WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1 Влияние электронного (зарядового) состояния E-ловушек на эффективность их накопления в n-GaAs при облучении ¶ © В.Н. Брудный, В.В. Пешев Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова, 634050 Томск, Россия Томский политехнический университет, 634050 Томск, Россия (Получена 14 марта 2002 г. Принята к печати 24 апреля 2002 г.) При высокоэнергетическом радиационном воздействии в интервале 77-580 K выявлена сложная температурная зависимость эффективности накопления E-ловушек в нейтральной области и области пространственного заряда диодов Шоттки на основе n-GaAs при энергиях атомов отдачи, близких к пороговым энергиям образования радиационных дефектов. Количественно экспериментальные данные описаны в рамках модели метастабильной пары Френкеля, в которой учтены процессы аннигиляции, перезарядки и стабилизации пары Френкеля в материале в зависимости от электронного (зарядового) состояния ее компонент, определяемого положением уровня (квазиуровня) Ферми и температурой образца.

1. Введение Ферми за счет подачи обратного смещения как в процессе облучения структуры, так и при последующем отжиге Влияние электронного (зарядового) состояния радиаобразца. В отличие от выполненных ранее измерений ционных дефектов (РД) на процессы их образования и электропроводности, эффекта Холла такие исследования последующего отжига в полупроводниках давно привлепозволяют следить за судьбой конкретных РД.

кают внимание исследователей. Это обусловлено тем, что эффективности аннигиляции и миграции РД в кри2. Экспериментальная часть сталлической решетке полупроводника могут в сильной степени зависеть от зарядового состояния дефектов, Настоящая работа посвящена исследованию влияния что в свою очередь может определять как скорости электронного (зарядового) состояния так называемых их накопления в материале, так и типы доминирующих E-ловушек [2] на эффективность их накопления в n-GaAs при данных условиях облучения РД. Изменение уровня при облучении в широком температурном интервале.

легирования или типа проводимости материала, наличие нейтральных областей (НО) или областей простран- В настоящее время имеется обширный эксперименственного заряда (ОПЗ) в материале изменяют поло- тальный материал относительно параметров данных дежение уровня (квазиуровня) Ферми относительно уров- фектов, но все измерения выполнены только для НО полупроводниковых структур. В представленной работе ней радиационных дефектов, что может кардинальным образом отразиться не только на эффективности накоп- проводится сравнительное исследование эффективности накопления E-ловушек в НО и ОПЗ диодов Шоттки на ления дефектов, но и определять спектр радиационных основе n-GaAs при различных видах облучения.

нарушений материала. Первоначально для исследований этих эффектов использовали измерения интегральных Можно отметить, что еще в работе [3] было отмечено характеристик, таких как электропроводность, скорости влияние положения уровня Ферми на характеристики удаления свободных носителей в материалах с различ- отжига РД вблизи 500 K в облученном электронами ным уровнем исходного легирования или типа проводи- n-GaAs по измерениям электропроводности. Впоследмости. При этом исследования были выполнены главным ствии данные авторы в образцах n-GaAs, облученных образом на элементарных полупроводниках: Si, Ge, а быстрыми нейтронами, для данной стадии отжига выдедля этих материалов характерна высокая подвижность лили два типа РД, а именно: (1) дефекты, отжиг которых собственных дефектов решетки вблизи 300 K. Поэтому чувствителен к положению уровня Ферми в материале, основными РД для них являются комплексы собствен- и (2) дефекты, нечувствительные к этому фактору, что ных дефектов с химическими примесями, формирова- было приписано особенностям нейтронного облучения, ние которых обусловлено вторичными процессами де- в частности образованию скоплений РД [4]. Впоследфектообразования [1]. Развитие метода спектроскопии ствии методами DLTS было показано, что данная стадия глубоких уровней (deep level transient spectroscopy — соответствует отжигу E-ловушек, более того, на примеDLTS) открыло новые возможности для изучения эф- ре E3-ловушки были выявлены различия в термической фективности накопления и отжига РД на одном и том стабильности данного дефекта вблизи 500 K в НО и ОПЗ же материале путем изменения зарядового состояния диодов на основе n-GaAs [5]. Экспериментальные исследефекта с помощью вариации положения квазиуровня дования авторов настоящей работы впервые показали, ¶ что электронное состояние E-ловушек влияет не только E-mail: brudnyi@ic.tsu.ru Fax: (382)2423493 на эффективность их последующего отжига, но и на Влияние электронного (зарядового) состояния E-ловушек на эффективность их накопления в n-GaAs... Рис. 1. Низкотемпературная (a) и высокотемпературная (b) области спектров DLTS диодов Шоттки на основе n-GaAs, облученных гамма-квантами Co (T = 300 K, D = 6.5·1016 см-2) с приложением напряжения обратного смещения 9 В (1, 1 ) и без него (2, 2 ).

