WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 2 Электрофизические свойства InP, облученного быстрыми нейтронами реактора © Н.Г. Колин¶, Д.И. Меркурисов, С.П. Соловьев Филиал ГНЦ ”НИФХИ им. Л.Я. Карпова”, 249020 Обнинск, Россия Институт атомной энергетики, 249020 Обнинск, Россия (Получена 11 января 1999 г. Принята к печати 27 мая 1999 г.) Исследована зависимость электрофизических свойств монокристаллических образцов InP с различными исходными концентрациями носителей заряда от условий облучения быстрыми нейтронами реактора и последующих термообработок в интервале температур 20 900C. Показано, что характер изменения электрофизических свойств зависит от уровня легирования исходного материала, а отжиг в указанном интервале температур приводит к полному устранению радиационных дефектов, что делает возможным применение метода ядерного легирования к образцам InP. Вклад от ядерных реакций на промежуточных нейтронах в общий уровень ядерного легирования образцов InP составляет 10%.

Изучению радиационных дефектов (РД) в образцах альных боксах в течение 4 18 месяцев в зависимости InP, вызванных облучением нейтронами, посвящено не- от полученного флюенса. После спада наведенной радиобольшое количество работ [1–5]. Практическая реа- активности до допустимого уровня образцы InP подверлизация метода ядерного легирования применительно гались дезактивационной отмывке, шлифовке и травлек полупроводниковым соединениям AIIIBV вызвала не- нию в растворе HNO3 : HCl = 3 : 1. Электрофизические обходимость более детального изучения радиационно- параметры образцов InP определялись из измерений по физических процессов, происходящих в таких матери- методу Ван-дер-Пау при комнатной температуре.

алах под действием реакторного спектра нейтронов. На рис. 1, a и 2, a приведены зависимости электрофизических параметров образцов InP с различной исходной Однако изучение РД в процессе ядерного легирования за счет облучения тепловыми нейтронами реактора за- концентрацией носителей заряда от флюенса быстрых нейтронов (Ff ). Как видно, в результате образования РД труднено вводимой в материал примесью. Настоящая концентрация (n) и подвижность (µ) носителей заряда работа посвящена изучению влияния быстрых нейтронов при облучении уменьшаются. При этом, чем выше уровядерного реактора и последующих термообработок на нь легирования исходного материала, тем при больших электрофизические свойства монокристаллов InP.

флюенсах нейтронов начинается уменьшение n. При В качестве исходных использовались выращенные по больших флюенсах — Ff 1 · 1018 см-2 для образцов методу Чохральского монокристаллические образцы InP, с исходной концентрацией n = (2 4) · 1016 см-3 и как нелегированные, так и легированные в процессе Ff 1 · 1019 см-2 для образцов с n = 3.9 · 1018 см-3 — выращивания теллуром до различных концентраций. Все происходит увеличение концентрации электронов и прообразцы имели в исходном состоянии электронный тип водимости с последующим выходом на насыщение в проводимости. Исходные электрофизические параметры соответствии с предельным положением уровня Феробразцов (концентрация носителей n, подвижность µ, ми в сильно облученных образцах InP [6]. Это, поудельное сопротивление ) представлены в таблице.

видимому, объясняется перекрытием оболочек областей Облучение образцов InP проводилось в Cd-пеналах разупорядочения и проявлением механизма прыжковой при температурах не выше 70C в вертикальных каналах проводимости [7].

активной зоны реактора ВВР-ц с плотностью потока Скорость изменения подвижности носителей заряда быстрых нейтронов f = 5 · 1013 см-2 · с-1 (энергии тоже зависит от исходных значений n. При флюенсе E > 0.1МэВ). Время облучения подбиралось таким 5 · 1017 см-2 для нелегированных исходных образцов образом, чтобы флюенсы нейтронов изменялись в диаInP µ уменьшается на 80% от исходного значения, а для пазоне Ff = 8 · 1015 2.27 · 1019 см-2. Использовасильно легированных — на 92%. Это свидетельствует ние Cd-пеналов предотвращало эффект ядерного легио том, что наличие примесей в исходном материале рования на тепловых нейтронах. Влияние резонансных ускоряет спад подвижности носителей заряда в процессе нейтронов (энергия E = 1.46 эВ, сечение реакции облучения в указанном интервале флюенсов, но при = 2.2 · 104 барн) устранялось путем сошлифовывания дальнейшем росте флюенса нейтронов темп деградации с обеих сторон облученных образцов слоя толщиной µ в нелегированных образцах InP становится выше, чем 50 мкм. Из-за высокой наведенной радиоактивности в сильно легированных. При флюенсе 5 · 1018 см-после облучения образцы InP выдерживались в специспад подвижности носителей заряда для нелегированных ¶ и сильно легированных образцов приблизительно одинаFax: (08439) E-mail: FCI@meteo.ru ков и находится на уровне 98 99%.

