WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

тивно в НО по сравнению с ОПЗ диодов [5]. Авторами Для НО процессы накопления, перезарядки и отжига настоящего сообщения впервые было обнаружено, что РД выглядят следующим образом: эффективности накопления данной ловушки в НО и ОПЗ диодов Шоттки на основе n-GaAs при гамма-облучении источником Co существенно различаются [6]. При этом увеличение энергии атомов отдачи (облучение электронами с E > 6 МэВ, протонами, альфа-частицами, дейтронами, быстрыми нейтронами) приводит к выравниванию скоростей введения ловушек E3 в НО и ОПЗ диодов Шоттки [19], что предположительно обусловлено более сильным разделением между V и I при данных Здесь N1 и N2 — концентрации протопар типа (1) условиях облучения. Детальные исследования данного и (2) соответственно, 1 и 2 — скорости их генеявления в широком температурном интервале были рации, N10 и N20 — соответствующие концентрации выполнены для диодов, облученных гамма-квантами данных пар в стационарных зарядовых состояниях (1) Co [20]. Из результатов экспериментальных измерений и (2), k1 = n v 1 — скорость захвата электрона n и модельных расчетов, представленных на рис. 3 для на межузельный атом, n — концентрация электронов случая гамма-облучения, следует, что эффективность в зоне проводимости и v – их тепловая скорость, накопления ловушки E3 (и ловушки E2 для сравне1 — сечение захвата электронов межузельным атония) в НО не зависит от температуры, при которой мом. В соответствии с теорией отжига коррелированпроводилось облучение, для интервала 70-470 K. При ных пар учитывалось, что для близких пар в случае более высоких температурах эффективность накопления более высокой подвижности одного из компонентов, данных дефектов уменьшается, что связано с их отжигом предположительно межузельного атома, выполняются вблизи 500 K. Как следует из рис. 3, в ОПЗ температурсоотношения Ri(T ) = i exp(-Ei/kT ), где Ri(T ) — ная зависимость эффективности накопления ловушки Eпостоянная отжига, i — частотный фактор, Ei — барьер имеет сложный вид.

для рекомбинации. При этом учитывалось, что величина Для количественного описания полученных данных барьера зависит от электростатического взаимодействия использована модель, в которой учтено, что наблюдаемежду V и I.

мая из DLTS-измерений ловушка E3 принадлежит VAs, Аналогично для ОПЗ схема соответствующих реакций возмущенной присутствием IAs [2]. В НО исследуемого представлена диаграммой:

диода уровень Ферми лежит выше Ec-0.38 эВ, так что стационарное зарядовое состояние акцепторного уровня данной ловушки соответствует E3-, а в ОПЗ ниже, что соответствует состоянию E30. Относительно положения уровня IAs в GaAs надежных данных нет. Для нашей модели необходимо, чтобы это был глубокий донор в нижней половине запрещенной зоны.

Тогда на основе схемы реакций для НО можно лег Здесь N10 и N20 — концентрации пар (1) и (2) ко записать соответствующие кинетические уравнения, в стационарном зарядовом состоянии, eV = b · V · T решения которых для центров E3 для НО при условии n exp(-EV /kT) — скорость эмиссии электронов с уров- R10 = R20 имеют следующий вид:

ня ловушки EV в зону проводимости, V — сечение N1(T, t) =1 1 - exp[-(kI + R1)t] (kI + R1), (1) эмиссии, b = 2.28 · 1020 см-2с-1K-2 для GaAs.

n n На основе рассмотренных моделей были численно обработаны температурные зависимости эффективности N2(T, t) =2 1 - exp[-(kI + R2)t] (kI + R2), (2) n n Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 26 В.Н. Брудный, В.В. Пешев эффктивности накопления ловушки E3 в НО и ОПЗ в общем случае зависит от интенсивности облучения (при одинаковой концентрации введенных дефектов).

С уменьшением времени изодозового облучения расчетные кривые смещаются в область более высоких температур.

