Моделирование физических явлений в ионноимплантированных приборных структурах на основе соединений типа A III B V тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

гп о л

Диденко Сергеи Иванович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ИОННОИМПЛАНТИРОВАННЫХ ПРИБОРНЫХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА АШВУ

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 2000 г.

Работа выполнена на кафедре полупроводниковой электроники и физики полупроводников Московского государственного института стали и сплавов.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Кольцов Г. И.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Мордкович В. Н.

кандидат физико-математических наук

Ходырев В. А.

ГУЛ НПП «ПУЛЬСАР»

Ведущая организация

Защита диссертации состоится 20 апреля 2000г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д053.08.06 при Московском государственном институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, Ленинский пр-т, д.4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов.

Автореферат разослан «_ » а, 2ооог.

Ученый секретарь диссертационного совета

Доктор физико-математических наук Герасышн В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В последние годы постоянно расширяется диапазон областей применения метода ионной имплантации (ИИ) в технологическом цикле изготовления полупроводниковых приборов (ПП) и интегральных микросхем (ИМС). Особенно заметны успехи применения ИИ при создании ПП и ИМС СВЧ и оптического диапазонов, в том числе и на основе полупроводниковых соединений АП1ВУ. Эффективность использования ИИ определяется рядом существенных преимуществ перед традиционными технологическими приемами, в частности, возможностью введения в полупроводниковую подложку практически любого иона; возможностью создания в полупроводниковой структуре не только примесных центров, обладающих донорными или акцепторными свойствами, но и глубоких рекомби-национных центров; широким диапазоном концентраций легирующей примеси; высокой точностью соблюдения заданных размеров активных областей; точностью контроля концентрации вводимой примеси; хорошей воспроизводимостью распределения ионов по глубине.

Несмотря на очевидные преимущества метода ИИ и его достаточно широкое применение в полупроводниковой микро- и оптоэлектронике, все еще остаются открытыми вопросы, связанные с описанием профиля распределения внедренных ионов до и после формирующего термического отжига (ТО), с изменением размеров активных областей, в частности, глубины залегания перехода, с ролыо остаточных радиационных дефектов (РД) и рядом других проблем.

Актуальность темы. В настоящее время при проектировании и создании новых ПП и ИМС используются предварительное моделирование физических явлений, происходящих на всех основных стадиях технологического процесса изготовления активной структуры, и разработка

физико-математических моделей, для прогнозирования параметров и характеристик будущих приборов.

Начальная стадия такого комплексного моделирования обычно связана с изучением механизмов взаимодействия высокоэнергетических ионов с полупроводниковой мишенью. Анализ множества работ, посвященных вопросам взаимодействия ионов с атомами полупроводникового материала показал, что в настоящее время не существует универсальной модели, учитывающей весь комплекс явлений, происходящих при внедрении высокоэнергетических ионов, и, следовательно, адекватно описывающей распределение ионов в твердом теле. Задача еще более усложняется при использовании в качестве мишени многоэлементной полупроводниковой структуры. Другим важным объектом для моделирования является процесс перераспределения внедренных ионов при проведении термического активирующего отжига ионноимплантированных слоев. К сожалению, многообразные явления, происходящие на стадии термического отжига, обычно сводят к элементарным процессам диффузии. Однако в большинстве случаев на перераспределение внедренных ионов оказывают влияние целый ряд причин, таких как наличие на поверхности полупроводника защитной диэлектрической пленки, генерация и перестройка радиационных дефектов в полупроводнике в результате ионной имплантации и отжига, наличие дрейфовых потоков ионов в индуцированных облучением полях, перераспределение примесных атомов между узлами и междоузлиями кристаллической решетки с участием РД. Остающиеся в активных областях приборов после ионной имплантации и термического отжига РД могут оказывать влияние на параметры полупроводникового материала и характеристики ПП и ИМС. Поэтому целесообразно с помощью более простых способов физического моделирования предсказать возможные механизмы формирования сложных дефектных

<омплексов и изучить их влияние на характеристики потенциальных Зарьеров и свойства полупроводниковых материалов.

