Микромеханические свойства полупроводников, облученных малыми дозами бета-частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Дмитриевский Александр Александрович

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ, ОБЛУЧЕННЫХ МАЛЫМИ ДОЗАМИ БЕТА-ЧАСТИЦ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

31 ОКТ 2013

Тамбов-2013 г.

005536461

005536461

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина»

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор Головин Юрий Иванович

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина», директор научно-образовательного центра «Нанотех-нологии и наноматериалы» Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор Алехин Валентин Павлович,

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный индустриальный университет», профессор кафедры материаловедения и ТКМ;

доктор физико-математических наук, профессор Блантер Михаил Соломонович, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики (МГУПИ)», профессор кафедры «Наноматериалы»;

доктор физико-математических наук, доцент Скворцов Аркадий Алексеевич, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)», профессор кафедры физики. Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт кристаллографии им. A.B. Шубникова Российской академии наук (ИК РАН)»

Защита состоится «20» декабря 2013 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 217.035.01 при ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина» по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина» (автореферат диссертации размещен на сайте ВАК http://vak.ed.gov.ru).

Автореферат разослан «09» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 217.035.01

доктор технических наук Н.М. Александрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Микромеханические свойства полупроводников (ПП) и их чувствительность к действию различных физических полей имеют большое значение для технологии производства ПП техники и влияют на ее эксплуатационную стабильность. Развитие нанотехнологий в области создания микро- и наноэлектромеханических систем (МЭМС/НЭМС) актуализирует изучение механических свойств ПП в субмикронном и нанометровом масштабах [1]. Оказывая прямое влияние на функционал такого рода устройств, микромеханические свойства ПП (и особенно кремния) становятся не менее важными, чем электрические и фотооптические.

Несмотря на более чем полувековую историю исследований, закономерности и физические механизмы действия радиационных и электромагнитных полей на микромеханические свойства ПП остаются недостаточно изучеными. Условно эти воздействия и индуцируемые ими эффекты можно разбить на три класса, основываясь, например, в случае радиационных полей, на величине дозы облучения И или флюенса Г, накапливаемых объектом: 1) малодозовые воздействия (МДВ); 2) среднедозовые воздействия и 3) воздействия больших доз. Несмотря на частое употребление в литературе и интуитивные представления об их отличиях, до сих пор не существует общепринятых критериев такого разделения этих воздействий. Кроме того, применительно к различным материалам и свойствам, границы между ними могут существенно смещаться и размываться.

Количественным критерием степени электромагнитного воздействия обычно служит отношение величины сообщаемой им энергии, нормированной на один атом Ег, к энергии теплового движения кТ или энергии квантовых процессов в атоме/молекуле/твердом теле. Для радиационных воздействий, влекущих изменение атомной структуры, в качестве критерия можно принять соотношение концентрации исходных А'0 и генерируемых облучением И-т дефектов или количество смещений из узла решетки на один атом (с.н.а.). Для химически чистых материалов (для монокристаллического кремния N0 ~ Ю'МО16 см"3) и невысоких энергий бета-частиц {Е ~ 1 МэВ) к МДВ можно относить облучение с флюенсом F< Ю'Мо14 см"2. Не менее важной характеристикой радиационных воздействий, от которой во многом зависит эффективность введения радиационных дефектов (РД), является интенсивность облучения /. Чем меньше I, тем больше интервал времени 1т требуется для накопления заданного флюенса (Е = /1,п). Это усиливает роль диффузионных процессов и различных внутрикристаллических квазихимических реакций в дефектной подсистеме, что обуславливает возможность наблюдения качественно различных эффектов и приводит к кажущимся несоответствиям и противоречиям экспериментальных данных, полученных при одинаковых флюен-сах, но разных интенсивностях облучения.

Лучше других изучены эффекты при средних флюенсах и интенсивностях воздействия. Для них типично монотонное нарастание отклика (изменение свойств) материала с ростом К Поведение материалов в области малых, а так-

же очень больших Fu Iизучено гораздо слабее. Оно характеризуется нетривиальными дозовыми зависимостями, которые могут иметь немонотонный характер, области с высокой и пониженной чувствительностью к обработке. Особенно ярко это проявляется в области малых флюенсов и низких интен-сивностей, где могут наблюдаться так называемые «окна чувствительности» и инверсия знака эффекта [2,3], что обусловлено конкуренцией и многостадино-стью альтернативных квазихимических реакций с участием не только первичных, но и вторичных РД. Качественно эти «аномалии» похожи на размерные эффекты в наномасштабной шкале характерных размеров структурных или морфологических единиц. В связи с этим, эффекты, индуцируемые МДВ, представляют большой интерес, как с принципиальной, так и с практической точки зрения. Они могут привести к существенному изменению характеристик функциональных материалов, входящих в состав полупроводниковых приборов, магнитных носителей информации, многослойных покрытий, фотоприемников, датчиков и прецизионных механических устройств. Кроме того, изучение малодозовых воздействий на неорганические вещества может послужить первым шагом в создании более сложных моделей, описывающих отклики живых систем на МДВ [4].

Необходимо учитывать, что материалы могут испытывать МДВ как при целенаправленном радиационном воздействии (например, при радиационной полимеризации или деструкции, визуализации объектов методами электронной микроскопии, ионном травлении при подготовке поверхности к напылению, непосредственно в процессе магнетронного, ионного и электроннолучевого напыления, и пр.), так и вследствие влияния естественных природных условий (действие космической радиации на элементы солнечных батарей и отдельных узлов оборудования искусственных спутников Земли, облучение элементов аппаратуры при использовании радиоактивных источников питания, радиационный фон Земли и др.). Возможность появления структурных нарушений приходится учитывать при исследовании (визуализации) микроструктуры с использованием зондирующих электронных пучков [5]. Следует также иметь в виду, что в отличие от эффектов, индуцируемых средними или большими дозами, отклик материала на МДВ может проявляться не сразу, а по прошествии латентного периода, лимитируемого процессами перестройки дефектной подсистемы.

Поскольку, характер индуцируемых МДВ изменений свойств может зависеть от элементного состава и типа химической связи, в качестве объектов исследования выбраны типичные представители нескольких классов ПП, имеющих чисто ковалентную, ионно-ковалентную, молекулярную связи (Si, GaAs, ZnS, фуллерит С60) и тонкопленочных структур на кремниевой основе (AIN/Si, Cu/Si), имеющие перспективы практического использования.

При изучении механизмов МДВ на механические и электрические свойства, структуру и фазовый состав приповерхностных слоев ПП (по крайней мере, на начальных этапах исследования) целесообразно использовать источники бета-частиц невысоких энергий (до 1 МэВ), имеющие два существенных

преимущества. Во-первых, потоки таких электронов создают практически только одиночные первичные дефекты (пары Френкеля). Во-вторых, при бета-облучении энергии выбитых атомов недостаточны для образования каскада смещений, т.е. генерируемые первичные РД распределены сравнительно равномерно по поглощающему слою ПП. Поэтому для облучения образцов использовали источник на основе препарата ,0У+90.Чг со средней энергией бета-частиц 0,20 МэВ для 908г и 0,93 МэВ для ,0У.

Необходимо отметить, что в реальных условиях эксплуатации различные устройства на основе ПП, как правило, испытывают одновременное воздействие полей различной природы. Следует признать практически полное отсутствие литературных данных о комбинированном (одновременном или поочередном) влиянии малодозового ионизирующего облучения и слабых электромагнитных полей на свойства ПП. Между тем, эффективность протекания квазихимических реакций в подсистеме парамагнитных дефектов (многие РД парамагнитны) может контролироваться магнитными полями [6]. Наличие электрических полей может оказывать влияние уже на начальной стадии радиационного дефектообразования — на процесс разделения компонент пар Френкеля.

Все вышесказанное обуславливает актуальность выбранного направления исследований — формирование представлений о закономерностях и физических механизмах влияния малодозового, низкоинтенсивного бета-облучения на микромеханические свойства полупроводниковых кристаллов и очерчивает перспективы развития принципиально новых подходов к обработке материалов с целью модификации их приповерхностных свойств.

С учетом вышеизложенного, целью работы являлось установление закономерностей изменения микромеханических свойств полупроводниковых кристаллов в условиях индивидуального и комбинированного со слабыми магнитным и электрическим полями малодозового низкоинтенсивного бета-облучения.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие конкретные задачи:

1. Исследовать влияние малодозового (Г = 0 1013 см"2) бета-облучения (МДБО) с интенсивностью / — 10б см"'с"' на комплекс микромеханических (микро- и нанотвердость, скорость установившейся ползучести, критический коэффициент интенсивности напряжений Кс и др.), адгезионных и электрических (удельная проводимость, постоянная Холла) характеристик монокристаллов кремния. Оценить взаимосвязь наблюдаемых изменений и соотношение чувствительности различных характеристик к действию МДБО.

2. Установить динамические особенности бета-индуцированных изменений приповерхностных свойств исследуемых материалов в зависимости от:

- параметров облучения (флюенс, плотность потока бета-частиц);

- исходных характеристик материалов (тип химической связи, элементный состав, тип и концентрация легирующей примеси);

- внешних факторов нерадиационной природы (электрические и магнитные поля, химический состав атмосферы).

3. Исследовать фазовые превращения при микромеханических испытаниях, в частности, распределение фазового состава в области отпечатков инден-тора, сформированных на характерных стадиях МДБО кремния, что позволит оценить роль фазовых превращений под индентором в процессе бета-индуцированного разупрочнения кремния.

4. Идентифицировать типы вторичных радиационных дефектов, ответственных за изменения микротвердости кремния на разных стадиях облучения, используя данные, полученные независимыми взаимодополняющими методами (метод изохронного отжига и метод НЕСГУ — нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней (DLTS - Deep-Level Transient Spectroscopy)).

5. Оценить характер распределения по глубине вторичных РД, ответственных за разупрочнение Si.

6. Разработать качественную модель последовательных внутрикристалли-ческих квазихимических реакций в подсистеме вторичных РД кремния, протекающих в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения, ответственных за наблюдаемые эффекты.

Научная новизна результатов заключается в следующем:

Получены новые экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что совокупность механических характеристик (микротвердость, скорость установившейся ползучести, критический коэффициент интенсивности напряжений и др.) проявляет большую чувствительность к преобразованиям дефектной подсистемы кремния, индуцируемым малодозовым (F < 1013 см"2) низкоинтенсивным (/~ 106 см"2с"') бета-облучением, чем такие электрические характеристики как удельная проводимость и постоянная Холла.

Обнаружено и исследовано влияние малодозового облучения бета-частицами в интервале флюенсов от 0 до 3х 1012 см"2 на микротвердость полупроводников с ковалентной, ионно-ковалентной и молекулярной кристаллическими решетками: Si, GaAs, ZnS, фуллерит С60. Полученные данные позволили впервые выявить общие и частные закономерности радиационного дефектооб-разования при малодозовом бета-облучении в полупроводниках, отличающихся элементным составом и типом межатомной связи.

Получены новые данные о влиянии МДБО на адгезионные свойства структур, состоящих из гонких (~ 100 нм) пленок A1N или Си на кремниевой подложке. Показано, что облучение приводит к снижению энергии адгезии, не оказывая при этом заметного влияния на свойства пленки.

Обнаружено, что предварительное малодозовое бета-облучение приводит к уменьшению относительных объемных долей плотноупакованных фаз кремния (Si-II, Si-Xll и Si-III), образующихся под индентором.

