WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 2 УДК 621.315.592 Рекомбинация носителей заряда в бездислокационном кремнии, содержащем ростовые микродефекты различных типов © Л.А. Казакевич, П.Ф. Лугаков Научно-исследовательский институт прикладных физических прлблем им. А.Н.Севченко, 220064 Минск, Белоруссия Белорусский государственный аграрный технический университет, 220608 Минск, Белоруссия (Получена 2 июня 1997 г. Принята к печати 7 июня 1997 г.) Анализ температурных и инжекционных зависимостей времени жизни носителей заряда в бездислокационном n-кремнии позволил сделать заключение о рекомбинационной активности ростовых микродефектов различных типов. Определены параметры основных рекомбинационных центров, связанных с микродефектами A- и B-типа.

Основными ростовыми нарушениями структуры в специальной обработке (прогрев при температуре окобездислокационных монокристаллах кремния являют- ло 1000 K в окислительной среде в течение примерся микродефекты, тип которых определяется условия- но 10 мин с последующим охлаждением со скоростью ми выращивания, прежде всего скоростью роста V и 0.2 0.3K/c), в результате которой на поверхности режимом охлаждения (осевым градиентом температу- создавался тонкий слой термического окисла, имеющего ры G) [1]. В зависимости от соотношения V/G в встроенный положительный заряд [7], что обеспечивало объеме кристалла могут возникать микродефекты A-, исключение поверхностной рекомбинации НЗ.

B-, C- или D-типа [2]. Использование методов селек- На рисунке (кривые 1–4) приведены зависимости тивного травления, рентгеновской топографии, а также неосновных НЗ от обратной температуры (a) и уровня электронно-микроскопические исследования позволили их инжекции (b) в исследуемых материалах (номера получить сведения о макрораспределении таких наруше- кривых и групп кристаллов совпадают). Показано такний в слитках, их размерах, структуре и природе [2–4]. же (кривая 5) температурная зависимость основных Однако результаты изучения электрических свойств ми- НЗ (электронов), которая в области низких температур кродефектов малочисленны и в значительной мере про- (Tm < 250 K) имеет практически одинаковый характер тиворечивы [5,6], а о рекомбинационной активности для всех четырех групп образцов. Наблюдаемое увелимикродефектов различных типов практически нечего не чение основных НЗ с понижением температуры свидеизвестно, что и определило цель данной работы. тельствует о наличии во всех исследованных материалах Исследования проводились на бездислокационных мо- центров прилипания для дырок одинаковой природы.

нокристаллах кремния n-типа с удельным сопротивле- Отметим некоторые особенности температурных и иннием = 20 100 Ом · см, полученных бестигель- жекционных зависимостей неосновных НЗ. Во-первых, ной зонной плавкой в вакууме или в атмосфере ар- для кристаллов первой и второй групп кривые увелигона с переменной скоростью V от 1 до 6 мм/мин, и чения времени жизни носителей заряда с температурой содержащих в силу этого микродефекты A-, B- или имеют характерные участки активационного изменения.

D-типа. Наличие и тип микродефектов контролировал- Во-вторых, в этих же материалах наблюдаются более ся с помощью металлографических исследований. Из сильные (по сравнению с образцами третьей и четверчастей слитка, выращенного в вакууме при различных той групп) инжекционные зависимости. Наконец, скоростях, были приготовлены три группы образцов. в кристаллах третьей и четвертой групп монотонно Первая из них — это кристаллы, содержащие преиму- изменяется с температурой, а в исследованном интерващественно микродефекты A-типа (скорость роста мала), ле уровней инжекции время жизни НЗ в них остается вторая — A- и B-типа, а третья — D-типа. Четвертую практически постоянным.

