Дислокационная люминесценция в кремнии с различным примесным составом

Терещенко, Алексей Николаевич

Дислокационная люминесценция в кремнии с различным примесным составом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Терещенко, Алексей Николаевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Черноголовка МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Дислокационная люминесценция в кремнии с различным примесным составом»

Автореферат диссертации на тему "Дислокационная люминесценция в кремнии с различным примесным составом"

На правах рукописи

005002518

Терещенко Алексей Николаевич

ДИСЛОКАЦИОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В КРЕМНИИ С РАЗЛИЧНЫМ ПРИМЕСНЫМ СОСТАВОМ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

17 НОЯ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка - 2011

005002518

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт физики

твердого тела РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Штейнман Эдуард Александрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Якимов Евгений Борисович

кандидат физико-математических наук, Классен Николай Владимирович

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур РАН

Защита состоится «ИЗ » « АсСДОР-Я » 2011г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 002.100.61 при Учреждении Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН по адресу: 142432, г. Черноголовка, Московская обл., ул. Академика Осипьяна, д. 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институт физики твердого тела РАН

Автореферат разослан » « СкТ&ЪЬЧ » 2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

Зверев В.Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

Кремний является основой современной микроэлектроники и такая ситуация будет сохраняться еще длительное время благодаря неограниченным запасам исходного сырья, коммерческой доступности, развитой технологии выращивания кремния и дальнейшей его обработки. Стремительное развитие кремниевой микроэлектроники требует решения новых актуальных задач, связанных с необходимостью внедрения оптоэлектронных компонентов для передачи информации внутри кремниевых чипов. Для этого требуется создание эффективных светоизлучающих элементов, совместимых с технологией производства кремниевых микрочипов. Использование для этой цели А3В5 соединений значительно удорожает процесс производства, поэтому в последнее время усилия многих исследователей направлены на поиск возможностей создания светоизлучающих диодов на основе кремния. Сложность состоит в том, что в силу непрямозонности 81 излучательная рекомбинация в нем на несколько порядков ниже, чем в прямозонных полупроводниках. Для решения этой проблемы были предложены различные подходы, связанные, например, с введением в кристалл специальных примесей, в которых высока эффективность внутренних переходов (в частности, Ег) [1], излучением преципитатов р-Ре812 в кремниевой матрице [2], формировании в кремнии Ое(81)/81 наноостровков [3, 4], использованием дислокационной люминесценции (ДЛ) [5] и т.д.

Идея применения ДЛ представляется весьма привлекательной, так как дислокационные центры свечения имеют относительно высокую температурную стабильность, а энергия излучения центров, ответственных за длинноволновую часть люминесценции, совпадает с окном наибольшей прозрачности волоконной оптики и находится в области прозрачности кремния. Кроме того, центры дислокационной люминесценции чрезвычайно устойчивы к термической обработке образцов, вследствие чего они практически не подвержены деградации. Важно заметить, что к настоящему моменту удалось изготовить кремниевые светодиоды с внешней квантовой эффективностью 0.1% при комнатной температуре [5], что подтверждает реальную возможность создания излучателей на основе кремния.

взаимодействие примеси и излучающих дислокационных центров, которое может заключаться как во вхождении атомов какой-либо примеси в состав этих центров, так и в формировании комплексов «дислокация - примесь», в которых взаимная конфигурация дефектов определяет энергию оптических переходов. С этой точки зрения исследование особенностей ДЛ в кремнии в зависимости от его примесного состава может дать дополнительную информацию о природе центров, ответственных за длинноволновую часть ДЛ, которая к настоящему моменту до конца не ясна. Последнее обстоятельство является причиной того, что на данный момент весьма сложно оптимизировать процесс генерации данных центров.

Таким образом, исследования ДЛ в кремнии с различным примесным составом являются в настоящее время весьма актуальными как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в плане практического применения ДЛ.

Стоит заметить, что проблема влияния примесей на дислокационные состояния кремния состоит из двух основных частей: влияние электрически активных примесей, связанное с кулоновским потенциалом заряженной дислокации, и влияние примесей, связанное с эффектом их собирания в деформационном поле дислокаций. Эти обстоятельства и определили выбор исследуемой примеси: для решения первой задачи был исследован широкий набор образцов с разным типом и уровнем легирования, причем в случае с кремнием п-типа использовались доноры различной химической природы. В рамках второй задачи было изучено влияние меди на центры ДЛ в кремнии. Выбор меди не случаен, так как из всех переходных металлов, медь в кремнии имеет самый высокий коэффициент диффузии и растворимость, что определяет высокую вероятность ее неумышленного введения в кремний в процессе изготовления приборов на его основе. Учитывая способность меди активно взаимодействовать с дислокациями, оказывая сильное влияние на их рекомбинационную активность, вопрос о влиянии меди на центры, ответственные за ДЛ в кремнии, является весьма актуальным.

Кроме перечисленных примесей большое внимание в данной работе также уделено кислороду. Это связано с несколькими причинами: во-первых, монокристаллы кремния для микроэлектроники в основном выращивают по методу Чохральского, что означает присутствие в таком кремнии большого количества кислорода (до 1018 см"3). К настоящему времени установлено, что кислород оказывает сильное влияние на ширину и положение длинноволновых компонент ДЛ. Во-вторых, в микроэлектронной промышленности широко применяется процесс внутреннего геттерирования кремниевых пластин, протекающий при росте кислородных преципитатов. Заметим, что этот процесс на более поздних стадиях приводит к образованию дислокаций вокруг растущих частиц ЗЮ2. Последнее весьма интересно с точки зрения нахождения технологичного пути введения дислокаций, так как их генерация с помощью пластической деформации оправдана в исследовательской работе, но не может быть использовано в промышленности. Поэтому определенная часть данной

работы посвящена исследованию излучагелышх свойств дислокаций, возникающих при росте кислородных преципитатов в кремнии.