EL2 — ростовая ловушка.

скорость их накопления при гамма- и электронном разность скоростей введения дефектов в НО и ОПЗ не облучении [6]. может быть обусловлена электродиффузией E-ловушек В представленной работе на основе обобщения ре- в условиях проведенного эксперимента [8].

зультатов исследований авторов по эффективности накопления ловушек E3, E4 и E5 в НО и ОПЗ диодов Шот2.2. Модельные оценки тки на основе n-GaAs при радиационном воздействии в интервале температур 77-580 K показано, что наблюдаДля описания экспериментальных зависимостей эфемые особенности накопления РД могут быть численно фективности накопления E-ловушек в НО и ОПЗ диодов описаны в рамках метастабильной пары Френкеля.

использована модель метастабильной пары Френкеля (ФП) (вакансия — V и межузельный атом — I), в которой предполагалось, что при облучении полупро2.1. Методика эксперимента водника формируются ФП, вероятность аннигиляции или разделения которых определяется соотношением Для исследований использованы диодные структуры Au/Ti/n-GaAs (3 · 1015 см-3)/n+-GaAs (2 · 1018 см-3), ак- между соответствующими энергетическими барьерами тивная область которых была получена методом га- и величиной kT. Следует отметить, что такие модели зотранспортной эпитаксии в системе AsCl3. Облуче- были предложены на заре исследований радиационных эффектов для объяснения экспериментальных данных, ние диодов проводилось гамма-квантами на установке Co, электронами с энергиями 0.6-6.0 МэВ, протона- полученных в различных условиях облучения материала (температура образца, плотность потока облучеми 5, 10, 63 МэВ, дейтронами 12.4 МэВ, альфа-частицами ния, степень легирования материала) [9,10]. Подробный 22 МэВ и быстрыми нейтронами импульсного реактора обзор этих моделей и их применимости в различных (E 1МэВ) при нулевом обратном смещении (U = 0) и при подаче на облучаемый диод обратного смещения ве- полупроводниках дан в книге [11]. Многочисленные эксперименты показали, что из-за высокой подвижности личиной до 40 В. При прекращении облучения обратное смещение снималось и далее диоды поступали на изме- собственных дефектов в элементарных полупроводниках рение. При этом эксперименты выявили различие в эф- большое значение приобретают вторичные процессы дефектообразования, а именно формирование комплекфективности накопления E-ловушек в НО и ОПЗ диодов Шоттки в условиях изодозового облучения (рис. 1). По- сов РД с химическими примесями, а также кластеризации собственных дефектов, например формирование скольку имелись данные по электродиффузии некоторых ростовых дефектов в обратно смещенных поверхностно- дивакансии в Si. Поэтому модели метастабильных ФП барьерных структурах на основе n-GaAs [7], были из- использовались главным образом в случае низкотемпературных экспериментов.

мерены профили E-ловушек в диодах, облученных с обратным смещением различной величины. Кроме того, Возможность использования данных моделей приисследовано влияние приложенного внешнего смещения менительно к GaAs, в том числе и при температук облученным структурам на время, равное времени их рах облучения вблизи 300 K, основывается на следуюоблучения. Эти измерения показали, что наблюдаемая щих факторах: 1) эффективности накопления E-ловушек Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 24 В.Н. Брудный, В.В. Пешев Рис. 2. Зависимости отношения концентраций центров E3 в ОПЗ и НО от средней энергии атомов отдачи (a) и от среднего расстояния между компонентами ФП, приведенного к параметру решетки GaAs (b). Виды облучения: (a, b, c, d, e) — электроны с E(МэВ) — 0.33, 0.56, 1, 1.4, 6. (f, g, j) —протоны с E(МэВ) — 5, 10, 63. (h, k) — -частицы с E(МэВ) — 5.1, 22. (i) —дейтроны 12.4 МэВ. (l, m) —нейтроны с E(МэВ) —1, 7.

