WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

характерными для каждого из этих РД. Подобные ре- и Ga, эффективные светодиоды, излучающие в зеленой зультаты были получены при исследовании методом области спектра [57]. В других политипах SiC облучение позитронной спектроскопии n-6H-SiC, облученного про- приводило к возникновению люминесценции с аналогичтонами с низкими энергиями [43,48]. Было обнаружено, ными свойствами [52]. Поскольку такая люминесценция что после облучения происходит образование различных возникает в результате облучения или внедрения в SiC типов дивакансий VSi + VC, а также отдельных вакансий, различных типов ионов, предполагалось, что центр — которые отжигались при температурах 900C [48]. активатор люминесценции имеет либо чисто дефектную Предполагалось также, что одна из дивакансий ответ- структуру, либо является комплексом: собственный дефект – атом фоновой примеси [58–60]. В работе [61] ственна за ГЦ вблизи середины запрещенной зоны [43].

В то же время в работе [49] сообщалось, что в 6H- было обнаружено появление экситонов, связанных на ГЦ. Однако уровней, относящихся к этим центрам, и 4H-SiC n-типа проводимости, облученных протонами обнаружено не было. Предполагалось, что спектр Dс энергией 12 МэВ, обнаружены только кремниевые может быть обусловлен центрами Z1 (в 4H-SiC) [15] или моновакансии, которые отжигались при температурах 1100C. В работе [50] анализировались данные по ис- i-центрами (в 6H-SiC) [62].

В целом из рассмотрения результатов исследования следованию n-6H-SiC, облученном протонами с различРД в SiC можно заключить, что спектр радиационных ными энергиями. Показано, что наибольшей скоростью дефектов в каждом из политипов карбида кремния введения обладают R-центры (Ec-1.1эВ) и ее величина практически не зависит от технологии выращивания составляет 0.17, 70 и 700 см-1 для протонов с энергией образцов и от вида использовавшихся для облучения 1 ГэВ, 8 МэВ и 150 кэВ соответственно.

частиц (протоны, электроны, -частицы). Кроме того, облучение в основном приводит лишь к увеличению 2.3. „Дефектная“ люминесценция концентрации уже имевшихся в материале ГЦ. Согласно Коротковолновая люминесценция в диапазоне энергий данным ЭПР, подавляющее количество РД состоит из фотонов 2.3-2.6 эВ была обнаружена В.В. Макаровым элементарных дефектов решетки — вакансий, атомов в 1966 г. [51] в кристаллах n-6H-SiC после их облуче- в междоузлиях (или их пар). Во всех рассмотренных ния ионами K и Li с последующим отжигом. Спектр нами работах облучение SiC проводилось при комнатлюминесценции состоял из двух триплетов узких ли- ной температуре или ниже. По-видимому, первичные ний (H- и L-линии), расположенных вблизи энергии РД в SiC при таких температурах обладают малой 2.6 эВ, и широкой бесструктурной полосы с максимумом подвижностью и не способны образовывать сложные излучения при 2.35 эВ. В работах [52,53] было уста- комплексы — вторичные РД, включающие, например, примесные атомы.

новлено, что широкая полоса не является развитием тонкой структуры, и высказано предположение, что она обусловлена излучательной рекомбинацией с участием 3. Влияние облучения на свойства донорного уровня азота и акцепторного центра, возниматериала кающего в процессе имплантации. В работе [54] были подробно исследованы структура H- и L-линий, темпе3.1. Время жизни неосновных носителей ратурные зависимости спектра люминесценции, а сам заряда спектр назван D1. Спектр D1 был зарегистрирован в SiC после облучения электронами [55], нейтронами [56] и Известно, что облучение используется для уменьшеразличными типами ионов [53], что позволило сфор- ния времени жизни в быстродействующих приборах на мировать на основе 6H-SiC, ионно-легированного Al основе Si. Для SiC таких исследований практически не Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе Таблица 5. Значения Vd для SiC и Si по данным разных авторов + Полупроводник Nd -Na, см-3 Частицы/Энергия/Доза Vd, см-1 Литература 4H-SiC 1 · 1015 /1.7МэВ/2 · 109 см-2 4 · 105 [65,66] 2 · 1018 H+/350 кэВ/1 · 1014 см-2 2 · 104 [67] Протоны/8 МэВ/6 · 1014 см-2 130 [39] То же 67 [39] 6H-SiC /5.5 МэВ/2 · 1011 см-2 7.8 · 104 [33] Нейтроны 4.5 [69] 4 · 1016 Протоны/8 МэВ/6 · 1014 см-2 17 [39] То же То же -45 [39] 3C-SiC 1016 Нейтроны/1 МэВ/1014 см-2 7.2 [68] Электроны/1 МэВ 0.014 [70] Si /1.7 МэВ/2 · 109 см-2 5 · 104 [65,66] Нейтроны/1 МэВ/1014 см-2 7.8 [68] Электроны/1 МэВ 0.01–0.1 [2] Протоны/8 МэВ/6 · 1014 см-2 200–350 [71,72] Примечание. T = 650 K. Остальные значения получены при T = 300 K.