Качественно полученная зависимость эффективности накопления центра E3 в ОПЗ объясняется следующим образом. В низкотемпературной области T < 80 K пары типа (1) „заморожены“, так как время рекомбинации R(1/R1) > tirr = 1.5 · 105 с. В области температур 80 < T < 200 K пары N1 интенсивно рекомбинируют, что проявляется в уменьшении эффективности введения центров E3. Область температур 200 < T < 490 K определяется эмиссией электронов с уровня VAs в зону проводимости, что ведет к уменьшению плотности заряженРис. 3. Температурные зависимости концентрации центров ных пар N1 и росту концентрации нейтральных, более E3 (1, 2) и E2 (3, 4) в НО (1, 3) и ОПЗ (2, 4) при изодоз- стабильных пар N10. Вследствие этого эффективность ном облучении гамма-квантами Co (D = 1.4 · 1017 см-2, накопления центра E3 растет. Действительно, поскольку tirr = 1.5 · 105 с), символы — эксперимент, сплошные линии — с увеличением температуры облучения образца N1 0, расчет согласно уравнениям (1)–(8).

большая часть ФП должна исчезать с постоянными отжига R = R R = R2, что способcтвует „выжи10 20 ванию“ E3-ловушки в данной области температур. И наN10(T, t)=1kI [1- exp(-R10t)]/R10 + exp[-(kI + R1)t] конец, для T > 500 K центры E3 начинают эффективно n n отжигаться.

Аналогичный анализ может быть выполнен для описа- exp[-R10t] /(kI + R1 - R10) (kI + R1), (3) n n ния температурной зависимости эффективности накопN20(T, t)=2kI [1- exp(-R10t)]/R10 + exp[-(kI + R2)t] ления ловушки E3 в НО. Высокая скорость введения n n ловушки E3 и НО для области температур 77-500 K обусловлена тем, что время захвата электрона из зо- exp[-R10t] /(kI + R2 - R10) (kI + R2). (4) n n ны проводимости на центр E3 (время, необходимое Аналогично для ОПЗ могут быть записаны кинетичедля его перехода в стационарное зарядовое состояние) ские уравнения, которые при условии R = R R 10 20 меньше, чем постоянная времени рекомбинации пары = R2 имеют следующие решения:

через барьер E1. Из данных анализа также следует, что для известной стадии отжига вблизи 500 K в ОРЗ N1(T, t) =1 1 - exp[-(eV + R1)t] (eV + R1), (5) n n доля дефектов E3 с энергией активации отжига 1.75 эВ N2(T, t) =2 1 - exp[-(eV + R2)t] (eV + R2), (6) n n возрастает по сравнению с ловушками, отжигающимися с энергией активации отжига 1.55 эВ, что проявляется N10(T, t)=1eV [1 - exp(-R2t)]/R2 + exp[-(eV + R1)t] n n в соответствующем сдвиге кривых эффективности на копления ловушки E3 в высокотемпературную область - exp[-R2t] /(eV + R1 - R2) (kI + R1), (7) n n (рис. 3).

N20(T, t) =2eV [1 - exp(-R2t)]/Rn Ловушка E4 (Ec-0.76 эВ) Данную ловушку также связывают с дефектом в + exp[-(eV + R2)t] - exp[-R2t] /eV (eV + R2). (8) n n n подрешетке As, хотя она имеет ряд особенностей, а Подставив в полученные решения время облуче- именно, характеристики ее отжига отличны от отжига ния t = tirr = 1.5 · 105 с, можно получить расчетные за- других E-ловушек, пороговая энергия его образования висимости рис. 3 для E3-ловушки для случая бом- точно не определена, центр E4 не подвержен рекомбардировки гамма-квантами Co при следующих па- бинационному отжига [21]. Предполагается, что данный дефект имеет более сложную структуру по сравнению с раметрах реакций: EV = 0.38 эВ, V = 6.2 · 10-15 см-2, другими E-ловушками и относится к ассоциированным I = 1.9 · 10-12 см-2, E2 = 1.75 эВ, 2 = 1011 с-1, E10 = = E20 = 1.55 эВ, 2 = 1011 с-1, 10 = 20 = 1013.5 с-1, дефектам. Показано также, что увеличение энергии бом = 9.4 · 108 см-3с-1 и 1/2 1. Большинство приве- бардирующих электронов приводит к более эффективноденных значений (EV, V, E2, E10 = E20, ) соответству- му накоплению ловушек E4 в НО диодов по сравнению ют известным литературным данным [2] и эксперимен- с ловушками E3 и E5, что указывает на более высокую тальным величинам, а другие подгоночные параметры пороговую энергию образования дефекта E4 [22], Кроме имеют разумные величины. Вид температурных кривых того, обнаружено увеличение эффективности накоплеФизика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Влияние электронного (зарядового) состояния E-ловушек на эффективность их накопления в n-GaAs... ния ловушки E4 в ОПЗ по сравнению с НО при облучении электронами (1 МэВ, 300 K) (рис. 4), что отличается от соответствующих данных для ловушки E3 (рис. 3).

