WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ная в -облученном кристалле 4H-SiC при температуре 7 K При определении углов Эйлера лабораторная система для = 70, представленная в увеличенном масштабе. Пунккоординат ориентирована таким образом, что ее ось Z тиром показан симулированный спектр ЭПР, рассчитанный для (мы будем обозначать оси лабораторной системы коорвзаимодействия неспаренного электрона с 2 эквивалентными динат заглавными буквами) параллельна оси c кристал- атомами Si (величина сверхтонкого взаимодействия 1.23 мТл) ла, ось X перпендикулряна оси Z и лежит в плоскости и 9 эквивалентными атомами Si (0.32 мТл).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Парамагнитные дефекты в -облученных кристаллах карбида кремния на рис. 2 для линии 327.5 мТл при = 70 и показана быстро охлаждался до низкой температуры, при которой в увеличенном масштабе на рис. 5. Видна хорошо наблюдалась максимальная интенсивность исследуемого разрешенная внешняя пара компонент с расщеплени- сигнала ЭПР (1, 2 или 3) и измерялся спектр ЭПР.

ем 1.2 мТл и более интенсивная слабо разрешенная па- Затем процесс повторялся для более высокой темперара сателлитов с меньшим расщеплением 0.3мТл. Наи- туры отжига. Было обнаружено, что центры 1, 2 и более вероятно, что дополнительная структура обуслов- имеют одинаковое поведение при отжиге: интенсивность лена СТ взаимодействием с ядрами кремния Si (в при- сигнала ЭПР резко уменьшается с ростом температуры родном кремнии имеется 4.7% изотопа Si с ядерным и сигнал необратимо исчезает после отжига при темпеспином I = 1/2, концентрация же изотопа C, имеюще- ратуре 160C. Эта температура соответствует отжигу го такой же ядерный спин I = 1/2, в природном углероде радиационных дефектов в SiC, образующихся в углеродзначительно меньше и составляет только 1.1%). Из ной подрешетке, типа одиночных вакансий углерода [2].

соотношения интенсивностей центральной линии и дополнительных компонент можно получить информацию 4. Обсуждение результатов о природе СТ структуры. Внешняя пара СТ компонент с большим расщеплением появляется, по-видимому, изПолитипы 4H-SiC и 6H-SiC имеют общую гексагоза взаимодействия с одним или двумя эквивалентными нальную симметрию с осью симметрии c. Каждый атомами кремния. Можно предположить, что сателлиатом Si окружен четырьмя атомами C и наоборот.

ты с меньшим расщеплением возникают из-за взаимоПри рассмотрении вторых координационных сфер узлов действия неспаренного электрона дефекта с большим в 4H-SiC можно выделить 2 неэквивалентные позиции числом эквивалентных атомов кремния, находящихся в в решетке: квази-кубическую (k) и гексагональную (h).

более удаленной координационной сфере. Мы провели Для k-позиции двенадцать атомов во второй координацисимуляцию спектра ЭПР, полагая, что СТ структура с онной сфере расположены как в кубической структуре большим расщеплением обусловлена взаимодействием с цинковой обманки (zink blend). Для h-позиций они одним и двумя эквивалентными атомами кремния, а СТ расположены как в гексагональной вюрцитной (wurzite) структура с меньшим расщеплением — последовательно структуре. Эти положения равномерно распределены мес 6-12 эквивалентными атомами кремния. На рис. жду углеродной и кремниевой подрешетками. В 6H-SiC пунктирной линией представлен результат симуляции таких неэквивалентных позиций три — две квазикусигнала ЭПР для взаимодействия с двумя эквивалентбические (k1 и k2) и гексагональная (h). В спекными атомами кремния с константой СТ структуры, трах ЭПР -облученных кристаллов как 4H-SiC, так и равной 1.23 мТл, и девятью эквивалентными атомами 6H - SiC были обнаружены по одному типу центров кремния со СТ расщеплением, равным 0.32 мТл. Видно, 1, 2 и 3. Как видно из таблицы, параметры спектров что результат симуляции удовлетворительно объясняет ЭПР этих центров практически совпадают в кристаллах наблюдаемый сигнал ЭПР, однако следует отметить, 4H- и 6H-SiC. Наиболее важное различие этих центров что соответствие между симуляцией и экспериментом заключается в том, что низкотемпературные центры можно улучшить, если рассматривать взаимодействия характеризуются практически аксиальной симметрией с несколькими удаленными неэквивалентными сферами относительно локальной оси z, ориентированной прикремния и углерода. Мы не приводим результаты таких мерно вдоль одного из направлений связи Si–C, не расчетов, поскольку экспериментальных данных явно несовпадающей с осью c, тогда как высокотемпературные достаточно для выбора правильной комбинации атомов центры 2 и 3 имеют более низкую симметрию, хотя кремния и углерода. Можно лишь предположить, что направление вдоль указанных связей также достаточно сравнительно большое взаимодействие с двумя эквисильно выражено. Очевидны большие отклонения веливалентными атомами кремния (1.23 мТл) поддерживает чины gz от величины g-фактора свободного электрона точку зрения о том, что дефект находится в подрешетке для обоих центров, при этом величина максимального углерода. Эти 2 атома кремния могут находиться на g-фактора gz уменьшается при переходе в ряду от связях C–Si, расположенных вне плоскости {1120}, в до 3.

