WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 2 U-пик в спектрах DLTS n-GaAs, облученного быстрыми нейтронами и протонами (65 МэВ) ¶ © В.Н. Брудный, В.В. Пешев Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова, 634050 Томск, Россия Томский политехнический университет, 634034 Томск, Россия (Получена 23 апреля 2002 г. Принята к печати 22 мая 2002 г.) Исследована причина появления широкой U-полосы в спектрах, полученных методом релаксационной спектроскопии глубоких уровней (DLTS) n-GaAs, облученного протонами (65 МэВ) и быстрыми нейтронами.

Показано, что данная полоса предположительно является суперпозицией двух пиков, сформированных известными в GaAs дефектами P2 и P3 в пределах скоплений дефектов. Проведены расчеты спектров DLTS с учетом неоднородного распределения этих дефектов в образце и встроенных электрических полей, обусловленных этими неоднородностями.

1. Введение что уменьшение амплитуды заполняющего импульса Up (при неизменном напряжении смещения Ub) сдвигаИзвестно, что при облучении GaAs n-типа проводи- ет максимум U-пика в высокотемпературную область мости ионами или быстрыми нейтронами в спектрах спектра. Это явление было приписано аномально сильDLTS (deep level transient spectroscopy) в температур- ному влиянию напряженности внешнего приложенного ной области 250–350 K, характерной для проявления электрического поля на скорость эмиссии электронов пиков E4 и E5 в образцах, облученных гамма-квантами с ловушек, формирующих U-полосу [5]. Поэтому авторы и электронами 1–2 МэВ, наблюдается широкий пик, данной работы предложили оценивать „истинное“ полополучивший в литературе название U-полосы. Этот пик жение U-пика, экстраполируя напряженность внешнего предположительно связывают с присутствием в таких электрического поля к нулю.

образцах плотных скоплений (кластеров) точечных дефектов [1]. Предпринимались попытки связать данный пик с anti-site дефектом типа AsGa радиационного про- 2. Результаты исследований и их исхождения, подобным ростовому центру EL2 в GaAs обсуждение с энергией Ec - (0.75-0.82) эВ. Действительно, измерения электронного парамагнитного резонанса фиксируют В данной работе развивается предположение о том, эффективную генерацию такого дефекта при облучении что U-полоса связана с уже известными точечными GaAs [2], в то время как спектры DLTS не отмечадефектами, характерными для спектров DLTS GaAs, ют увеличения интенсивности полосы, соответствующей облученного электронами 1–2 МэВ или гамма-квантами, центру EL2. Поэтому было предположено, что радиацино расположенными в кластере дефектов в случае обонный дефект AsGa при ионном и нейтронном облученилучения ионами или быстрыми нейтронами. Тогда можях формируется в области плотного кластера дефектов.

но ожидать, что особенности данной полосы обусловПри этом вблизи него образуется неизвестный дефект X лены тем, что эмиссия электронов с этих дефектов с более мелким энергетическим уровнем. В этом случае происходит в области неоднородного электрического эмиссия электрона с уровня AsGa в зону проводимости поля, сформированного на границе раздела кластер– происходит через уровень дефекта X, что предположи кристаллическая матрица. Действительно, поскольтельно приводит к сдвигу соответствующего пика DLTS ку уровень Ферми в облученном GaAs стабилизирув низкотемпературную область спектра [3]. Действиется в предельном (стационарном) положении вблительно, в результате изохронного отжига облученных зи Flim = E + 0.6эВ [6], между кластером дефектов образцов наблюдалось смещение U-пика в область высои матрицей кристалла возникает контактная разность ких температур и некоторое увеличение интенсивности потенциалов c =(Eg - Flim - F0)/q, которая приводит пика EL2 по сравнению с его исходным (до облучения) к образованию области пространственного заряда (ОПЗ) значением в спектрах DLTS, что связывалось с аннигина границе раздела кластер дефектов –кристалл. Здесь ляцией дефекта X. Однако последующие специальные Eg — ширина запрещенной зоны полупроводника, исследования данной проблемы не подтвердили эти F0 — уровень Ферми, задаваемый легированием исходпредположения [4]. Было также отмечено на образцах ного материала, q — заряд электрона.