группу составляли кристаллы кремния, полученные в Анализ полученных зависимостей от температуры атмосфере аргона, в которых селективным травлением и уровня инжекции НЗ проводился в рамках модели не было выявлено никаких известных микродефектов Холла–Шокли–Рида [8,9]. Для кристаллов, содержащих (”бездефектные” образцы). Методом стационарной фо- микродефекты A- или A- и B-типа, он дал следующие топроводимости, фотомагнитоэлектрического эффекта и результаты. Изменение неосновных НЗ с температурой модуляции проводимости в точечном контакте измеря- при Tm < 200 K обусловлено температурной зависились температурные (Tm = 80 400 K) и инжекционные мостью сечения захвата p дырок, которая имеет вид (n/n0 = 1 · 10-3 1 · 100) зависимости времени жизни p exp p/kT, где p = 0.065 эВ и p = 0.045 эВ ( ) неравновесных основных и неосновных носителей в образцах первой и второй групп соответственно.

заряда (НЗ). Перед измерениями образцы подвергались Дальнейшее увеличение (Tm > 250 K) связано глав1 130 Л.А. Казакевич, П.Ф. Лугаков Температурные (a) и инжекционные (b) зависимости времени жизни неосновных (1–4) и основных (5) носителей заряда в кристаллах первой (1), второй (2), третьей (3) и четвертой (4) групп.

ным образом с изменением степени заполнения уров- кродефекты A- или A- и B-типа, неравновесные носители ней рекомбинационных центров. Как показали расчеты, заряда рекомбинируют через центры, отрицательно зав кристаллах с микродефектами A-типа рекомбинация ряженные относительно захватываемых дырок, т. е. им НЗ идет через уровень с энергетическим положением соответствуют акцепторные энергетические уровни в Er1 = 0.41 эВ, а кристаллах с микродефектами A- нижней половине запрещенной зоны.

и B-типа на зависимости от температуры четко наблю- Микродефекты A-типа, как известно [2,4], предстадается как энергетический уровень Er1 = 0.41 эВ, так вляют собой дислокационные петли межузельного типа, и другой —с Er2 =0.30 эВ. Поэтому можно считать, наличие у которых разорванных связей и захват на них что первый из них связан с микродефектами A-типа, а НЗ определяет рекомбинационную активность микродругой — B-типа. дефектов A-типа. По нашим оценкам, выполненным с Учитывая положение уровня Ферми (Ec-0.37 эВ и учетом характерной для дислокаций величины степени Ec-0.25 эВ) при температурах, соответствующих пере- заполнения разорванных связей 0.01 [10], концентраходам от температурных зависимостей p к активацион- ция центров захвата НЗ, связанных с микродефектами ным изменениям (103/Tm = 3.1 и 103/Tm =4.4), мож- A-типа, не превышает 1010 1011 см-3. Таким значено предположить, что в исследованных кристаллах энер- ния концентрации дефектов практически не изменяют гетические уровни основных рекомбинационных центров степень компенсации материала, но оказывают заметное расположены в нижней половине запрещенной зоны, т. е. влияние на процессы рекомбинации.

Er1 = Ev + 0.41 эВ и Er2 = Ev + 0.30 эВ. Из инжек- С микродефектами B-типа связывают кластеры меционных зависимостей неосновных НЗ, измеренных жузельных атомов или микрочастицы новой фазы, сопри Tm = 300 K, были определены отношения сечений ставленной из атомов остаточных примесей [2,3]. Призахвата дырок и электронов. Оказалось, что в образцах сутствие таких нарушений в объеме кристалла приводит первой группы p/n = 4.5, а второй — p/n = 4.0. к возникновению полей деформационных напряжений, Соотношение между сечениями захвата неосновных НЗ под воздействием которых вблизи микродефектов фор(p > n), а также характер температурных зависимо- мируется атмосфера из примесей или их комплексов, стей сечений захвата дырок (p exp p/kT ) позволяют являющихся основными рекомбинационными центрами сделать заключение, что в кристаллах, содержащих ми- в таком материале.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Рекомбинация носителей заряда в бездислокационном кремнии... Что касается образцов третьей и четвертой групп, [12] C. Junichi. In: Defects and Prop. Semicond.: Def. Eng.