которой осуществляется вращение магнитного поля и в которой лежит локальная ось z рассматриваемого цен- В предположении, что параметры сигналов ЭПР должны отличаться для дефектов, образующихся в разных тра. Таким образом, взаимодействие с атомом кремния, позициях решетки SiC, мы должны выбрать одно из двух расположенным вдоль локальной оси z, может быть возможных объяснений.

существенно больше, однако нам не удалось обнаружить эту структуру из-за низкой интенсивности сигнала ЭПР Первое естественное объяснение заключается в том, в ориентации B z. что центры 1, 2 и 3 соответствуют разным положеНами были проведены исследования изохронного от- ниям дефекта в кристалле: имеются в виду позиции k и h жига центров 1 и 2 в кристаллах 4H- и 6H-SiC. в 4H-SiC и позиции k1, k2 и h в 6H-SiC. Поскольку в криКристалл быстро нагревался до определенной темпера- сталле 4H-SiC, в котором имеются только 2 различные туры выше комнатной, затем выдерживался при этой позиции в кристаллической решетке, наблюдаются спектемпературе в течение 10 мин. После этого кристалл тры ЭПР трех типов, следует исключить предположение, Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 1414 И.В. Ильин, Е.Н. Мохов, П.Г. Баранов что центры 1, 2 и 3 соответствуют разным позициям дефекты нестабильны при комнатной температуре [1] в решетке. и стабильными являются только комплексы, образуюТаким образом, можно предположить, что наблюда- щиеся при захвате первичных дефектов примесями или ются сигналы ЭПР только для одной позиции решет- другими дефектами, в SiC вакансии Si и C, по-видимому, ки, а центры 1, 2 и 3 соответствуют низкотемпе- стабильны при комнатной температуре и образование ратурному и высокотемпературным состояниям одного комплексов из вакансий проходит при более высоких и того же центра (например, с разными искажениями температурах. Тем не менее нам не известны какие-либо симметрии центра, вызванными эффектом Яна–Теллера). свидетельства того, что межузельные атомы кремния Sii Повышение температуры приводит к некоторой пере- и углерода Ci не могут двигаться при комнатной темпестройке структуры центра, при которой ориентации ратуре, при которой проводилось -облучение.

главных осей центра изменяются на несколько градусов Насколько нам известно, имеется только несколько и симметрия понижается, хотя общая анизотропия в работ, в которых кристаллы SiС облучались быстрывиде разности максимального и минимального значений ми электронами с энергиями вблизи порога смещения g-фактора уменьшается. Естественно предположить, что атомов основной решетки. В работе [19], в которой образование дефектов под действием -облучения рав- исследовались кристаллы 6H-SiC, подвергнутные облуновероятно для разных позиций в кристалле, поэтому чению электронами с энергией 400 кэВ, наблюдались две наличие спектра ЭПР только одного центра может быть новые безфононные линии люминесценции G1 и G2 с обусловлено относительным положением уровня этого энергиями 2.547 и 2.528 эВ соответственно. На одной из дефекта (для парамагнитного состояния) относительно них (G1) было обнаружено зеемановское расщепление в уровня Ферми. Следует подчеркнуть, что -облучение магнитном поле.

не привело к заметным изменениям в спектрах ЭПР В очень элегантных исследованиях, выполненных в уровней акцепторов Al и B (что существенно отличает - работе [10], обнаружены спектры ЭПР нескольких типов облучение от разрушительных облучений других типов, дефектов, в том числе френкелевских пар в подрешетке при которых, как правило, уровень Ферми замыкается Si в кристаллах 6H-SiC p-типа, подвергнутых облучению на радиационные дефекты), т. е., весьма вероятно, что электронами с энергиями 300–350 кэВ.

