WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

4.3.3. Форма амплитудного спектра при диффузии носителей и ее связь с временем жизни дырок. Статистика величины сигнала, проявляющаяся в форме спектральной линии, является специфической пленки, тогда вид d/dq находился согласно соотнохарактеристикой детекторов. Формально принято опи- шению (3). В итоге возникала система уравнений, где сывать разброс сигналов значением ширины линии на отброшены численные множители:

уровне 0.5 от максимума (FWHM). Природа разброса dN/dq =(/0)1/2 exp -(/0 - 1)2/0.362( /0)2, заключена в целом ряде факторов, но при неполном переносе заряда определяющим является механизм тренq =(W + LD /0 )/d. (4) спорта неравновесных носителей. Для характерного в случае SiC участия в диффузии носителей форма линии Три безразмерных параметра уравнений (4), W /d, LD/d и /0, различным образом влияют на форму анализировалась в [99,107].

амплитудного спектра. Так, величина W /d лишь смеВопрос о форме линии важен и в методическом щает положение максимума, не затрагивая значения плане, поскольку использование -частиц привносит ширины спектральной линии FWHM. Неоднородность, возможность определения микромасштабной неоднороднапротив, определяет только величину FWHM. Наконец, ности по площади пленки [107]. Действительно, значения LD/d влияют на спектр в целом.

треки -частиц представляют собой плотные сгустПостроение спектра при вариации /0 (см. рис. 9) ки электронно-дырочных пар диаметром (с учетом показало, что до неоднородности 50% ( /0 = 0.5) диффузионно-дрейфового растекания) 10 мкм. Поэтоспектры симметричны [99]. С возрастанием /0 до му величина заряда от каждой частицы отражает условозникает асимметрия за счет появления на левом вия переноса в микроскопическом объеме. В результате крыле протяженного участка малых амплитуд. Однако же хаотического падения частиц на детектор и проявзначение FWHM на всем интервале значений /ляется статистика по площади образца времени жизни описывается линейной функцией (см. вставку на рис. 9).

как параметра, наиболее чувствительного к структурным Более того, зависимость FWHM = f (LD/d) также оканесовершенствам. В итоге форма амплитудного спектра залась линейной с наклоном, пропорциональным /0.

оказывается связанной с неоднородностью.

В итоге значения FWHM описываются как Расчет формы спектра. Амплитудный спектр строится в координатах dN/dq = f (q), где dN — чисFWHM = 0.48( /0)(LD/d). (5) ло импульсов в интервале амплитуд dq, q = Q/Q0.

Для построения спектра в [107] записывалось тожде- Видно, что ширина линии от величины W /d, т. е. от наство dN/dq =(dN/d ) · (d/dq), и тем самым вопрос пряжения смещения, не зависит. Последнее соответствусводился к форме распределения и виду функции ет постановке задачи, где флуктуации регистрируемого q = f ( ). Распределение dN/d принималось гауссовым заряда связывались со стадией диффузии носителей, и с дисперсией, поскольку функция Гаусса наиболее результатам измерений, приведенным в разд. 4.2.

вероятна в условиях малых отклонений параметра от Форма амплитудного спектра регистрировалась на среднего значения | -0| <0. Аналогично спектру ам- пленках с LD = 2.4мкм при d = 9.76 мкм, и поплидут сигнала вводилась величина ширины спектра на лучено значение FWHM = 0.075. Согласно форполовине его максимума как = 2.35. Для упро- муле (5), это соответствует значению /0 = щения генерация полагалась равномерной по глубине (0.075/0.48)(d/Ld) 0.6, что практически совпадает с Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 140 А.А. Лебедев, А.М. Иванов, Н.Б. Строкан уровнем микронеоднородности, определенным при пе- Таблица 6. Энергетические уровни, концентрации и связанные с дефектом примеси для захватывающих центров, реносе носителей в „детекторном“ кремнии.

обнаруженных DLTS и ICTS [109] 4.3.4. Дрейфовый перенос и времена захвата носителей. Расчет. Задача о дрейфе носителей в линейТип дефекта S0 S1 S2 S3 S4 Sно изменяющемся поле рассматривалась в [108]. Для Энергия, эВ 0.10 0.19 0.32 0.91 0.40 0.случая „тонких“ SiC-детекторов следует дополнительно Концентраучесть линейно возрастающую с координатой генерацию ция, см-3 2·1011 8.9·1012 6·1011 2.2·1013 4.5·1012 1.4·носителей и найти для указанных условий среднюю Примесь Азот Хром Ванадий амплитуду заряда, которая и регистрируется на опыте.

В ходе вычислений определяется концентрация носи- Примечание. на границе Au– эпитаксиальный SiC.