Впервые показано, что наблюдаемые в процессе малодозового бета-облучения немонотонные во времени (бимодальные) изменения свойств приповерхностных слоев (< 3 мкм) кремния являются следствием сложного многостадийного преобразования подсистемы точечных дефектов. Независимыми методами идентифицированы типы вторичных РД, ответственных за изменения микротвердости кремния на разных стадиях облучения, а именно — за пер-

вый пик разупрочнения отвечают комплексы V2-0-C, а за стадию повторного разупрочнения - комплексы V-0 (A-центры). Здесь V- вакансия, О и С - атомы кислорода и углерода, индексы s и i обозначают положение атомов в узлах кристаллической решетки и междоузелыюе расположение соответственно, а индекс 2 - определяет количество вакансий в комплексе.

Впервые проведено детальное in situ исследование изменений свойств монокристаллов кремния в условиях МДБО. Это позволило выявить ряд ранее неизвестных закономерностей, явлений и фактов, связанных с влиянием на динамику бета-индуцированных изменений механических свойств следующих факторов:

- параметров облучения (флюенса и интенсивности);

- типа и концентрации легирующей и фоновой примеси;

- физических полей нерадиационной природы (электрические и магнитные пол»).

Предложена качественная модель последовательности внутрикристалли-ческих квазихимических реакций в подсистеме точечных (собственных и радиационных) дефектов кремния, продуктом которых являются комплексы V2-0-C, учитывающая наличие альтернативных каналов реакций с участием атомов легирующей и фоновой примеси и возможность влияния на них внешних факторов нерадиационной природы.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Малодозовое (F < 10:2 см"2) низкоинтенсивное (/- 10б cm'V) облучение бета-частицами (с энергией Е > 200 кэВ, превышающей пороговую энергию дефектообразования) вызывает немонотонные во времени бимодальные изменения свойств монокристаллов кремния. При этом, микромеханические свойства (микротвердость, скорость установившейся ползучести, склонность к трещинообразованию при локальном нагружении) являются более чувствительными к облучению по сравнению с такими электрическими характеристиками как удельная проводимость и постоянная Холла, что связано с преимущественной модификацией тонких (единицы микрометров) приповерхностных слоев в условиях низкоинтенсивного бета-облучения.

2. Малодозовое низкоинтенсивное бета-облучение кремния вызывает уменьшение относительной объемной доли плотноупакованных фаз Si-II, Si-XII, Si-III и аморфной фазы er-Si, формируемых при локальном нагружении, а также уменьшение сил адгезии по отношению к тонким пленкам Си и A1N.

3. Уменьшение интенсивности облучения, увеличение концентрации легирующей примеси, наложение постоянного магнитного (с индукцией В = 0,28 Тл) или электрического (с напряженностью Е > 350 В/см, облучаемая поверхность находится вблизи положительно заряженного электрода) поля приводит к уменьшению скорости бета-индуцированного разупрочнения кремния. Изменение полярности электрического поля вызывает изменение

знака его действия - приводит к ускорению бета-индуцированного разупрочнения кремния.

4. Полупроводниковые кристаллы, отличающиеся элементным составом и типом химической связи, делятся на два класса по виду дозовых зависимостей микромеханических свойств. Для одних (гпБ, фуллерит С60) характерны монотонные с насыщением, для других (81, ОаАя) - бимодальные зависимости микромеханических свойств от длительности низкоинтенсивного бета-облучения.

5. Немонотонные бета-индуцированные изменения микротвердости кремния обусловлены многостадийным процессом преобразования подсистемы точечных дефектов. За первый пик разупрочнения кремния отвечают комплексы У2-О-С, за стадию повторного разупрочнения - А-центры.

6. Немонотонное изменение концентрации комплексов вторичных радиационных дефектов, ответственных за характерные стадии изменения приповерхностных свойств кремния под действием малодозового низкоинтенсивного бета-облучения, является результатом последовательности конкурирующих внутрикристаллических квазихимических реакций, модель которых (предложенная в работе) учитывает наличие нескольких альтернативных каналов реакций с участием атомов легирующей и фоновой примеси.

Научная и практическая ценность результатов работы

Научная ценность полученных результатов заключается в обнаружении ряда новых физических эффектов влияния малодозового (/■' < 1О см" ) низкоинтенсивного (/- 106 см"2с"') бета-облучения (со средней энергией электронов 0,20 МэВ для 908г и 0,93 МэВ для 90У) на физические свойства приповерхностных слоев полупроводниковых кристаллов, в выявлении многостадийное™ процесса бега-индуцированного разупрочнения кремния, а также в расширении имеющихся и формировании новых физических представлений о

- природе немонотонных эффектов, индуцируемых малодозовыми низкоинтенсивными воздействиями, в реальных кристаллах;

- роли плотности потока заряженных частиц, а также внешних электрических и магнитных полей в процессе накопления вторичных РД;

- характере распределения вторичных РД, генерируемых в условиях МДБО, в приповерхностных слоях кремния.

Полученные результаты способствуют развитию единого подхода к исследованию малодозовых эффектов, специфика которых заключается в немонотонных (от дозы) изменениях приповерхностных свойств материалов под действием низкоинтенсивных радиационных полей, легко достижимых в лабораторных и заводских условиях.

Практическая ценность обусловлена возможностью оптимизации условий низкоинтенсивных воздействий, результатом которых будут значительные изменения (при необходимости кратковременные) приповерхностных свойств

кристаллов. Таким образом, полученные результаты могут послужить физической основой для разработки новых технологий нетермического энергосберегающего управления релаксационными процессами и повышения радиационной стойкости материалов по отношению к низкоинтенсивному облучению.

Достоверность представленных в диссертации экспериментальных результатов определяется их хорошей воспроизводимостью, использованием современного высокотехнологичного оборудования и стандартных методик при тестировании свойств исследуемых материалов, непротиворечивостью данных, полученных с использованием различных взаимодополняющих современных методов исследования, а также качественным подобием результатов, описанных в диссертации и экспериментальных данных других исследователей, полученных в схожих условиях.

Апробация работы. Полученные результаты были представлены на Международных конференциях: «Актуальные проблемы прочности» (г. Тамбов -2003, 2007, 2010, 2013, г. Витебск - 2004), Biennial International Workshop «Fullerenes and Atomic Clusters» (St Petersburg - 2003, 2005, 2007), «Физика прочности и пластичности материалов» (г. Тольятти - 2003, Самара - 2009), «Фазовые превращения и прочность кристаллов» (г. Черноголовка - 2004,

2006, 2010), «Relaxation phenomena in solids» (Voronezh - 2004), «Фундаментальные проблемы физики» (г. Казань - 2005), «Физика взаимодействия заряженных частиц с кристаллами» (г. Москва - 2006, 2007, 2009, 2010, 2011, 2012), «Взаимодействие ионов с поверхностью» (г. Звенигород - 2007, 2009,

2011), «Nanodesign, Technology and Computer Simulations» (Bayreuth, Germany -

2007, Minsk, Belarus - 2008), «E-MRS Spring Meeting» (Strasburg, France - 2009,

2012), «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» (г. Санкт-Петербург - 2009), а также Всероссийских конференциях: «Дефекты структуры и прочность кристаллов» (г. Черноголовка - 2002), симпозиум «Современная химическая физика» (г. Туапсе - 2002, 2003, 2004, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011), «Прикладные аспекты химии высоких энергий» (г. Москва -2004), «Петербургские чтения по проблемам прочности» (г. Санкт-Петербург -2005, 2007, 2008, 2010, 2012), «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах» (г. Воронеж - 2006, 2008, 2010), «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (г. Казань -

2008, г. Новосибирск - 2012), конференция «Кремний — 2010» (г. Н-Новгород), «Кремний - 2011» (г. Москва), «Кремний - 2012» (г. Санкт-Петербург), «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург - 2011), Вторые Московские чтения по проблемам прочности материалов посвященные 80-летию со дня рождения академика РАН Ю.А. Осипьяна (г.Черноголовка - 2011), «Взаимодействие излучений с твердым телом» (г. Минск, Беларусь - 2011), «Материалы и структуры современной электроники» (г. Минск, Беларусь - 2012).

Экспериментальные результаты, составившие основу диссертации, были получены при финансовой поддержке РФФИ (№ 06-02-96321-р_центр_а, X« 08-02-97512-р_центр_а, № 09-02-97541-р_центр_а) и ФЦП Научные и

научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы (№ П892).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 42 научные работы, в том числе 31 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад соискателя состоит в формулировке целей, постановке задач исследования, создании необходимых экспериментальных условий. В совместных работах, выполненных в соавторстве, автор лично участвовал в проведении экспериментальных исследований. Анализ и интерпретация полученных результатов, формулировка выводов и научных положений, выносимых на защиту, выполнены лично автором. Статьи по теме диссертации написаны автором после обсуждения с соавторами.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, в котором сформулированы основные выводы, и списка цитируемой литературы, включающего 294 наименования. Общий объем диссертации составляет 292 страницы, включая 117 рисунков и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, аргументирована достоверность полученных результатов, отражена апробация результатов работы и определен личный вклад автора.

Глава 1. Литературный обзор экспериментальных данных и теоретических представлений о влиянии ионизирующего облучения на физические свойства функциональных материалов

Первая глава содержит обзор литературных данных, посвященный процессам радиационного дефектообразования и сопутствующей модификации физических свойств функциональных материалов.

В разделе 1.1 описаны процессы прямого и подпорогового образования первичных РД, приведены примеры внутрикристаллических квазихимнческих реакций, продуктами которых являются основные типы вторичных РД кремния, описаны их характеристики (структура, глубина залегания их энергетических уровней в запрещенной зоне, температура отжига и пр.). Рассмотрены особенности накопления вторичных РД в зависимости от типа и энергии генерирующих их заряженных частиц.

Раздел 1.2 посвящен рассмотрению особенностей радиационно-индуцированной модификации физических свойств кристаллов в зависимости от элементного состава и типа химической связи. Подчеркивается, что накопление РД вызывает изменения электрических, оптических, магнитных и механических свойств, причем последние могут проявлять неожиданно высокую чувствительность к сравнительно малым концентрациям электрически не активных вторичных радиационных дефектов.

В разделе 1.3 рассматриваются вопросы, связанные с массопереносом в процессе формирования отпечатка индентора при тестировании микро- и на-нотвердости. Указывается на то, что в твердых материалах (таких как кремний) первостепенную роль в процессе массопереноса при индентировании играют точечные (в том числе радиационные) дефекты. Обсуждается и анализируется роль дислокаций и фазовых превращений при индентировании кремния. Обращается внимание на отсутствие систематических исследований, связанных с влиянием ионизирующего облучения на процесс фазовых превращений при локальном нагружении кремния.

В разделе 1.4 обсуждаются количественные параметры облучения, а также воздействий нерадиационной природы, определяющие качественный характер и величину отклика материала. Рассматриваются особенности накопления РД при низкоинтенсивно,м ионизирующем облучении. Обсуждаются критерии классификации эффектов, индуцируемых облучением, с позиции величины дозы. Проводится анализ, и выявляются аналогии в аномальных (немонотонных) изменениях свойств различных материалов (от кристаллов до живых систем) под действием малых доз облучения. Указывается на отсутствие четких представлений о природе малодозовых эффектов, и в частности, о процессах модификации дефектной подсистемы функциональных материалов (в том числе кремния), вызывающей немонотонные изменения их свойств, в условиях малодозового низкоинтенсивного ионизирующего облучения. Обсуждается возможность «управления» эффектами, индуцируемыми ионизирующим облучением (в том числе малодозовым), посредством физических полей нерадиационной природы.

Раз дел 1.5 посвящен постановке цели и формулировке задач исследования.

Глава 2. Методика и техника экспериментов

Вторая глава диссертации посвящена описанию способов предварительной подготовки и основных характеристик исследуемых образцов, параметров и условий внешних воздействий, методов исследования и рабочих характеристик оборудования. Обобщенно описанную во второй главе информацию можно представить в виде таблицы (Табл. 1).