Основные цели работы:

1. Исследование излучательных свойств дислокаций, возникающих при росте кислородных преципитатов в кремнии.

2. Исследование степени и механизмов влияния примеси меди на центры ДЛ в кремнии.

3. Изучение особенностей ДЛ в кремнии с различным типом и уровнем легирования электрически активными примесями.

4. Исследование кинетики спада ДЛ в различных областях спектра в зависимости от примесного состояния дислокаций.

5. Уточнение на основе полученных данных модели излучательной рекомбинации на дислокациях.

Научную новизну составляют следующие положения, выносимые на защиту:

1. Впервые проведено исследование излучательных свойств дефектов, образующихся в процессе преципитации кислорода в кремнии. Установлено, что источником возникающего и трансформирующегося в течение этого процесса спектра люминесценции в интервале энергии 0.75 - 0.9 эВ являются дислокации, испущенные из преципитатов. Показано, что в расчете на единицу длины излучательная эффективность дислокаций при их генерации из преципитатов кислорода почти на два порядка выше, чем дислокаций, введенных пластической деформацией образца.

2. Обнаружен новый механизм гашения - ДЛ примесью меди, заключающийся во влиянии растворенной меди только на центры В 1/1)2 ДЛ, что приводит к снижению интенсивности соответствующих линий. Данный механизм реализуется даже при комнатной температуре и особенно эффективен при малых концентрациях меди.

3. Обнаружено, что полосы и В2 ДЛ имеют дублетную структуру с одинаковым энергетическим расстоянием (4 мэВ) между компонентами, которая наблюдается при уровне легирования кремния мелкими донорами < Ю" см"3 или акцепторами < 1016 см"3 . Увеличение концентрации доноров приводит к гашению низкоэнергетических компонент с максимумами 802 мэВ (01) и 869 мэВ ф2), в то время как увеличение концентрации акцепторов приводит к гашению высокоэнергетической компоненты 873 мэВ полосы В2.

4. Установлено, что независимо от химической природы мелких доноров (БЬ, Р, Ав, В;), увеличение их концентрации в кремнии приводит к уменьшению интенсивности полос 01/1)2 как в абсолютной величине, так и относительно интенсивности полосы 04.

5. Обнаружен и изучен эффект аномальной температурной зависимости положения максимумов линий ДЛ D1 и D2, заключающийся в их высокоэнергетическом сдвиге при повышении температуры. Установлено, что эффект наблюдается только для донорной примеси и носит пороговый (по температуре) характер, причем температура начала сдвига увеличивается с увеличением энергии ионизации соответствующего донора. Показано, что высокоэнергетический сдвиг линий D1/D2 наблюдается только для образцов с уровнем легирования донорами > 10ls см'3, при этом величина температурного сдвига увеличивается с ростом концентрации доноров.

6. Установлено, что независимо от примесного состава образца, линии люминесценции, составляющие полосу D1, имеют одинаковую кинетику спада интенсивностей с течением времени. В свою очередь, постоянные времени спада линий D4, D1 и D2 различны и всегда подчиняются неравенству tw < tDi < W

7. Предложена модель, в соответствии с которой рекомбинация, дающая полосы D1/D2, происходит между мелкими состояниями, отщепленными от минимума зоны проводимости упругими полями 90° и 30° частичных дислокаций и глубоким состоянием в ядре 90° частичной дислокации.

Практическая значимость работы

Полученные в работе результаты показывают, что генерация дислокаций при росте кислородных преципитатов может быть рассмотрена как альтернативный и конкурентоспособный способ изготовления излучающих структур на кремнии, что важно для дальнейшего развития кремниевой микроэлектроники путем использования внутри чипов различных оптоэлектронных компонентов.

Проведенные исследования влияния меди на ДЛ позволяют сделать практические рекомендации по уменьшению отрицательного влияния этой примеси на интенсивность дислокационного излучения. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы в общей проблеме взаимодействия металлических примесей с дислокациями.

Обнаруженный аномальный сдвиг полос ДЛ при повышении температуры образца позволяет менять положение максимума интенсивности дислокационного излучения при комнатной температуре, изменяя легирование кремния, что может быть использовано для управления длиной волны создаваемых излучателей.

Полученные в работе данные об уменьшении интенсивности длинноволновой части ДЛ при увеличении концентрации мелких доноров позволяют повысить квантовый выход дислокационного излучения, используя подходящее легирование исходных образцов.

Личный вклад автора в диссертационную работу состоит в непосредственном участии в постановке задач исследований, выполнении

экспериментов, обсуждении полученных результатов и их подготовке к публикации.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты работы были представлены на международных и всероссийских конференциях:

Gettering and Defect Engineering in Semiconductor Technology (Giens, France, 2005), Extended Defects in Semiconductors (Halle, Germany, 2006), Gettering and Defect Engineering in Semiconductor Technology (Eriche, Italy, 2007), Extended Defects in Semiconductors (Poitiers, France, 2008), Gettering and Defect Engineering in Semiconductor Technology (Berlin, Germany, 2009), Extended Defects in Semiconductors (Brighton, UK, 2010), Вторая Всероссийская школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых (Черноголовка, Россия, 2004), Третья Всероссийская школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых (Черноголовка, Россия, 2005), Нанофизика и электроника (Нижний Новгород, Россия, 2006), XXI Российская конференция по электронной микроскопии (Черноголовка, Россия, 2006), Нанофизика и электроника (Нижний Новгород, Россия, 2008), V Международная конференция и IV школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "Кремний-2008", (Черноголовка, Россия, 2008), Шестая Всероссийская школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых (Черноголовка, Россия, 2008), VI Международная конференция и V школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе "Кремний-2009", (Новосибирск, Россия, 2009), Седьмая Всероссийская школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых (Черноголовка, Россия, 2009), Вторые Московские чтения по проблемам прочности материалов (Черноголовка, Россия, 2011)

Основное содержание работы изложено в 9 статьях в реферируемых научных журналах и 16 тезисах докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, основных выводов и списка цитируемой литературы из наименований. Объем

диссертации составляет / б ¿.страницы, включает рисунков и ^таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, формулированы цели работы и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава представляет собой литературный обзор основных работ, рассмотрение которых дает представление о состоянии проблемы, которой посвящена диссертация.