GaAs n-типа проводимости, облученных нейтронами, С целью выяснения причин, обусловливающих форму ¶ и температурное положение U-полосы, изучалось влиE-mail: peshev@mail2000.ru Fax: (3822)415269 яние длительности tp и амплитуды Up заполняющего 152 В.Н. Брудный, В.В. Пешев ственно. Облучение структур приводило к появлению в спектрах DLTS известных пиков E2 (Ec -0.16 эВ) и E(Ec -0.38 эВ) и широкого пика в температурной области 250–350 K, известного как U-полоса, (рис. 1, a, b).

Из рис. 1, a, b следует, что уменьшение длительности заполняющего импульса от 20 (кривые 1, 1 ) до 2 мкс (кривые 2, 2 ), при неизменном Up = 6 В, перемещает максимум U-пика в высокотемпературную область, причем это перемещение обусловлено главным образом искажением формы пика за счет уменьшения величины сигнала DLTS на низкотемпературном плече U-полосы.

Это указывает на то, что ловушки, формирующие низкотемпературный край U-полосы, имеют меньшее значение сечения захвата, чем ловушки, ответственные за высокотемпературный край этой полосы. При этом уменьшение амплитуды заполняющего импульса Up от до 2 В (при tp = 2мкс) приводит к дальнейшему перемещению максимума данной полосы в высокотемпературную область за счет аналогичного искажения ее формы (кривые 3, 3 ). Предположительно это связано с тем, что уменьшение амплитуды Up заполняющего импульса вызывает рост отношения /(W1 - W0). Здесь W0 и W1 — длины обедненного слоя во время действия заполняющего импульса и без него, — расстояние между границей обедненного слоя и точкой пересечения квазиуровня Ферми для электронов с уровнем глубокой ловушки. Это приводит к увеличениию вклада ловушек с медленным заполнением в общее количество ловушек в зондируемой области [7]. В связи с этим уменьшается вклад в сигнал DLTS от ловушек с меньшим сечением Рис. 1. Спектры DLTS n-GaAs, облученного быстрыми захвата (низкотемпературный край U-пика), что и принейтронами (доза D = 6.3 · 1013 см-2) (a) и протонами водит к изменению формы U-пика.

(D = 1.3 · 1013 см-2, 65 МэВ) (b). Режимы измерения: 1, 1 — Для уточнения причины смещения максимума U-пика Ub = Up = 6В, tp = 20 мкс (режим почти полного заполв низкотемпературную область при уменьшении значенения ловушек U-полосы); 2, 2 — Ub = Up = 6В, tp = 2мкс (режим неполного заполнения); 3, 3 — Ub = 6В, Up = 2В, ния Up был измерен спектр DLTS при Up = 2В, но tp = 2мкс (режим с еще меньшей степенью заполнения);

при увеличенной длительности заполняющего импульса 4, 4 — Ub = 6В, Up = 2 В, при длительном импульсе tp, мкс:

tp = 300 мкс (кривая 4) и 100 мкс (4 ). Увеличение tp 4 — 300, 4 — 100 (режим почти полного заполнения). Врепрактически восстанавливает температурное положение менное окно: t1/t2 = 2 · 10-3/10-2 c/c.

максимума U-пика и его форму. Отсюда следует, что основной причиной смещения максимума U-пика при уменьшении величины Up (при tp = const) является неполное заполнение ловушек, формирующих низкоимпульса на форму U-пика в GaAs n-типа проводитемпературный край U-полосы за время длительности мости, облученном нейтронами импульсного реактора импульса tp. Это указывает на то, что в отличие от ( 1МэВ) и протонами циклотрона (65 МэВ). Пропредположений авторов [5] скорость эмиссии электроводился изохронный отжиг облученных образцов как нов с ловушек, формирующих U-полосу, практически с приложением напряжения обратного смещения, так не зависит от напряженности приложенного внешнего и без него. С учетом неоднородного распределения электрического поля. Поэтому можно предположить, дефектов и наличия встроенных электрических полей, что эмиссия электронов с уровней U-полосы уже осуобусловленных этими неоднородностями, были выполществляется в сильных встроенных неоднородных элекнены расчеты спектров DLTS таких образцов.