проводилось, так как более актуальным в данном мате- L2 от концентрации R-центров (NR). Как видно из p риале является увеличение времени жизни неосновных рисунка, при облучении образцов наблюдается зависиносителей заряда. Тем не менее такая задача может мость L2 1/NR, так же как это было в образцах без p возникнуть в будущем. Пока нет общепринятого мнения облучения. Таким образом в n-6H-SiC, где скорость ввео том, какие глубокие центры контролируют время дения R-центров значительно выше, чем всех остальных жизни в SiC. Для 6H-SiC было показано, что такими РД, методика радиационного контроля времени жизни центрами могут быть R-центры с уровнем Ec-1.1эВ, может оказаться перспективной.

расположенным вблизи середины запрещенной зоны данного политипа [63]. В [37] проводились измерения 3.2. Скорость удаления носителей заряда величины диффузионной длины дырок (Lp) в n-6H-SiC, в карбиде кремния облученном различными дозами протонов с энергией 8 МэВ. На рис. 1 представлена зависимость величины Образование радиационных дефектов с глубокими уровнями в запрещенной зоне полупроводника приводит к перераспределению носителей заряда и изменению проводимости материала. В случае облучения материала n-типа проводимости происходит переход электронов из зоны проводимости на глубокие радиационные дефекты акцепторной природы.

В результате проводимость материала уменьшается, и при больших дозах облучения полупроводник может стать изолятором. Для описания этого процесса в различных материалах используется такой параметр, как скорость удаления носителей Vd:

Vd = n/ =(n0 - n)/, (2) где n0 и n — концентрации носителей в зоне проводимости до и после облучения, — доза облучения.

В работе [64] были рассмотрены особенности определения параметра Vd для карбида кремния и широкозонных полупроводников (WBS) вообще. Для полупроводников с большим значением ширины запрещенной зоны Eg в результате облучения возможно образование ГЦ с энергией ионизации 1 эВ. Такие центры практически Рис. 1. Зависимость диффузионной длины дырок от конценне будут ионизованы при комнатной температуре, и ветрации R-центров [37]. 1 — образец после различных доз облучения и отжига; 2 — необлученные образцы. личина Vd будет иметь температурную зависимость даже Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 134 А.А. Лебедев, А.М. Иванов, Н.Б. Строкан ей 1.7 МэВ дозой 2 · 109 см-2. Пробеги составляли: в SiC 3.8 мкм, в Si 5.9 мкм. Следует отметить, что авторы работ [65,66] следили за эффектами только в конце пробега частиц, а значит, эффект мог быть обусловлен не столько радиационными дефектами, сколько образовавшимся на этой глубине гелием.

Кроме того, результаты работ [65–70] были получены при комнатных температурах, где для SiC величина Vd еще велика. Исследование ГЦ, образующихся в 4H-SiC и 6H-SiC n-типа проводимости после облучения протонами с энергией 8 МэВ, было выполнено в работах [35–39]. После облучения было установлено уменьшение разностной концентрации ионизованных до+ норов и акцепторов Nd -Na, измеренной при комнатной + температуре, и увеличение значения Nd -Na при нагре+ ве структуры до 650 K. Для 6H-SiC величина Nd -Na, измеренная при 650 K, была даже выше, чем в необлуРис. 2. Зависимость характерных концентраций N в 6H-SiC + ченных образцах. С увеличением дозы это различие для от дозы облучения протонами [39]. 1, 2 — (Nd -Na ) при T = 300 (1) и 650 K (2); 3 — их разность; 4 — концентрация облученных и необлученных образцов увеличивалась центров Ec-(1.1 1.22) эВ.

(рис. 2 и 3). Таким образом, измерения, выполненные при высоких температурах, подтвердили, что для SiC либо Vd(300 K) > Vd(650 K) (4H-SiC), либо Vd (650 K) становится отрицательной (6H-SiC) [39]. Очевидно, что при облучении n-6H-SiC происходит образование РД как донорной, так и акцепторной природы, причем доноры преобладают. По-видимому, такой же механизм имеет место и в случае p-6H-SiC, при облучении которого наблюдалось изменение типа проводимости p n [39].

Ранее [73] в отношении образования радиационных дефектов в WBS был развит подход, при котором рассматривается механизм, подобный самокомпенсации проводимости. Согласно [73], изменение типа проводимости под действием облучения характерно лишь для узкозонных полупроводников. В то же время проводимость WBS под действием облучения стремится к собственной.

Действительно, такое предположение соответствует эксперименту, если ограничить диапазон измерения Vd в WBS комнатными температурами. Если же учитывать Рис. 3. Зависимость характерных концентраций N в 4H-SiC температурную зависимость Vd, то упомянутый подход + от дозы облучения протонами [39]. 1, 2 — (Nd -Na ) при справедлив только для 4H-SiC. Для 6H-SiC и, поT = 300 (1) и 650 K (2); 3 — их разность; 4 — суммарная видимому, 3C-SiC [74] наблюдается увеличение значения концентрация радиационных центров (RD1/2 + RD3 + RD4).

+ разностной концентрации доноров и акцепторов Nd -Na под действием облучения.