Symp. Qual. Semicond. (Tokyo, 1987) p. 143.

то характерные для них монотонные изменения с [13] I.I. Kolkovskii, P.F. Lugakov, V.V. Shusha. Phys. St. Sol. (a), температурой и весьма слабые инжекционные зависимо127, 103 (1991).

сти не могут быть описаны в рамках статистики рекомбинации Холла–Шокли–Рида [8,9]. Поэтому можно Редактор В.В.Чалдышев предположить, что время жизни носителей заряда в этих кристаллах ограничено их диффузией к стокам с высокой Recombination of charge carriers локальной скоростью рекомбинации [11]. В роли таких in dislocation-free silicon containing стоков в кристаллах третьей группы могут выступать as-grown microdefects of various types микродефекты D-типа, а в образцах четвертой группы (”бездефектный кремний”) — не выявляемые селектив- L.A. Kazakevich, P.F. Lugakov ным травлением мелкие включения [12,13]. Наличие A.N.Sevchenko Scientific Research Institute окружающих стоки для НЗ потенциальных барьеров, of Applied Physics Problems, величина которых уменьшается с ростом температуры, 220064 Minsk, Belarus обусловливает монотонные температурные зависимости Belorussian Agrarian Technical State University, из-за изменения коэффициента диффузии НЗ к ро220608 Minsk, Belarus стовым нарушениям при увеличении температуры. При Tm = 300 K потенциальные барьеры снимаются и

Abstract

The temperature and injection dependences of the практически не зависит от уровня инжекции НЗ, что и charge-carrier lifetime in dislocation-free n-Si has been analysed.

наблюдается на опыте.

This allows one to consider the recombination activity of microdeТаким образом, результаты выполненных исследоваfects of various types. Parameters of the main recombination ний и их анализ позволяют сделать заключение о рекомcentres with microdefects of A- and B-types were found.

бинационной активности микродефектов различных типов в бездислокационном n-кремнии. Установлено, что в образцах с микродефектами A- иB-типа рекомбинация РЗ происходит на центрах, вносящих в нижнюю половину запрещенной зоны кремния акцепторные энергетические уровни Ev+0.41 эВ и Ev+0.30 эВ с асимметрией сечений захвата p/n = 4.5 и p/n = 4.0 соответственно.

В образцах третьей и четвертой групп НЗ рекомбинируют преимущественно на центрах в примесной или примесно-дефектной атмосфере вблизи микродефектов D-типа или не выявляемых селективным травлением мелких включений межузельного типа.

Список литературы [1] V.V. Voronkov. J. Cryst. Growth. 59, 625 (1982).

[2] К. Рейви. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии (М., 1984).

[2] А.А. Ситникова, Л.М. Сорокин, И.Е. Таланин, К.Л. Малышев, Э.Г. Шейхет, Э.С. Фалькевич. ФТТ, 28, 1829 (1986).

[3] H. Foll, B.O. Kolbesen. Appl. Phys., 8, 319 (1975).

[4] В.Г. Мокеров, С.Н. Никифорова-Денисова, Е.Н. Овчаренко, В.П. Панасюк, В.И. Смирнов, Ю.А. Тимошенко, И.П. Чернов. Микроэлектроника. 15, 36 (1986).

[6] А.Ф. Муратов. Ядерно-физические методы контроля полупроводниковых материалов и металлов (Ташкент, 1984) с. 115.

[7] Н.В. Румак. Система кремний–двуокись кремния в МОП структурах (Минск, 1986).

[8] R.N. Hall. Phys. Rev., 87, 387 (1952).

[9] W. Shockley, W. Read. Phys. Rev., 87, 835 (1952).

[10] Г. Матаре. Электроника дефектов в полупроводниках (М., 1974).

[11] S.R. Dhariwal, D.R. Mehrotra. Sol. St. Commun., 67, (1988).

1 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.