Гл лва 3. Изменения механических и электрических свойств полупроводниковых кристаллов, индуцируемые малодозовым ннзкоинтенсивным бета-облучением

В третьей главе диссертации описаны экспериментальные результаты исследования динамики изменений механических (преимущественно микротвердости) и электрофизических (удельной проводимости и постоянной Холла) характеристик полупроводниковых кристаллов (81, ваЛв, и фуллерит С60) в условия* низкоинтенсивного / ~ 10б см"2с"' облучения бета-частицами со средней энергией электронов 0,20 МэВ для 908г и 0,93 МэВ для 9<1У.

В разделе 3.1 осуществлена экспериментальная оценка соотношения чувствительности механических (микротвердость Н) и электрических (удельная проводимость а и постоянная Холла Лн) свойств кремния по отношению к действию МДБО. Обнаружено (Рис. 1), что облучение монокристаллов крем-

ния бета-частицами с интенсивностью / = Зх 106 см"2с"' и указанной выше энергией (превышающей пороговую энергию дефектообразования для 81) приводит к немонотонному во времени изменению Н,в и

Таблица 1. Перечень исследуемых материалов и характеристик, а также используемых воздействий и методов исследования_

Исследуемый материал Внешнее воздействие Исследуемая характеристика Метод исследования (способ регистрации)

Si-1 (М> < 1014 см"3) Si-2 (TVp = 1 Д5х 10'5 см"3) Si-3 — Зх1018 см"3) Si-4 Wsb = 3x1018 см"3) Si-5 (Л'в < 10й см"3) Si-6 (//в = ЗхЮ15 см"3) Р; Р+МП; р+имп Р+ЭП; Т 1. Микротвердость Я; 2. Нанотвердость Я; 3. Критический коэффициент интенсивности напряжений Кс', 4. Активационный объем при индентиро-вании у; 5. Скорость установившейся ползучести с!МЗ?; 6. Удельная проводи- мость о; 7. Постоянная Холла Лн; 8. Концентрация электрически-активных радиационных дефектов; 9. Фазовые превращения под индентором. 1. Микроиндентирование; 2. Наноиндентирование; 3. Анализ Р-Л-диаграмм; 4. Четырехконтактный метод измерения электрического сопротивления; 5. Измерение ЭДС Холла; 6. Нестационарная емкостная спектроскопия глубоких уровней (ЭЬ'ГЗ); 7. Микрорамановская спек- троскопия; 8. Регистрация изменений электрического сопротивления кремния при внедрении индентора в узкую щель между омическими контактами.

GaAs Р Микротвердость Я Микроиндентирование

Фуллерит С6о Р; Рп; у; МП; Т Микротвердость Я Микроиндентирование

ZnS Р Микротвердость Я Микроиндентирование

Структуры AIN/Si Р 1. Микротвердость Я; 2. Нанотвердость Я; 3. Сила сопротивления царапающему индентору /ч 1. Микроиндентирование; 2. Наноиндентирование; 3. Склерометрирование.

Структуры Cu/Si Р Периметр и площадь отслоений, формируемых при индентировании. Микроиндентирование

Здесь ^ъ, А'в - концентрации Р, ЭЬ и В, а р и у - бета- и гамма-облучение соответственно; МП и ИМП - постоянные и импульсные магнитные поля соответственно; ЭП - электрические поля; Г- термическое воздействие.

Установлено, что уменьшение толщины облучаемого образца приводит к увеличению бета-индуцированных изменений удельной проводимости. Показано, что тестирование микротвердости является более чувствительным мето-

дом (по сравнению с тестированием а и /?н) по отношению к модификации дефектной подсистемы, индуцируемой МДБО.

Время облучения /,„, час Время облучения /1г,, час

» 5 10 15 о 5 i» 15

(U 2

0 ¡f °

•0.2 .еГ гГ-2

-0.4 с

•0.6 э:

-0,8 -1 -8 -10

--1,-----4-------н_

ÍS SO tío ISO 55« ÍOO í.56 КО«

Время t. час 13

Рис. 1. Зависимости относительных изменений микротвердости - (1, а и 6), удельной проводимости при толщине образца = 1 мм - (2, а) и с/2 = мкм - (3, а) и постоянной Холла — (2, Ь) от времени облучения бета-частицами с интенсивностью /= 3*106 см"2с"'.

Раздел 3.2 посвящен детальному исследованию влияния МДБО на механические характеристики приповерхностных слоев монокристаллов кремния. Показано, что процесс бета-индуцированного изменения микротвердости кремния является многостадийным (Рис. 2).

а Рис. 2. Зависимости

микротвердости от времени (включающего время облуче-.5. к. / = 3,3« 10'смV ниядля образцов

кремния, облучен-1 , т 11 г ных в течение:

| »Ш-+-Т ^ '» Ц\ 0,3 час - а); 1,25 час

|1 1 é - Ь); 2 час - с);

900 час - d). Гори-

2« -10. ш зонтальныи пунктир

- начальные значения микротвердости Н0, вертикальный с пунктир - время об-

лучения tm.

15а ло«

Установлено критическое значение времени облучения /с = 75 мин, (при интенсивности /= 3,3х 105 см"2с"'), в окрестности которого наблюдается инверсия знака радиационно-пластического эффекта, Облучение в течение / < гс приводит к последующему немонотонному обратимому упрочнению, а в течение I > 1С - к последующему немонотонному (два экстремума) обратимому разупрочнению.

Обнаружено трехкратное увеличение скорости установившейся ползучести с1М1/ кремния (Рис.3), индуцируемое облучением с флюенсом, соответствующим первому минимуму микротвердости. Это указывает на первостепенную роль точечных дефектов в процессе бета-индуци-рованного разупрочнения 51. Методом оптической и растровой электронной микроскопии детально исследовано влияние МДБО на процесс трещинообразования при индентиро-вании.

Обнаружено бета-индуцирован-ное увеличение склонности кремния к трещинообразованию. Наиболее ярко эффект выражен при внедрении индентора на глубины ~ 2,5 мкм.

Результаты исследования влияния интенсивности облучения, исходных характеристик (тип и концентрация легирующей примеси) кремния и химического состава внешней атмосферы на кинетику изменений микротвердости Б) описаны в разделе 3.3. Показано, что варьирование плотности потока бета-частиц (в интервале 105 см~2с~' < / < Зх106 см"2с"') не приводит к качественным изменениям зависимости //(/¡1Т). Однако, при этом, изменяются критические параметры процесса. Увеличение интенсивности сопровождается уменьшением времен, при которых наблюдаются максимумы разупрочнения. При этом, максимумы разупрочнения достигаются при разных значениях флюенса (для различных плотностей потоков частиц). Это свидетельствует о существенной роли миграционной способности вторичных РД в процессе формирования дефектной структуры в условиях МДБО.

Установлены критические температуры отжига, индуцирующие изменения значений микротвердости, наведенных низкоинтенсивным облучением. Показано, что индуцированное МДБО (1т = 100 час) значение Н не изменяется вплоть до 400 °С (Рис. 4, а). При Т = 400 °С происходит скачкообразное восстановление Н к исходному значению. Восстановившаяся (во время облучения) к исходному значению величина микротвердости скачкообразно изменяется при Т ьапп = 200 °С. Измененное таким образом значение Н вновь восстанавливается к исходному лишь при Т\„„ = 600 "С (Рис. 4, Ь).

Рис. 3. Зависимость глубины внедрения индентора от времени выдержки при постоянной нагрузке 600 мН: (1) - образец, не подвергавшийся облучению; (2) - образец, облученный до стадии первого разупрочнения.

Температура (уг<кигаТ.яя. "С г -- 2(10 час, / "= 1(1' см V

Гемнера)лра огжшаГ..,,. "С .100 час. 1 = 10" см 'с '

Чувствительность механических свойств образца, предварительно облученного в течение 200 часов к термическим воздействиям, свидетельствует о том, что, несмотря на восстановление микротвердости к исходному значению (во время облучения), состояние подсистемы структурных дефектов на этой стадии отлично от исходного. Установлено, что на стадии повторного разупрочнения микротвердость сохраняет свое значение при отжиге в интервале температур от 50 до 250 °С. При Гапп = 300 °С происходит скачкообразное восстановление Н к исходному значению (Рис. 4, с).

Показано, что на динамику бе-та-индуцированных изменений микротвердости заметное влияние оказывает тип и концентрация легирующей примеси. Установлено, что повышение концентрации примеси фосфора на пять порядков величины приводит к замедлению процессов промежуточного восстановления И и повторного разупрочнения. Изменение типа легирующей (донорной) примеси с фосфора на сурьму (при равных концентрациях Лр ~ Л'а = Зх 1018 см"3) приводит к уменьшению характерных времен облучения (флюенсов), при которых наблюдаются максимумы разупрочнения с промежуточным восстановлением. Сравнение зависимостей микротвердости от времени облучения, полученных на кристаллах с донорной (фосфор) и акцепторной (бор) примесью в приблизительно равных концентрациях (Л'р = Ыв < 10й см"3) не позволяет выявить существенных отличий. По" ' 15 см"3),

0 ПМ1 2«0 1110 4(11) 51Ю 600 700

Температура отжига7'««. "С

Рис. 4. Зависимость микротвердости предварительно облученных (а — до стадии первого разупрочнения, Ь — промежуточного восстановления, с — повторного разупрочнения) образцов 8! от температуры последующего отжига.

вышение концентрации примеси бора (от Ыв

1014 см"3 до М,

ЗхЮ

также как и в случае с примесью фосфора, приводит к увеличению характерных времен облучения (флюенсов), при которых наблюдаются максимумы разупрочнения.

Обнаружено влияние химического состава внешней атмосферы при облучении на динамику бета-индуцированных изменений Н кремния. Облучение 81

в среде азота не приводит к качественным изменениям вида зависимости Н{1ХП), наблюдаемой при облучении на воздухе. Однако процесс бета-индуцированного изменения микротвердости в парах азота несколько ускоряется, что особенно заметно на стадии повторного разупрочнения. При облучении образцов в среде аргона первый максимум разупрочнения достигает почти вдвое больших значений. Однако, необходимое для этого время облучения и, соответственно, флюенс увеличиваются пропорционально. Кроме того, не наблюдается полного промежуточного восстановления Н к исходному значению, и, что вызывает особый интерес, на стадии повторного разупрочнения величина Н сохраняет свое значение в течение всего последующего времени облучения. Использование С02 в качестве газа-наполнителя при облучении приводит к практически полному подавлению бета-индуцированного изменения Я кремния. Таким образом, варьирование состава атмосферы приводит не только к количественным, но и к качественным изменениям вида зависимости Н(1т) при малодозовом низкоинтенсивном бета-облучении кремния.

В разделе 3.4 описаны зависимости микротвердости бинарных полупроводников (ОаАБ и гпв) от времени низкоинтенсивного бета-облучения. Обнаружено, что при облучении монокристаллического арсенида галлия наблюдается бимодальная (два максимума упрочнения с промежуточным восстановлением Н к исходному значению) зависимость микротвердости от времени облучения. Качественно схожие зависимости наблюдаются при ионном облучении металлических фольг [3]. Облучение монокристаллов гп8 бета-частицами с интенсивностью ]05 см"2с"1 приводит к монотонному (с выходом в насыщение) обратимому разупрочнению.

В разделе 3.5 описаны результаты экспериментальных исследований влияния низкоинтенсивного бета- и гамма-облучения на микротвердость монокристаллов фуллерита С60. Обнаружено монотонное (с выходом в насыщение) бета-индуцированное разупрочнение С<ю при комнатной температуре. Установлено, что эффект является обратимым (Рис. 5).

