WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

Аморфизация образцов SiC наблюдалась после облуСоздание такой технологии позволило бы сильно расчения электронами [79], нейтронами [80], протонами и ширить область применения SiC и оказало бы влияние различными типами ионов (He, Ar, Cr) [81]. В рабона исследования других политипных соединений. Однате [81] также отмечалось, что процесс аморфизации SiC ко пока такой метод создания гетероструктур требует отличается от характерного для кремния. Только ионы, проведения значительных исследований по режимам более тяжелые по сравнению с ионами B, способны облучения, отжига и по предварительному легированию аморфизовать кремний при комнатной температуре; боисходных эпитаксиальных слоев для доказательства возлее легкие ионы даже при очень больших дозах импланможности своего существования.

тации приводят лишь к образованию сильно дефектных Одной из сложностей при проведении этих исследоваслоев кристаллического материала. В то же время аморний является образование пузырьков водорода или гелия физация SiC наступает при достижении критической при высоких дозах имплантации с последущим отслоеплотности энергии имплантации 23 эВ/атом, независимо нием верхнего слоя полупроводника при отжиге [88,89].

от массы иона. Авторы [81] отмечали, что это различие С другой стороны, в последние годы был достигнут может быть связано с большей подвижностью дефектов значительный прогресс в получении гетерополитипных в кремнии при комнатных температурах и их частичSiC-структур эпитаксиальными методами [90–92].

ном отжиге (рекомбинации) непосредственно в треке имплантированного иона.

В [79,80] отмечалось, что отжиг аморфизованных 4. Использование SiC для регистрации слоев гексагональных политипов SiC приводил не тольядерного излучения ко к реструктуризации исходного политипа, но и к образованию включений кубического политипа 3C-SiC.

4.1. История вопроса Эти результаты, с нашей точки зрения, представляются Детекторы ядерных излучений на базе SiC занимали весьма важными, так как физика взаимного превращения политипов SiC еще во многом не ясна. Особенно важ- видное место уже в первых попытках 60-х годов замены газа в ионизационных камерах более конденсированной, ным нам кажется понять причины изменения политипа полупроводниковой, средой.

в уже выращенном эпитаксиальном слое или приборной Напомним, что типичная конструкция детектора по структуре. В последние годы появилось много работ по аналогии с газонаполненной камерой представляет соисследованию так называемых „stacking faults“ (SF) — бой диодную структуру p+-n- (n+-p-) или p+-i-n+включений кубического SiC внутри диодов на основе типа. Структура работает в режиме обратного смеще4H-SiC или 6H-SiC, возникающих при протекании через ния, которое создает рабочую зону — область пространних прямого тока [82–84].

ственного заряда (ОПЗ) с сильным электрическим поОбычно такое явление считается отрицательным, так как SF являются эффективными областями рекомби- лем. Функции электродов выполняют p+- и n+-области.

нации носителей и их образование приводит к ухуд- Ядерные частицы (кванты) при торможении производят шению параметров силовых приборов на основе кар- в полупроводнике ионизацию. Таким образом, в рабочем объеме детектора возникают треки неравновесных бида кремния. В то же время было показано, что электронно-дырочных пар. Разделение носителей заряда SF, имеющие толщины порядка нескольких постоянных в электрическом поле ОПЗ и последующий дрейф их к решетки, являются квантовыми ямами 3C-SiC внутри электродам вызывают в регистрирующей цепи импульс более широкозонного 4H-SiC. Это приводило вследствие размерного квантования к появлению интенсивной фо- тока.

толюминесценции в синей области спектра (энергия Ионизация происходит с относительно малыми флукфотонов h = 2.5эВ) [85]. Было также обнаружено, что туациями числа созданных пар электрон–дырка, и в квантовые структуры SF возникают в сильно легиро- результате это число оказывается жестко связанным ванных слоях 4H-SiC после дополнительной термооб- с поглощенной энергией. Поэтому в случае полного работки [86]. Пока, к сожалению, процесс образования переноса носителей на электроды протекший по цепи SF и связанных с ними квантовых ям носит в SiC заряд является мерой энергии поглощенной частицы науправляемый характер. (кванта).

Еще до начала работ по исследованию SF из ана- Для успешной реализации описанного „ионизационлиза свойств и структуры глубоких центров в кар- ного“ принципа измерения энергии ядерных излучений биде кремния был сделан вывод о наличии характер- исходный материал должен обладать определенной соной для каждого политипа концентрации собственных вокупностью свойств. Это — низкая концентрация придефектов [10,87]. Тогда изменение концентрации соб- месей (получение протяженной области электрического ственных дефектов может привести к трансформации поля); биполярный характер проводимости (отсутствие политипа. Было высказано предположение, что способом накопления объемного заряда, деформирующего поле);

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе большая длина дрейфового смещения носителей заряда для регистрации и спектрометрии ядерных излучений (перенос их с эффективностью, близкой к единице); различной природы.

