WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

(17) kln[(n -d )/ ] З (17) випливає, що температура дисоціації прагне до 0 при наближенні кількості місць в атмосфері до кількості домішкових атомів (2 n). Але саме у цій області застосування розподілу Больцмана дає найбільшу похибку, оскільки при низьких температурах має спостерігатися помітне виродження.

На рис. 2 показано температурні залежності ступеня заповнення позицій в атмосфері, розраховані із застосуванням як статистики Фермі, так і статистики Больцмана. В обох випадках для близьких значень n та d дисоціація домішкової атмосфери починається при істотно нижчих температурах, ніж це мало б бути згідно з (15). Проте переважна частка атомів домішки залишається в атмосфері і при температурах, що значно перевищують критичну, яка визначається за формулою (17). Для аналітичної оцінки температури дисоціації в області n ~ d необхідно домовитися вважати атмосферу насиченою, якщо частка зайнятих у ній позицій перевищує певне значення (), або, для малих концентрацій, якщо частка зв’язаних в атмосфері атомів домішки перевищую певне значення (). В останньому випадку більш коректно було б говорити про температуру виродження, а не температуру дисоціації.

4 3 2 0,0,0,400 500 600 700 Т, К Рис. 2. Температурна залежність частки зайнятих місць в атмосфері при Еb = 1 еВ, = 5·1022, d = 1·1014, n = 1·1015 (1,3) та n = 1,1·1014 (2,4). Розрахунок здійснено із застосуванням статистик Больцмана (1,2) та Фермі (3,4).

Згідно з таким підходом у разі n > d будемо вважати атмосферу насиченою, якщо кількість розташованих у ній домішкових атомів n2 ·d (0 < < 1). Ця умова виконується [71] при температурах Eсв T T* =.

(18) k ln n - d n2/hd Складні системи і процеси № 1- 2, Температура дисоціації, що визначається виразом (18), залишається достатньо високою (рис. 3) навіть при n = d для = 0,9 – 0,999.

Формування насиченої атмосфери є можливим, якщо кількість доступних для домішкових атомів місць в атмосферах не перевищує загальної кількості атомів домішки. Якщо ця умова не виконується, наприклад у високочистих деформованих кристалах, атмосфера залишається ненасиченою за будь-яких температур, але кількість атомів домішки, що знаходяться поза нею при низьких температурах, буде малою. У цьому разі атмосфера не буде помітно впливати на рух дислокацій, але буде визначати термодинамічні властивості та рухливість атомів домішки, а також впливати на властивості кристалу, що визначаються об’ємною концентрацією домішки, яка утворює атмосферу.

4 Т, К Eb, еВ Рис. 3. Залежність температури дисоціації домішкової атмосфери від енергії зв’язку домішок з дислокаціями ( = 5·1022, d = 1·1014, n = 1·1014 (1, 2), 5·1014 (3,4)). Розрахунок за формулами 18 (1, 3: = 0,99) та 15 (2, 4).

При малих концентраціях домішки (n < d) ступені заповнення позицій усіх типів є малими за будь-якої температури, тому застосування статистик Больцмана й Фермі має давати одні й ті самі результати. Розв’язуючи систему:

n1 = 1 exp(- / kT) n = d exp((-Есв - ) / kT) (19) d n = n1 + nd отримуємо [71], що для n < d температура дисоціації (виродження), нижче якої nd = n (< 1) атомів домішки зв’язані в атмосфері дефекту, дорівнює Eb Td =.

(20) kln (1-)d Тобто для заданого вона залежить лише від частки позицій, що розташовані поблизу дислокацій. З наближенням кількості атомів домішки до кількості доступних для них позицій в атмосфері необхідно застосовувати статистику Фермі. У цьому разі з (16) отримуємо:

Складні системи і процеси № 1- 2, Eb n + exp - = d, (21) 1- kT звідки Eb Td =.

(22) kln (1-)(d -n) На рис. 4 наведено температурні залежності частки атомів домішки в атмосфері, розраховані для d > n. У цьому разі також спостерігається істотне зменшення температури дисоціації (виродження) при d n.