Время облучения /„,, час, Время релаксации г, час

| <—^— Й _5 . ^-облучение

и Г

Рис. 5. Зависимость изменения микротвердости монокристаллов фуллерита С60 от времени 1) непрерывного бета-облучения 1т с интенсивностью 1 = 105 см'2с"', 2) «отдыха» т в темноте при комнатной температуре и 3) повторного облучения

Показано, что под действием малых доз бета-облучения происходят обратимые структурные изменения лишь в тонких приповерхностных слоях монокристаллов С60. Установлено, что гамма-облучение такими же дозами не приводит к заметному изменению микротвердости фуллерита. Это свидетельствует в пользу того, что в отличие от гамма-облучения (когда РД распределяются равномерно по объему образца) при низкоинтенсивном бета-облучении фуллерита С6о радиационные нарушения преимущественно формируются в тонких приповерхностных слоях.

Обнаружена инверсия знака остаточного радиационно-пластического эффекта в фуллерите С60 при фазовом переходе fcc-sc (7*с = 250 - 260 К). Однако, в специально созданных условиях, позволяющих тестировать микротвердость при пониженных температурах, показано, что облучение при температурах ниже точки фазового перехода также приводит к уменьшению Н относительно

значений, характерных для sc-фазы (Рис. 6). Установлено, что температура оказывает влияние не только на величину остаточных изменений микротвердости, но и на кинетику процессов бета-индуцированного изменения Н фуллерита С60 и ее последующей релаксации к исходному значению. В предположении аррениу-совской зависимости d#/d?(l/7), рассчитаны энергии активации процессов бета-индуцированного изменения микротвердости фуллерита и ее последующей релаксации к исходному значению, которые оказались различными для se и fee фаз (£in-sc = 0,06 ± 0,02 эВ, £¡r/cc = 0,28 ± 0,02 эВ, Е* = 0,05 ± 0,02 эВ и £rfcc = 0,58 ± 0,02 эВ соответственно). Это дает основание предполагать, что тип решетки С6о (температура мишени) играет существенную роль в радиационно-пластическом эффекте.).

Глава 4. Адгезионные свойства кремния и механические характеристики структур AIN/Si в условиях низкоинтенсивного бета-облучения

Изменения микромеханических свойств кремния, индуцируемые МДБО, свидетельствуют о возможности влияния такого облучения на адгезионные свойства Si и механические характеристики структур, состоящих из тонких пленок различных материалов на подложке Si. Одним из наиболее перспек-

Рис. 6. Зависимость микротвердости монокристаллов фуллерита С60 от температуры необлученного образца (1), времени «низкотемпературного» бета-облучения с плотностью потока /= 106 см"2с"1 (2) и температуры предварительно облученного образца (3). Стрелками показана последовательность манипуляций с образцом: охлаждение, низкотемпературное облучение, отогрев.

тивных материалов в опто- и микроэлектронике является A1N [7], тонкие пленки которого выращивают на кремниевой подложке. Еще одним перспективным материалом для металлизации полупроводниковых устройств на основе Si является медь, что обусловлено ее низким удельным сопротивлением (р < 2 мкОм см), высокой химической стабильностью и низкой стоимостью производства [8]. В связи с этим, описанное в четвертой главе направление исследований было связано с влиянием малодозового бета-облучения на механические и адгезионные характеристики структур, состоящих из тонких (-100 им) пленок A1N или Си на кремниевой подложке.

В разделе 4.1 описаны экспериментальные результаты исследования механических характеристик (Я и Кс), тестируемых на разных масштабных уровнях, исходных и облученных структур A1N/Si. Показано, что во всем исследуемом диапазоне глубин внедрения индентора (от 50 нм до 3 мкм) облучение не вызывает заметных (с учетом погрешности измерения) изменений значений Я. Наличие аморфной пленки A1N, по-видимому, приводит к более эффективному стоку генерируемых облучением вакансий к поверхности кремния и препятствует накоплению дефектов, ответственных за изменения Я. С. привлечением методов сканирующей электронной микроскопии и травления ионным пучком проанализированы особенности нарушений структуры пленки и кремниевой подложки при внедрении индентора на разные глубины (Рис. 7). Обнаружено бета-индуцированное увеличение склонности к трещинообразова-нию структур A1N/Si при индентировании на глубины h I мкм (Рис. 8).

Ш' 200 им , г«0»" ■ , 200 им

—н \ ,1—I I 1Ш н

Рис. 7. вЕМ-изображения отпечатков индентора глубиной ~ 100 нм - а), ~ 500 нм -Ь),~ 3 мкм - с) и срезов (полученных сфокусированным ионным пучком) внутри отпечатка глубиной ~ 1 мкм - с!), радиальной трещины в углу отпечатка глубиной — 1 мкм - е), отслоения за пределами отпечатка глубиной ~ 3 мкм - /) структур А1Ы/81.

(I 1 2 .4

Глубина внедрения индентора Amll, мкм

Глубина внедрении индентора /j:1.- мкм

Рис. 8. Зависимости длины радиальной трещины (а) и критического коэффициента интенсивности напряжений Кс (Ь) от глубины внедрения индентора для исходных - 1) и облученных бета-частицами с флюенсом F = 3,6х 10!0 см"2 - 2) структур AIN/Si.

В разделе 4.2 описаны результаты исследования влияния МДБО на процесс отслаивания пленки A1N от кремниевой подложки при склерометрических испытаниях. Об адгезии пленки A1N к кремниевой подложке судили по значению тангенциальной силы Fn действующей со стороны материала на царапающий индентор (при линейно нарастающей нагрузке), а также по глубине внедрения царапающего индентора, при которой возникают отслоения пленки.

Установлено, что облучение приводит к уменьшению тангенциальной силы FT (Рис. 9). Эффект начинает проявляться при глубине внедрения индентора h > 100 нм (превышающей толщину аморфной пленки A1N) и достигает 3040 % при h ~ 180 нм. Показано, что после облучения процесс отслоения пленки A1N от кремниевой подложки начинается при меньших нагрузках и, соответственно, при меньших глубинах внедрения индентора.

Как было отмечено выше, МДБО не изменяет механических свойств (на-нотвердость) самой пленки A1N, что является принципиально важным условием для практического использования обнаруженного явления, например, в технологии бондинга.

Рис. 9. Зависимости тангенциальной силы F„ действующей на индентор со стороны материала при царапании, от глубины внедрения индентора. Круги - исходные (необ-лученные) структуры AIN/Si, квадраты - структуры AIN/Si, предварительно облученные бета-частицами с флюенсом F = 3,24* 1010 см"2.

1,5 -

о -/,., = 0 час

■ - г = 5» час

ii 50 ни) 15(1 200

Глубина пне фении //. нм

Раздел 4.3 посвящен описанию адгезионных свойств структур Cu/Si в условиях МДБО. Обнаружено увеличение периметров и площадей отслоений медной пленки от кремниевой подложки (возникающих при внедрении инден-

тора), индуцируемое бета-облучением с флюенсом, соответствующим первому максимуму разупрочнения кремния.

Глава 5. Механические свойства кристаллов в условиях комбинированного действия низкоинтенсивных физических полей

В пятой главе описаны экспериментально наблюдаемые немонотонные изменения микротвердости Si в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения, комбинированного со слабыми магнитными (МП) или электрическими (ЭП) полями. Критерии слабости целесообразно вводить для каждого типа воздействий индивидуально. Однако, как было указано выше, для всех используемых воздействий сообщаемая энергия, нормированная на один атом £а, была значительно меньше энергии теплового движения кТ.

В разделе 5.1 представлены результаты поочередного действия низкоинтенсивного бета-облучения и импульсных магнитных полей (ИМГ1) на микротвердость монокристаллов фуллерита С60. Установлено, что предварительная экспозиция монокристаллов С60 в ИМП, способном изменить микротвердость Сбо [9], приводит к гашению радиационно-пластического эффекта. Облучение фуллерита бета-частицами (с флюенсом, достаточным для его разупрочнения) приводит к потере чувствительности к действию импульсных магнитных полей. Температурный интервал, в котором наблюдается инверсия знака остаточного бета-индуцированного изменения микротвердости кристаллов С60, совпадает с интервалом, в котором происходит инверсия знака магнито-пластического эффекта.

В разделе 5.2 описаны изменения микротвердости кремния, наблюдаемые при комбинированном действии бета-облучения и магнитных полей. Обнаружено (Рис. 10, а), что действие серии импульсов МП (В = 1,58 Тл, t = 0,04 с, jV= 1200) на стадии первого максимума бета-индуцированного разупрочнения

0 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 600 700

Время/, час Время л час

Рис. 10. Зависимость микротвердости 81 от времени а) бета-облучения до и после воздействия серии импульсов магнитного поля (стрелкой показан момент воздействия ИМП, пунктирной линией показана динамика бета-индуцированного изменения микротвердости в отсутствие ИМП), V) комбинированного действия бета-облучения и постоянного МП с индукцией В = 0,28 Тл (сплошная линия) и индивидуального действия постоянного МП (пунктирная линия).

Влияние постоянного МП (В = 0,28 Тл) во время облучения сводится к замедлению процесса бета-индуцированного изменения микротвердости (Рис. 10, Ь). Это свидетельствует о магнито-стимулированной модификации дефектной подсистемы (изменению реакционной способности парамагнитных дефектов), формируемой при низкоинтенсивном облучении.

Раздел 5.3 посвящен описанию изменений микротвердости кремния в условиях комбинированного действия МДБО и электрического поля. Обнаружено, что комбинирование облучения с ЭП в конфигурации, когда вектор напряженности поля сонаправлен потоку бета-частиц, приводит к «замедлению» процесса изменения микротвердости (Рис. 11, а и Ь).

Если вектор напряженности противоположен потоку бета-частиц - наблюдается «ускорение» указанного процесса (Рис. 11, я и с). Установлено, что действие ЭП на динамику бета-индуцированного изменения микротвердости кремния имеет пороговый характер. ЭП с напряженностью Е < 350 В/см не оказывает заметного влияния на динамику преобразования подсистемы РД. Полученные результаты свидетельствуют о принципиальной возможности управления динамикой изменений микротвердости 81, индуцируемых МДБО, посредством магнитных (импульсных и постоянных) и электрических полей.

Рис. 11. Зависимость микротвердости монокристаллов 81 от времени а) экспозиции в электрическом поле с напряженностью Е = 500 В/см (пунктирная линия) и индивидуального действия бета-облучения с интенсивностью

100 2(11) зои

Время об.п чеиия I... час

10» 201) 300

Время облучения чае

1 = 1,8><105 см~2с"'; Ь) комбинированного действия ЭП и облучения (с теми же параметрами) в конфигурации, когда вектор напряженности ЭП сонаправлен потоку бета-частиц; с) комбинированного действия ЭГ1 и облучения в конфигурации, когда вектор напряженности ЭП противоположен направлению потока бета-частиц.

Глава 6. Влияние малодозового бета-облучения на фазовые превращения кремния под индентором

Одним из возможных объяснений наблюдаемого разупрочнения монокристаллов кремния под действием МДБО могло бы служить бета-индуцированное увеличение эффективности образования под индентором более плотноупакованных фаз БьХП и 81-111 [10], приводящее к увеличению объема формируемого отпечатка при неизменной нагрузке. Кроме того, вопрос о влиянии МДБО на эффективность фазовых превращений при локальной деформации интересен сам по себе как с фундаментальной точки зрения, так и с позиции возможного практического использования. В связи с этим, шестая глава диссертации посвящена описанию экспериментальных исследований влияния малодозового низкоинтенсивного бета-облучения на процесс фазовых превращений кремния под индентором.

В разделе 6.1 анализируются данные, полученные методом микрорама-новской спектроскопии, о количестве и распределении по объемам отпечатков индентора (сформированных в исходных и облученных до стадии первого разупрочнения образцах) относительно стабильных фаз 81-111, ЭьХН и а-81. В качестве примера на Рис. 12 приведены спектры рамановского рассеяния (характерные для соответствующих участков деформированной индентором области), полученные при сканировании отпечатков, сформированных до и после облучения.