Проведенный анализ указывает на актуальность разработки обобщенных физико-математических моделей, адекватно описывающих сак распределение внедренных ионов до и после термического отжига, гак и параметры и характеристики полупроводниковых материалов, ПП и ИМС, с учетом влияния сложных комплексов дефектов, включающих остаточные РД.

Цель диссертационной работы - разработать физико-латематическую модель процесса торможения высокоэнергетических йотов в сложной кристаллической мишени полупроводниковых соединений \"'ВУ; описать явления, происходящие в этих соединениях на стадии активирующего отжига и разработать физико-математическую модель для засчета профиля распределения внедренных ионов после термического угжига; путем облучения высокоэнергетическими электронами смоделировать формирование сложных комплексов РД, аналогичных комплексам, юзникающим при ионной имплантации и последующем отжиге, для прогнозирования изменения параметров полупроводниковых материалов и сарактсристик ПП и ИМС.

Для достижения поставленных целей в работе сформулированы ¡ледующие задачи: разработать физико-математическую модель и пакет прикладных про-рамм для построения профиля распределения внедренных ионов (раз-1ИЧНОЙ массы и энергии) в бинарной кристаллической мишени (полупро-юдниковые соединения ОаР, СаАв, ОаАя|_хРх, 1пР). Оценить достовер-юсть предложенной модели и рассчитанных на ЭВМ профилей распреде-гения ионов путем сравнения их с известными экспериментальными дан-

1ЫМИ.

- на основе изучения механизмов перемещения ионов в процессе термического отжига разработать физико-математическую модель и пакет прикладных программ, описывающих кинетику активации внедренных ионов в полупроводниковой мишени. Оценить достоверность предложенной модели с использованием экспериментальных результатов;

- изучить влияние РД, введенных высокоэнергетическими электронами (6 МэВ) в исходные полупроводниковые соединения АШВУ, на параметры и характеристики ПП на этих материалах. Установить схожесть и различие между комплексами дефектов, индуцированных электронным облучением и ионной имплантацией;

- методом релаксационной спектроскопии (РСГУ) установить закономерности образования радиационных центров (РЦ) в барьерных структурах на полупроводниковых соединениях АШВУ при электронном облучении, определить основные параметры РЦ: энергию ионизации, концентрацию, эффективное сечение захвата электронов, скорость введения. Систематизировать полученные данные и сравнить их с данными по РЦ, наблюдаемыми в ионноимплантированных структурах после термического отжига.

Работа проводилась в лабораториях кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников МИСиС в соответствии с координационными планами НИР РАН, ВУЗов и электронной промышленности по проблемам «Радиационная физика и радиационная технология полупроводников» и «Физика ионной имплантации».

Новизна и научная ценность. Разработана новая физико-математическая модель, основанная на анализе механизмов взаимодействия высокоэнергетических ионов с атомами мишени, описывающая процесс торможения ионов в двухэлементной кристаллической мишени, представляющей собой полупроводниковое соединение АШВУ. На основе

этой модели разработан пакет прикладных программ для расчета пробегов различных ионов в бинарных полупроводниковых мишенях.

Разработаны модель и пакет прикладных программ для расчета перераспределения внедренных ионов при отжиге имплантированных слоев, в которой впервые учтен целый ряд физических явлений, имеющих место в реальной ситуации при наличии на поверхности полупроводникового материала защитной диэлектрической пленки: диффузию внедренной примеси через границу раздела полупроводник - диэлектрик, диффузию примеси в самой диэлектрической пленке, диффузию примеси в полупроводниковом материале с участием первичных радиационных дефектов (вакансий и межузельных атомов), перенос атомов примеси за счет индуцированного поля.

Показано, что при облучении быстрыми электронами барьеров Шоттки (БШ) на основе полупроводниковых соединениях АШВУ характеристики и параметры БШ определяются концентрацией и скоростью введения РЦ. Получены аналитические выражения для скорости введения РЦ и скорости удаления носителей заряда в полупроводниковых соединениях ваР, ОаЛ.ч, СаАз1.хРх, а также для скорости увеличения концентрации носителей заряда в 1пР.