1 2 0,0,0,T, K 400 500 600 700 800 Рис. 4. Температурна залежність частки домішкових атомів, що знаходяться в атмосфері при d = 1·1014, n = 1·1014 (1,2), 9·1013 (3), 1·1013 (4), 1·1012 (5). Інші параметри відповідають рис. 2. Розрахунок здійснено із застосуванням статистик Больцмана (2–5) та Ферми (1).

На рис. 5 наведено залежність температури дисоціації (виродження) від кількості позицій в атмосфері за постійної концентрації домішки n = 1·1014 см–3. При малих значеннях d температура дисоціації наближається до величини, яка визначається виразом (15). В області d n спостерігається ризьке зменшення температури дисоціації, як це і випливає з виразів (18, 22).

Нами було здійснено оцінювання значень енергій зв’язку кисню, азоту та вуглецю з дислокаціями у монокристалах кремнію. Як вихідні застосовували експериментальні залежності [72] швидкості переміщення 60-градусных дислокацій від величини напруження зсуву, отримані при температурах 875 – 1000 К і напруженнях 2 – 30 МПа на кристалах, що містили 1,5·1017 – 9,0·1017 см–3 кисню (1 група), близько 1·1017 см–3 вуглецю (2 група) або близько 5·1015 см–3 азоту (3 група). Для порівняння у цієї роботі було досліджено також високочисті монокристали, отримані безтигельною зонною плавкою. Як температуру дисоціації домішкової атмосфери ми брали температуру, за якої вказані вище залежності для кристалів, що містили кисень, вуглець та азот, починали помітно відхилятися від таких самих залежностей для високочистих кристалів. Для кристалів першої групи з концентрацією кисню близько 7,5·1017 см–3 ці відхилення зменшуються із зростанням темпера n2/n Складні системи і процеси № 1- 2, тури, але залишаються значущими в усьому дослідженому діапазоні температур. У всіх зразках відхилення зменшуються із зростанням напруження зсуву і зникають при одному й тому самому значенні 20 МПа. Щільність дислокацій у [72] не вказана, але, враховуючи умови проведення експериментів та отримання зразків, правомірно вважати, що умова d << N у даному разі виконується і температуру дисоціації атмосфери можна розрахувати за формулою (15). У кристалах, що містять вуглець або азот, в усьому дослідженому діапазоні температур відхилення від високочистих кристалів є відсутніми. Це дає можливість отримати верхні оцінки енергій зв’язку з дислокаціями: Есв 0,99 еВ для вуглецю і Есв 1,2 еВ для азоту. Для кристалів з підвищеним вмістом кисню при температурі 920 К відхилення від високочистих кристалів спостерігаються за концентрацій понад 2,5·1017 см–3. При нижчих значеннях концентрації залежність швидкості руху дислокацій від напруження зсуву є такою самою, як і у високочистих кристалах. Це дає можливість отримати для енергії зв’язку атомів кисню з 60-градусною дислокацією у кремнії оцінку Есв 0,97 еВ, яка є близькою до одержаної у [73] величини ентальпії захоплення кисню в областях з високою щільністю дислокацій, яка дорівнює 0,95 еВ.

lg (hd) 12 13 14 Рис. 5. Залежність температури дисоціації (виродження) домішкової атмосфери від кількості позицій в атмосфері. Енергія зв’язку домішки з дислокацією: 0,5 еВ (1), 1,0 еВ (2), 1,5 еВ (3), 2,0 еВ (4).

Висновки 1. Сучасні технології одержання монокристалів напівпровідникового кремнію забезпечують можливість вирощування умовно бездислокаційних кристалів, але при цьому такі кристали містять щільні дислокаційні петлі (мікродефекти), а при наступних технологічних обробках відбувається утворення дислокацій, східців зсуву та інших дефектів дислокаційної природи, які істотно впливають на електрофізичні властивості готових приладів.

Тому проблема вивчення механізмів утворення, фізичних властивостей дислокацій та їх взаємодії з домішками залишається актуальною.

2. Проведений аналіз даних про взаємодію домішок з дислокаціями вказує на недостатність та суперечливість наявних теоретичних та експериментальних даних, яка значною мірою пов’язана із великим різноманіттям типів дислокацій та наборів взаємодіючих з ними домішок у реальних кристалах кремнію.