Рамановскпе смещение, 1 см (I Римановское смешение, 1/ем

Рис. 12. а) характерные спектры рамановского смещения, полученные в центре отпечатков индентора, сформированных до (кривая 1) и после (кривая 3) МДБО в течение времени tm = 100 час при / = 105 см"2с"' и зависимость микротвердости Si от времени облучения - кривая 2; Ь) характерные спектры, полученные на краю отпечатков, сформированных до (кривая 1) и после (кривая 2) МДБО. Спектральные линии соответствуют фазам: а (350 см"1) - Si-XIl, b (385 и 393 см"1) - Si-HI и Si-XII соответственно, с (435 cm"')-Sí-III, d (475 см"')-a-Si и е (520 cm"')-Sí-í. На врезках схематично представлены тестируемые области отпечатков индентора.

Следуя [11]. в качестве меры соотношения объемных долей фаз Si-XII и Si-I можно условно принять отношение интенсивностей сигналов спектральных линий 350 см"1 и 520 см"1: Ххн = Íxh/Ci- Аналогично определялись соотношения объемных долей фаз Si-III и Si-I (хш = Йп/fi), а также a-Si и Si-i (Хо = £/й)- Обнаружено индуцируемое низкоинтенсивным бета-облучением уменьшение количества плотноупакованных фаз, формируемых при инденти-ровании. В качестве примера, на Рис. 13 в виде ЗО-карты представлены распределения (полученные с помощью разработанного программного пакета) значений Ххп по объемам отпечатков, сформированных до и после облучения.

Рис. 13. Распределение относительной доли фазы Si-XII (Ххп = <=Wfi) по объему отпечатков индентора, сформированных до (а) и после (¿) бета-облучения в течение времени t,п = 100 час с интенсивностью / = 105 см"2с"'.

В разделе 6.2 описаны результаты in situ исследования фазовых превращений Si-I —*■ Si-II под индентором в условиях МДБО. Предложенный в [12] и развитый в настоящей работе метод основан на регистрации электрического сопротивления в процессе внедрения индентора в узкую щель между тонкими медными пленками (пленки одновременно служат омическими контактами), напыленными на поверхность кремния. Показано, что на определенных стадиях внедрения индентора наблюдаются скачкообразные изменения сопротивления (Рис. 14, а).

21» J О ft I) Я U 111» III!

Длительность приложения нагрузки с

Рис. 14. Зависимости глубины внедрения индентора (1) и относительного изменения электрического сопротивления /?(/Ло при внедрении индентора для исходных (2) и облученных (3) образцов 81 от длительности приложения нагрузки на индентор - а), и схематические изображения (в срезе) образца с индентором на начальной и промежуточной стадии индентирования -Ь) и с) соответственно. На врезках сверху представлены эквивалентные схемы электрических сопротивлений, соответствующие разным стадиям внедрения индентора.

Падение сопротивления связано с «замыканием» контактов формируемой под индентором металлизированной фазой 51-11 (Рис. 14, А и с и эквивалентные электрические схемы). Двухступенчатое частичное восстановление сопротивления следует связывать с фазовыми превращениями 81-11 —> 81-ХП и 81-ХП —» БьШ соответственно.

Обнаружено уменьшение относительного изменения сопротивления при МДБО образца в течение времени, соответствующего первому максимум разупрочнения 81 (Рис. 14, а), что свидетельствует о бета-индуцированном уменьшении площади поперечного сечения металлизированной фазы, то есть об уменьшении ее объема.

Глава 7. Модельные представления преобразований подсистемы структурных дефектов полупроводников, индуцируемых малодозовым ннзкоинтенснвным бета-облучением

Седьмая глава посвящена идентификации конкретных типов структурных дефектов, ответственных за бета-индуцированную модификацию приповерхностных свойств кремния, и интерпретации обнаруженных эффектов с позиции внутрикристаллических квазихимических реакций в дефектной подсистеме.

Раздел 7.1 посвящен верификации предположения о первостепенной роли точечных дефектов в бета-индуцированном изменении микромеханических свойств кремния. Количественный анализ кривых нагружения Р-й-диаграмм, полученных при разных скоростях относительной деформации (от ё = 103 до б = Ю2с"'), позволил расчитать активационный объем у, отражающий величину элементарного объема, участвующего в пластическом деформировании при индентировании. Показано, что во всем исследуемом интервале скоростей внедрения индентора активационный объем как для исходных, так и для облученных образцов не превышает значения 4><10"30 м3, т.е. соизмерим с атомарным объемом. Это позволяет сделать заключение о том, что бета-индуцированное разупрочнение кремния (увеличение объема вытесняемого индентором материала) невозможно объяснить влиянием облучения на подвижность дислокаций. С учетом того, что бета-облучение вызывает уменьшение относительной объемной доли плотноупакованных фаз, формируемых при внедрении индентора, можно констатировать, что первостепенную роль в бета-индуцированных изменениях приповерхностных свойств кремния играют точечные дефекты.

Раздел 7.2 посвящен оценке взаимосвязи бета-индуцированных изменений микротвердости кремния с накоплением электрически-активных РД. Методом нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней показано, что МДБО индуцирует преобразования подсистемы электрически активных вторичных РД (Рис. 15). Установлены энергетические уровни донорных и акцепторных комплексов, концентрация которых синфазно с изменением Н меняется в процессе облучения (и-тип: Ес1 - 0,11 эВ, £с2 - 0,13 эВ и Ел - 0,18 эВ; р-тип: £у 1 + 0,43 эВ, ЕУ2 + 0,24 эВ, Еу3 + 0,36 эВ, и £у4 + 0,53 эВ).

час час 111г. час

Рис. 15. Зависимость изменения концентрации РД а) акцепторного типа (1 - Ес1, 2 - Ес2 и 3 - Ес3); Ь) донориого типа (1 - Е\\, 2 - Е\2, 3 - £уз и 4 - £у4) и с) микротвердости кремния от времени низкоинтенсивного (/ = 3,3*105 см"2с"1) бета-облучения.

Сравнивая полученные данные с литературными, акцепторные комплексы можно идентифицировать как междоузельный углерод С, и А-центр и/или комплекс СГС5, адонорные- V-В и СгО, и/или К2-0-С.

В разделе 7.3 отражены результаты исследования «размерных» особенностей бета-индуцированных изменений Я кремния. Установлено, что послойное стравливание предварительно облученного (1т = 100 час при / = 105 см"2с"') образца до глубин /. = 2 мкм не изменяет наведенного облучением значения микротвердости. Удаление слоя /, > 2,5 мкм приводит к восстановлению микротвердости до исходного значения (Рис. 16). Следовательно, величина ¿с ~ 2,5 мкм определяет нижнюю границу приповерхностной области образца, в которой наблюдаются, бета-индуцированные изменения микротвердости.

Рис. 16. Зависимость микротвердости предварительно облученного образца 81 от толщины стравливаемого слоя. Пунктирная линия отражает изменение Н, индуцируемое бета-облучением с интенсивностью / = 105 см"2с"' в течение 100 час. На врезке представлена последовательность процедур, где р - бета-облучение, звездочка - травление, стрелка -тестирование микротвердости.

При тестировании значений Н в диапазоне значений нагрузок на индентор от 0,7 мН до 1,6 Н обнаружено, что бета-индуцированные изменения твердости наблюдаются только в интервале глубин внедрения индентора от 2 мкм до 3 мкм (Рис. 17). Это свидетельствует в пользу того, что МДБО преимущественно вызывает преобразования структурных (собственных и радиационных) дефектов в приповерхностных слоях, что затрудняет исследования малодозовых эффектов с привлечением методик, тестирующих объем материала в целом.

I Ч

Ё 9

/ „= 109 час

>Н -1*1

0 2 4 6 8

Толщина с I [ки1..] и пасмо! о слоя / , м км

12,8

О -

Рис. 17. Зависимость твердости Н исходных (необлучен-ных) и облученных бета-частицами с интенсивностью I = 105 см"2с"' в течение (¡п =100 час образцов кремния от максимальной глубины внедрения индентора.

8.8

0

1000

2000

3000

Глубина внедрении индентора А, им

Подтверждением этому служит безрезультатная попытка обнаружения изменений электрической проводимости образцов Si (толщиной 1 мм), индуцируемых облучением бета-частицами при /= 10б см"2с~'. В связи с этим, такие характеристики приповерхностных свойств как микротвердость, скорость установившейся ползучести, критический коэффициент интенсивности напряжений Кс и др., неожиданно оказываются наиболее чувствительными к модификации дефектной подсистемы кристаллов, индуцируемой бета-облучением с интенсивностью / ~ 10б см"2с"'.

В Разделе 7.4 осуществлена классификация изменений свойств приповерхностных слоев функциональных материалов, индуцируемых малодозовым бета-облучением, и предложена качественная модель внутрикристаллических квазихимических реакций, протекающих в условиях МДБО. Несмотря на существенное разнообразие материалов, исследованных в рамках настоящей работы (Si, GaAs, ZnS, фуллерит С60) и другими коллективами (медь, пермаллой-79 [3]), наблюдаемые при низкоинтенсивном ионизирующем облучении эффекты можно разделить по виду зависимости изменения механических свойств от флюенса на 2 основные группы. Для первой группы (фуллерит Сб0 и ZnS) характерно монотонное разупрочнение с последующим самопроизвольным (со своими характерными релаксационными временами) восстановлением исходных свойств. Другой тип проявления действия низкоинтенсивного облучения характерен для таких материалов как Si, GaAs, фольги меди и пермаллоя-79, и выражается в немонотонном (имеющем 2 экстремума) изменении микротвердости по мере увеличения флюенса. Бимодальный вид зависимости микротвердости от флюенса, наблюдаемый как при ионном [3], так и при электронном [см. список публикаций автора] облучении столь сильно отличающихся по структуре и свойствам материалов, свидетельствует, по крайней мере, о частичной общности механизмов обсуждаемых эффектов. С учетом того, что пластичность ГЦК-кристаллов во многом зависит от наличия локальных стопоров для скользящих дислокаций, наблюдаемые при МДБО монотонные обратимые изменения микротвердости монокристаллов фуллерита С6о и ZnS, по-

видимому, следует связывать с протеканием двух конкурирующих процессов -генерации и отжига радиационных дефектов определенного типа. Бимодальный вид зависимости //(7,.т), характерный для другой группы материалов, свидетельствует о более сложном, многостадийном характере преобразований точечных (собственных и радиационных) дефектов в условиях низкоинтенсивного облучения.

Сопоставление и анализ данных, полученных методами НЕСГУ и изохронного отжига, позволили идентифицировать типы вторичных РД, ответственных за характерные стадии бета-индуцированного изменения механических характеристик приповерхностных слоев 81. Установлено, что первый пик разупрочнения связан с накоплением комплексов У2-О-С, за второй пик отвечают комплексы V-О, а за стадию промежуточного восстановления твердости к исходному значению - комплексы СГС5. Предложена вероятная последовательность твердотельных квазихимических реакций в подсистеме структурных дефектов кремния, конечным продуктом которых является наиболее сложный из идентифицированных комплексов У2-О-С. Для наглядности последовательность таких реакций представлена в виде схемы на Рис. 18.

\ И

\

\

^ г-о + v,—»л/, г-о-с +

Рис. 18. Схематичное изображение последовательности возможных квазихимических реакций в подсистеме структурных дефектов, конечным продуктом которых является комплекс Г2-0-С. Здесь Х[ — X, - всевозможные компоненты альтернативных квазихимических реакций; Л/, — М6 — продукты соответствующих реакций.

Наличие альтернативных каналов в предложенной схеме логично объясняет экспериментально наблюдаемую зависимость скорости накопления указанных комплексов от типа и концентрации легирующей примеси, а также химического состава внешней атмосферы.