Установлено, что во всех выбранных исследуемых полупроводниковых соединениях (СаР, ОаАэ, ОаЛ.Ч1_хРх, 1пР) большинство наблюдаемых РЦ имеют близкие электрофизические параметры. Показана также идентичность по своему составу РЦ, введенных ионной имплантацией и электронным облучением.

Практическая ценность работы. Использование результатов расчета по предложенным физико-математическим моделям при создании приборных структур позволяет оптимизировать режимы операций им-

плантации и последующего отжига, включая выбор необходимых ионов, их энергии, интегрального потока, температуры и времени отжига.

Полученные и систематизированные данные по изучению влияния облучения на параметры полупроводниковых структур могут быть использованы при оценке влияния радиации на приборы и микросхемы, разработанные на основе полупроводниковых соединений АШВУ, и для оптимизации режимов радиационно-технологических процессов.

На защиту выносятся:

Комплексная модель и пакет прикладных программ, разработанные на основе анализа механизмов взаимодействия высокоэнергетических ионов с атомами мишени, описывающие процесс торможения ионов в бинарных кристаллических мишенях, представляющих собой полупроводниковые соединения АШВУ.

Модель и пакет прикладных программ для расчета перераспределения внедренных ионов при отжиге имплантированных слоев, учитывающих целый ряд физических явлений: диффузию внедренной примеси через границу раздела полупроводпик - диэлектрик, диффузию примеси в самой диэлектрической пленке, диффузию примеси в полупроводниковом материале с участием радиационных дефектов (вакансий, межузельных атомов), перенос атомов примеси за счет индуцированного поля атомов.

Результаты изучения влияния РЦ на характеристики потенциальных барьеров, созданных в полупроводниковых соединениях АШВ\ Сравнительный анализ РЦ, созданных ионной имплантацией и электронным облучением.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на ХП международной конференции по ионной имплантации (Киото, Япония, 1998). По результатам работы подготовлено и опубликовано 5 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 145 страниц, содержит 84 рисунка и 14 таблиц. Список литературы - 78 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель работы.

Глава 1

Моделирование процесса взаимодействия высокоэнергетических ионов с полупроводниковой мишенью АШВУ

На основе механизмов ядерного и электронного торможения, описывающих поведение налетающего высокоэнергетического иона в полупроводниковой мишени, а также с учетом колебаний кристаллической решетки, дисперсии ионного пучка по энергии и углу влета в мишень, разработана комплексная модель взаимодействия налетающих ионов с бинарной кристаллической мишенью Л"'ВУ. Рассматривали высокоэнергетические ионы Ве, Бе и Б с энергиями от 50 до 240 кэВ.

Так как в качестве мишени при моделировании были выбраны двухэлементные соединения, учитывали, с каким конкретным элементом мишени взаимодействует налетающий ион. В ранее используемых моделях обычно рассматривали взаимодействие налетающей частицы с усредненными значениями заряда и массы элементов мишени, что существенно искажало величину реальных пробегов частиц.

Одной из главных отличительных особенностей разработанной программы является то, что в ней реализована кристаллическая структура мишени. Для описания кристаллической решетки мишени были приняты следующие положения. Координаты каждого атома можно получить при помощи трех векторов трансляции или разбиением кристаллической решетки на равные параллелепипеды. Размеры лабораторной ячейки определяются после разбиения кристаллической решетки мишени на равные параллелепипеды, содержащие по одному атому одного из типов. После разбиения выбирается минимальный тиражируемый блок атомов. Размер по координатам х и у задается исходя из размера стороны кристаллической решетки а и равен . Расстояние вдоль оси г равно реальному

размеру в кристаллической решетке. Затем структура атомов разделяется на цепочки, к одной цепочке принадлежат атомы одного типа, которые совмещаются трансляциями по оси г. Каждая из цепочек описывается числом атомов в одной цепочке, в одной ячейке, размером элементарной . ячейки и центром координат. Центр координаты ячейки находится в центре ячейки. При расчетах необходимо задать окружение для данного атома в четырех направлениях, задав номера цепочек атомов, находящихся по соседству.

