WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 1 28 Особенности электроактивации Si в монокристаллическом и эпитаксиальном GaAs при радиационном отжиге © В.М. Ардышев, М.В. Ардышев, С.С. Хлудков Томский политехнический университет, 634004 Томск, Россия Сибирский физико-технический институт при Томском государственном университете, 634050 Томск, Россия (Получена 29 марта 1999 г. Принята к печати 8 июня 1999 г.) Методами вольт-фарадных характеристик и Ван-дер-Пау исследованы свойства ионно-легированных слоев как в монокристаллическом, так и в эпитаксиальном GaAs : Si после быстрого термического отжига (при T = 825, 870, 905C, в течение 12 с). Показано, что в отличие от термического отжига (800C, 30 мин) наблюдается диффузионное перераспределение кремния в глубь GaAs для материалов обоих типов, причем значения коэффициента диффузии в монокристаллическом материале больше, чем в эпитаксиальном.

Анализ температурной зависимости подвижности электронов в ионно-легированных слоях после быстрого термического отжига свидетельствует о существенно меньшей концентрации дефектов, ограничивающих подвижность, по сравнению с результатами термического отжига в течение 30 мин.

Введение ”Импульс-5” при температурах T = 825, 870 и 905C в течение времени t = 12 с в потоке азота с точкой росы не более -65C. Контрольные образцы отжигали В работах [1–3] показано, что при радиационном отжиге GaAs в процессах диффузии и электроакти- термически в печи при T = 800Cв течение t = 30 мин.

вации примеси существенную роль играют нетерми- После отжига, удаления диэлектрика и очистки ческие эффекты. Протекание вышеуказанных процес- поверхности пластин формировали барьеры Шоттки размером 100 100 мкм2 с металлизацией на основе сов во многом определяется дефектностью исходного сплава AuGe+14%Ni, на которых затем вольт-фарадным материала.

методом измеряли профили концентрации электронов.

В этой связи целью работы является исследование 28 По методу Ван-дер-Пау проводили измерения поведения Si, имплантированного в монокристалличетемпературной зависимости холловской подвижности ский и эпитаксиальный GaAs, в зависимости от темпераэлектронов в диапазоне температур 80 400 K.

туры при быстром термическом отжиге (БТО) с защитой имплантированной поверхности пленкой диэлектрика, а также исследование остаточной дефектности в ионнолегированных слоях (ИЛС), ограничивающей подвиж- Таблица 1. Значения диффузионных параметров и степени электрической активации кремния в монокристаллическом и ность электронов.

эпитаксиальном GaAs для быстрого термического отжига Тип материала, Методика эксперимента вид отжига, 2, nmax, D, температура, 10-11 см2 1017 см-3 10-15 см2 · с-время отжига Исследования выполнены на образцах нелегированного, ориентированного в плоскости (100) монокристаллиМонокристалл, 2.10 6.10 2.0 0.ческого GaAs с концентрацией хрома NCr < 1016 см-3, ТО, 800C, 30 мин Монокристалл, 1.86 4.25 144.5 0.плотностью дислокаций ND 5 · 104 см-2, удельным БТО, 825C, 12 с сопротивлением > 107 Ом · см, а также эпитаксиальМонокристалл, 2.50 4.20 411.2 0.ного GaAs, выращенного методом газофазной эпитаксии БТО, 870C, 12 с с концентрацией фоновой примеси Nres < 1014 см-3, Монокристалл, 3.70 3.80 911.2 0.толщиной 5 7мкм.

БТО, 905C, 12 с После обработки пластин в травителе Эпитаксиальный, 1.70 4.58 73.7 0.H2SO4 : H2O2 : H20=1:1:10 проводили имплантацию БТО, 825C, 12 с Эпитаксиальный, 2.00 4.80 202.8 0.ионов Si с энергией E1 = 50 кэВ, дозой F1 = 6.БТО, 870C, 12 с 1012 см-2, а затем с энергией E2 = 75 кэВ, дозой Эпитаксиальный, 2.60 4.65 452.8 0.F2 = 1.875 · 1012 см-2. При имплантации принимали БТО, 905C, 12 c меры для исключения осевого и плоскостного каналирования [3]. БТО под пленкой диоксида кремния, Примечание. ТО — термический отжиг, БТО — быстрый термический легированного самарием, осуществляли в установке отжиг.