В первой части главы рассматриваются общие вопросы структурных особенностей дислокаций в и их рекомбинационные свойства. Показано, что реальная дислокация в кремнии представляет собой весьма сложный как в геометрическом плане, так и с точки зрения электронного спектра протяженный объект с целым набором дефектов, комбинация и концентрация которых оказывает сильное влияние на различные свойства дислокаций. Одним из наиболее важных таких свойств является рекомбинационная активность дислокаций, на которую, как показано в ряде работ, особенно сильное влияние оказывают примеси переходных металлов. Рассматривается модель, позволяющая количественно описать процессы безызлучательной рекомбинации неравновесных носителей на декорированной дислокации. Далее в параграфе рассматриваются процедуры гетгерирования и пассивации как способы уменьшения рекомбинационной активности центров на дислокации, а также приводятся экспериментальные результаты, показывающие, что эффективность данных методов зависит не только от концентрации и вида примеси, но и от ее состояния на дислокациях.

Во второй части главы кратко рассматриваются вопросы, связанные с дислокационной люминесценцией в кремнии: ее обнаружение, основные особенности. Также приводятся основные направления исследований ДЛ, целью которых было понимание ее природы: пьезоспектроскопия, поляризационные измерения, двухстадийная деформация. Результатом таких исследований явилось четкое разделение линий ДЛ на две группы: Б1Л)2 и БЗЯ)4, причем было установлено, что последние являются результатом рекомбинации носителей на прямолинейных сегментах 60° дислокаций. В отличие от коротковолновой части спектра ДЛ, к настоящему времени так и не удалось создать какую-либо модель Б1Я)2 центров, удовлетворительно описывающую большинство экспериментальных результатов. В связи с этим в данном параграфе рассматриваются существующие к настоящему моменту основные предположения о природе Т)\[02 центров. В заключение рассматриваются перспективы практического использования ДЛ.

В третьей части главы приводятся результаты исследований влияния различных примесей на ДЛ в кремнии, полученными к началу выполнения данной диссертационной работы. Сначала рассматривается работы по изучению влияния электрически активных примесей (Р, В, Аб и др.), результатом которых было установление независимости ДЛ как от типа проводимости образца, так и от химической природы легирующей примеси. Тем не менее, электрически активные примеси в кремнии существенно снижают интенсивность длинноволновой части ДЛ при концентрациях > 10

см'. Далее в параграфе приводится обзор результатов по влиянию кислорода на спектр ДЛ, заключающийся в уширении линии и ее сдвиге в сторону больших энергий. Затем рассматриваются работы по влиянию некоторых металлических примесей (Си, Ре, N1, Аи) на ДЛ, при этом следует заметить, что в этой области исследования даже среди имеющихся немногочисленных данных есть противоречия. Завершается данный параграф обзором существующих на данный момент работ по влиянию водорода на ДЛ, результаты которых, как и в случае металлической примеси, несколько противоречивы.

В четвертой части главы приводится обзор работ, в которых рассмотрены возможные модели излучательной рекомбинации на дислокациях.

В конце главы производится обобщение рассмотренных данных и формулируются основные задачи работы.

Вторая глава касается методических аспектов данной работы. Приведены исходные характеристики образцов кремния, использованных в работе. Описана методика введения дислокаций в образцы с помощью пластической деформации и многоступенчатой термообработки, процесс легирования образцов примесью меди. Перечислены методики, применяемые для качественного и количественного анализа примесного состава образцов. Описана процедура хлорного гетгерирования, применяемая в работе для очищения образцов от металлической примеси. Приведена схема экспериментальной установки для измерения фотолюминесценции, ее основные характеристики, описывается процедура проведения измерений.

В третьей главе приведены полученные в работе экспериментальные результаты по исследованию структуры и излучательных свойств дислокаций, возникающих при росте кислородных преципитатов в кремнии, выращенного по методу Чохральского (СгБ^.

Вначале рассматриваются типы и люминесценция дефектов, образующихся при многоступенчатых отжигах кристаллов СгБг Установлено, что образцы, прошедшие только стадии зарождения (отжиг при 650°С) и стабилизации на которых основными дефектами являются мелкие сферические и пластинчатые преципитаты ЗЮ2, не демонстрируют какой-либо дефектной люминесценции. Возникновение люминесценции, представляющей собой широкую бесструктурную полосу в интервале энергии 0.75 - 0.9 эВ, происходит после первых высокотемпературных отжигов при 1000°С. По мере развития кислородных преципитатов происходит одновременный рост и перераспределение спектральной интенсивности этой люминесценции в типичный спектр ДЛ (рис. 1).

Исследование зависимости роста интегральной интенсивности дефектной люминесценции от изменения плотности конкретного типа дефектов показало, что какая-либо корреляция между интенсивностью люминесценции и концентрацией преципитатов без дислокаций отсутствует. В то же время имеется весьма хорошая корреляция между общей плотностью преципитатно -дислокационных конгломератов и интенсивностью люминесценции (рис.2).