Профили распределения ионов, имплантированных в полупроводниковые соединения АШВУ, полученные по разработанной модели, отражали основные закономерности распределения ионов, но не описывали экспериментальные результаты (измеренные с помощью вторичной ионной масс-спектрометрией (ВИМС)) с достаточной точностью. Поэтому, для достижения наилучшего соответствия расчетного профиля экспериментальному, было исследовано влияние длины экранирования на пробеги ионов. В общем виде длину экранирования а принято определять

как: а 1 128

9 п2]

ав • г,'2/3 = 0,8853ап /г|, где ав = 0,523 им - первый бо-

( * .

ровскии радиус атома водорода, а г, 2 = + / .

В модели Томаса-Ферми [1] х=у=1, а согласно работам Фирсова [2] х=1/2, у=2. При расчете пробегов Линхард, Шарф и Шиот [3] пользовались соотношением х=2/3 и у=3/2, а процедуре подгонки расчетных профилей распределения имплантированной примеси к экспериментальным Накагава и Ямамура [4] использовали соотношение для длины экранирования ху=0.614. Бирзак и Циглер [5] после изучения пробегов ионов в более чем 500 парах ион-мишень приняли величины х и у исходя из предположения, что ху=0,69. В данной работе наилучшее совпадение расчетных и экспериментальных данных было получено с новым выражени-

0.8853-ав

ем для длины экранирования: а0 = >----с,—, то есть ху=0.4. Возможно это связано с более сильной экранировкой электронами ядер при расчете пробегов ионов в кристаллической решетке сложных полупроводниковых соединений.

Для подтверждения адекватности разработанной комплексной модели был проведен сравнительный анализ результатов, полученных по этой модели и ряда экспериментальных данных по имплантации Ве, Бе и Б в ОаЛв, ОаР, 1пЛя и 1пР с различными значениями энергии имплантации (Е=50^210 кэВ) и интегрального потока (Ф=10и см"2, 5 1014 см"2). Для иллюстрации на рис.1 приведены профили распределения ионов, полученные по экспериментальным данным, и рассчитанные по разработанной модели для соединения 1пЛз, при имплантации в него Ве с энергией 150 кэВ и 200 кэВ и потоком 5 10й см"2.

X, мкм

Рис.1 Профили распределения Ве имплантированного в 1пАб с энергией имплантации 150 кэВ и 200 кэВ и потоком 51014 см"2.

Для количественного соотношения расчетных и экспериментальных профилей распределения ионов были определены значения среднего проецируемого пробега Яр, а также стандартного отклонения проецируемого пробега ЛКр. Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями Яр находится в пределах 10 %, а АКР - 15 %.

Таким образом, предложенная комплексная модель для кристаллической мишени, в которой рассматривается шаг за шагом поведение налетающего иона в полупроводниковом соединении ЛШВУ, достаточно точно описывает экспериментальные результаты.

В конце первой главы приведены основные результаты и сформулированы краткие выводы.

Глава 2

Моделирование технологического процесса отжига, проводимого после ионной имплантации в соединениях ваАз и 1пР

Основной проблемой, возникающей при проектировании приборов с заданными характеристиками, изготовленных с помощью ионной

имплантации, является расчет перераспределения примеси, которое происходит из-за вынужденного постимплантационного отжига.

Разработана модель перемещения атомов примеси во время вынужденного постимплантационного отжига, для последующего анализа профилей распределения примесей, полученных по этой модели и экспериментальных. В качестве мишени использовались полупроводниковые материалы из группы соединений AmBv - GaAs, InP. В эти соединения имплантировались ионы Ве с потоками 51014 и 1015 см"2 и отжигались в течение 10 секунд и 15 мин.

