WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 2 Влияние ионизации на поведение кремния в арсениде галлия при радиационном отжиге © М.В. Ардышев¶, В.М. Ардышев Сибирский физико-технический институт им. В.Д. Кузнецова при Томском государственном университете, 634050 Томск, Россия (Получена 13 февраля 2001 г. Принята к печати 25 мая 2001 г.) Методом вольт-фарадных характеристик исследовано поведение кремния, имплантированного в GaAs, после электронного отжига в режиме 7.6Вт · см-2/10 с. Электронный пучок воздействовал как на имплантированную, так и на тыльную поверхности пластин. Контрольные образцы отжигали термически в печи в режиме 800C/30 мин. Показано, что при электронном отжиге имплантированной стороны коэффициент диффузии D более чем на 3 порядка больше, чем при термическом отжиге, и почти на 2 порядка больше, чем при электронном отжиге тыльной поверхности. Предполагается, что это обусловлено длительным временем существования высокой стационарной концентрации неравновесных электронов и дырок из-за их пространственного разделения.

В [1,2] обнаружено, что при радиационном отжиге термический отжиг осуществляли в печках накаливания GaAs наблюдаются существенно большие значения коэф- при температуре 800C в течение 30 мин в потоке водо фициента диффузии и степени электрической активации рода. После удаления диэлектрика измеряли концентра28 имплантированного Si по сравнению с термическим ционные профили электронов методом вольт-фарадных отжигом (ТО) при тех же температурах. Предполагается, характеристик на барьерах Шоттки, окруженных омичечто это обусловлено влиянием генерируемых во вре- скими контактами.

мя радиационного отжига ”электронных возбуждений” На рисунке приведены концентрационные профили (неравновесные носители заряда, оже-процессы, плаз- электронов в ионно-легированных слоях GaAs : Si помоны) на перераспределение примеси. Однако данное сле ЭО с имплантированной стороны (кривая 1) и предположение нельзя считать однозначным. Во-первых, тыльной стороны пластины (кривая 2), а также после в этом случае необходимо принять длительное время ТО (кривая 3); кривая 4 — профиль концентрации существования высокой концентрации неравновесных внедренного кремния, рассчитанный с использованием носителей заряда (ННЗ), более 1019 см-3, что многими параметров распределения Rp и Rp, определенных авторами подвергается критике [3]. Во-вторых, наблю- методом масс-спектроскопии вторичных ионов. Экспедаемые эффекты могут быть обусловлены радиационно- риментальные профили легирования обрабатывали местимулированной диффузией, которая при радиационном тодом Больцмана–Мотано [1,4].

отжиге, возможно, протекает иначе, чем при термическом, из-за значительного различия скоростей нагрева материала.

В этой связи цель настоящей работы состояла в выявление роли ионизационно-термических эффектов в диффузионном перераспределении и электрической активации кремния, имплантированного в арсенид галлия.

Исследования выполнены на пластинах полуизолирующего нелегированного GaAs с удельным сопротивлением более 107 Ом · см. Осуществляли имплантацию ионов Si с энергией 50 кэВ дозой 6.25 · 1012 см-2, а затем с энергией 75 кэВ дозой 1.88 · 1012 см-2 при комнатной температуре. Для исключения каналирования ионов принимали меры, описанные в [1]. Перед отжигом на обе стороны пластин плазмохимическим способом осаждали пленку SiO2 толщиной 0.1-0.3 мкм. Электронный отжиг Профили концентрации электронов в GaAs : Si после электрон(ЭО) выполняли в установке ”Модуль” с плотностью ного отжига в режиме 7.6Вт·см-2/10 с при воздействии пучка мощности 7.6Вт· см-2 в течение 10 с в вакууме, причем на имплантированную (1) итыльную(2) поверхности пластин, электронным пучком воздействовали как на имплантиро- после термического отжига в режиме 800C/30 мин (3), а также расчетный профиль внедренного кремния (4) при имванную сторону пластин, так и на тыльную. Контрольный плантации ионов с энергией 50 кэВ, дозой 6.25 · 1012 см-2 и ¶ затем с энергией 75 кэВ, дозой 1.88 · 1012 см-2 (1).