трических полях, сформированных на границе раздела Измерение спектров DLTS проводилось на кластер дефектов – матрица полупроводника. В этом структурах Au–Ti–n-GaAs–n+-GaAs–n++-GaAs, где случае скорости эмиссии электронов с ловушек, распоn =(3-6) · 1015, n+ 2 · 1017, n++ 2 · 1018 см-3.

ложенных в ОПЗ, сильно изменяются предположительно Исследуемая n-область содержала ростовые дефекты за счет эффекта Пула–Френкеля, что может приводить типа EL2 и EL3, концентрации которых составляли к существенному уширению пика DLTS в низкотемпераоколо (5-8) · 1013 см-3 и 2 · 1012 см-3 соответ- турную область [8].

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. U-пик в спектрах DLTS n-GaAs, облученного быстрыми нейтронами и протонами (65 МэВ) На рис. 2, a, b приведены спектры DLTS в области U-полосы для образцов, облученных протонами (65 МэВ), отожженных изохронно без приложения напряжения обратного смещения (рис. 2, a) и с приложением обратного смещения величиной U = 15 В (рис. 2, b).

В верхней части рисунков показано положение максимумов пиков DLTS для хорошо известных центров E4, E5, P2 и P3 в n-GaAs, облученном электронами с энергией 1МэВ [10]. Из рис. 2 следует, что с увеличением температуры отжига U-пик изменяет свою форму, смещается в высокотемпературную область и частично разрешается на два субпика, относительный вклад которых в формирование U-полосы сильно зависит от условий отжига. Это позволяет выделить эти пики и оценить их параметры, изменяя условия изохронного отжига.

Из анализа этих субпиков (обозначенных далее как пики P2 и P3 ), полученных после отжига облученных образцов до температур T = 500C при U = 0 (пик P2 ) и до T = 325C при U = 15 В (пик P3 ), оценены их параметры: Ena = 0.48 эВ, na = 2.2 · 10-15 сми Ena = 0.68 эВ, na = 1.4 · 10-15 см2 соответственно. По мере увеличения температуры отжига эти оценочные величины приближаются к параметрам известных ценРис. 2. Спектры U-полосы n-GaAs: 1 — после облучения тров P2 (Ec - 0.5эВ; 1.4 · 10-15 см2) и P3 (Ec - 0.72 эВ;

протонами (6.3 · 1013 см-2, 65 МэВ); 2 — после изохронного 1.4 · 10-13 см2), наблюдавшихся в облученном электроотжига (5мин) с U = 0В (рис. a) и U = 15 В (рис. b) при температурах отжига, C: 2 — 250, 3 — 275, 4 — 325, нами (1МэВ) и гамма-квантами n-GaAs [10].

5 — 375, 6 — 500. Временное окно: t1/t2 = 2 · 10-3/10-2 с/с.

На основе полученного ранее аналитического выражения для описания спектров DLTS образцов, содержащих кластеры радиационных дефектов [8], численно описана форма U-полосы как комбинация двух известных пиЭксперименты показывают, что в нейтронно-облуков P2 и P3:

ченных образцах U-пик частично разрешается на два пика при последующем отжиге [5,9], а на протонно2 NTC(W1 - W0 ) облученном материале такое разрешение достигается R(T ) r exp(-r2/2 ) 2NdWбез отжига при использовании режима неполного заполrнения ловушек (рис. 1, b, кривые 2, 3 ). Это позволяет [exp(-(r)t1) - exp(-(r)t2)]dr. (1) предположить, что U-полоса сформирована двумя типами дефектов, возможно уже известными в облученном Здесь t1 и t2 — времена стробирования релаксации n-GaAs. При этом форма этих пиков и их температурное емкости, задающие „окно скоростей“; T — температура положение сильно искажены тем, что эмиссия электрообразца; C — емкость барьера Шоттки при отсутствии нов с этих ловушек в зону проводимости происходит заполняющего импульса, NT — макроскопическая конв области встроенных неоднородных электрических поцентрация ловушек, формирующих U-полосу, —сколей, создаваемых скоплениями дефектов.