Температурные зависимости эффективности накопления дефекта E4 в области 77-500 K также отличны от таковых для дефекта E3. А именно, скорость накопления ловушек E4 в НО при облучении растет с увеличением температуры, что указывает на активационный характер формирования данного дефекта (рис. 4). Эти эксперименты показывают, что для образования дефекта Eтребуются более высокие энергии атомов отдачи и температуры, при которых проводится облучение. Можно предположить, что для образования данного дефекта необходимо смещение двух соседних атомов в одном акте соударения с последующим формированием ассоРис. 5. Экспериментальные температурные зависимости конциированного центра. Вероятная модель образования центрации центров E5 (1, 2) и E3 (3, 4) в НО (1, 3) и данного дефекта состоит в следующем. В результате ОПЗ (2, 4) при изодозном облучении электронами (E = 1МэВ, одного акта смещения образуются две соседние ФП D = 1.2 · 1015 см-2, tirr = 180 с).

с последующим формированием ассоциированного дефекта (комплекса). Таким возможным комплексом может быть дивакансия VGa-VAs либо VAs-VAs. Однако T = 500 K в НО диодов совпадают, скорости отжига тот факт, что для формирования дефекта E4 в НО в ОПЗ ниже, чем в НО, эффективности накопления требуется преодоление энергетического барьера, делает вблизи 300 K в НО приблизительно в 2 раза выше, предпочтительнее модель антиструктурного дефекта, в чем в ОПЗ при гамма-облучении. Температурные зачастности дефекта AsGa-VAs, который зафиксирован висимости эффективности накопления данных ловушек измерениями ЭПР в облученном GaAs [23]. При этом в в НО и ОПЗ диодов Шоттки на основе n-GaAs при ОПЗ образование дефекта E4 происходит почти атермиоблучении электронами (E = 1МэВ) показаны на рис. 5.

чески, что, возможно, обусловлено понижением барьера Отмечается практически полная идентичность представдля формирования этого дефекта за счет кулоновского ленных данных для ловушек E3 и E5 и качественное взаимодействия между заряженными VGa и I+, тогда как As подобие данным рис. 3 для E3-ловушки в случае гаммав НО требуется преодоление энергетического барьера облучения, что соответствует модельным представленивеличиной 0.02-0.03 эВ (рис. 4).

ям, развитым для ловушки E3. Основное отличие данных рис. 5 от данных рис. 3 — менее четко выраженные Ловушка E5 (Ec-0.90 эВ) температурные зависимости эффективности накопления Характеристики эффективности накопления данной E-ловушек в ОПЗ при электронном облучении. Эти ловушки во многом подобны соответствующим для результаты легко понять из данных рис. 2, согласно котоловушки E3, а именно, их параметры отжига при рым при облучении электронами с E = 1 МэВ по сравнению с облучением гамма-квантами Co (E 0.56 МэВ) увеличивается величина E, что приводит к некоторому выравниванию скоростей введения ловушек в НО и ОПЗ, а при дальнейшем увеличении E к равенству их скоростей введения в НО и ОПЗ диода.