100CU

500

D2 History of thermal treatment 1000°C/15min+650°C/32h+ 800°C/4h+1000°C/...h

0.80 0.85 0.90 0.95 Energy, (eV)

ФЛ, плотность дефектов

1.00

10"

10е

10Ч

101

5 ^10 15 20 25 30 35 40

Время отжига при 650 С (ч)

Рис. 1. Спектры ДЛ для образцов с разным временем роста дефектов при 1000'С. Пунктиром указаны стандартные положения линий D1 и D2.

Рис. 2. Сравнение роста интегральной интенсивности дефектной (DPL) люминесценции (отн. единицы) с изменением концентрации дефектов, см'3: PPSP - суммарная концентрация плоских и сферических преципитатов без дислокаций, DCDL - конгломераты преципитатов с дислокациями.

Образцы прошли следующую термообработку: 1000 °С(15мин)+650 °С(б... 32ч)+ 800Г:(4ч)+ 1000 °С(16ч)

Рассмотренные соотношения между плотностью термических дефектов и интенсивностью люминесценции позволили заключить, что источником излучения являются не сами кислородные кластеры, а дислокации, процесс генерации которых начинается при достижении преципитатом неких критических размеров. Дополнительным подтверждением этому служит постепенная трансформация спектра дефектной люминесценции в хорошо известный спектр пластически введенных дислокаций и их совпадение в заключительной фазе роста преципитатов (рис.1).

Далее в главе показано, что увеличение содержания кислорода в образцах приводит к ряду существенных количественных изменений в процессах

Рис. 3. Спектры ДЛ и изображения ПЭМ для образцов, прошедших одинаковую термообработку, но отличающихся начальным содержанием кислорода.

Energy (eV)

Рис. 4. Противоположный сдвиг максимума линии D1 после добавочных отжигов: - ж - 1000°С (Зч), - А- 600°С (1ч).

Первоначальная термообработка

образца: 1000°С(15мин)+650Т(32ч)+ 800°С(4ч)+ 1000°С(16ч)

дефектообразования: фиксируемые электронно-микроскопически дефекты в образцах с более высоким содержанием кислорода появляются при существенно меньших временах нуклеационного и ростового отжигов, а суммарная плотность выявляемых дефектов (при сопоставимых длительностях термообработки) в этих образцах более чем на порядок выше. Полученные зависимости спектров ДЛ от продолжительности и температуры отжигов также аналогичны для образцов с различным содержанием [Су, однако скорость изменения спектрального распределения интенсивности люминесценции оказалась весьма чувствительной к концентрации кислорода. Для примера на рис. 3 левое и правое изображение, полученное с помощью просвечивающей

электронной микроскопии (ПЭМ), демонстрирует относительное сходство типа и размера дефектов. При этом различие в спектральном распределении интенсивности ДЛ является весьма существенным. Положение максимума полосы Е> 1 сильно смещено в

высокоэнергетическую сторону для образца с меньшим содержанием [О)], в то время как в образце с большим содержанием кислорода

спектральное распределение интенсивности ДЛ приближается к распределению ДЛ в пластически деформированных образцах. Тот факт, что морфология дислокаций не отличается существенным образом в образцах с [СУ 6х1017см3 и 8* 1017см"3, в то

время как спектры ДЛ значительно отличаются, позволяет предположить, что трансформация спектров ДЛ происходит, главным образом, за счет взаимодействия излучающих центров на дислокациях с атомами или кластерами кислорода. Проведенные далее эксперименты подтвердили данное предположение: на рис. 4 видно, что ростовой отжиг в течение 16 часов при 1000°С недостаточен для сдвига линии Б1 в ее стандартное положение 807 мэВ. При этом дополнительный отжиг в течение всего 3 часов оказывается достаточным дня смещения 01 в эту позицию. С другой стороны, низкотемпературный (600°С) отжиг того же самого образца приводит к уширению и сдвигу этой линии в противоположную (высокоэнергетическую) сторону. Такое поведение 01 можно сравнить с хорошо известным изменением спектрального распределения интенсивности в пластически деформированных образцах после их закалки от высокой температуры и последующего низкотемпературного отжига, приводящего к собиранию кислорода около дислокаций в виде индивидуальных атомов или небольших кластеров.

В заключительном параграфе данной главы на основе полученных экспериментальных данных предлагается следующий вариант формирования центров ДЛ в течение многоступенчатых отжигов Сг 81: источником люминесценции являются дефекты на дислокационных петлях, образовавшихся вокруг кислородных преципитатов. Взаимодействие с окружающей дислокацию кислородной атмосферой приводит к уширению и сдвигу линий длинноволновой ДЛ. Высокотемпературные отжиги приводят к перераспределению кислорода на дислокации, что может рассматриваться как «очищение» некоторых частей дислокации от кислородной атмосферы. Естественным следствием этого процесса является уменьшение концентрации мелких кислородных кластеров, которые являлись причиной уширения и смещения полосы Д1.

В данном параграфе также показано, что в расчете на единицу длины излучательная эффективность дислокаций при их генерации из преципитатов кислорода почти на два порядка выше, чем дислокаций, введенных пластической деформацией образца. Таким образом, генерация дислокаций при росте кислородных преципитатов может быть рассмотрена как альтернативный и конкурентоспособный способ изготовления излучающих структур на кремнии.

Четвертая глава посвящена вопросу влияния меди на ДЛ в кремнии. Показано, что с увеличением содержания этой примеси в образцах происходит более-менее монотонное гашение интенсивности длинноволновых линий ДЛ, в то время как гашение интенсивности краевой экситонной люминесценции (ВЕ ТО) демонстрирует явный пороговый характер. Привлечение электростатической модели процесса образования медных преципитатов в кремнии [6], исследование зависимости характера гашения ВЕ ТО от типа проводимости образца, а также анализ полученных нами данных ПЭМ позволило сделать вывод, что пороговый характер гашения интенсивности ВЕ ТО связан с образованием преципитатов меди в объеме образца.