ширина запрещенной зоны, обеспечивающая слабую В свою очередь диодные структуры детекторов удобтермическую генерацию носителей (низкие шумы и ны для изучения электрофизических характеристик марассеиваемая мощность); по возможности высокий по- териала. Соответственно широко применяются известрядковый номер в Периодической системе (эффективное ные методики нестационарной емкостной спектроскопии поглощение рентгеновского и -излучения). Поскольку глубоких уровней (DLTS) и тока, индуцированного электреки занимают малую долю объема детектора, для тронным пучком (EBIC). Основной техникой определеидентичности импульсов необходима высокая локальная ния транспортных характеристик является амплитудный однородность условий транспорта носителей заряда. анализ переноса калиброванных по величине пакетов К сожалению, динамика совершенствования SiC в неравновесных носителей заряда.

60–70-е годы заметно уступала прогрессу „конкурентных“ материалов. Так, достаточно быстро были созданы 4.2. Регистрация короткопробежных частиц совершенные кристаллы моноатомных Ge и Si, а также развита техника глубокой компенсации остаточной ды- Большинство работ по анализу работы SiC-детекторов рочной проводимости донорной примесью лития. С дру- выполнено на эпитаксиальных пленках 4H- или 6H-SiC + n-типа проводимости с Nd -Na 1015 см-3. Толщигой стороны, получили развитие материалы с большими, на пленок составляла величину 10 мкм, т. е. бычем у Ge и Si, значениями порядкового номера и ширины запрещенной зоны (CdTe и растворы CdZnTe, соедине- ла сопоставима с длиной торможения короткопробежных ионов. Подложками служили легированные на ния GaAs, HgI2). Указанные материалы оказались весьма эффективными для практики спектрометрии и регистра- уровне (3.0-6.0) · 1018 см-3 монокристаллические плации ядерных излучений. Особое развитие благодаря ис- стины SiC толщиной 300 мкм. Выпрямляющий конпользованию достоинств планарной технологии получи- такт, как правило, выполнялся в виде берьера Шоттки. Барьер формировался магнетронным напылением ли разнообразные конструкции кремниевых детекторов Ni [99,100] или нанесением тонкой, 1000, пленки (в том числе многоэлементные). В результате интерес Au [101].

к SiC как материалу для детекторов оказался временно В качестве сильно ионизирующего излучения метопониженным, хотя первые результаты его применения были многообещающими [93–95]. дически удобно использовать -частицы естественного Из работ 70-х годов по SiC следует отметить удачную распада с энергией 5-6 МэВ. Регистрация неравновеспопытку введения в кристаллы n-типа проводимости ного заряда, индуцированного одиночными -частицами, акцепторной примеси бериллия [96–98]. Детекторы с проводится с помощью стандартной для спектрометрии компенсацией проводимости бериллием успешно ра- аппаратуры. Она включает чувствительный к протекботали как счетчики нейтронов (использовались реак- шему заряду предусилитель, усилитель с полосой проции конверсии с вылетом короткопробежных частиц) и пускания, регулируемой RC-цепочками интегрирования– осколков деления непосредственно в канале реактора, дифференцирования, и амплитудный анализатор. Калибпричем сохраняли функциональность до 600C. ровка цены канала анализатора проводится по прецизиВ последние годы достигнут существенный прогресс онному кремниевому детектору. В исследованиях опрев управлении свойствами SiC, и приведенный выше делялись форма спектра, значение средней амплитуды и перечень необходимых характеристик материала реа- ширина спектра на половине его высоты.

лизуется вполне приемлемо. Как следствие, интерес к Типичная зависимость амплитуды сигнала (внесенной конструированию детекторов на базе SiC заметно возро- в пленку энергии E) от величины смещения на детекдился, и далее мы постараемся описать существующее торе для пленки толщиной d 10 мкм приведена на положение. рис. 6 [99]. Использовались -частицы Cm с проСтандартным для „чистых“ пленок SiC является уро- бегом 20 мкм, т. е. пленка простреливалась насквозь вень разностной концентрации доноров и акцепторов и производимая ионизация соответствовала практиче+ Nd -Na = 5 · 1014-3 · 1015 см-3. Это позволяет при на- ски линейному участку кривой Брэгга для удельных пряжении U = 500 В получить ОПЗ протяженностью потерь энергии dE/dx = f (x). Наблюдаемые две стаW 15-30 мкм. Времена жизни порядка сотен нано- дии возрастания сигнала соответствуют напряжениям секунд для менее подвижных дырок в сочетании с U до и после полного обеднения структуры. Пока высокими значениями насыщенной дрейфовой скорости область ОПЗ занимает лишь долю n-базы, наряду с обеспечивают близкую к 100% эффективность переноса дрейфом носителей в области поля в переносе заряда заряда. Особо привлекательными являются, как отмеча- участвует диффузия дырок в базе, более медленная по лось, радиационная и химическая стойкость SiC, а также сравнению с дрейфом. Возникают существенные потери возможность использования приборов при температурах заряда вследствие рекомбинации носителей. Сигнал в в сотни C. В публикациях последних лет уделяется зна- первом приближении растет пропорционально ширине чительное внимание исследованию указанных свойств ОПЗ W U1/2 (аналогичный результат получен в рабоSiC и апробации выполненных на его основе детекторов те [101]).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 138 А.А. Лебедев, А.М. Иванов, Н.Б. Строкан составляли ряд 2432, 3469, 4125 и 6189 кэВ. Пробег всех частиц укладывался на толщине пленки, но перенос заряда включал диффузионную компоненту, что и привело к дефициту амплитуды и наблюдаемому перекрытию линий [102].