154 Н.Г. Колин, Д.И. Меркурисов, С.П. Соловьев Электрофизические свойства исходных и облученных образцов InP Исходные образцы Ff, После облучения и отжига при 900C № Примесь образца n, 1017 см-3 µ, 103 см2/В · с, 10-3 Ом · см 1017 см-2 n, 1017 см-3 µ, 103 см2/В · c, 10-2 Ом · см 1 0.18 4.20 80.00 – 0.51 0.25 6.60 3.2 0.18 4.20 80.00 – 5.10 1.17 2.90 1.3 0.18 4.20 80.00 – 50.40 11.00 1.83 0.4 4.00 2.80 5.60 Te 0.51 5.30 2.35 0.5 4.00 2.80 5.60 Te 5.10 5.80 2.75 0.6 4.00 2.80 5.60 Te 50.40 14.60 1.70 0.7 39.00 1.90 0.85 Te 0.51 35.00 1.63 0.8 39.00 1.90 0.85 Te 5.10 20.50 2.00 0.9 39.00 1.90 0.85 Te 50.40 33.00 1.54 0.10 0.35 3.76 – – 0.08 0.44 3.20 4.11 0.35 3.76 – – 2.74 0.51 3.50 3.12 0.35 3.76 – – 5.27 0.92 3.50 2.13 1.80 3.03 – Te 0.08 2.80 2.70 0.14 1.80 3.03 – Te 2.74 2.30 2.75 0.15 1.80 3.03 – Te 5.27 2.60 2.88 0.16 7.50 2.49 – Te 0.08 7.30 2.25 0.17 7.50 2.49 – Te 2.74 8.60 2.50 0.18 7.50 2.49 – Te 5.27 8.90 2.10 0.19 7.50 2.49 – Te 227.00 16.00 1.90 0.В целях изучения термической стабильности радиаци- носителей заряда, что, по-видимому, как и в случае онных дефектов производился отжиг образцов в ваку- GaAs [8], связано с перестройкой мелких РД и образоваумированных отпаянных кварцевых ампулах в течение нием более сложных дефектов, отжигающихся при более 20 мин в интервале температур T = 20 900Cс шагом высоких температурах.

100C. Изменение электрофизических параметров облу- Из рис. 2, b видно, что температура начала отжига ченных образцов в зависимости от температуры отжига µ тем ниже, чем большим флюенсом нейтронов был облучен образец и, следовательно, чем большее количепоказано на рис. 1, b и 2, b. Как видно, концентрации ство примеси олова было введено в результате ядерных и подвижности носителей заряда для всех исследуемых реакций на промежуточных нейтронах. Отсюда следует, образцов увеличиваются с ростом температуры отжига и выходят на насыщение после отжига в интервале тем- что наличие примесей в образцах InP способствует увеличению скоростей как образования, так и отжига РД.

ператур T = 700 900C. Наиболее интенсивный отжиг происходит в интервале температур 300 600Cнезави- Таким образом, полученные экспериментальные результаты позволяют выделить три основные стадии отсимо от уровня легирования в исходном состоянии.

жига РД в облученных быстрыми нейтронами образцах Конечное значение n зависит от исходной концентраInP. I стадия (T = 100300C) характеризуется отжигом ции носителей заряда, а также от полученного флюмелких точечных дефектов, а также образованием более енса нейтронов вследствие того, что, как и в других сложных РД.

In-содержащих полупроводниковых соединениях AIIIBV, II стадия (T = 300 600C) характеризуется резв InP за счет сильного поглощения промежуточных ким увеличением как концентрации, так и подвижности нейтронов, которые не отсекаются Cd-пеналом, проносителей заряда, что свидетельствует об эффективном исходит подлегирование образцов оловом по реакции:

отжиге РД. По-видимому, как и в случае GaAs, на второй 115 In(n, )116In Sn. Так как атомы олова образуютстадии происходит отжиг областей разупорядочения и ся в подрешетке индия, они выступают в роли доноров более сложных РД, образованных на I стадии отжига.

по отношению к исходному материалу, увеличивая тем Характер изменения n и µ свидетельствует о сущесамым концентрацию свободных электронов. Об этом ствовании в области T = 700 900C III стадии отжига, свидетельствуют значения n при насыщении (рис. 1, b, приводящей к выходу значений n и µ на насыщение кривые 1, 3, 4), полученные после отжига образцов InP и, по-видимому, связанной с протеканием вторичных с одинаковыми исходными значениями n, облученных процессов в материале.

разными флюенсами нейтронов.

На рис. 3 представлены зависимости концентрации При больших флюенсах (рис. 1, b, кривые 4, 5, 7) и, носителей заряда от флюенса нейтронов для облученсоответственно, высоких концентрациях радиационных ных образцов InP после отжига при 900C в течение дефектов в интервале температур 200 400C наблю- 20 мин. Кривая 1 соответствует образцам, облучавшимся дается участок ”отрицательного отжига” концентрации в Cd-пеналах, а кривая 2 — образцам, облучавшимся Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Электрофизические свойства InP, облученного быстрыми нейтронами реактора Рис. 1. Зависимости концентрации носителей заряда (n) и удельного сопротивления (): a — от флюенса быстрых нейтронов (Ff ) для различных образцов InP (на осях приведены исходные значения); b — от температуры отжига (T ) различных образцов InP (см. таблицу) после облучения разными флюенсами быстрых нейтронов Ff, 1017 см2 (номер образца): 1 —0.51 (1), 2 —0.08 (10), 3 —5.10 (2), 4 — 50.40 (3), 5 — 227.00 (19), 6 —5.10 (8), 7 — 50.40 (9), 8 —0.51 (7); 1 —2.74 (17), 2 — 50.40 (3), 3 — 227.00 (19).