Исследование зависимости поведения ДЛ легированных медью образцов от их термической обработки показало, что в случае быстрого охлаждения (закалки) образцов происходит гашение интенсивности длинноволновой части ДЛ в течение последующей выдержки образцов при комнатной температуре (рис.5). Причем, как видно из вставки к данному рисунку, линия D4, в отличие от D1/D2, даже несколько возросла после выдержки закаленного образца при Tfoom-

Аналогичное поведение линий ДЛ наблюдается и при отжигах закаленного образца с медью (рис. 6).

Рис. 5. Гашение ДЛ после выдержки при комнатной температуре закаленного образца с содержанием меди 6x1013 ст3. На вставке показан

результат данной

процедуры для линии В4 после вычета спектра медной люминесценции.

Energy (eV)

Рис. 6. Сравнение поведения

интенсивностей линий В1 и Б4 в течение изохронных отжигов закаленного образца: -•-О! и-А-В4, образец с медью; -о- £>/ и -Д- Б4, после хлорного геттерирования.

Т=6К

quenching

300 400 500 Annealing temperature, °С

Исследование зависимости степени гашения ДЛ (как результат выдержки закаленных образцов при Troom ) от концентрации меди в образце показало, что с увеличением содержания меди степень гашения линий D1/D2 уменьшается (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость степени гашения линий D1 —и d2 от содержания меди ' в образце;

/ NdiS| ~2*106sm"2: I - амплитуда линии после выдержки образцов при Тгоот в течение 7 суток; 10 - амплитуда линии сразу после закалки; Плотность дислокаций в данной области кристалла ~ 2* 106 cm2.

о.з -I—.........—.......-ч—........—..........Дополнительно приведены

•13 ч"14 "п15 1п16 Ю17 данные для линии D1 в

области образца с плотностью дислокаций 106 cm 2

1.0

0.9

0.7

0.6

0.5

0.4

--» - D1 (807meV) --V- D2 (869rneV) D2(873meV)

Ndisr 10s srrf2:

D1 (807meV)

Ю14 1015 101 Cu concentration, cm "

В то же время на одном и том же образце с уменьшением плотности дислокаций степень гашения ДЛ возрастает (на рис. 7 также приведены данные для линии в области образца с плотностью дислокаций -10 ст ). На основании данных ПЭМ и особенностей гашения ВЕ ТО было определено, что в образцах, демонстрирующих максимальную степень гашения ДЛ в результате их выдержки при Тгоош, медь после закалки находится преимущественно в растворенном виде . Таким образом, был сделан вывод о влиянии растворенной меди на центры ДЛ, приводящем к гашению интенсивности

соответствующих линий. При этом существенно, что наблюдается различие в степени гашения как между отдельными полосами ДЛ, так и между компонентами одной полосы (рис.7).

Противоположная ситуация складывается в образцах, в которых сформировались медные преципитаты (т.е. с концентрациями меди 6x10 и 5х1016 ст"3). На рис. 8 представлено изображение ПЭМ дислокационной части образца с содержанием меди 5х1016ст3, где в результате закалки образовалось ~ 5*1014 ст"3 преципитатов меди. В этом случае образовавшиеся в объеме преципитаты и сопутствующие им дефекты служат основными стоками для оставшейся растворенной меди, что значительно снижает вероятность атому меди дойти до дислокации и повлиять на центры ДЛ.

if;

Рис. 8. Изображение ПЭМ дислокационной части закаленного образца с содержанием меди 5x1016 ст3.

,./б

Таким образом, полученные в данной главе экспериментальные данные указывают на то, что в результате выдержки закаленных образцов при Troom или на начальных этапах низкотемпературных отжигов имеет место избирательное воздействие атомов меди на дислокационные центры свечения D1/D2, приводящее к их частичной пассивации. При этом следует говорить о взаимодействии индивидуальных атомов меди с центрами ДЛ, так как именно растворенная медь подвижна при комнатной температуре.

Пятая глава посвящена исследованию особенностей дислокационной люминесценции в кремнии, содержащем различные концентрации как донорных (Р, As, Sb, Bi), так и акцепторной (В) примесей.

Установлено, что независимо от химической природы мелких доноров (Sb, Р, As, Bi), увеличение их концентрации приводит к уменьшению интенсивности полос D1/D2 как в абсолютной величине, так и относительно интенсивности полосы D4 (рис.9). Сравнение поведения этих линий с полосой D4 позволило сделать вывод о существенной роли Оже рекомбинации с участием электронов, локализованных на донорах.

Рис. 9. Спектры ДФЛ образцов с различным уровнем легирования фосфором. Спектры нормированы на интенсивность линии

на

D4.

0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 Energy (eV)

Обнаружена зависимость тонкой структуры полос 01 и В2 ДЛ от типа и уровня легирования кремния: при содержании мелких доноров < 1015 см"3 или

акцепторов < 1016 см"3 полосы 01 и Б2 ДЛ имеют дублетную структуру с одинаковым энергетическим расстоянием (4 мэВ) между компонентами. Увеличение концентрации доноров приводит к гашению низкоэнергетических компонент с максимумами 802 мэВ (01) и 869 мэВ (02), в то время как увеличение концентрации акцепторов приводит к гашению высокоэнергетической компоненты 873 мэВ полосы 02. Показано также, что тип проводимости образца влияет и на спектральное положение линий ДЛ: в образцах р-типа максимумы полос 01/02 сдвинуты по сравнению с п-типом в длинноволновую область, в то время как линия 04, наоборот, смещена в коротковолновую область (рис.10).

Исследование температурного поведения линий ДЛ в образцах с различным типом и уровнем легирования показало, что во всех типах образцов (как с донорной, так и с акцепторной примесью) положение максимума полосы 04 испытывает синий сдвиг в температурном интервале 4 - 50К независимо от уровня легирования.