Особенности электроактивации Si в монокристаллическом и эпитаксиальном GaAs... где nmax = F/(2)1/2, 2 =R2 + 2Dt, p — степень электроактивации кремния, D — коэффициент диффузии, F —доза имплантации Si, t — время отжига, с помощью экспериментальных данных были найдены значения 2, nmax, D и (табл. 1).

Из рис. 1 и 2 видно, что с ростом температуры БТО наблюдается ”уширение” профилей концентрации электронов в материалах обоих типов (рис. 1 и 2, кривые 2-4) относительно расчетного (рис. 1 и 2, кривые 1).

Профили, полученные после БТО, имеют ”гладкий” фронт, в то время как после ТО (рис. 1, кривая 5) имеет место дисперсия градиента концентрации электронов по глубине — фронт ”изломан”. Коэффициент диффузии (табл. 1) в монокристаллическом GaAs приблизительно в 2 раза больше, а степень активации несколько меньше, чем в эпитаксиальном для каждой из температур.

Значения D для БТО в среднем на 2 порядка больше, чем для ТО. Наблюдается также аномально высокая степень активации Si для ТО, что, возможно, связано с вкладом в значение электронов, образованных при раскомпенсации фоновых доноров исходного материала при ТО.

На рис. 3 представлены зависимости коэффициента Рис. 1. Профили концентрации внедренного кремния: диффузии и степени электроактивации Si от обратной 1 — расчет при параметрах E1 = 50 кэВ, F1 = 6.25 · 1012 см-и E2 = 75 кэВ, F2 = 1.88 · 1012 см-2; профили концентрации электронов n(x), полученные после быстрого термического отжига в течение t = 12 с монокристаллического GaAs при температуре отжига Tann, C: 2 — 825, 3 — 870, 4 — 905, и профиль n(x), полученный при термическом отжиге в течение t = 30 мин при Tann = 800C (5).

Экспериментальные результаты и их обсуждение На рис. 1 и 2 представлены экспериментальные профили концентрации электронов n(x), полученные после БТО монокристаллического и эпитаксиального GaAs соответственно, а также расчетный профиль внедренного кремния. На рис. 1 приведен также профиль электронов, полученный после ТО в течение 30 мин. Расчетный профиль построен с помощью определенных методом масс-спектроскопии на вторичных ионах (ВИМС) [4] первых двух моментов распределения Rp и Rp (проецированный пробег ионов и среднеквадратичный разброс пробегов), соответствующих реализованному режиму имплантации.

Предполагая, что экспериментальный профиль может быть описан выражением вида [5] Рис. 2. То же, что и на рис. 1 (за исключением зависимости 5), (x - Rp)2 но кривые 2–4 получены для эпитаксиального слоя GaAs после n(x) =nmax exp -, (1) отжига в тех же условиях.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 30 В.М. Ардышев, М.В. Ардышев, С.С. Хлудков (кривая 2), которая определялась из соотношения -1 1 1 1 µ = + + + +, (4) µPO µAC µPIEZO µION µW где µPO — подвижность, ограниченная рассеянием на полярных оптических фононах, µAC — на акустических фононах, µPIEZO — подвижность, ограниченная пьезоэлектрическим рассеянием, µION — рассеянием на ионизованной примеси и µW — рассеянием на дополнительных скоплениях дефектов. Компоненты подвижности, ограниченной решеточным рассеянием, рассчитывались, как в работе [8], а подвижности, ограниченной рассеянием на ионизованной примеси и дефектах — так же, как в [9]. Величину µW определяли по модели Вайсберга [10] e µW =, (5) NSS 2mnKT Рис. 3. Зависимости коэффициента диффузии D (1, 2) и стегде NS и S — концентрация и сечение рассеяния на пени электрической активации (1, 2 ) кремния от обратной скоплениях дефектов соответственно, mn — эффективная температуры для монокристаллического (1, 1 ) и эпитаксиальмасса электрона. Предполагая, что внутренний радиус ного (2, 2 ) GaAs.