4.3. Анализ параметров материала, определяющих перенос заряда в детекторах Полученные выше результаты по регистрации -частиц успешно используются при анализе ключевых параметров SiC как „среды детектирования жестких излучений“. Это — средняя энергия образования пары электрон–дырка, длина диффузионного смещения дыРис. 6. Амплитуда сигнала от -частиц (измеряемая аппарарок LD =(D0)1/2, степень неоднородности их времени турой энергия E) в зависимости от напряжения, приложенного жизни /0 в базе диодной структуры, время жизни к диодной структуре детектора (см. [99]). 1 —до обеднения, носителей до их локализации на центрах захвата при 2 — после полного обеднения структуры. На вставке — дрейфе в ОПЗ. Здесь D — коэффициент диффузии, 0 — используемая при анализе диффузии геометрия; W — граница среднее значение времени жизни дырок в базе.

ОПЗ, E — энергия падающей -частицы.

4.3.1. Определение средней энергии образования пары электрон–дырка. Для нахождения с помощью математического моделирования торможения -частицы (программа TRIM [103]) определяется внесенная в пленку энергия E. Как отмечалось, регистрируемый сигнал пропорционален внесенному частицей заряду Q0 = eN (N — число образованных пар электрон– дырка, e — заряд электрона). Это позволяет записать N = E/ = Esat/Si. Здесь Si = 3.62 эВ (энергия образования электронно-дырочной пары в Si), Esat —энергия насыщения из эксперимента рис. 6, ее значение определяется из калибровки сигнала кремниевым детектором.

Указанным образом данные рис. 6 приводят к значению = 8.6 эВ, что близко к величине = 8.4 эВ, полученной в работе [104].

Рис. 7. Спектр энергий -частиц, полученный на n-p-n+4.3.2. Определение длины диффузии дырок. Дифструктуре на основе пленки 4H-SiC. Сплошная линия — фузионно-дрейфовый перенос для случая стационарной аппроксимация функцией Гаусса при относительной ширине и равномерной по объему генерации носителей был линии на половине высоты FWHM = 8.6%.

Когда ОПЗ занимает всю толщину пленки, электроны и дырки эффективно разделяются полем, потери заряда определяются локализацией на тех центрах захвата, которые удерживают носители на время, большее времени формирования импульса регистрирующей аппаратурой (порядка микросекунд). Сигнал увеличивается незначительно за счет возрастания скорости дрейфа. Наконец, на участке насыщения сигнала перенос заряда принимается полным.

Форма спектральной линии в [99,101] оказалась гауссовой, и заметной ее трансформации с ростом среднего значения амплитуды не наблюдалось (см. далее, п. 4.3.3).

На рис. 7 показана возможность регистрации спектра, Рис. 8. Зависимость дефицита сигнала от положения границы состоящего из 4 линий -распада Ra. Энергии распада ОПЗ. Точки — эксперимент, сплошная линия — результат понижались за счет торможения -частиц в воздухе и аппроксимации согласно [99].

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе рассмотрен в работах [105,106]. Получено выражение, эквивалентное выражению для случая импульсной ионизации в детекторах:

Q/Q0 = 1 - =(W + LD)/d, (3) где = 1 - Q/Q0 описывает дефицит регистрируемого заряда Q.

В случае генерации носителей -частицами для тонких пленок (R > d) dE/dx полагается линейной функцией x. Это усложняет формулу (3), однако позволяет для функции (W ) провести подгонку (fitting) по двум параметрам — LD и d (рис. 8) [99]. При этом вычислялись из данных рис. 6 как =(Esat-E)/Esat, а Рис. 9. Расчет формы спектра амплитуд сигнала при вариации значения W — по емкостным измерениям. В результате неоднородности времени жизни диффундирующих в базе дыбыла определена величина LD (LD = 2.42 мкм), а также рок (см. [99]). /0, %: 1 — 100, 2 — 50, 3 — 20. W/d = 0.2;

уточнено значение d (d = 9.76 мкм).

LD/d = 0.1. На вставке — ширина спектральной линии как функция /0.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.