E-mail: ard.rff@elefot.tsu.ru Влияние ионизации на поведение кремния в арсениде галлия при радиационном отжиге Таблица 1. Параметры концентрационных профилей электронов в GaAs : Si после различных видов отжига Коэффициент диффузии Si Степень активации Si Вид и режим отжига D, см2 · с-1, % ТО(800C/30 мин) 2.0 · 10-15 34.ЭО(7.6Вт · см-2/10 с):

имплантированная поверхность 1.6 · 10-12 40.тыльная поверхность 5.9 · 10-14 52.В табл. 1 представлены параметры экспериментальных Кинетику накопления концентрации ННЗ n представим в виде профилей электронов.

Из рисунка и табл. 1 следует, что после ЭО импланn n 2n = G - - (n)3 + Dn,p, (1) тированной стороны пластины значения коэффициента t xдиффузии D и степени электроактивации больше, чем где G — темп генерации, — время жизни ННЗ, после отжига тыльной стороны, которые в свою очередь определяемое их рекомбинацией на центрах с глубокими больше, чем после ТО. Следует отметить, что при исслеуровнями, — коэффициент оже-рекомбинации, Dn,p — дуемом ЭО за характерное время c 10-3 с (c = d2/, коэффициент амбиполярной диффузии ННЗ.

где d — толщина пластины, — коэффициент темпеВ процессе исследуемого ЭО реализуется стационарратуропроводности) тепловое поле распространяется на ная концентрация ННЗ, т. е. n/t = 0. При малых всю толщину пластины, так что температура на обеих темпах генерации убыль концентрации ННЗ будет опресторонах будет практически одинаковой.

деляться вторым членом в правой части (1), при больших — третьим. Доминирование оже-рекомбинации проИз решения уравнения теплового баланса получеизойдет, когда (n)3 > n/. Принимая = 10-8 с, но, что температура насыщения Ts, время достижения = 3 · 10-31 см6 · с-1 [10], получим n > 2 · 1019 см-3.

насыщения ts и скорость нагрева пластин dT /dt соДля обеспечения такой концентрации ННЗ необходимо ставляют соответственно 803C, 2.94 c и 741C · с-1.

выполнение условия G (n)3 = 2.4 · 1027 см-3 · с-1.

Так как ts c, скорость нагрева на обеих поверхОценку G = iN0 j/e, где i — сечение ионизаностях пластины практически одинакова. Следует отции, N0 = 4.45 · 1022 см-3 — концентрация атометить, что в случае ТО значение dT/dt составило мов полупроводника, j — плотность тока электронов 2.8C · с-1. Если предположить, что во время ( j = 7.6 · 10-4 А/см2), e — заряд электрона, выполняли ЭО тыльной стороны происходит миграция дефектов в по [11]. Значение i определяли с помощью выражения объем GaAs, то различие в коэффициентах диффузии i =( I N0)-1dE/dx, (2) при ЭО и при ТО обусловлено диффузией примеси, стимулированной дефектами. Есть основания считать, где I — средний потенциал ионизации атомов GaAs, что данный процесс является следствием высокой скоdE/dx — удельные потери энергии электронов с учетом рости нагрева материала при радиационном отжиге, обратно рассеянных частиц.

благодаря чему отжиг имплантационных нарушений и В табл. 2 приведены результаты расчета. Видно, что активация примеси происходят одновременно [5]. Однадля реализованного режима ЭО темп генерации суко радиационно-стимулированная диффузия приводит к щественно меньше значения, при котором доминирует незначительному увеличению D (в 4 раза — см. табл. 1).

оже-рекомбинация. Поэтому стационарная концентрация Учитывая, что в случае ЭО имплантированной стоННЗ nst будет определяться 1-м, 2-м и 4-м членароны увеличение D составляет несколько порядков и ми правой части уравнения (1). Далее учтем, что ННЗ генерируются в слое локализации внедренной примеси, то наиболее вероятной причиной наблюдаеТаблица 2. Результаты расчета взаимодействия электронов мых высоких значений D и являются ионизационные с GaAs эффекты.