скоплений дефектов существенно меньше радиуса экранирования, на рис. 4 (кривая 3) приведена зависимость µ(T ), рассчитанная по (5). Видно, что наибольший вклад температуры для монокристаллического и эпитаксиальв подвижность дополнительные скопления дефектов оканого GaAs. Принимая, что D и описываются выраже- зывают в области высоких температур.

ниями Наилучшее совпадение экспериментальных и расчетEAD ных данных для T > 150 K (см. рис. 4, кривые D = D0 exp - (2) kT и EA exp -, (3) kT из тангенса угла наклона прямых ln D(1/T ) и ln (1/T ) были оценены значения EAD и EA — энергий активации процессов диффузии и электроактивации Si соответственно, а также предэкспоненциальный множитель D0.

Для монокристаллического GaAs были получены значения: EAD = (2.58 ± 0.05) эВ, EA = (0.32 ± 0.01) эВ, D0 9.5 · 10-2 см2 · с-1. Для эпитаксиального:

= EAD = (2.55 ± 0.05) эВ, EA = (0.32 ± 0.01) эВ, D0 3.6 · 10-2 см2 · с-1.

= Видно, что значения EAD и EA практически совпадают для материалов обоих типов, однако множитель D0 для монокристаллического GaAs почти в 3 раза больше, чем для эпитаксиального. Полученные значения EAD и EA меньше соответствующих величин при ТО (3.3 эВ [6] и 0.5 эВ [7] соответственно). Таким образом, при быстром термическом отжиге монокристаллического и эпитаксиального GaAs наблюдается снижение высоты потенциальных барьеров для диффузии и активации кремния по сравнению с медленным термическим процессом.

Рис. 4. Температурные зависимости: 1 — холловской подвижНа рис. 4 представлена экспериментальная зависиности электронов в монокристаллическом GaAs после термимость холловской подвижности электронов от темпеческого отжига; 2 — подвижности, рассчитанной с помощью ратуры в монокристаллическом GaAs после ТО (кри- выражения (4); 3 — подвижности, рассчитанной с помощью 1/вая 1) и результирующая расчетная зависимость µ(T ) выражения (5); штриховая прямая 4 — µ T.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Особенности электроактивации Si в монокристаллическом и эпитаксиальном GaAs... и 2) наблюдается при NI = 9.4 · 1017 см-3 (где NI — концентрация ионизованной примеси и дефектов) и NS = 6.6 · 1016 см-3. При T < 150 K экспериментальная 1/подвижность µ T (рис. 4, штриховая прямая 4), что характерно для рассеяния на диполях [11]. Следовательно, после термического отжига в материале присутствуют комплексы дефектов с концентрацией 6.6 · 1016 см-3, а также дефекты предположительно дипольной природы.

На рис. 5 приведены экспериментальные (1–3) и расчетные (1 -3 ) зависимости µ(T ) электронов в эпитаксиальном GaAs после БТО при 825C (кривые 1, 1 ) и при 905C (кривые 2, 2 ), а также в монокристаллическом GaAs после БТО при 825C (кривые 3, 3 ).

Параметры NI и NS, при которых получены зависимости 1 –3, приведены в табл. 2. Из рис. 5 и табл. 2 видно, что:

1. В ИЛС на основе монокристаллического GaAs после БТО при 825C (рис. 5, кривые 3 и 3 ) не обнаружено дополнительных рассеивающих центров типа комплексов дефектов (модель Вайсберга), в то время Рис. 5. Температурные зависимости подвижности электронов как после отжига эпитаксиального материала при той после быстрого термического отжига GaAs: 1, 1, 2, 2 — же температуре (рис. 5, кривые 1 и 1 ) такие центры эпитаксиального, 3, 3 — монокристаллического; 1–3 —экспеприсутствуют, хотя и в малой концентрации.

риментальная холловская подвижность, 1 –3 — расчет с помо2. БТО при 905C ионно-легированных слоев на осно- щью выражения (4). Температура отжига Tann, C: 1, 3 — 825, ве эпитаксиального GaAs (рис. 5, кривые 2 и 2 ) приво2 — 905.