Раздел 7.5 посвящен интерпретации влияния магнитного и электрического полей на динамику бета-индуцированных изменений приповерхностных свойств кремния. Наложение магнитных полей обеспечивает конверсию синг-лет-триплетных состояний радикалов на промежуточных стадиях реакций и тем самым влияет на кинетику накопления конечных продуктов.

Действие электрических полей, согласно приведенным в седьмой главе рассуждениям, сводится к изменению эффективности стока отрицательно заряженных вакансий (в зависимости от полярности ЭП) к поверхности, что соответствующим образом сказывается на кинетике накопления комплексов, ответственных за наблюдаемые изменения механических характеристик.

/г\'+ К —

Г ' V"+ V- 4

-—* г+л,—• I/, / \

Л / ' щ

Ч-К+ о — К-О^-г V-О + С — Г-О-Сг^«-' О-С + I

Качественное подобие эффектов, которые наблюдаются в отличающихся элементным составом и типом химической связи материалах и индуцируются облучением частицами, разными по типу и энергиям, позволяет предполагать, что развитые для монокристаллического кремния модельные представления могут быть с успехом перенесены на другие материалы и типы облучения (с адекватным учетом отличий в процессах формирования первичных и вторичных РД).

Общие выводы по работе

В результате проведенной работы заложены основы нового научного направления, связанного с комплексным исследованием преобразований дефектной подсистемы функциональных полупроводниковых материалов, индуцируемых облучением бета-частицами с низкой плотностью потока (индивидуальным и комбинированным со слабыми электрическим и магнитным полями), сопровождающихся изменением физических свойств приповерхностных слоев. Получены следующие основные результаты:

1. Выявлено изменение приповерхностных (< 3 мкм) микромеханических свойств (микротвердость, скорость установившейся ползучести, склонность к трещинообразованию при индентировании), электрических (удельная проводимость, постоянная Холла) и адгезионных характеристик монокристаллов кремния, индуцируемое малодозовым (Г < 1013 см"2) низкоинтенсивным (/- 106 см с ) бета-облучением со средней энергией электронов 0,20 МэВ для 9с8г и 0,93 МэВ для 9СУ.

2. Установлено, что указанные механические характеристики проявляют большую чувствительность к действию малодозового бета-облучения, чем электрические. Так, при одинаковых условиях облучения удалось зарегистрировать изменение удельной проводимости кремния лишь на 0,3 % (при толщине образца ~ 10 мкм) и двухпроцентное изменение постоянной Холла, в то время как микротвердость изменяется на 10 - 12 %, а скорость установившейся ползучести — почти в три раза.

3. Установлен немонотонный во времени бимодальный характер изменения микротвердости кремния в условиях -малодозового низкоинтенсивного бета-облучения, что свидетельствует о многостадийности процесса преобразования подсистемы собственных и радиационных дефектов. Это объясняется конкуренцией альтернативных каналов квазихимических реакций (с участием атомов легирующей и фоновой примеси), отражающейся на эффективности накопления вторичных радиационных дефектов, ответственных за изменения свойств кремния. Показано, что на динамику немонотонных изменений микротвердости существенное влияние оказывают тип и концентрация легирующей примеси, а также химический состав атмосферы, в которой происходит облучение (воздух, азот, аргон, углекислый газ при нормальном давлении).

4. Установлено, что экспозиция монокристаллов и фуллерита С60 в поле бета-частиц (/" < Ю10 см"2) вызывает монотонное (с выходом в насыщение) разупрочнение. Качественный вид зависимости микромеханических свойств от длительности облучения позволяет разделить материалы на два

класса. Для одних (ZnS и фуллерита С60) характерны монотонные с выходом в насыщение дозовые зависимости свойств. Для других (Si, GaAs) типична бимодальная дозовая зависимость свойств, свидетельствующая о более сложных процессах преобразования дефектной подсистемы.

5. Обнаружено уменьшение относительной объемной доли металлизированной фазы Si-II, формируемой при локальном деформировании, индуцируемое малодозовым низкоинтенсивным облучением с параметрами, соответствующими первому максимуму разупрочнения кремния.

6. С помощью оригинального программного пакета произведен полуколичественный анализ массива рамановских спектров, регистрируемых при сканировании локально деформированной области материала, и визуализированы (с высоким пространственным разрешением) распределения относительных объемных долей фаз Si-XII, Si-III и я-Si по тестируемой поверхности. Это позволило обнаружить и произвести полуколичественную оценку уменьшения относительной доли указанных фаз в локально деформированной области, вызванного действием малодозового облучения бета-частицами.

7. Обнаружено влияние постоянных (индукция В = 0,28 Тл) и импульсных (индукция В = 1,58 Тл, длительность импульса t = 40 мс, количество импульсов N= 1200) магиитных полей на динамику бета-индуцированных немонотонных изменений микротвердости кремния. Действие магнитных полей объясняется в рамках теории спин-зависимых квазихимических реакций в дефектной подсистеме кристаллов.

8. Выявлено, что «наложение» электрического поля способно изменять динамику процесса бета-индуцированного преобразования дефектной подсистемы. Показано, что характер действия электрического поля (т.е. ускорение или замедление бета-индуцированных процессов) зависит от его полярности. Установлен пороговый характер влияния электрического поля (Ес ~ 350 В/см) на динамику бета-индуцированного изменения микротвердости кремния. Предложен механизм влияния электрического поля на процесс формирования вторичных радиационных дефектов, основанный на изменении эффективности стока отрицательно заряженных вакансий (генерируемых облучением) к поверхности.

9. Двумя независимыми методами (изохронный отжиг на характерных стадиях бета-индуцированного разупрочнения и нестационарная емкостная спектроскопия глубоких уровней) идентифицированы типы вторичных радиационных дефектов, ответственных за характерные стадии изменения микротвердости кремния: установлено, что первый пик разупрочнения связан с накоплением комплексов V2-0-C, за второй пик отвечают комплексы V-O.

10. Предложена непротиворечивая физическая модель последовательности внутрикристаллических квазихимических реакций в подсистеме собственных и радиационных дефектов кремния, продуктом которых являются комплексы К2-0-С, учитывающая наличие альтернативных каналов реакций с участием атомов легирующей и фоновой примеси и возможность влияния на них внешних факторов нерадиационной природы. Развитые модельные пред-

ставления могут быть применимы для описания немонотонных изменений механических свойств при низкоинтенсивном облучении широкого спектра материалов с адекватным учетом особенностей радиационного дефектообразования в них.

Цитируемая литература

1. Springer Handbook of Nanotechnology / Ed. Bharat Bhushan. Springer. — 2010.-1950 p.

2. Golan G., Rabinovich E., Inberg A., Oksman M., Rancoita P.G., Rattaggi M., Gartsman K., Seidman A., Croitoru N. Atomic force microscopy investigation of dislocation structures and deformation characteristics in neutron-irradiated silicon detectors, // Microelectronics Journal. -2000. - №31. - P.937-944.

3. Tetelbaum D.I., Azov A.Yu., Kurilchik E.V., Bayankin V.Ya., Gilmutdinov F2.. The long-range influence of the ion photon irradiation on the mechanical properties and on the composition of the permalloy-79 // Vacuum. - 2003. - №70. - P.l 69-173.

4. Бурлакова Е.Б., Кондратов A.A., Мальцева EJI., Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов // Химическая физика. - 2003. - Т.22. №2. - С.21-40.

5. Lof R.W., van Veenendaal М.А., Koopmans В., Jonkman H.T., Sawatzky G.A. Band gap, excitons, and coulomb interaction in solid C6o // Phys. Rev. Lett. -1992. - V.68. - P.3924-3929.

6. Зельдович Я.Б., Бучаченко JI.A., Франкевич Е.Л., Магнитно-спиновые эффекты в химии и молекулярной физике //УФН. - 1988. - Т. 155. №1.-С.З-45.

7. Miskys C.R., Garrido J.A., Nebel С.Е., Hermann M., Ambacher О., Eickhoff M., Stutzmann M., AIN/diamond heterojunction diodes // Appl. Phys. Lett. - 2003. — V.82. — P.290-294.

8. Tang Ya.-Sh., Chang Ya.-J., Chen K.-N., Wafer-level Cu-Cu bonding technology // Microelectronics Reliability. - 2012. - V.52. - P.312.

9. Осипьян Ю.А., Головин Ю.И., Лопатин Д.В., Моргунов Р.Б., Николаев Р.К., Шмурак С.З., Влияние импульсного магнитного поля на микротвердость монокристаллов С60 // Письма в ЖЭТФ. - 1999. - Т.69. №2. - С.110.

10. Dominich V., Gogotsi Y. Phase transformations in silicon under contact loading // Rev. Adv. Mater. Sci. - 2002. - V.3. - P. 1-36.

11.Kamei Т., Stradins P., Matsuda A. Effects of embedded crystallites in amorphous silicon on light-induced defect creation // Appl. Phys. Lett. - 2001. -V.78. №6. — P.715-723.

12. Gridneva I.V., Milman Yu.V., Trefilov V.I. Phase transition in diamond-structure crystals during hardness measurements // Phys. Stat. sol. (a). - 1972. -V.14.№ 177.-P. 177-182.

Перечень публикаций автора по теме диссертации (в журналах из списка, рекомендованного ВАК):

1. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Николаев Р.К., Пушнин И.А., Обратимое разупрочнение монокристаллического фуллерита С60 под действием ультраслабого ионизирующего облучения // ДАН. -2002. -Т.385. №1, — С.1-3.

2. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Николаев Р.К., Пушнин И.А., Влияние ультраслабого ионизирующего облучения на магнитопластический эффект в монокристаллах фуллерита С60 // ФТТ. - 2003. - Т.45. №1. - С. 187-190.

3. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Пушнин И.А., Павлов М.В., Николаев Р.К., Инверсия знака радиационно-пластического эффекта в монокристаллах С60 при фазовом переходе sc-fcc // ФТТ. -2004. - Т.46. №3. -С.569-572.

4. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Пушнин И.А., Сучкова Н.Ю., Обратимое изменение микротвердости кристаллов Si, вызванное малодозовым облучением электронами при комнатной температуре // ФТТ. — 2004. - Т.46. №10. — С. 1790-1792.

5. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Сучкова Н.Ю., Динамика изменения микротвердости монокристаллов Si под действием слабого бета-облучения // Деформация и разрушение материалов. — 2005. — Т.1. — С.23 — 25.

6. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Сучкова Н.Ю., Бадылевич М.В., Многостадийное радиационно-стимулированное изменение микротвердости монокристаллов Si, инициируемое малоинтенсивным бета-облучением // ФТТ. - 2005. - Т.47. №7. - С.1237-1240.

7. Бадылевич М.В., Блохин И.В., Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Карцев С.В., Сучкова Н.Ю., Толотаев М.Ю., Немонотонные изменения концентрации радиационных дефектов донорного и акцепторного типов в кремнии, индуцируемые слабоинтенсивным бета-облучением // ФТП. - 2006. — Т.40. №12. -С.1409-1411.

8. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Сучкова Н.Ю., Структура комплексов., ответственных за радиационно-стимулированное разупрочнение монокристаллов кремния // ФТТ. - 2006. -Т.48. №2. - С.262-265.

9. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Сучкова Н.Ю., Толотаев М.Ю., Изменения микротвердости кремния, индуцируемые слабоинтенсивным потоком электронов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2007. - Т.4. - С.34- 36.

10. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Иванов В.Е., Сучкова Н.Ю., Толотаев М.Ю., Влияние слабых магнитных полей на динамику изменений микротвердости кремния, индуцируемых малоинтенсивным бета-облучением // ФТТ. - 2007. - Т.49. №5. - С.822 - 823.

11. Дмитриевский A.A., Иванов В.Е. Комбинированное действие слабых электрических, магнитных и радиационных полей на микротвердость Si // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). — 2007.—Т. 12. №1. —С.78 —79.

12. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Сучкова Н.Ю., Влияние типа и концентрации легирующей примеси на динамику бета-индуцированного изменения микротвердости кремния // ФТТ. — 2008. - Т.50. №1. - С.26-28.

13. Дмитриевский A.A., Головин Ю.И., Васюков В.М., Сучкова Н.Ю., Влияние электрических полей на динамику изменений микротвердости кремния, индуцируемых низкоинтенсивным бета-облучением // Известия РАН. Серия Физическая. - 2008. - Т.72. №7. - С.988-990.

14. Дмитриевский A.A., Сучкова Н.Ю., Толотаев М.Ю. Облучение кремния низкоинтенсивным потоком электронов при повышенных температурах // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования -2008. — №11. — С.93-95.

15. Васюков В.М., Дмитриевский A.A., Сучкова Н.Ю., Изменения микротвердости кремния, индуцированные низкоинтенсивным бета-облучением, в условиях действия слабых электрических полей // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). —2008. —Т.13. №1. — С.43 — 45.

16. Дмитриевский A.A., Механические свойства кремния в условиях низкоинтенсивных воздействий // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). - 2009. - Т. 14. №6. - С. 1209 - 1216.

17. Сучкова Н.Ю., Дмитриевский A.A., Шуклинов A.B. Оценка роли фазовых превращений под индентором в изменении микротвердости кремния, индуцируемом низкоинтенсивным бета-облучением // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). -2009. — Т. 14. №1. - С.32 —34.

18. Дмитриевский A.A., Васюков В.М., Сучкова Н.Ю., Синегубов М.Ю., Шуклинов A.B., Столяров РА., Исаева Е.Ю., Тихомирова К.В., Исследование влияния низкоинтенсивного бета-облучения на механизмы ползучести в кремнии // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). -2009.-Т.14.№1.-С.34-38.

19. Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Головин Ю.И., Шуклинов A.B., Фазовые превращения под индентором в кремнии, облученном низкоинтенсивным потоком бета-частиц // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2010. - Т.З. - С.62-65.

20. Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Вихляева Е.М., Коренков В.В., Шуклинов A.B., Badylevich М., Fedorenko Y.G., Механические свойства структур A1N/Si в условиях низкоинтенсивного бета-облучения // Известия РАН. Серия Физическая. -2010. - Т.74. №2. - С.229-232.

21. Дмитриевский A.A., Васюков В.М., Синегубов М.Ю., Шуклинов A.B., Столяров P.A., Исаева Е.Ю., Тихомирова К.В., Ползучесть материалов в на-ношкале и методы ее диагностики // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). - 2010. - Т.15. №1. - С.34 - 38.

22. Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Косырев А.П., Коренков В.В., Шуклинов A.B., Badylevich М., Fedorenko Y.G. Электронная микроскопия и механические свойства структур A1N/Si // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). - 2010. - Т.15. №1. - С.213 - 215.

23. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Шуклинов A.B., Косырев П.А., Ловцов А.Р., Влияние низкоинтенсивного бета-облучения на фазовые превращения в кремнии при микроиндентировании // Известия ВУЗов. Серия Физика. - 2011. - Т.54. №8. - С.73-76.

24. Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Шуклинов A.B., Влияние низкоинтенсивного бета-излучения на склонность к образованию трещин при ин-дентировании кремния // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2011. - Т.4. — С.63 — 64.

25. Косырев П.А., Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Шуклинов A.B., Влияние отжига на фазовый состав кремния внутри отпечатка индентора // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки). —2011, — Т.16.№1.— С.147-148.

26. Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Занин А.П., Ловцов А.Р., Роль скоростного фактора при тестировании твердости облученных бета-частицами монокристаллов кремния // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2012. - Т.4. - С.81 — 83.

27. Дмитриевский A.A., Badilevich M.V., Ефремова Н.Ю., Ловцов А.Р., Коренков В .В., Исаева Е.Ю., Гусева Д.Г., Адгезионные свойства структур A1N/Si в условиях низкоинтенсивного бета-облучения // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки).-2013.—Т.18.№1. —С.125-127.

28. Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Ловцов А.Р., Гусева Д.Г., Соотношение чувствительности электрических и механических характеристик кремния к низкоинтенсивному бета-облучению // Вестник ТГУ (серия естественные и технические науки).-2013.—Т.18.№1,—С.130-132.

29. Дмитриевский A.A., Шуклинов A.B., Ловцов А.Р., Исаева Е.Ю., Бета-индуцированное уменьшение адгезии структур Cu/Si // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2013. — Т.5. — С.70 — 72.

30. Дмитриевский A.A., Влияние малодозового бета-облучения на микромеханические свойства кремния // Деформация и разрушение материалов. -2013.-№.11.-С2- 11.

31. Дмитриевский A.A., Закономерности изменения свойств монокристаллов кремния под действием малодозового бета-облучения // Известия ВУЗов. Серия Физика. - 2013. - №.8. - С.85-94.

(н других журналах, материалах конференций и тезисах докладов)

32. Dmitrievskiy A.A., Suchkova N.Yu., Vasyukov V.M., Tolotaev M.Yu., Nonmonotonic changes of silicon microhardness, radiation-induced with low-flux of electrons // Proceedings of SPAS. «Nanodesign, Technology and Computer Simulations» - 2007. - V. 6597. P. 1148-1 - 1148-3.

33. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Эффекты влияния малых доз и интенсивностей радиационных и электромагнитных воздействий на свойства реальных кристаллов // ЖФМ. - 2007. - Т. 1. №1. - С. 11 - 20.

34. Golovin Yu.I., Dmitrievskiy A.A., Efremova N.Yu., Vasyukov V.M. // The combined influence of low-flux electrons irradiation and weak magnetic field on silicon microhardness. Proc. of SPIE. - 2009. - V. 7377. -№ 2. P.9-14.

35. Дмитриевский A.A., Пушнин И.А., Павлов M.B., Сучкова НЛО., Кузь-мицкая М.А., Яковлев A.B., Титов Ю.Н., Николаев Р.К., Температура - рычаг управления радиационно-пластическим эффектом в монокристаллах С60 // Материалы III Международной конференция «MPFP». — Вестник ТГУ им. Г.Р. Державина. - 2003. - Т.8. №4. - С.668 - 670.

36. Golovin Yu.I., Dmitrievskii A.A., Suchkova N.Yu., Relaxation phenomena in Si single crystal after beta-irradiation, The XXI International Conference on relaxation phenomena in solids, October 5-8, 2004, Abstracts. - Voronezh, 2004. P. 60 .

37. Головин Ю.И., Дмитриевский A.A., Кузьмицкая M.A., Пушнин И.А., Сучкова Н.Ю., Обратимое разупрочнение монокристаллов Si, ZnS, С6о, стимулированное малодозовым (D < 1 cGy) бета-облучением при комнатной температуре // XLIII Международная конференция «Актуапьныепроблемы прочности» 27 сентября - 1 октября 2004, Тезисы - Витебск, Беларусь, 2004. С. 118.

38. Dmitrievskiy А.А., Golovin Yu.I., Efremova N.Yu., Shuklinov A.V., Vasyu-kov V.M., Badylevich M., Contribution of low-flux beta radiation induced point defects and phase transitions under indenter in microhardness of silicon, E-MRS Spring Meeting 2009, 8-12 may 2009, Abstracts. - Strasburg, France, 2009. P. I. 8-39.

39. Дмитриевский A.A., Ефремова Н.Ю., Кувшинова A.A., Ловцов А.Р., Гусева Д.Г., Влияние атмосферных газов на изменения микротвердости монокристаллов кремния, индуцируемые бета-облучением, V Международная научная конференция «Материалы и структуры современной электроники», 1011 октября 2012, Тезисы - г. Минск, Белоруссия, 2012. С. 68-70.

40. Dmitrievskiy А.А., Golovin Yu.I., Lovtsov A.R., Efremova N.Yu., Koren-kov V.V., Shuklinov A.V., Badylevich M., Reduction of A1N nano-foil adhesion to Si substrate by low-flux of beta-irradiation, E-MRS Spring Meeting 2012, 14-18 may 2012. Abstracts. - Strasburg, France, 2012. P. U 13-6.

41. Дмитриевский А.А., Ефремова Н.Ю., Косырев П.А., Ловцов A.P., Шук-линов А.В., Подавление эффективности фазовых превращений в кремнии при локальном нагружении посредством низкоинтенсивного бета-облучения, XLII Международная Тулиновская конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, 29 - 31 мая 2012, Тезисы - г. Москва, 2012. С. 135.

42. Дмитриевский А.А., Ефремова Н.Ю., Ловцов А.Р., Исаева Е.Ю., Бады-левич М.В., Влияние низкоинтенсивного бета-облучения на физико-механические свойства тонких пленок на кремнии, IV Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», 23 - 26 октября 2012, Тезисы - г. Новосибирск, 2012. С. 68.

Подписано в печать 12.09.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 1620. Издательский дом ТГУ имени Г.Р. Державина 392008, г. Тамбов, ул. Советская, 190г

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Р. ДЕРЖАВИНА»

05201450085 на правах рукописи

ДМИТРИЕВСКИЙ Александр Александрович

МИКРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ, ОБЛУЧЕННЫХ МАЛЫМИ ДОЗАМИ БЕТА-ЧАСТИЦ

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ТАМБОВ 2013

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному консультанту Заслуженному деятелю науки РФ, доктору физико-математических наук, профессору Головину Юрию Ивановичу, который на протяжении многих лет делился опытом, давал ценные советы, не жалея сил и времени оказывал всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах выполнения работы.

Автор также благодарит Ефремову Н.Ю., оказавшую неоценимую помощь в работе, соавторов Бадылевича М.В., Васюкова В.М., Иванова В.Е., Коренкова В.В., Косырева П.А., Ловцова А.Р., Пушнина И.А., Толотаева М.Ю., Шуклинова A.B. за всестороннюю поддержку и помощь в проведении экспериментов, сотрудников кафедры ТЭФ и научно-образовательного центра «Нанотехнологии и наноматериалы» за безграничное терпение, интерес к работе и плодотворные обсуждения, неизменную доброжелательность и теплые, дружеские отношения.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................8

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВЛИЯНИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ...............................................20

1.1. Радиационное дефектообразование......................................................21

1.1.1. Генерация первичных радиационных дефектов..............................21

1.1.2. Квазихимические реакции в подсистеме структурных (собственных и радиационных) дефектов.......................................26

1.1.3. Особенности накопления радиационных дефектов в

зависимости от типа и энергии заряженных частиц...........................39

1.2. Ионизирующее облучение как метод модификации физических

свойств кристаллов с различными типами химической связи.......................47

1.2.1. Модификация структуры и свойств твердых тел с молекулярным типом связи под действием ионизирующего облучения....................47

1.2.2. Физические свойства ковалентных полупроводников, чувствительные к наличию радиационных дефектов.........................51

1.3. Роль дислокаций и фазовых превращений под индентором при

локальном нагружении поверхности кремния..........................................57

1.3.1. Дислокационная структура при индентировании кремния (О роли дислокаций в процессе массопереноса при

индентировании кремния)...........................................................58

1.3.2. Фазовые превращения в кремнии при локальном нагружении.............60

1.4. Количественные параметры облучения, а также воздействий нерадиационной природы, определяющие качественный характер и величину отклика материала................................................................65

1.4.1. Особенности накопления радиационных дефектов при низкоинтенсивном облучении.....................................................66

1.4.2. Большие, умеренные и малые дозы облучения................................69

1.4.3. Интерпретации малодозовых эффектов и возникающие при

этом противоречия...................................................................73