Type and level of doping (cm"3):

0,80

0,85 0,90

Energy (eV)

0,95

1,00

Рис. 10. Спектры ДФЛ образцов с различным типом проводимости. Плотность дислокаций в образце р-типа вдвое меньше, чем в образце п-типа.

В противоположность линии D4, температурная зависимость положения максимумов полос D1/D2 чувствительна как к уровню легирования, так и к типу примеси. Обнаружено, что в образцах с концентрацией доноров > 10 см" при повышении температуры наблюдается аномальный высокоэнергетический сдвиг линий D1/D2 (рис.11), причем величина температурного сдвига увеличивается с ростом концентрации доноров (рис.12).

0.80 0.85 0.90

Energy (eV)

807 meV

Eg(TyO. 35e V

Рис. 11.

Температурная зависимость положения полос 01/02 в образце с содержанием фосфора 3 *1015 см'3. На вставке приведено сопоставление величины температурного сдвига максимума линии О! и изменения ширины Ея кремния.

20-

> 15

—' 10

х: 5

<д

<и

с 0-

гс

с -5

о.

ь -15-

-20

100

Т(К)

Р, (cm'3) —■— D1, 6*1014 —П—D2, 6*1014 —А—D1, 2.9*1015 -A-D2, 2.9*10'6 —D1, 1.2*1016 —о— D2, 1.2*1016 ...... Si дар

150

Рис. 12. Температурная зависимость величины сдвига полос D1/D2 для образцов с различным уровнем легирования фосфором (указано на рис.). Пунктирная

кривая соответствует температурному изменению ширины запрещенной зоны. За нулевую позицию взято положение линий при низкой температуре.

Установлено, что эффект наблюдается только для донорной примеси и носит пороговый (по температуре) характер, причем температура начала сдвига увеличивается с увеличением энергии ионизации соответствующего донора. На рис.13 видно, что коротковолновый сдвиг Б1 раньше всего (уже при 20К) начинается в образцах, легированных сурьмой (энергия ионизации - 39 мэВ), и только при 60К начинается в образцах с висмутом (энергия ионизации - 69

мэВ). Во всех образцах сдвиг полосы достигает максимума при некоторой определенной температуре, которая, как видно из рисунка, также определяется энергией ионизации донорной примеси и увеличивается с ростом последней.

? Е

га да

Ionization energy, (meV): Sb-39 P -44 As - 49 Bi - 69

Donor concentration: (x1018cm^) —o—[Sb] 1.2 -A-[P]1.2 —ft- [As] 0.8 -■-[Bi] 1.1

/Ж

-О О

D-

0 20 40

60 80 100 Temperature (K)

120 140 160

Рис. 13. Сравнение температурного сдвига максимума линии -Ш в образцах с близким уровнем легирования различными донорными примесями. На рисунке также указана энергия ионизации данных примесей.

В заключительном параграфе приводится интерпретация экспериментальных результатов, представленных в данной главе Предполагается, что эффект высокоэнергетического сдвига полос Ш/Ш связан с изменением механизма экранирования дислокации. Для объяснения эффекта привлечена модель кулоновского потенциала заряженной дислокации с учетом экранирования свободными электронами.

В шестой главе приводятся результаты исследования динамики спада интенсивностей линий ДЛ с течением времени в образцах с различным примесным составом. Используя образцы с различным содержанием кислорода, и применяя специальные термообработки (геттерирование, отжиги, закалки), мы получали образцы с различным примесным состоянием дислокации и различным спектральным распределением интенсивности ДЛ. На рис. 14 показана область 01 ДЛ исследованных образцов.

Временные измерения были выполнены на каждом образце в различных областях спектра ДЛ: линиях 01, 02, 04. В области полосы 01 спад ФЛ был измерен для трех различных энергий: собственно 01 (807 мэВ), низкоэнергетического плеча (780 мэВ) и высокоэнергетической полосы (814 мэВ). Последняя полоса может иметь положение максимума вплоть до 845 мэВ, что зависит от термических условий деформации и последующих отжигов.

Обычно спад ДЛ можно достаточно хорошо описать двумя экспонентами. На рисунке 15 показан пример такой подгонки для линии Б1 в^образце Ь2-1.

1 11« Г Л ----------- X * |

Короткая постоянная времени составляет величину порядка 6x10

807 roeV

1.0 0.8

à о.б 2-

1 04 с

¡L 0.2 0.0

Рис. 14. Вид спектров ДЛ исследуемых образцов в области полосы 01.

1.5x10-

5.0x10* 1.0x10" Time (s)

Л/е. 15. Подгонка кривой спада интенсивности линии D1 двумя экспонентами:

у=у0+А1 exp(-x/t])+A2exp(-x/h) с уо=0.006, А1=1.226, t¡=5.928^10'6 ±1.13х10~7,А2=0.2, t2=7xl0~ 5±7х10~б.

Для одних и тех же линий спектра ДЛ в разных образцах наблюдалось некоторое распределение постоянных времени, но в пределах одного образца мы всегда получали следующую последовательность:

ÎD4 < toi < tj)2,

где tD4, tD1 и tD2 означают короткую постоянную времени для линий D4, D1 и D2. Полученное соотношение выполняется для образцов с различным примесным составом и характеризует, таким образом, собственное свойство дислокации. На рисунке 16 такое различие показано для образца Ы-1.

Рис. 16. Спад интенсивности линий Ш, 02, В4ДЛ с течением времени. Кривая, приведенная для лазера, иллюстрирует время отклика системы.

5,0x10 s 1,0x10J 1,5x10"" Time (s)

Важно также заметить, что полоса Б1, состоящая фактически из семейства линий, демонстрирует во всем спектре одинаковое время спада.