3. Температури дисоціації домішкових атмосфер на дислокаціях істотно залежать від співвідношення кількості домішкових атомів та кількості місць для них поблизу дислока Температура дисоціації, K Складні системи і процеси № 1- 2, цій, що необхідно враховувати при розробці технологій отримання та високотемпературних обробок слабколегованих кристалів і тонких монокристалічних шарів кремнію.

Література 1. Салли И.В., Фалькевич Э.С. Производство полупроводникового кремния. – М.: Металлургия, 1970. – 156 с.

2. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков.

– М.: Металлургия, 1988. – 574 с.

3. Нашельский А.Я. Технология полупроводниковых материалов. – М.: Металлургия, 1987. – 336 с.

4. Технология СБИС: В 2 кн. Кн. 1. Пер. с англ. / Под ред. С. Зи. – М.: Мир, 1986. – с.

5. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттахов Э.А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур. – М.: Радио и связь, 1982. – 240 с.

6. Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. Структурные дефекты в эпитаксиальных слоях полупроводников. – М.: Металлургия, 1985. – 160 с.

7. Федорова Т.Ф., Панасенко А.Г., Усков В.А. Структурные напряжения несоответствия в системе подложка – толстый эпитаксиальный слой // Известия АН СССР. Неорганические материалы. – 1987. – Т. 23, № 1. – С. 8 – 11.

8. Свойства полупроводниковых структур, сформированных на эпитаксиальных слоях Si:Ge / Борщенский В.В., Бринкевич Д.И., Петров В.В. и др. // Тезисы докладов 8-го координационного совещания по исследованию и применению твердых растворов кремний – германий, Ташкент, ноябрь 1991. – Ташкент: ФАН, 1991. – С. 19.

9. Палатник Л.С., Сорокин В.К. Материаловедение в микроэлектронике. – М.: Энергия, 1977. – 280 с.

10. Деформация автоэпитаксиальных слоев кремния, полученных методом жидкофазной эпитаксии / Захарова Т.А., Кунакина О.Н., Крюков В.Л. и др. // Электронная техника.

Сер. Материалы. – 1990. – N 1. – С. 53 – 56.

11. Исследование развития внутренних напряжений в кремниевых монокристаллических подложках при изготовлении кремниевых структур с диэлектрической изоляцией / Макара В.А., Новиков Н.Н., Шевченко В.Н. и др. // Диэлектрики и полупроводники. – Киев: Вища школа, 1980. – Вып. 18. – С. 76 – 84.

12. Salih A.S.M., Ryu J.S., Rozgony G.A. Extrinsic Gettering via Epitaxial Misfit Dislocations: Electrical Characterization // Journal of Electrochemical Society, 1986. – V. 133, N3. – P. 475 – 478.

13. Сорокин Л.М., Мосина Г.Н. Особенности распада твердого раствора кислорода в кремнии // Легированные полупроводники. – М.: Наука, 1975. – С. 96 – 99.

14. Базылева И.В., Булаев И.Ю. Дефектообразование в процессе получения кремниевых обращенных эпитаксиальных структур // Компоненты и материалы электронной техники. – Киев: УМК ВО, 1989. – С. 13 – 17.

15. Получение кремниевых обращенных эпитаксиальных структур с малодислокационным рабочим слоем / Галкин П.Н., Головко О.П., Токарев В.П., Бахрушин В.Е. // Цветные металлы. – 1992. – № 7. – С. 48 – 49.

16. Механизм образования линий сдвига в кремниевых эпитаксиальных структурах / Головко О.П., Базылева И.В., Токарев В.П., Галкин П.Н. // Диэлектрики и полупроводники. – Вып. 37. – Киев: Лыбидь, 1990. – С. 21 – 23.

17. Дефектообразование в процессе получения новых кремниевых композиций / Бахрушин В.Е., Базылева И.В., Булаев И.Ю. и др. // Электронная техника. Сер. Материалы, 1992.– Вып. 2–3.– С. 61–63.