При проведении сравнительного анализа экспериментальных (ВИМС) и расчетных профилей распределения Ве в GaAs обнаружено, что при отжиге имплантированных слоев под защитной диэлектрической пленкой A1N значительное количество бериллия переходит в эту пленку за счет потока примеси, направленного к поверхности. Этот поток был описан диффузией внедренной примеси через границу раздела полупроводник - диэлектрик, диффузией примеси в самой диэлектрической пленке, диффузией примеси в полупроводниковом материале при наличии радиационных дефектов (вакансий), переносом атомов примеси за счет индуцированного поля, параметры которого подбирались в процессе расчета. При учете этих механизмов переноса примеси получены результаты близкие к экспериментальным для потока ионов 5 1014 см"2, в частности, значение индуцированного поля составило величину Е=8 103 В/см, а значение коэффициента диффузии бериллия в A1N, которое подбиралось в процессе расчетов D=1.3 10"14 см"2.

При потоке иоповЮ15 см 2 для более точного описания диффузии бериллия в глубину полупроводтшкового соединения GaAs и InP необходимо учитывать перераспределение атомов примеси между узлами и междоузлиями кристаллической решетки.

Для иллюстрации на рис.2 приведены профили распределения Ве, полученные по экспериментальным данным до и после отжига, и рассчитанный по созданной модели для соединения СаАБ, при имплантации в него Ве с потоком 5 1014 см"2 после 15-ти минутного отжига при температуре 1023 К.

х, мкм

Рис. 2 Профили распределения Ве в ваАБ (Ф=5 1014 см"2, Т=1023 К, 1=15 мин): 1 - экспериментальный профиль после имплантации; 2 - экспериментальный диффузионный профиль; 3 - теоретический диффузионный профиль.

На основе разработанной физико-математической модели получены теоретические профили распределения Ве в ваАв и 1пР (для потоков ионов 5 1014 см'2 и 1015 см"2 и времен отжига 10 с и 15 мин), достаточно близкие к экспериментальным (ВИМС) данным. Расчет теоретических профилей проводился с помощью программы на языке программирования БЕЙСИК, составленной на основе разработанной модели.

В конце второй главы приведены основные результаты и сформулированы краткие выводы.

15 Глава 3

Влияние быстрых электронов на электрофизические характеристики и параметры барьеров Шоттки на основе полупроводниковых соединений A,nBv

Вводимые при ионной имплантации глубокие центры значительно изменяют электрофизические характеристики активных областей и параметры полупроводниковых приборов. Изучить возникающие непосредственно после ионной имплантации ГЦ затруднительно, так как для создания приборной структуры и оценки ее параметров необходимо проведение активирующего отжига, в результате которого могут измениться как концентрация ГЦ, так и их физическая природа и энергетический спектр. Указанных трудностей можно избежать, использовав облучение быстрыми электронами специально изготовленных приборных структур барьеров Шоттки.

Радиационные центры (дефекты) в структурах БШ на полупроводниковых соединениях AmBv вводили облучением быстрыми электронами (6 МэВ) интегральными потоками (10l3-î-21016) см"2 при плотностях (10"-г5 1012) см2с"'.

В качестве подложек при формировании барьеров Шоттки в работе использовались широкозонные полупроводниковые соединения An,Bv n-типа проводимости, в том числе применявшиеся ранее [6,7] при создании ионноимплантированных фотоприемников видимого диапазона.

Структура БШ на основе полупроводниковых соединений GaAs, GaP, GaAso/,Po,4 и InP создавались путем вакуумно-термического напыления контактного слоя Ag. Для формировании омического контакта к обратной стороне полупроводниковой подложки использовали InGa-пасту эвтектического состава.

Основным механизмом переноса носителей заряда через потенциальный барьер контакта металл - полупроводник при комнатной температуре для всех исследуемых БШ с концентрацией электронов в полупроводнике в пределах от 1,5 1015 см"3 до 310" см"3 являлась термоэлектронная эмиссия.

В большинстве исследуемых БШ, введенные 6 МэВ электронами, РД снижали концентрацию основных носителей заряда в подложке. При уменьшении концентрации носителей заряда под действием быстрых электронов в структурах А{*ЛЗаР, А^ОаАяо.бРол и А^СаАв уменьшаются начальные токи, из-за роста потенциального барьера и контактного потенциала, а также растут значения последовательного сопротивления базы. В структурах А^пР при облучении электронами концентрация носителей заряда возрастает.