положение уровня Ферми практически не изменилось Нам не удалось зарегистрировать какие-либо известпосле -облучения. Таким образом, уровень обнаружен- ные сигналы ЭПР радиационных дефектов в -облученного дефекта близок к уровню Ферми кристаллов 4H- ных кристаллах. Однако из этого нельзя сделать однои 6H-SiC p-типа, активированных алюминием. значный вывод, что они не образуются под действием На данной стадии исследований возможны только -облучения, поскольку интенсивность этих спектров предварительные соображения о структуре центров 1, ЭПР может быть слишком мала, или парамагнитные 2 и 3. Хорошо известно, что -облучение приводит к состояния известных дефектов не видны из-за опредепоявлению вторичных быстрых электронов в кристалле ленного положения уровня Ферми.

и эти электроны создают дефекты в кристаллической ре- Разрушение центров 1, 2 и 3 при температушетке облученных образцов. В соответствии с энергией ре 160C свидетельствует о том, что эти дефекты использованных в настоящей работе -лучей (1.12 МэВ), скорее всего образуются в подрешетке углерода, что средняя энергия вторичных электронов невелика и соста- соответствует низким энергиям облучения, при которых вляет примерно 500 кэВ, т. е. порядка пороговой энергии более вероятно образование удаленных пар: вакансия образования дефектов в SiC. углерода VC и межузельный атом углерода Ci. ПоВ отличие от Si, где процесс образования дефектов скольку атомы Ci, вероятно, подвижны при комнатной при облучении хорошо изучен [1], в SiC этот процесс температуре, они могут захватываться примесями. Таким значительно сложнее из-за наличия двух подрешеток — образом, в результате могут образоваться VC в какомSi и C. Соответственно значительно больше и коли- либо зарядовом состоянии и комплексы с примесячество возможных собственных дефектов. Первичными ми. Основной примесью, присутствующей в кристаллах, дефектами, образующимися под действием облучения, является Al. Процесс образования комплексов с Al под являются френкелевские пары в подрешетках Si и C, воздействием ионизирующего излучения хорошо изучен т. е. вакансия кремния (VSi) – межузельный атом крем- в Si [20], где межузельный атом Si выбивает атом Al ния (Sii) и вакансия углерода (VC) – межузельный из узла решетки с образовнием парамагнитного центра, атом углерода (Ci). Естественно считать, что порог представляющего собой межузельный атом Al (подобные образования френкелевских пар в подрешетке Si выше по атомы наблюдались и для других элементов III группы).

сравнению с подрешеткой C из-за различия в массах этих Возможно также, при определенных условиях, образоатомов. Энергия образования близких френкелевских вание в Si парамагнитного комплекса из вакансии и пар в подрешетке C находится в пределах 100–150 кэВ элемента III группы [21]. Поскольку атом Al в SiC для подрешетки C и 220-300 кэВ для подрешетки занимает позицию Si при подобном процессе может Si [10]. При более высоких энергиях облучения должны образовываться сложный комплекс, включающий атом создаваться пространственно разделенные вакансии и углерода на месте кремния CSi или дефект перестановки межузельные атомы. В отличие от Si, где первичные (antisite) и межузельный Al.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Парамагнитные дефекты в -облученных кристаллах карбида кремния Сначала обсудим возможную связь спектров ЭПР, об- только косвенную роль, подобно той, что играет бор в наруженных в настоящей работе, с вакансиями углерода. комплексе бор–вакансия в Si [21], где СТ взаимодействия Сравним вакансию в кремнии VSi с вакансией углерода с примесью не наблюдалось. Исследованные спектры VC в SiC, поскольку в обоих случаях электроны нахо- ЭПР не исключают возможное вхождение в комплекс межузельного углерода или дефекта перестановки CSi, дятся на орбиталях кремния. В кремнии наблюдалось + поскольку СТ взаимодействие с одиночным атомом C 2 парамагнитных состояния вакансии VSi и VSi, в обоих при наблюдаемых интенсивностях сигналов ЭПР зареслучаях S = 1/2, g-фактор сильно анизотропны и имеют + гистрировать не представляется возможным из-за малой следующие величины для VSi : gz = 2.0151, gx = 2.0028, концентрации изотопа C.

gy = 2.0038; для VSi : gz = 2.0087, gx = gy = 1.9989 [1].

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.