дит к заметной деградации материала — концентрация комплексов дефектов увеличивается почти на порядок по сравнению с отжигом при 825C.

а степень активации — несколько меньше, чем в эпитак3. После БТО (рис. 5) в отличие от длительного ТО (рис. 4) на зависимости µ(T ) отсутствует дипольный сиальном. Значения коэффициента диффузии D для БТО ”хвост” при низких температурах. в среднем на 2 порядка больше, чем для ТО. Энергии активации для D и степени электроактивации кремния меньше соответствующих величин при ТО, что свидеЗаключение тельствует о снижении высоты потенциальных барьеров для диффузии и активации кремния по сравнению с чисто 1. После БТО по сравнению с длительным ТО наблютермическими процессами.

дается диффузионное перераспределение Si в глубь GaAs 2. После БТО при 825C монокристалла GaAs не для материалов обоих типов. Коэффициент диффузии в обнаружено дополнительных рассеивающих центров тимонокристаллическом GaAs примерно в 2 раза больше, па скоплений дефектов, в то время как после отжига эпитаксиального материала при той же температуре такие центры присутствуют, хотя в сравнительно неТаблица 2. Значения параметров, характеризующих структурбольшой концентрации. БТО эпитаксиального GaAs при ное совершенство монокристаллического и эпитаксиального 905C приводит к заметной деградации материала — GaAs после термического отжига концентрация скоплений дефектов увеличивается почти Тип материала, на порядок по сравнению с отжигом при 825C. После вид отжига, NI, 1017 см-3 NS, 1016 см-БТО в отличие от ТО отсутствует ”хвост” при низких температура, время температурах, обусловленный предположительно рассеМонокристалл, 9.4 6.янием на диполях.

ТО, 800C, 30 мин Монокристалл, 6.8 БТО, 825C, 12 с Список литературы Эпитаксиальный, 5.4 0.БТО, 825C, 12 с [1] В.М. Ардышев, М.В. Ардышев. ФТП, 10, 1153 (1998).

Эпитаксиальный, 5.5 2.[2] В.М. Ардышев, М.В. Ардышев. Изв. вузов. Физика, № 7, БТО, 905C, 12 с 89(1998).

[3] В.М. Ардышев, М.В. Ардышев. Изв. вузов. Физика, № 11, Примечание. ТО — термический отжиг, БТО — быстрый термический отжиг. 78 (1998).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 32 В.М. Ардышев, М.В. Ардышев, С.С. Хлудков [4] А.В. Буренков, Ф.Ф. Комаров, М.А. Кумахов, М.М. Темкин.

Таблицы параметров пространственного распределения имплантированных примесей (Минск, Изд-во БГУ, 1980).

[5] МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов, пер. с англ. под ред. Р.А. Суриса (М., Радио и связь, 1988).

[6] Т.Т. Лаврищев, С.С. Хлудков. В сб.: Арсенид галлия (Томск, Изд-во ТГУ, 1974).

[7] Б.М. Горюнов, Е.И. Зорин, П.В. Павлов, В.П. Сорвина, В.С. Тулопчиков, Н.В. Тяжелова. В сб.: Арсенид галлия (Томск, Изд-во ТГУ, 1974).

[8] B. Pdor, N. Nador. Acta Phys. Acad. Sci. Hung., 37(4), (1974).

[9] Ф. Блатт. Теория подвижности электронов в твердых телах, пер. с англ. под ред. А.И. Ансельма (М., Физматгиз, 1963).

[10] L.R. Weisberg. J. Appl. Phys., 33, 1817 (1962).

[11] R. Stratton. J. Phys. Chem. Soc., 23, 1011 (1962).

Редактор Т.А. Полянская Singularities of Si electrical activation in a single crystal and epitaxial GaAs under fast annealing V.M. Ardyshev, M.V. Ardyshev, S.S. Khludkov Tomsk Polytechnical University, 634004 Tomsk, Russia Siberian Physicotechnical Institute under Tomsk State University, 634050 Tomsk, Russia

Abstract

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.