Пробивное напряжение в изготовленных БШ в основном определяется лавинным механизмом пробоя. В облученных электронами структурах, изготовленных на основе слабо и умеренно легированных полупроводниках ваАБ и 1нР, изменение пробивных напряжений зависит от скорости удаления основных носителей заряда. В сильно легированных соединениях ОаА5о.бРо.4 и йаР к лавинному механизму пробоя добавляется туннелирование через локальные РЦ.

С помощью численных методов экспериментальные зависимости изменения концентрации носителей заряда при облучении во всех структурах были описаны различными функциями. Наилучшее совпадение с экспериментальными данными было получено при использовании экспоненциальной зависимости концентрации от потока быстрых электронов с положительным знаком экспоненты для 1пР и отрицательным знаком для остальных полупроводников ОаАв, ОаАБо.бРо.д и ОаР. Поведение зависимости концентрации носителей заряда от потока быстрых электронов

удалось описать с помощью численного решения уравнения электронейтральности для полупроводников ОаАя, СаЛя0бРо 4 и СаР с одним донор-ным (примесным) и несколькими глубокими уровнями акцепторного характера, введенными облучением.

Параметры компенсирующих ГЦ акцепторного характера, необходимые для решения уравнения электронейтрапыюсти, такие как концентрация и энергия ионизации, определяли из расчетов спектров РСГУ, измеренных для каждой из исследуемой структуры.

Увеличение концентрации носителей заряда в фосфиде индия может происходить либо за счет радиационных дефектов донорного характера либо из-за радиационной активации исходной донорпой примеси.

В конце этой главы приведены основные результаты и сформулированы краткие выводы.

Глава 4

Энергетический спектр и кинетика накопления глубоких центров в структурах с барьером Шотткн на широкозонных полупроводниках типа АШВУ при радиационном воздействии

Измерение параметров глубоких центров проводили методом релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ). Спектры РСГУ измеряли на структурах БШ с подложками ваР, ОаАяо бРо.4,1пР и СаАв п-типа с исходной концентрацией электронов 3-Ю17 см~3, 2,14-1017см~3, 3' 1016 см"3 и 1,55-1015см~3 соответственно. Измерения проводили как на необлученных, так и на образцах подвергнутых облучению быстрыми электронами, потоки быстрых электронов выбирали, исходя из исходной концентрации носителей заряда в полупроводнике. В зависимости от конкретного материала подложки потоки облучения варьировали в пределах от 1013 см"2 до 21016 см"2. Для иллюстрации па рис. 3 показаны спектры РСГУ для БШ АбЛпР.

Рис. 3 Спектры РСГУ исходного (1) и облученного быстрыми электронами с Ф=21016 см"2 (2) Л^1пР

Основные характеристики ГЦ всех исходных и облученных максимальным потоком (для А^ОаАэ Ф=41014 см"2, для остальных Ф=21016 см"2) образцов, сгруппированные по величине энергии ионизации, представлены в таблице 1.

Измеренные дозовые зависимости концентрации были численно описаны экспоненциальными и степенными функциями, дифференцированием которых определены скорости введения каждого центра.

На основе анализа таких параметров ГЦ, как энергия ионизации, сечение захвата и скорость введения, все обнаруженные ГЦ были сгруппированы с учетом их возможной природы на следующие группы:

1) атом примеси + УР, Е,=(0.19-^0.25) эВ, <Т„=(5н-8) 10"п см2,

2) Уш+Уу, Е;=(0.32-т-0.38) эВ, СТ„=(14-2) 10"13 см2,

3)атом примеси+собственный дефект, Е<=(0.54-М).6)эВ, ал=(3-Н) 10"'4 см2,

4) антиструктурный + собственный дефект, £,=(0.79-^-0.82) эВ, а п=0*3> 10"14 см2.