рость эмиссии электронов из ловушек в зону проводимоВ результате частичного изохронного отжига уменьсти, r0 — радиус сферической поверхности кластера, на шение плотности дефектов в скоплении будет привокоторой уровень Ферми F пересекает уровень глубокой дить к уменьшениию величины c и, следовательно, ловушки, — дисперсия нормального распределения к уменьшению напряженности встроенного электричецентров P2 и P3 в ОПЗ кластера. Величины W0, W1, ского поля. Поэтому при увеличении температуры изоC связаны известными соотношениями с концентрацией хронного отжига, соответствующей распаду кластера, свободных носителей Nd в матрице полупроводника, форма и температурное положение каждого из пиков, а также с напряжением U, приложенным к диоду, и конпредположительно формирующих U-полосу, будут стретактной разностью потенциалов барьера Шоттки. При миться к своим „истинным“ значениям, характерным оценках параметров кластера использованы его характедля изолированных дефектов. В результате анализа этих ристики из работы [11]. При этом предполагалось, что пиков при предельно возможных температурах отжи- дефекты в ОПЗ распределены по нормальному закону га и определения параметров дефектов, формирующих с дисперсией, значение которой оценивалось путем U-пик, можно их идентифицировать. регрессионного анализа экспериментальных спектров Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 154 В.Н. Брудный, В.В. Пешев нейтронами (рис. 3). В соответствии с выражением (1) с увеличением окна скоростей пики должны сдвигаться в область более высоких температур, при этом этот сдвиг должен сопровождаться изменением их формы и высоты. Представленные на рис. 3 экспериментальный (2) и расчетный (2 ) спектры, полученные при временном окне t1/t2 = 4 · 10-5/2 · 10-4 c/c, показывают неплохое совпадение эксперимента и расчета, что свидетельствует о корректности выражения (1). Результаты расчета (рис. 4) также подтверждают экспериментальные данные об увеличении полуширины U-полосы главным образом за счет увеличения вклада ее низкотемпературного края с ростом уровня легирования материала [12].

3. Заключение Рис. 3. Экспериментальные (точки 1, 2) и расчетные (сплошИзвестно, что в температурной области 250–350 K ные кривые 1, 2 ) спектры DLTS n-GaAs (Nd = 5.7 · 1015 см-3), в спектрах DLTS образцов n-GaAs, облученных вблизи облученного быстрыми нейтронами (6.3 · 1013 см-2), для 300 K электронами с энергией 1-2 МэВ или гаммавременных окон t1/t2 = 2 · 10-3/10-2 с/с (1, 1 ) и t1/t2 = квантами, доминируют пики ловушек E4 и E5, которые = 4 · 10-5/2 · 10-4 с/с (2, 2 ) и параметра дисперсии = 250. „маскируют“ дефекты P2 и P3. Только после отжига облученных образцов вблизи 200C или высокотемпературного облучения, когда дефекты E4 и E5 исчезают, появляются пики, соответствующие ловушкам Pи P3 [10]. При этом вклад P-ловушек составляет менее 5% от общей доли наблюдаемых радиационных дефектов, но он возрастает до 10% в случае облучения n-GaAs протонами (5МэВ) [13]. Поэтому следует ожидать увеличения вклада P-дефектов в общее дефектообразование в образцах GaAs, облученных высокоэнергетическими протонами (65 МэВ) и быстрыми нейтронами. В таких образцах после их прогрева вблизи 200C дефекты типа E4 и E5 устраняются, что приводит к некоторой трансформации формы и интенсивности U-полосы (рис. 2).

При этом, согласно данным рис. 2, вклад P-дефектов в формирование этой полосы составляет около 70%.

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.