в НО диодов на основе n-GaAs близки к расчетным, Поскольку данные процессы зависят от пространа их энергетический спектр практически не зависит ственного разделения компонент ФП, было исследовано от температуры (4-300 K), при которой проводится распределение пар по среднему расстоянию между комоблучение, от примесного состава материала и способа понентами ( r ) в зависимости от средней энергии атоего выращивания [2]; 2) оцененная из эксперимента мов отдачи ( E ). Для этого учтено, что для заряженных величина энергии, выделяемой при отжиге одного РД частиц величина E Em ln(Em/Ed), а для нейтронного при температурах вблизи 500 K 8эВ [12], близка к облучения E (Em - Ed)/2, здесь Em —максимальная теоретическим оценкам величины запасенной энергии энергия атома отдачи, Ed — пороговая энергия смещена одну ФП [13,14] и величине пороговой энергии ния атома. Из выражения r =(1/r2N0) ln(E0/Ef ), где f образования E-ловушек 10 эВ [2]. Все это позволяет E0 — начальная энергия выбитого атома, r0 —радиус предположить, что наблюдаемые в n-GaAs E-ловушки соударения, Ef — значение энергии выбитого атома помогут быть отнесены к простейшим собственным дефек- сле прохождения им пути r [17], можно получить соотf там решетки. Более того, исследование ориентационных ношение для оценки среднего расстояния между компоэффектов при энергиях бомбардирующих электронов нентами ФП r (1/r2N0){ln[( E -Ed +EM)/EM +1]} 0.2-0.5МэВ [2] и независимость появления E-ловушек или r 0.5a{ln[( E -Ed + EM)/EM + 1]}, где EM — от состава твердого раствора Ga1-xAlxAs [15] позволили величина барьера для миграции дефекта в решетке, связать их с ФП типа VAs-IAs с различным расстоянием a — постоянная решетки. Эти оценки применительмежду компонентами пары [2].

но к ловушке E3 в GaAs (Ed 10 эВ и EM 1.5эВ, При численных оценках учитывалось, что образование a = 0.564 нм) позволили построить экспериментальные ФП проходит в несколько этапов: (1) формирование зависимости отношения скоростей введения ловушек Eпротопары в зарядовом состоянии (V, I+) за времена, в ОПЗ и НО диодов Шоттки как функции от E близкие времени взаимодействия высокоэнергетической и r /a (рис. 2). Из этих данных следует, что при частицы с атомом решетки (порядка 10-14 с) [16];

E (80-90) кэВ и для r /a > 2.5 скорости введения (2) протопара может рекомбинировать либо перейловушек E3 в ОПЗ и НО полностью выравниваются.

ти в стационарное зарядовое состояние за времена А при E < (80-90) кэВ ( r /a < 2.5) формируются -1 - eV,I + kV,I + eV,I + kV,I, определяемые усло- пары, для которых характерно различие в скоростях n p p n введения в НО и ОПЗ диода, причем это различие виями облучения: положением уровня (квазиуровня) Ферми относительно уровней дефектов, температурой тем больше, чем меньше r /a. Такие пары в дальобразца (здесь eV,I и kV,I — постоянные эмиссии захвата нейшем будем называть близкими парами. Поскольку np np электронов и дырок вакансией (V ) или межузельным при облучении гамма-квантами источника Co величина атомом (I) соответственно). Таким образом, концентра- E Ed ( 10 эВ) близка к пороговой энергии образоции ФП в различных зарядовых состояниях могут изме- вания E-ловушек в GaAs, основное количество протопар няться как за счет рекомбинации в процессе облучения, при гамма-облучении формируются как близкие пары, так и вследствие их перезарядки в стационарное зарядо- которые могут рекомбинировать или перезаряжаться в вое состояние путем захвата (или эмиссии) электронов стационарное зарядовое состояние в зависимости от (дырок) с возможностью последующей рекомбинации условий облучения. По мере увеличения энергии атомов пары. отдачи растет доля протопар с большим разделением, Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Влияние электронного (зарядового) состояния E-ловушек на эффективность их накопления в n-GaAs... вероятность рекомбинации которых уменьшается. Таким накопления ловушек E3, E4 и E5 в НО и ОПЗ в образом, изменяя энергию атомов отдачи и положе- диодах Шоттки на основе n-GaAs при радиационном ние уровня (квазиуровня) Ферми в НО и ОПЗ, мы воздействии.

тем самым имеем возможность изменить время жизни ФП в различных зарядовых состояниях в зависимости 2.3. Температурные исследования от температуры образца. В соответствии с данными рис. 2, b близкие ФП можно условно разделить на две Ловушка E3 (Ec - 0.38 эВ) группы: (1) пары с r /a < 1.25 ( 0.6нм), для которых Ловушка E3 — глубокий акцептор, предположительэффективность накопления в НО и ОПЗ существенно но VAs, которая формируется при облучении в резульразличаются; (2) пары с r /a > 1.25 (> 0.6нм), для тате одного акта смещения атома в подрешетке As [18].

которых такое различие менее существенно. Изложен- Параметры этого дефекта в НО хорошо изучены [2]. Поные выше соображения использованы при построении казано, что после электронного облучения (E = 1МэВ) диаграмм соответствующих реакций для НО и ОПЗ и отжиг E3-ловушки вблизи 500 K протекает более эффеквыбора параметров этих реакций.

Pages:     || 2 |



© 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.