3. Заключение Выполненные исследования показали, что эффективности накопления E-ловушек в НО и ОПЗ диодов Шоттки на основе n-GaAs при энергиях бомбардирующих частиц, близких к пороговым энергиям образования РД, существенно различаются в широкой температурной области. Наблюдается сложная температурная зависимость эффективности накопления ловушек E3 и Eв ОПЗ и дефекта E4 в НО диодов. Экспериментальные Рис. 4. Экспериментальные температурные зависимости конданные хорошо описываются в рамках модели метастацентрации центров E4 в ОПЗ (1) и НО (2) при изодозбильной ФП. Увеличение энергии атомов отдачи (повыном облучении электронами (E = 1МэВ, D = 1.2 · 1015 см-2, tirr = 180 с). шение энергии бомбардирующих электронов, облучение Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 28 В.Н. Брудный, В.В. Пешев протонами, альфа-частицами, быстрыми нейтронами) [23] H.J. von Bardeleben, J.C. Bourgoin. Phys. Rev. B, 38, (1980).

приводит к выравниванию эффективности накопления [24] V.N. Brudnyi, S.N. Grinyaev, V.E. Stepanov. Physica B E-ловушек в НО и ОПЗ диодов на основе n-GaAs, (Amsterdam), 202, 429 (1995).

что обусловлено более сильным разделением компонент ФП при данных условиях облучения. Таким образом, Редактор Л.В. Беляков в условиях радиационного воздействия при энергиях облучения, близких к пороговым энергиям смещения Influence of an electronic (charging) state атомов решетки, эффективности накопления E-ловушек of E-traps on efficiency of their в n-GaAs в сильной степени зависит от положения уровaccumulation in n-GaAs upon irradiation ня (квазиуровня) Ферми относительно уровней радиационных дефектов. Это следует учитывать при изучении V.N. Brudnyi, V.V. Peshev воздействия высокоэнергетической радиации на полуV.D. Kuznetsov Siberian Physical Technical Institute, проводниковые структуры, которые содержат области 634050 Tomsk, Russia различного уровня легирования и типа проводимости, Tomsk Polytechnical University, НО и ОПЗ. Более того, выполненные эксперименты по634050 Tomsk, Russia казывают, что при исследовании дозовых зависимостей электрофизических параметров GaAs следует иметь в виду, что скорости накопления E-ловушек могут менять-

Abstract

Upon the high energy irradiation in an interval of ся по мере изменения положения уровня Ферми при 77-580 K the composite temperature dependence of E-traps его смещении к его предельному положению вблизи efficiency of accumultion in neutral region and in space charge EV +0.6 эВ в данном материале при облучении [24]. region of the n-GaAs Schottky diodes upon the recoil energies close to the threshold energies of radiation defect formation is obtained. Quantitatively, experimental data are circumscribed Список литературы within the framework of the model of a metastable Frenkel pair, in which the processes of an annihilation, recharge and stabilization of [1] Л.С. Смирнов. Физические процессы в облученных полуthe Frenkel pair in a material depend on their electronic (charging) проводниках (Новосибирск, Наука, 1977).

[2] D. Pons, J.C. Bourgoin. J. Phys. C: Sol. St. Phys., 18 (20), 3839 state which is determined by position of a Fermi level (quasi-level) (1985).

and by the temperature of a sample.

[3] L.W. Aukerman, R.D. Graft. Phys. Rev., 127, 1576 (1962).

[4] L.W. Aukerman. Semiconductor and semimetals, ed. by R.K. Willardson, A.C. Bear. 4, 343, Academic Press, N. Y.

(1968).

[5] D. Pons. Def. Rad. Effects Semicond. 1980 (Inst. Phys. Conf.

N 59, Bristol–London), 269 (1981).

[6] А.П. Мамонтов, В.В. Пешев, И.П. Чернов. ФТП, 16 (12), 2126 (1982).

[7] S.L. Pearton, A.J. Tavendale. Phys. St. Sol. (a), 73, K(1982).

[8] А.П. Мамонтов, В.В. Пешев. ФТП, 19 (1), 147 (1985).

[9] G.K. Wertheim. Phys. Rev., 115 (3), 568 (1959).

[10] J.W. Mackay, E.E. Klontz. In: Rad. Effects Semicond. N.Y.

Plenym Press. 175 (1968).

[11] В.В. Емцев, Т.В. Машовец. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках (М., Радио и связь, 1981).

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.