Энергия электронов Сечение ионизации Темп генерации Ранее в качестве механизмов ускорения диффузии E, кэВ i, 10-17 см2 G, 1020 см-3 · с-возбуждением электронной подсистемы предлагались:

5 8.5 механизм рекомбинационной -вспышки В.М. Ленчен10 5.4 7.ко [6], механизм инверсных потенциалов Б.Л. Оксен15 4.2 5.гендлера [7], а также механизм Корбетта–Бургуэна [8] и другие [9]. Однако каждый из предложенных механизмов Примечание. В настоящей работе реализован электронный отжиг с энергией электронов в пучке 10 кэВ.

имеет те или иные недостатки.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 166 М.В. Ардышев, В.М. Ардышев в GaAs подвижность электронов µn значительно больше Effect of ionization on silicon behavior подвижности дырок µp, т. е. будет происходить пространin gallium arsenide during radiation ственное разделение носителей заряда. Предполагая, что annealing поверхностная рекомбинация незначительна, а также, M.V. Ardyshev, V.M. Ardyshev что на глубине x = 3L (L — диффузионная длина носителей) при температуре отжига Tann концентрация Kuznetsov Siberian Physicotechnical Institute, ”термических” носителей заряда n0(Tann) равна nst, Tomsk State University, получим следующее выражение для стационарной кон634050 Tomsk, Russia центрации ННЗ:

Abstract

Using the voltage-capacitance method, the behavior of eUD µn + µp nst = n0(Tann) exp - 1, (3) Si that was implanted in GaAs, has been studied after electron kTann µn - µp annealing (7.6W· cm-2/10 s). The electron beam irradiated both implanted and rear plate surfaces. The control samples were где n0(Tann)=[Nc(Tann)Nv(Tann)]1/2exp[-E(Tann)/2kTann], annealed thermally in furnace (800C/30 min). The coefficient of Nc(Tann) и Nv(Tann) — плотность состояний в зоне проdiffusion D during annealing the implanted surface was shown to водимости и в валентной зоне соответственно при темbe more than by 3 orders of magnitude greater than that under пературе отжига Tann, E(Tann) — ширина запрещенной thermal annealing, and almost by 2 orders greater as compared to зоны GaAs при Tann, UD — потенциальный барьер.

the rear-surface one. It could be caused by long time availability Подвижности µn и µp при Tann 800C будут опреof nonequilibrium electrons and holes stationary concentration деляться в основном рассеянием на оптических колебаbecause of their space separation.

ниях решетки. Оценки показывают, что в этом случае µn/µp 5. С другой стороны, n0(800C) 1017 см-3.

Для выполнения условия nst 10n0(Tann) необходимо, чтобы UD 2(kTann/e), т. е. при Tann 800C UD 0.2В.

Эта величина представляется разумной.

Таким образом, экспериментально обоснована определяющая роль ионизационно-термических процессов в ускорении диффузии и увеличении степени электрической активации Si в имплантированных слоях GaAs при электронном отжиге, а также показано, что наиболее вероятной причиной длительного существования высокой концентрации неравновесных носителей заряда является их пространственное разделение.

Список литературы [1] М.В. Ардышев, В.М. Ардышев. Изв. вузов. Физика, 41, (1998).

[2] М.В. Ардышев, В.М. Ардышев. ФТП, 32, 1153 (1998).

[3] А.В. Двуреченский, Г.А. Качурин, Е.В. Нидаев, Л.С. Смирнов. Импульсный отжиг полупроводниковых материалов (М., Наука, 1982).

[4] A. Bakowski. J. Electrochem. Soc., 127, 1644 (1980).

[5] А.В. Черняев. Метод ионной имплантации в технологии приборов и интегральных схем на GaAs (М., Радио и связь, 1990).

[6] В.М. Ленченко. ФТТ, 11, 799 (1969).

[7] Б.Л. Оксенгендлер. Письма ЖЭТФ, 24, 12 (1976).

[8] J. Bourgoin, J. Corbett. Phys. Lett. A, 38, 135 (1972).

[9] Б. Аскаров, А.Ш. Махмудов, Б.Л. Оксенгендлер, М.С. Юнусов. Радиоактивируемые процессы в кремнии (Ташкент, Фан, 1977).

[10] J. Smith. Phys. Rev. B, 3, 4330 (1971).

[11] И.А. Аброян, А.Н. Андронов, А.И. Титов. Физические основы электронной и ионной технологии (М., Высш. шк., 1984).

Редактор Л.В. Шаронова Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып.




© 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.