Таким образом, измерения Vd при комнатной темперапри температурах, значительно выше комнатных — бу- туре не выявляют пригодности приборов на основе WBS дет уменьшаться с увеличением температуры измерения. для работы при высоких температурах.

Рассмотрим теперь экспериментальные работы, где была определена величина Vd при облучении политипов 3.3. Радиационное легирование SiC различными типами заряженных частиц. Результаты (компенсация) SiC данных работ, а также известные из литературы значения Vd для кремния, полученные при тех же условиях Другим важным аспектом исследования взаимодейоблучения, представлены в табл. 5. ствия ионизирующего излучения с веществом является По данным большинства работ при температуре радиационное легирование (РЛ). За счет РЛ в полупроT = 300 K Vd(Si) Vd(SiC). Из общего числа выпадают воднике возможно формирование локальных областей с данные работ [65,66], где эти величины имеют обратное высоким удельным сопротивлением, необходимых для соотношение, причем Vd(SiC)/Vd(Si) 10. В упомяну- создания конкретного прибора. Обычно считают, что тых работах облучение проводили -частицами с энерги- радиационная стойкость и возможность РЛ являются Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе контакт, как правило, быстро деградирует с повышением температуры независимо от предельно возможных рабочих температур собственно полупроводника. Если рабочие температуры прибора не сильно превосходят 300 K, то для оценки эффективности РЛ SiC мы можем использовать значения Vd, полученные при этой температуре. Другим важным параметром эффективности РЛ является максимальное значение удельного сопротивления (M), которое может быть получено в полупроводнике.

В результате облучения уровень Ферми в материале n-типа проводимости будет смещаться к уровню наиболее глубокого из образующихся ГЦ. Величина M будет определяться концентрацией носителей в зоне проводимости полупроводника, т. е. глубиной и степенью ионизации данного РД. Чем больше ширина запрещенной зоны полупроводника, тем более глубокие РД в нем могут образовываться и тем в меньшей степени Рис. 4. Температурные зависимости прямого сопротивления они будут ионизованы при данной температуре. Таким диода Шоттки на основе 6H-SiC при дозах облучения, образом, WBS имеют большие преимущества перед 1014 см-2: 1 —3, 2 —4, 3 —6, 4 — 10, 5 — 20, 6 — 50, узкозонными материалами при получении высокоомных 7 — 100.

слоев, причем полуизолизующие свойства слоев будут сохраняться и при температурах выше комнатной. Как показывают данные работы [63], сопротивление 4H-SiC при T = 450C равно максимально достигнутому значению для GaAs ( 109 Ом · см) при комнатной температуре.

В ряде работ была исследована возможность протонной (водородной) пассивации карбида кремния [67,75–78]. Было показано, что после облучения протонами с энергией 350 кэВ и дозой 1 · 1014 см-2 удельное сопротивление n-4H-SiC при комнатной температуре превышает 8 · 106 Ом · см [67]; с нагревом образца его сопротивление быстро падало. Облучение протонами с энергией 8 МэВ [39] также приводило к увеличению омического сопротивления 4H- и 6H-SiC-структур при прямых смещениях (Rb) при комнатной температуре. В отличие от 6H-SiC, в 4H-SiC наблюдалось не увеличение, а уменьшение суммарной концентрации нескомпенсированных доноров в облученных протонами Рис. 5. Температурные зависимости прямого сопротивления образцах. Это показывает, что под действием облучения диода Шоттки на основе 4H-SiC при дозах облучения, происходит образование акцепторных центров в нижней 1014 см-2: 1 —6, 2 — 10, 3 — 20, 4 — 50, 5 — 100, 6 — 200.

половине или разрушение донорных центров в верхней половине запрещенной зоны. Кроме того, под действием облучения происходит образование глубоких акцепторных центров, на которые переходят электроны с более противоположными характеристиками материала, т. е.

мелких донорных уровней.

если полупроводник является радиационно-стойким, то По данным [39] с нагревом величина Rb уменьшалась он не считается перспективным для его компенсации по экспоненциальному закону с энергией активации A методом РЛ.

(рис. 4, 5). С увеличением дозы облучения величина Далее мы покажем, что в случае SiC такая оценка не A становилась больше, асимптотически приближаясь совсем правильна. Известно, что SiC перспективен не к значениям 1.1эВ для 6H-SiC и 1.25 эВ для 4Hтолько с точки зрения высокотемпературной электрони- SiC [39]. Это приводило к получению полуизолирующих ки, но и применительно к ряду приборов, не предназна- при комнатной температуре слоев n-6H-SiC. Такие слои ченных для работы при высоких температурах. Прежде могут быть использованы в технлогии приборов, не всего это высокочастотные приборы (диоды Шоттки, предназначенных для работы при высоких температурах, некоторые виды полевых транзисторов), в структуру например, фотоприемников или различных детекторов которых входит контакт металл–полупроводник. Такой излучения.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 136 А.А. Лебедев, А.М. Иванов, Н.Б. Строкан 3.4. Аморфизация SiC под действием изменения концентрации дефектов в уже выращенной облучения структуре может оказаться облучение (возможно, до наступления аморфизации) с последующим отжигом.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |



© 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.