В заключительной части параграфа на основе полученных в работе данных предложена модель, в соответствии с которой рекомбинация, дающая полосы Б1Л>2, происходит между мелкими состояниями, отщепленными от минимума зоны проводимости упругими полями 90° и 30° частичных дислокаций и глубоким состоянием в ядре 90° частичной дислокации. Предложенная модель хорошо согласуется с наблюдаемыми временными характеристиками, а также с предложенной ранее моделью донорно-акцепторной рекомбинации [7], объясняющей появление дополнительных полос в области полосы ДЛ.

В заключении суммируются результаты проведенных исследований.

Основные результаты работы

1. Показано, что в процессе преципитации кислорода в Cz Si в интервале энергии 0.75 - 0.9 эВ возникает спектр люминесценции, представляющий собой широкую бесструктурную полосу. По мере развития кислородных преципитатов происходит одновременный рост и перераспределение спектральной интенсивности этой люминесценции в типичный спектр ДЛ. Скорость такого перераспределения сильно возрастает даже при незначительном увеличении концентрации кислорода в кристалле. Установлено, что источником наблюдаемой люминесценции являются дислокации, испущенные из преципитатов. Предполагается, что наблюдаемая трансформация спектров ДЛ связана с изменением состояния кислорода на дислокациях.

Показано, что в расчете на единицу длины излучательная эффективность дислокаций при их генерации из преципитатов кислорода почти на два порядка выше, чем дислокаций, введенных пластической деформацией образца.

2. Впервые установлено, что наряду с известным механизмом гашения ДЛ примесью меди за счет образования медных преципитатов в объеме кристалла и на дислокациях, существует и другой механизм, обусловленный влиянием растворенной меди только на центры D1/D2 ДЛ, что приводит к снижению интенсивности соответствующих линий. Вклад этого механизма определяется концентрацией растворенных атомов меди и может иметь место даже при комнатной температуре. Особенностью данного механизма является значительная эффективность при малых концентрациях меди. Предполагается, что происходит взаимодействие индивидуальных атомов меди с глубокими дислокационными центрами D1/D2, в результате чего пассивируется рекомбинационная активность этих центров.

1015 см"3 или акцепторами < 1016 см"3. Увеличение концентрации доноров приводит к гашению низкоэнергетических компонент с максимумами 802 мэВ (D1) и 869 мэВ (D2), в то время как увеличение концентрации акцепторов приводит к гашению высокоэнергетической компоненты 873 мэВ полосы D2.

4. Установлено, что независимо от химической природы мелких доноров (Sb, Р, As, Bi), увеличение их концентрации приводит к уменьшению интенсивности полос D1/D2 как в абсолютной величине, так и относительно интенсивности полосы D4. Сравнение поведения этих линий с полосой D4 позволило сделать вывод о существенной роли Оже рекомбинации с участием электронов, локализованных на донорах.

5. Обнаружен и изучен эффект аномальной температурной зависимости положения максимумов линий ДЛ D1 и D2, заключающийся в их высокоэнергетическом сдвиге при повышении температуры. Установлено, что данный эффект наблюдается только для донорной примеси и носит пороговый (по температуре) характер, причем температура начала сдвига увеличивается с увеличением энергии ионизации соответствующего донора. Показано, что высокоэнергетический сдвиг линий D1/D2 наблюдается только для образцов с уровнем легирования донорами > 1015 см"3. Величина температурного сдвига увеличивается с ростом концентрации доноров. Указанные данные позволили сделать вывод о доминирующей роли свободных электронов, которая, предположительно, связана с эффектом экранирования локализованных дислокационных состояний.

6. При исследовании динамики спада интенсивностей линий ДЛ с течением времени в образцах с различным примесным составом установлено, что полоса D1, состоящая фактически из семейства линий, демонстрирует во всем спектре одинаковое время спада. В свою очередь, постоянные времени спада линий D4, D1 и D2 различны и всегда подчиняются неравенству tM < tD1 < tD2. Полученное соотношение выполняется для образцов с различным примесным составом и характеризует, таким образом, собственное свойство дислокации.

7. Полученные в работе данные позволили предложить модель, в соответствии с которой рекомбинация, дающая полосы D1/D2, происходит между мелкими состояниями, отщепленными от минимума зоны проводимости упругими полями 90° и 30° частичных дислокаций и глубоким состоянием в ядре 90° частичной дислокации.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Е.А. Steinman, A.N. Tereshchenko, V.I. Vdovin, A.Misiuk, "Dislocation related

PL of multi-step annealed Cz-Si samples", Solid State Phenomena, 2005, v. 108-

109,773.

2. E.A. Steinman, A.N. Tereshchenko, V.l. Orlov, F.Kirscht, "Fine structure of dislocation-related photoluminescence bands D1 and D2 in Si", Solid State Phenomena, 2005, v. 108-109, 767.

3. E.A. Steinman, A.N.Tereshchenko, "Influence of Cu contamination on dislocation related luminescence", Phys.stat.sol.(c), 2007, v. 4, №8, 3095.

4. E.A. Steinman, A.N.Tereshchenko, V.Ya.Reznik, R.J.Falster, "The radiative properties of dislocations generated around oxygen precipitates in Si", Phys.stat.sol. (a), 2007, v. 204, №7, 2238.

5. Э.А.Штейнман, А.Н.Терещенко, В.Я.Резник, «Структура и излучательные свойства дислокаций, возникающих при росте кислородных преципитатов в кремнии», Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные

исследования, 2007, №6, 1.

6. A.N. Tereshchenko, E.A.Steinman, "Pecularities of dislocation related D1/D2 bands behavior under copper contamination in silicon", Solid State Phenomena,

2008, V.131-133,213.