Таблица 1

Основные характеристики ГЦ в GaAs, GaP, GaAs06Po.4и InP

Энергия Сечение Материал Концентрация Концентрация

иониза- захвата подложки ГЦ в необлуч. ГЦ в облуч.

ции E¡, эВ ст„, см2 обр. №1, см"3 макс, потоком обр. N12, см"3

0.19 2.510"'5 ОаАвобРсм 31016 0

0.21 810"13 1пР 0 1.21016

0.25 5 1013 ваР 2.5 1015 3.41016

0.25 410"15 СаАво бРо 4 0 21016

0.30 ю-14 1пР 0 21016

0.32 210"13 ваР 1.51015 2.11016

0.34 210"13 СаАзо6Ро4 6.5 1015 3.71016

0.38 1013 СаАя <61013 1.71015

0.38 10'13 1пР 2 1015 1017

0.50 3 ю14 ОаАэ 31014 6.510м

0.54 410"14 СаР 21015 10'6

0.60 3.5 10"14 СаАв 21014 3.5 Ю14

0.79 1.510"14 ваР 6 ю'5 31016

0.79 2 10'14 1пР 21015 1.81017

0.79 ю-'4 ОаАэ 0 7.71014

0.82 ш-.4 СаЛ!эдЛРо4 0 3.21016

Исключение составляют центры, присутствующие в разных зарядовых состояниях (центры Ес-0.3 эВ в 1пР и Ес-0.5 эВ в ОаАэ по своей структуре относятся к четвертой группе).

Для выявления сходства и различий между радиационными дефектами, образующимися в имплантированных слоях полупроводниковых соединении Л1ПВУ и дефектами, сформировавшимися в результате облучения полупроводника быстрыми электронами, был проведен их сравнительный анализ. Сравнение проводилось между радиационными дефектами, возникшими в структурах с р-п переходом, изготовленных имплантацией бериллия (с последующим отжигом) в эпитаксиапьные слои ваР и ОаАко6Р04 п-типа с концентрацией электронов 210|6-4-10,7см"3

[6,7] и дефектами, образовавшимися после облучения быстрыми электронами барьеров Шотгки на основе ОаАво 6Ро 4 и ваР п-типа с концентрацией электронов 21017 см'3 и 3 1017 см"3, соответственно. Имплантация Ве+ проводилась с энергией 80 кэВ и потоком 3 1014 см"2, а облучение быстрыми электронами с энергией 6 МэВ и потоком 1016 см"2.

Сравнительный анализ параметров радиационных дефектов, сформировавшихся в имплантированных и облученных электронами структурах БШ на основе соединений АШВУ, показал, что механизмы формирования радиационных дефектов в обоих случаях существенно не отличаются.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана модель расчета пробегов ионов 8е, Б и Ве при имплантации их в кристаллические мишени полупроводниковых соединений ваР, ОаАэ, 1пР, ТпАб учитывающая взаимодействие иона с конкретным атомом соединения, потери энергии на ядерном и электронном торможении, тепловые колебания решетки. Для расчета профилей распределения ионов разработан пакет программ на языке ФОРТРАН.

2. Получено новое выражение для длины экранирования, использование которого позволяет достичь наилучшего совпадение расчетных и экспериментальных профилей распределения ионов.

3. Проведено сравнение рассчетных профилей с экспериментать-ными по параметрам распределения Пирсона. Показано, что средний проецируемый пробег ионов Яр и стандартное отклонение проецированного пробега ДЯР, полученные по разработанной модели расходятся от экспериментальных не более чем на 15%.

4. Разработана модель перераспределения внедренных ионов при отжиге, в которую включены такие физические явления, как: диффузия внедренной примеси через границу раздела полупроводник - диэлектрик,

диффузия примеси в самой диэлектрической пленке, диффузия примеси в полупроводниковом материале при наличии РД (вакансий), перенос атомов примеси за счет индуцированного поля и диффузия межузельных атомов.

