивностьюI = 9 · 105 см-2 · с-1. a: 1 — (Ec - 0.11 эВ), 2 — (Ec - 0.13 эВ), 3 — (Ec - 0.18 эВ). b: 1 — (Ev + 0.43 эВ), 2 — (Ev + 0.24 эВ), 3 — (Ev + 0.36 эВ), 4 — (Ev + 0.53 эВ).

комплексом в облученном протонами кремнии [9]. Используемые в работе образцы (КЭФ-10) и тип облучения исключают возможность появления указанных радиациРис. 1. Спектры DLTS кремния n- (a) и p-типа (b).

онных дефектов в достаточном для их регистрации коa: 1 —исходные, 2 —после -облучения с интенсивностью личестве. В связи с этим авторы затрудняются надежно I = 9 · 105 см-2 · с-1 в течение 22 ч. b: показано разложение спектра 2 на составляющие. идентифицировать уровень Ec - 0.13 эВ.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Немонотонные изменения концентрации радиационных дефектов донорного и акцепторного... Энергетический уровень Ev + 0.24 эВ можно отожде- 4. Заключение ствить с межузельным атомом алюминия или с парой Таким образом, обнаружено немонотонное изменение Ali-Als [6]. Появление дефектов этого типа могло явконцентрации ряда РД донорного и акцепторного типов, ляться результатом радиационно-стимулированной дифиндуцируемое -облучением малой интенсивности. Пофузии атомов алюминия с поверхности образца (диказано, что концентрация электрически активных РД и од Шоттки для образцов p-типа формировался напылемикротвердость кремния изменяются противофазно.

нием алюминия). Это явление, на наш взгляд, является лишь методической особеностью эксперимента. На этом Авторы выражают благодарность Ю.Л. Иунину за основании при рассмотрении процесса преобразования предоставленные образцы.

подсистемы структурных дефектов, индуцируемого обРабота выполнена при финансовой поддержке РФФИ лучением малой интенсивности, появление комплексов, (грант № 05-02-17730), а также программы ФЦНТП включающих атомы алюминия, учитывать не следует.

(проект РИ-111/001/064).

Комплексы с энергетическими уровнями Ev + 0.43 эВ и Ev + 0.36 эВ можно идентифицировать как V -B [6,10] и Ci-Oi [7] и (или) V2-O-C [10] соответственно.

Список литературы Глубокий уровень с энергией Ev + 0.53 эВ связывают [8] [1] В.С. Вавилов, В.Ф. Киселев, Б.Н. Мукашев. Дефекты с межузельным атомом железа (в зарядовом состояв кремнии и на его поверхности (М., Наука 1990).

нии 0/+). Наличие в исследуемых образцах приме[2] B.G. Svensson, J.L. Lindstrom. J. Appl. Phys., 72, си железа в достаточном (для регистрации спектров (1992).

DLTS) количестве маловероятно. Авторы затрудняются [3] Ю.И. Головин, А.А. Дмитриевский, И.А. Пушнин, надежно идентифицировать наблюдаемые РД с энергией Н.Ю. Сучкова. ФТТ, 46, 1790 (2004).

Ev + 0.53 эВ.

[4] Ю.И. Головин, А.А. Дмитриевский, Н.Ю. Сучкова. ФТТ, Из рис. 2 видно, что зависимости концентраций РД N 48, 262 (2006).

от времени облучения tirr немонотонны и, кроме того, [5] D.V. Lang. J. Appl. Phys., 45, 3023 (1974).

[6] В.С. Вавилов, Н.П. Кекелидзе, Л.С. Смирнов. Действие синфазны. Особый интерес вызывает тот факт, что излучений на полупроводники (М., Наука, 1998).

уменьшение концентраций описанных выше РД не со[7] B.G. Svensson. EMIS Datareviews. Ser. № 20 (1998) p. 763.

провождается появлением (увеличением концентрации) [8] A.A. Istratov, H. Hieslmair, E.R. Weber. Appl. Phys. A, 69, других типов электрически активных дефектов. Одним 13 (1999).

из возможных объяснений этого феномена, на наш [9] K. Irmscher, H. Klose, L. Maass. J. Phys. C, 17, 6317 (1984).

взгляд, может являться существование элеткрически [10] Т.А. Пагава. ФТП, 38, 665 (2004).

неактивных радиационных дефектов, концентрация кото[11] Ю.И. Головин, А.А. Дмитриевский, Н.Ю. Сучкова, рых под действием облучения изменяется в противофазе М.В. Бадылевич. ФТТ, 47, 1237 (2005).

с концентрацией РД, наблюдаемых методом DLTS.

Редактор Л.В. Шаронова Настоящий эксперимент был поставлен таким образом, что параметры облучения и тип образцов были Nonmonotonic changes of radiation аналогичны использованным в [11]. Это позволяет проdefects concentrations of donor водить сравнение зависимостей концентрации электриand acceptor types in silicium induced чески активных РД и микротвердости кремния (H) от времени облучения tirr (рис. 2). Увеличение концен- by a low-intensity beta-irradiation трации РД с энергетическими уровнями Ec - 0.11 эВ, M.V. Badylevich, I.V. Blokhin, Yu.I. Golovin, Ec - 0.18 эВ, Ev + 0.43 эВ, Ev + 0.36 эВ сопровождается A.A. Dmitrievskii, S.V. Kartsev, N.Yu. Suchkova, разупорядочением кремния, последующее уменьшение M.Yu. Tolotaev концентрации указанных РД — промежуточным восстановлением микротвердости к исходному значению. Дли- Institute of Solid State Physics, тельность облучения, при которой наблюдается макси- Russian Academy of Sciences, 142432 Chernogolovka, Russia мальная концентрация РД с энергетическими уровнями G.R. Derzhavin Tambov State University, Ec - 0.11 эВ, Ec - 0.18 эВ, Ev + 0.43 эВ, Ev + 0.53 эВ, соответствует повторному пику разупорядочения (мини- 392622 Tambov, Russia муму микротвердости).

Abstract

The dependence of concentrations of radiation-induНеобходимо отметить, что концентрация РД с энергетическим уровнем Ev + 0.36 эВ, который мож- ced donor and acceptor types of defects on the duration of a low-intensity (I 9 105 cm-2s-1) beta-irradiation is studied но идентифицировать как V2-O-C, имеет максимум by method of deep level transient spectroscopy (DLTS). Nonmonoв интервале времен облучения от 10 до 40 ч при tonic changes of concentration of defects Ci, Ci-Cs and/or V -O, I = 9 · 105 см-2 · с-1. Это подтверждает предположение and also V -B and Ci-Oi and/or V2-O-C for the crystals of nавторов [4] о связи первого пика разупорядочения с and p-types accordingly are found out.

комплексами РД, в состав которых входят 2 вакансии.

1 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.