телей как функция координаты x при генерации их в произвольной точке y. Далее находится индуцируемый на электродах заряд q(y) и, наконец, его средняя вели- величина оказалась заметно меньшей в случае пречина с учетом профиля генерации G(y). Указанные опе- обладания потерь заряда дырок. Полученное значение рации, например, для дырок записываются следующим времени жизни дырок — 35 нс. Оно меньше определенобразом: ного из диффузионного переноса — 62 нс (см. рис. 8, x где найдено LD = 2.42 мкм). Различие можно связать с dx p(x) =G(y) exp -, разным заполнением центров захвата: диффузия происµhhF ходит в условиях равновесного заполнения центров, а y дрейф осуществляется в неравновесных условиях, когда d заполнение центров существенно меньше.

q(y) = p(x)dx, Изложенные выше результаты поясняют методичеd y ские возможности, вытекающие из анализа диффузионно-дрейфового переноса неравновесного заряда в d диодных структурах детекторов. С этой целью прослеq = G(y) q(y)dy. (6) жено, как в рамках известных допущений получаются d аналитические выражения для описания дефицита заряда и формы амплитудного спектра. На их основе опредеЗдесь F — напряженность электрического поля, µh — ляются ключевые параметры переноса: времена жизни подвижность дырок, h — время их жизни до локаносителей при дрейфе, длина диффузионного смещения лизации на центрах захвата. Заряд q нормируется на неосновных носителей в базе и степень неоднородности значение, определяемое поглощенной энергией.

времени жизни по площади пленки.

Для упрощения захват полагается малым и описываетВ работе [109] для описания диффузионно-дрейфового ся линейным членом разложения экспоненты. Для слутранспорта носителей привлекалась программа чая однородного поля, F(x) =const, и равновероятной DESSIS [110]. Использовались пленки более высокого генерации, G(y) =1, решения имеют наглядный и одикачества и были получены рекордные величины времен наковый для электронов или дырок вид. В обозначениях жизни — 500 нс и 95 мкс для дырок и электронов для дырок:

d - y соответственно.

q(y) =(1 - y/d) 1 -, Природа центров захвата носителей изучалась в [109] 2µhhF техникой DLTS и спектроскопии нестационарной изотерd мической емкости (ICTS). Сопоставление данных обеих q = 0.5 1 -. (7) 3µhhF методик позволило определить характеристики ловушек с высокой точностью, причем включая и мелкие, не Линейный характер F(x) усложняет соотношения (7), разрешаемые при данных температурах DLTS. В табл. внося логарифмическую зависимость от напряжесведены результаты по энергетическому положению ценния [108]. Показательно, что при равномерной генерации тров захвата, их концентрации и возможной примесной сохраняется идентичность выражений для переносимых электронами и дырками зарядов. Неоднородная по глу- природе.

Таким образом, можно утверждать, что в современбине генерация приводит к различным формулам для ных пленках SiC уверенно достигнут уровень параметэлектронов и дырок. Выражения теряют наглядность, но, ров дрейфового транспорта, обеспечивающий близкую хотя и имеют громоздкий вид, позволяют определять h, к 100% эффективность переноса заряда. Проблемой используя этот параметр в качестве подгоночного [99].

является дальнейшая очистка от примесей, которая Эксперимент. Анализ потерь заряда в режиме дрейфа можно провести по данным рис. 6. Ход потерь в зависи- позволила бы достичь больших протяженностей ОПЗ.

мости от напряжения следует сопоставить с расчетными Последние результаты исследований в этом направлезависимостями при вариации h. Критерием совпадения нии выглядят весьма обещающими. Так, в работе [111] служит малость среднеквадратичного отклонения. Эта достигнут воспроизводимый уровень разностной конценФизика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе трации примесей (1-3) · 1013 см-3. Суммарное содер- уровня 5 · 10-12 А/см2. Для сравнения укажем, что в жание ловушек планируется снизить до 5 · 1011 см-3. кремниевых детекторах (при наличии в совершенстве Такой материал приближается по чистоте к кремнию отработанной технологии) плотности тока составляют и позволяет реализовать детекторы короткопробежных (0.5-1.0) · 10-9 А/см2.

частиц с полностью обедненной базой 100 мкм.

На рис. 10 приведен регистрируемый при темпераПоложительные результаты достигнуты и в отноше- туре 25C спектр рентгеновского излучения с четким нии создания в детекторах блокирующих контактов — разрешением характерных для препарата Am энергий.

„мелких“ p+-n-переходов. Эта задача решается путем Во всей области отмеченных пиков 8.0-59.5 кэВ сохраимплантации Al [112,113], причем детекторы надеж- няется линейность регистрируемого сигнала. Следует, но регистрируют -частицы в диапазоне температур однако, принять во внимание заметную деформацию до 500C.

интенсивностей линий, возникающую с ростом энергии квантов. Это связано с резким падением поглощения высокоэнергичных квантов в ОПЗ благодаря ее малым 4.4. Применение детекторов на основе SiC размерам.

для регистрации проникающего излучения Увеличение ОПЗ уменьшит искажения интенсивно4.4.1. Спектрометрия рентгеновского излучения.

сти, а также снизит значение емкости детектора (при Для режима спектрометрии необходимо, чтобы в ранеизменной его площади). Последнее позволит получить бочем объеме детектора происходило полное выделеменьшие шумы.

ние энергии частицы (кванта). В этой связи интересен 4.4.2. Дозиметрия потоков электронов и -квантов.