18. Структурные превращения в кремнии в твердом состоянии / Таран Ю.Н., Куцова В.З., Узлов К.И. и др. // ДАН УССР. – 1987. – № 7, С. 81 – 83.

Складні системи і процеси № 1- 2, 19. Структурные превращения при нагреве монокристаллов кремния / Глазов В.М., Кольцов В.Б., Тимошина Г.Г. и др. // Тезисы докладов I Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных монокристаллов кремния. – М.: МИСиС, 1996. – С. 45.

20. Влияние термообработки на электрофизические свойства кремния / Глазов В.М., Кольцов В.Б., Тимошина Г.Г. и др. // Тезисы докладов I Всероссийской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных монокристаллов кремния. – М.: МИСиС, 1996. – С. 46.

21. Влияние легирования на структуру и свойства полупроводникового кремния / Таран Ю.Н., Куцова В.З., Узлов К.И. и др. // Тезисы докладов II Российской конференции по материаловедению и физико-химическим основам технологий получения легированных монокристаллов кремния. – М.: МИСиС, 2000.– С. 110 – 111.

22. Бахрушин В.Е. Получение и физические свойства слаболегированных слоев многослойных композиций. – Запорожье: ГУ "ЗИГМУ", 2001. – 247 с.

23. Литовченко В.Г., Шаповалов В.П. Исследование процессов геттерирования в кремнии // Микроэлектроника. – 1988. – Т. 17, № 4. – С. 305 – 312.

24. Влияние собственных точечных дефектов на формирование структурных дефектов и оптически активных центров при отжиге кремния, имплантированного эрбием и диспрозием / Соболев Н.А., Шек Е.И., Емельянов А.М. и др. // ФТП. – 1999. – Т. 33, № 6. – С. – 659.

25. Дефектообразование при росте кремниевых многослойных эпитаксиальных композиций / Галкин П.Н., Головко О.П., Токарев В.П. и др. // Цветные металлы, 1990. – № 12. – С. 74 – 76.

26. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. – М.: Мир, 1984. – 475 с.

27. Шпейзман В.В. О движении дислокаций в монокристаллах кремния при комнатной температуре // Известия АН СССР. Сер. Физическая. – 1987. – Т. 51, N 4. – С. 768 – 773.

28. Gottschalk H., Alexander H., Dietz V. The Fine Structure of Dislocations in Silicon // Microsc. Semicond. Mater. 1987: Proc. Inst. Phys. Conf., Oxford, 6 – 8 Apr., 1987. – Bristol, Philadelphia, 1987. – P. 339 – 347.

29. Корбетт Дж., Бургуэн Ж. Дефектообразование в полупроводниках // В кн.

Точечные дефекты в твердых телах. – М.: Мир, 1979. – С. 9 – 162.

30. Heggie M., Jones R. Atomic Structure of Dislocations and Kinks in Silicon // Microsc.

Semicond. Mater. 1987: Proc. Inst. Phys. Conf., Oxford, 6 – 8 Apr., 1987. – Bristol, Philadelphia, 1987. – P. 367 – 374.

31. Динамические свойства дислокаций в термообработанных при низких температурах пластинах кремния / М.В. Меженный, М.Г. Мильвидский, В.Ф. Павлов, В.Я. Резник // ФТТ. – 2001. – Т. 43, № 1. – С. 47 – 50.

32. Постников В.С. Состояние и перспективы развития акустической спектроскопии // Внутреннее трение и тонкое строение металлов и неорганических материалов / Под ред.

Ф.Н. Тавадзе. – М.: Наука, 1985. – С. 5 – 19.

33. Дрожжин А.И., Антипов С.А. Дислокационные максимумы внутреннего трения в нитевидных кристаллах кремния // Релаксационные явления в твердых телах: Тезисы докладов школы-семинара. – Воронеж: ВПИ, 1993. – С. 4.

34. Капустин Ю.А. К природе высокотемпературного внутреннего трения в пластически деформированном монокристаллическом кремнии // Релаксационные явления в твердых телах: Тезисы докладов школы-семинара. – Воронеж: ВПИ, 1993. – С. 13.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |



© 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.