5. На основе разработанной физико-математической модели получены теоретические профили распределения Ве в СтаАя и 1пР (для потоков ионов 5 1014 см"2 и 1015 см"2 и времен отжига 10 с и 15 мин), хорошо описывающие экспериментальные данные. Расчет профилей проводился с помощью программы на языке программирования БЕЙСИК, специально разработанной на основе предложенной модели.

6. Выявлены особенности и закономерности влияния облучения быстрыми 6 МэВ электронами на основные электрофизические характеристики и параметры БШ А§/1пР, Ай/ОаР, А{*/ОаАяобР(м, А^ОаАэ.

7. Экспериментальные зависимости концентрации носителей заряда и ГЦ от потока облучения в БШ А^пР, А^ОаР, Л^СаАкобРо4, А^СаАв описаны численными функциями, с помощью которых была исследована кинетика удаления носителей заряда и накопления РД.

8. Зависимости концентрации основных носителей заряда от потока быстрых электронов описаны с помощью численного решения уравнения электронейтралыюсти для полупроводников ОаАэ, ваЛ^Рщ и ваР с одним донорным (примесным) и несколькими глубокими уровнями акцепторного характера, введенными облучением.

9. В результате сравнительного анализа параметров радиационных дефектов, сформировавшихся в имплантированных и облученных электронами структурах БШ на основе соединений АГПВУ, выявлено, что радиационные дефекты в обоих случаях существенно пе отличаются.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Koltsov G. I., Yurtchuk S. Y., Didenko S. I. Modeling of Annealing Process in GaAs and InP afler Ion Implantation // XII Ion Implant Conference, Kyoto, 1998, Pl-11.

2. Кольцов Г. И., Юрчук С. Ю., Диденко С. И. Моделирование процесса диффузии Ве, имплантированного в соединения GaAs и InP // Материалы электронной техники. - 1999. - № 3. - с. 63-65.

3. Диденко С. И., Кольцов Г. И., Ладыгин Е. А., Юрчук С. Ю. Влияние быстрых электронов на электрофизические характеристики и параметры барьеров Шоттки на основе полупроводниковых соединений А3В5 // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на РЭА. - 2000. - вып. 1-2.-8 с.

4. Диденко С. И., Кольцов Г. И., Ладыгин Е. А., Юрчук С. Ю. Энергетический спектр и кинетика накопления глубоких центров в структурах с барьером Шоттки на широкозошшх полупроводниках типа А3В5 при радиационном воздействии // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на РЭА - 2000. - вып. 1-2.-6 с.

5. Диденко С. И., Кольцов Г. И., Ладыгин Е. А., Юрчук С. Ю. Влияние электронного облучения на электрофизические характеристики барьеров Шоттки на основе полупроводниковых соединений AlnBv // Материалы электронной техники. - 2000. - № 2. - 3 с.

6. Диденко С. И., Кольцов Г. И., Ладыгин Е. А., Юрчук С. Ю. Кинетика накопления глубоких радиационных центров в структурах с барьером Шоттки на широкозонных полупроводниках типа AUIBV // Материалы электронной техники. - 2000. - № 2. - 3 с.

Цитируемая литература:

1. Thomas L. Н. // Proc. Cambridge Philos. Soc.- 1927,- v. 23.- р. 542

2. Фирсов О. Б. - ЖЭТФ,- 1957,- т.ЗЗ,- с. 696

3. Lindhard J., Nielsen V., ScharffM. // Mat.-Fys. Medd. K. Dan. Vid. Selsk.-1968.-v. 36.-p. N10

4. Takeuchi W., Yamamura Y. / Radiat. Eff.- 1983,- v. 71.- p. 53

5. Ziegler J. F., Biersack J. P., Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Solids.-New York.-1985

6. Кольцов Г. И., Ладыгин Е. А., Юрчук С. Ю. Фоточувствительные структуры на основе GaP, полученные методом ионной имплантации // Электронная техника, сер.2. - 1987. - В. 2. - с. 63-67.

7. Кольцов Г. И., Юрчук С. Ю., Кунакин Ю. И. // Электрон, техн., сер. 6. • 1988. -№3.- с. 52.