результат работ [114,115] по спектроскопии рентгеновОтклик SiC-детекторов на указанный вид радиации предского излучения с энергией E < 60 кэВ. В указанной ставляет интерес с позиций радиотерапии. Соответобласти энергий доминирующим является механизм ственно детекторы облучались электронами с энергифотопоглощения с передачей энергии кванта рождаеей 22 МэВ и фотонами 6 МВ, которые возникали от мому фотоэлектрону. Пробеги фотоэлектронов, хотя и 1.электронов, ускоренных на линейном ускорителе до сверхлинейно возрастают с энергией ( E ), но не энергии 6 МэВ. Диапазон доз составлял 1-10 Гр при превышают 10 мкм. Поэтому их энергия (в особенности интенсивностях 2-7Гр/мин [117].

для E < 20 кэВ) будет полностью поглощена в ОПЗ В указанных условиях сопоставлялись возможности детектора, что и характерно для режима спектрометрии.

дозиметров на основе SiC, кремния и алмазных пленок, В [115] использовались пленки 4H-SiC n-типа прополученных техникой CVD. Оказалось, что чувствительводимости производства CREE Reseach Inc. [116] с разностной концентрацией примесей 9 · 1014 см-3 и тол- ность кремниевых дозиметров в указанных условиях щиной 70 мкм. На эпитаксиальном слое по специаль- деградирует и падает на 35% после воздействия дозой электронов 3 кГр. Что касается алмазных пленок, то в ной технологии создавался барьер Шоттки площадью 0.03 мм2. Спектрометрия проводилась при обратном на- силу своей поликристаллической природы они имеют существенную неоднородность свойств. Неоднородность пряжении 300 В. Эта величина являлась компромиссной заметно искажает пространственное разрешение детекдля получения протяженной ОПЗ (W = 18 мкм) при умеренном вкладе возникающих шумов. Средняя напря- тора. Кроме того, для стабилизации чувствительности женность электрического поля в этих условиях состав- дозиметра необходимо провести так называемую „накачку“. Она состоит в предварительном воздействии на ляла более 105 В/см, однако обратный ток не превышал образец, например, излучением рентгеновской трубки (напряжение анода 50 кВ) при типичной дозе 10 Гр [118].

Наилучшие результаты по дозиметрии электронов были получены на диодах Шоттки, изготовленных на эпитаксиальных пленках 4H-SiC фирмы CREE + (Nd -Na = 2.2 · 1015 см-3, толщина 30 мкм). Диоды работали при смещении 150 В. Зависимость индуцируемого заряда от поглощенной дозы электронов в диапазоне 1-10 Гр была линейной с наклоном 16.37 нКл/Гр.

В свою очередь при облучении фотонами 6 МВ (интенсивность 2.1-6.5Гр/мин) индуцируемый ток имел также линейный ход с наклоном 3.5 · 10-10 А · мин/Гр.

Размер активной зоны при этом составлял W + LD = =(8.5+12.2) мкм.

Однако попытка использования полуизолирующего Рис. 10. Спектр рентгеновского излучения Am, сня„объемного“ (толщина 230 мкм) образца 6H-SiС выявитый при комнатной температуре SiC-детектором (см. [115]).

ла низкую чувствительность к электронам. Это следует Размытие шумами линии генератора стабильной амплитуды связать с большим количеством дефектов структуры.

FWHM = 466 эВ.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 142 А.А. Лебедев, А.М. Иванов, Н.Б. Строкан Таблица 7. Сравнение чувствительности и отношения чув- ческого поля. Показательно, что внесение радиационствительности к объему одного из дозиметров на основе ных центров (облучение протонами с энергией 8 ГэВ эпитаксиального SiC с коммерческими (Scanditronix) кремнии дозой 4.16 · 1014 см-2) привело к дополнительному евыми дозиметрами и двумя дозиметрами на основе CVD-алснижению на 23% и до 3.6 мин. Одновременно мазов [117] в 3 раза возросло сопротивление образца.

Подчеркнем, что в работе [119] сделана первая поЧувстви– Чувствительпытка конструирования детектора на базе полуизолиНапряже- Активный Дозиметр тельность, ность/объем, рующего 4H-SiC. Наблюдаемые нестабильность сигнала ние, В объем, ммнКл/Гр нКл/Гр · мми сравнительно малую эффективность переноса следует Кремний 0 0.295 150 отнести на счет недостаточного совершенства материала CVD-алмаз 50 3.7 690 тех лет (приблизительно 1998 г.). Напомним, что низкая CVD-алмаз 400 4.7 420 чувствительность к электронам в полуизолирующем SiC Карбид наблюдалась и в [117].

кремния 150 0.06 16.4 4.4.4. Регистрация нейтронов в канале реактора.

Примечание. Кремниевый дозиметр предварительно облучен электроУказанная задача связана с определением потоков нейнами с энергией 20 МэВ дозой 10 кГр, так что дальнейшее облучение тронов и контролем режима реакторов. Характерно, что не влияет на чувствительность.

ее решение опирается одновременно на высокую радиационную, температурную и химическую стойкость SiC.

Центры рекомбинации снижают эффективность переноПоскольку нейтроны непосредственно не создают са заряда, а микропоры увеличивают темновые токи.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.