1.4.4. Влияние физических полей нерадиационной природы на

эффекты, индуцируемые ионизирующим облучением.......................80

1.4.5. Резонансные эффекты, индуцируемые слабыми магнитными

полями...................................................................................82

1.5. Постановка цели и формулировка задач исследования...............................86

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ..............................89

2.1. Исследуемые материалы, подготовка и контроль состояния образцов

перед экспериментами и в процессе тестирования.....................................89

2.2. Характеристики внешних воздействий....................................................91

2.2.1. Бета-облучение........................................................................91

2.2.2. Гамма-облучение......................................................................93

2.2.3. Магнитные поля......................................................................93

2.2.4. Комбинированное действие бета-облучения и электрического поля.....95

2.2.5. Термические воздействия..........................................................96

2.3. Методы тестирования и рабочие характеристики оборудования...................97

2.3.1. Механические характеристики....................................................98

2.3.2. Электрические характеристики...................................................104

2.3.3. Фазовые превращения в кремнии под индентором............................105

ГЛАВА 3. ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ, ИНДУЦИРУЕМЫЕ МАЛОДОЗОВЫМ НИЗКОИНТЕНСИВНЫМ

БЕТА-ОБЛУЧЕНИЕМ........................................................................110

3.1. Соотношение чувствительности электрических и механических характеристик кремния по отношению к малодозовому

низкоинтенсивному бета-облучению.......................................................112

3.2. Динамика изменений механических свойств (микротвердость, критический коэффициент интенсивности напряжений Кс, скорость установившейся ползучести) кремния, индуцируемых малодозовым низкоинтенсивным бета-облучением....................................115

3.3. Влияние интенсивности облучения, исходных характеристик (тип и концентрация легирующей примеси) материала и химического состава внешней атмосферы на кинетику изменений

микротвердости кремния....................................................................135

3.4. Изменения микротвердости бинарных полупроводников (ОаАэ и 2пБ), индуцируемые малодозовым низкоинтенсивным

потоком бета-частиц..........................................................................152

3.5. Влияние малодозового низкоинтенсивного облучения на микротвердость фуллерита Сбо............................................................156

Выводы:..............................................................................................170

ГЛАВА 4. АДГЕЗИОННЫЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУКТУР А1Ы/8х В УСЛОВИЯХ

НИЗКОИНТЕНСИВНОГО БЕТА-ОБЛУЧЕНИЯ...........................................173

4.1. Механические характеристики (твердость и критический коэффициент

интенсивности напряжений Кс) структур АГЫ/Б1 в условиях

5

малодозового бета-облучения................................................................174

4.2. Влияние малодозового бета-облучения на отслаивание пленки A1N

от кремниевой подложки при царапании..................................................179

4.3. Адгезионные свойства структур Cu/Si в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения........................................................183

Выводы................................................................................................186

ГЛАВА 5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ В УСЛОВИЯХ

КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНЫХ

ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ...........................................................................187

5.1. Поочередное действие малодозового низкоинтенсивного облучения и импульсных магнитных полей на микротвердость монокристаллов фуллерита Сбо...................................................................................189

5.2. Комбинированное действие малодозового низкоинтенсивного бета-облучения и магнитных полей на микротвердость

монокристаллов кремния.....................................................................192

5.3. Влияние электрических полей на динамику бета-индуцированных изменений микротвердости Si................................................................197

Выводы................................................................................................201

ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ МАЛОДОЗОВОГО БЕТА-ОБЛУЧЕНИЯ НА

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ КРЕМНИЯ ПОД ИНДЕНТОРОМ.........................203

6.1. Влияние малодозового бета-облучения на эффективность

образования фаз Si-III, Si-XII и a-Si при индентировании.............................204

6.2. In situ исследования фазовых превращений Si-I - Si-II под индентором

в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения......................209

Выводы...............................................................................................216

ГЛАВА 7. МОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ПОДСИСТЕМЫ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, ИНДУЦИРУЕМЫХ МАЛОДОЗОВЫМ НИЗКОИНТЕНСИВНЫМ БЕТА-ОБЛУЧЕНИЕМ............................................................................218

7.1. Массоперенос при локальном деформировании кремния в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения...................................220

7.2. Связь концентрации электрически-активных точечных радиационных дефектов и микротвердости кремния в условиях малодозового низкоинтенсивного бета-облучения......................................................223

7.3. «Размерные» особенности изменений твердости кремния,

индуцируемых малодозовым бета-облучением......................................228

7.4. Качественная модель внутрикристаллических квазихимических реакций в подсистеме точечных дефектов кремния с образованием комплекса

VI-О-С в условиях малодозового бета-облучения...................................236

7.5. Роль электрического и магнитного полей в процессе формирования комплексов вторичных радиационных дефектов, ответственных за бета-индуцированные изменения приповерхностных свойств

полупроводников...........................................................................246

Выводы..............................................................................................250

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ...............................................................252

ЛИТЕРАТУРА.....................................................................................256

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Микромеханические свойства полупроводников (ПП) и их чувствительность к действию различных физических полей имеют большое значение для технологии производства ПП техники и влияют на ее эксплуатационную стабильность. Развитие нанотехнологий в области создания микро- и наноэлектромеханических систем (МЭМС/НЭМС) актуализирует изучение механических свойств ПП в субмикронном и нанометровом масштабах [1]. Оказывая прямое влияние на функционал такого рода устройств, микромеханические свойства ПП (и особенно кремния) становятся не менее важными, чем электрические и фотооптические.

Несмотря на более чем полувековую историю исследований, закономерности и физические механизмы действия радиационных и электромагнитных полей на микромеханические свойства ПП остаются недостаточно изучеными. Условно эти воздействия и индуцируемые ими эффекты можно разбить на три класса, основываясь, например, в случае радиационных полей, на величине дозы облучения И или флюенса накапливаемых объектом: 1) малодозовые воздействия (МДВ); 2) среднедозовые воздействия и 3) воздействия больших доз. Несмотря на частое употребление в литературе и интуитивные представления об их отличиях, до сих пор не существует общепринятых критериев такого разделения этих воздействий. Кроме того, применительно к различным материалам и свойствам, границы между ними могут существенно смещаться и размываться.

Количественным критерием степени электромагнитного воздействия обычно служит отношение величины сообщаемой им энергии, нормированной на один атом Еа, к энергии теплового движения кТ или энергии квантовых процессов в атоме/молекуле/твердом теле. Для радиационных воздействий, влекущих изменение атомной структуры, в качестве критерия можно принять соотношение концентрации

исходных N0 и генерируемых облучением уУ1ГГ дефектов или количество смещений из узла решетки на один атом (с.н.а.). Для химически чистых материалов (для монокристаллического кремния N0 ~ 10|5-И016 см"3) и невысоких энергий бета-частиц (Е ~ 1 МэВ) к МДВ можно относить облучение с флюенсом Р < 1013-1014 см"2. Не менее важной характеристикой радиационных воздействий, от которой во многом зависит эффективность введения радиационных дефектов (РД), является интенсивность облучения I. Чем меньше /, тем больше интервал времени /|ГГ требуется для накопления заданного флюенса (.Г = Нт). Это усиливает роль диффузионных процессов и различных внутрикристаллических квазихимических реакций в дефектной подсистеме, что обуславливает возможность наблюдения качественно различных эффектов и приводит к кажущимся несоответствиям и противоречиям экспериментальных данных, полученных при одинаковых флюенсах, но разных интенсивностях облучения.

Лучше других изучены эффекты при средних флюенсах и интенсивностях воздействия. Для них типично монотонное нарастание отклика (изменение свойств) материала с ростом Р. Поведение материалов в области малых, а также очень больших Р и I изучено гораздо слабее. Оно характеризуется нетривиальными дозовыми зависимостями, которые могут иметь немонотонный характер, области с высокой и пониженной чувствительностью к обработке. Особенно ярко это проявляется в области малых флюенсов и низких интенсивностей, где могут наблюдаться так называемые «окна чувствительности» и инверсия знака эффекта [2,3], что обусловлено конкуренцией и многостадиностью альтернативных квазихимических реакций с участием не только первичных, но и вторичных РД. Качественно эти «аномалии» похожи на размерные эффекты в наномасштабной шкале характерных размеров структурных или морфологических единиц. В связи с этим, эффекты, индуцируемые МДВ, представляют большой интерес, как с принципиальной, так и с практической точки зрения. Они могут привести к существенному изменению характеристик

функциональных материалов, входящих в состав полупроводниковых приборов, магнитных носителей информации, многослойных покрытий, фотоприемников, датчиков и прецизионных механических устройств. Кроме того, изучение малодозовых воздействий на неорганические вещества может послужить первым шагом в создании более сложных моделей, описывающих отклики живых систем на МДВ [4].

Необходимо учитывать, что материалы могут испытывать МДВ как при целенаправленном радиационном воздействии (например, при радиационной полимеризации или деструкции, визуализации объектов методами электронной микроскопии, ионном травлении при подготовке поверхности к напылению, непосредственно в процессе магнетронного, ионного и электронно-лучевого напыления, и пр.), так и вследствие влияния естественных природных условий (действие космической радиации на элементы солнечных батарей и отдельных узлов оборудования искусственных спутников Земли, облучение элементов аппаратуры при использовании радиоактивных источников питания, радиационный фон Земли и др.). Возможность появления структурных нарушений приходится учитывать при исследовании (визуализации) микроструктуры с использованием зондирующих электронных пучков [5]. Следует также иметь в виду, что в отличие от эффектов, индуцируемых средними или большими дозами, отклик материала на МДВ может проявляться не сразу, а по прошествии латентного периода, лимитируемого процессами перестройки дефектной подсистемы.

Поскольку, характер индуцируемых МДВ изменений свойств может зависеть от элементного состава и типа химической связи, в качестве объектов исследования выбраны типичные представители нескольких классов ПП, имеющих чисто ковалентную, ионно-ковалентную, молекулярную связи (Si, GaAs, ZnS, фуллерит Сбо) и тонкопленочных структур на кремниевой основе (AIN/Si, Cu/Si), имеющие перспективы практического использования.

При изучении механизмов МДВ на механические и электрические свойства, структуру и фазовый состав приповерхностных слоев ПП (по крайней мере, на начальных этапах исследования) целесообразно использовать источники бета-частиц невысоких энергий (до 1 МэВ), имеющие два существенных преимущества. Во-первых, потоки таких электронов создают практически только одиночные первичные дефекты (пары Френкеля). Во-вторых, при бета-облучении энергии выбитых атомов недостаточны для образования каскада смещений, т.е. генерируемые первичные РД распределены сравнительно равномерно по поглощающему слою ПП. Поэтому для облучения образцов использовали источник на основе препарата

90у+908г

со средней

энергией бета-частиц 0,20 МэВ для 908г и 0,93 МэВ для 90У.

Необходимо отметить, что в реальных условиях эксплуатации различные устройства на основе ПП, как правило, испытывают одновременное воздействие полей различной природы. Следует признать практически полное отсутствие литературных данных о комбинированном (одновременном или поочередном) влиянии малодозового ионизирующего облучения и слабых электро-магнитных полей на свойства ПП. Между тем, эффективность протекания квазихимических реакций в подсистеме парамагнитных дефектов (многие РД парамагнитны) может контролироваться магнитными полями [6]. Наличие электрических полей может оказывать влияние уже на начальной стадии радиационного дефектообразования - на процесс разделения компонент пар Френкеля.

Все вышесказанное обуславливает актуальность выбранного направления исследований — формирование представлений о закономерностях и физических механизмах влияния малодозового, низкоинтенсивного бета-облучения на микромеханические свойства полупроводниковых кристаллов и очерчивает перспективы развития принципиально новых подходов к обработке материалов с целью модификации их приповерхностных свойств.

С учетом вышеизложенного, целью работы являлось установление закономерностей изменения микромеханических свойств полупроводниковых кристаллов в условиях индивидуального и комбинированного со