Рис. 2. Зависимость подвижности носителей заряда (µ): a — от флюенса быстрых нейтронов (Ff ) для различных образцов InP (на оси приведены исходные значения); b — от температуры отжига (T ) для различных образцов InP (см. таблицу) после облучения разными флюенсами быстрых нейтронов Ff, 1017 см-2 (номер образца): 1 —0.51 (1), 2 —0.08 (10), 3 —5.27 (15), 4 — 50.40 (3).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 156 Н.Г. Колин, Д.И. Меркурисов, С.П. Соловьев Список литературы [1] L.W. Aukerman. In: Semiconductors and Semimetals, ed by R.K. Willardson, A.C. Bear (Academic Press, N.Y., 1968) v. 4.

p. 343.

[2] N.P. Kekelidze, G.P. Kekelidze. Inst. Phys. Conf. Ser., 1, (1977).

[3] V.N. Broudnyi, V.A. Charchenko, N.G. Kolin, V.A. Novikov, A.D. Pogrebnjak, Sh.M. Rusimov. Phys. St. Sol. (a), 93, (1986).

[4] B. Lee, N. Pan, G.E. Stillman, K.L. Hess. J. Appl. Phys., 62, 1129 (1987).

[5] V.N. Broudnyi, N.G. Kolin, V.A. Novikov. Phys. St. Sol. (a), 132, 35 (1992).

[6] В.Н. Брудный, С.Н. Гриняев. ФТП, 32(3), 315 (1998).

[7] Н.Г. Колин, Л.В. Куликова, В.Б. Освенский, С.П. Соловьев, В.А. Харченко. ФТП, 18(12), 2187 (1984).

[8] Н.Г. Колин, В.Б. Освенский, В.В. Токаревский, В.А. Харченко, С.М. Иевлев. ФТП, 19(9), 1558 (1985).

Рис. 3. Зависимость концентрации носителей заряда (n) [9] Н.Г. Колин, В.Б. Освенский, Н.С. Рытова, Е.С. Юрова.

от флюенса нейтронов (F) для образцов InP, облученных в Физика и химия обраб. материалов, № 6, 3 (1986).

одном и том же канале реактора ВВР-ц в Cd-пеналах (1) и Редактор Л.В. Шаронова без Cd-пеналов (2, ядерное легирование) и отожженных при T = 900C (на оси приведены исходные значения).

Electrical properties of InP irradiated by fast neutrons of a nuclear reactor в том же канале без Cd-пеналов, т. е. полным спектром N.G. Kolin, D.I. Mercurisov, S.P. Solov’ev реакторных нейтронов при соотношении плотностей поBranch of State Research Centre токов тепловых и быстрых нейтронов s/f 1. Эти ”Karpov Institute of Physical Chemistry”, данные с учетом политропии при высоких концентрациях 249020 Obninsk, Russia примеси подтверждают ранее сделанное заключение [9] Institute of Nuclear-Power Engineering, о том, что подлегирование в In-содержащих полупровод249020 Obninsk, Russia никовых соединениях AIIIBV за счет реакций на промежуточных нейтронах составляет порядка 10% от общего

Abstract

Electrophysical properties of InP single crystalline уровня ядерного легирования для образцов, облученных samples with different initial concentrations of charge carriers have в каналах активной зоны реактора ВВР-ц.

been studied in relation to irradiation conditions with fast neutrons Полученные результаты позволяют сделать следуюof a nuclear reactor and subsequent heat treatments within the щие выводы:

temperature range of 20900C. It has been shown that changes of - показано, что отжиг облученных нейтронами образthe properties depend on the initial doping level and the above heat цов InP при T = 900C в течение 20 мин практически treatments give rise to elimination of radiation defects. This makes полностью устраняет радиационные дефекты, влияющие it possible to use the nuclear doping method for InP samples. In на электрофизические параметры материала, что может this respect the contribution of intermediate neutrons to the whole служить основой для практической реализации технолоeffect of the InP nuclear doping was estimated to be of 10%.

гии ядерного легирования применительно к InP;

- уровень исходного легирования InP оказывает существенное влияние на скорость образования и отжига РД при последующем облучении нейтронами реактора;

- эффект подлегирования фосфида индия за счет ядерных реакций на промежуточных нейтронах можно описать эмпирической зависимостью n = 0.2Ff.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и технической политики РФ в рамках ГНТП ”Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения” (проект № 045) и Ассоциации промышленников США (USIC) в рамках субконтракта № 4616510 с Национальной лабораторией США им. Лоуренса (г. Беркли, Калифорния).




© 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.