7. E.A. Steinman, A.N. Tereshchenko, N.V. Abrosimov, "The Unusual Temperature Shift of Dislocation Related D1/D2 PL Bands in Donor Doped Silicon", Solid State Phenomena, 2008, V.131-133, 607.

8. Steinman E.A., A.J. Kenyon, A.N. Tereshchenko, "Time-resolved measurements of dislocation-related photoluminescence bands in silicon", Semicond. Sei. Technol, 2008, v. 23,025010.

9. A.H. Терещенко, Э.А. Штейнман, A.A. Мазилкин, "Влияние меди на центры дислокационной люминесценции в кремнии", Физика твердого тела, 2011, т. 53, № 2, 346.

Цитируемая литература:

[1] A.J. Kenyon, Erbium in silicon // Semicond. Sei. Technol. - 2005. - V.20. -p.65-84

[2] S. Schuller, R. Carius, S. Mantl, Optical and structural properties of ß-FeSi2 precipitate layers in silicon // J. Appl. Phys. - 2003. - V.94. - p.207-211

[3] K. Brunner, Si/Ge nanostructure // Rep. Prog. Phys. - 2002. - V.65. - p.27-72

[4] D.J. Paul, Si/SiGe heterostructures: from material and physics to devices and circuits // Semicond. Sei. Technol. - 2004. - V.19. p. R75-R108.

[5] V.Kveder, M. Badylevich, E. Steinman, A. Izotov, Room-temperature silicon light-emitting diodes based on dislocation luminescence // Appl.Phys.Lett., - 2004. -V. 84. p. 2106-2108.

[6] Christoph Flink, Henning Feick, Scott A. McHugo, Winfried Seifert, Henry Hieslmair, Thomas Heiser, Andrei A. Istratov, Eicke R. Weber, Out-Diffusion and Precipitation of Copper in Silicon: An Electrostatic Model, Phys. Rev. Lett. 85, 4900 (2000)

[7] Steinman E A, Influence of oxygen on the dislocation related luminescence centers in silicon, Phys. Status Solidi с 2,1837 (2005)

Сдано в печать 20.10.11. Подписано в печать 21.10.11. Формат 60x90 1/16 Объем 1,25 п. л. Заказ 239. Тираж 80

Отпечатано в типографии ИПХФ РАН 142432, Московская обл., г. Черноголовка, пр-т ак. Семенова, 5 Тел.: 8(49652)2-19-38

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Терещенко, Алексей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

§1.1 Структура и рекомбинационные свойства дислокаций в кремнии.

§ 1.2 Дислокационная люминесценция в кремнии: природа излучающих центров, перспективы практического использования.

§ 1.3 Влияние примесей на дислокационную люминесценцию в кремнии.

§ 1.4 Модели излучательной рекомбинации на дислокациях.

§1.5 Выводы и постановка задачи.

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

§2.1 Исходные характеристики образцов, использованных в работе.

§2.2 Приготовление образцов с дислокациями: пластическая деформация, многоступенчатая термообработка.

§2.3 Легирование образцов примесью меди. Проведение хлорного геттерирования.

§2.4 Измерение фотолюминесценции.

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА И ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ

СВОЙСТВА ДИСЛОКАЦИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ

РОСТЕ КИСЛОРОДНЫХ ПРЕЦИПИТАТОВ В КРЕМНИИ.

§ 3.1. Типы и люминесценция дефектов, образующихся в результате многоступенчатого отжига кремния, выращенного по методу Чохральского.

§ 3.2. Влияние исходной концентрации кислорода в кремнии на формирование дефектов и их излучательные свойства.

§ 3.3. О формировании и эффективности центров дислокационной люминесценции, возникающих при отжигах Сг 81.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ МЕДИ НА ДИСЛОКАЦИОННУЮ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ В КРЕМНИИ.

§4.1 Влияние различной концентрации меди на спектр дислокационной люминесценции в кремнии.

§4.2 Зависимость интенсивности краевой экситонной люминесценции от содержания меди в кремнии.

§4.3 Зависимость поведения дислокационной люминесценции легированных медью образцов от их термической обработки.

§4.3.1 Влияние выдержки образцов при комнатной температуре на спектр дислокационной люминесценции

§4.3.2 Поведение спектра дислокационной люминесценции при изохронных отжигах образцов.

§4.4 Механизмы гашения медью дислокационной люминесценции в кремнии.

Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ДИСЛОКАЦИОННОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В КРЕМНИИ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ ПРОВОДИМОСТИ.

§5.1. Влияние типа примеси и уровня легирования на интенсивность и структуру спектра дислокационной фотолюминесценции.

§5.2. Температурное поведение линий дислокационной люминесценции в образцах с различным типом и уровнем легирования.

§5.3. Интерпретация экспериментальных результатов, представленных в главе 5.

Выводы к главе 5.

ГЛАВА 6. ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСЛОКАЦИОННОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ. УТОЧНЕНИЕ МОДЕЛИ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ

РЕКОМБИНАЦИИ НА ДИСЛОКАЦИЯХ.

§6.1. Динамика спада интенсивности линий дислокационной люминесценции во времени в образцах с различным спектральным распределением интенсивности дислокационной люминесценции.

§6.2. О модели излучательной рекомбинации на дислокациях. . 144 Выводы к главе 6.

Введение диссертация по физике, на тему "Дислокационная люминесценция в кремнии с различным примесным составом"

Актуальность работы.

Кремний является основой современной микроэлектроники и такая ситуация будет сохраняться еще длительное время благодаря неограниченным запасам исходного сырья, коммерческой доступности, развитой технологии выращивания кремния и дальнейшей его обработки. Стремительное развитие кремниевой микроэлектроники требует решения новых актуальных задач, связанных с необходимостью внедрения оптоэлектронных компонентов для передачи информации внутри кремниевых чипов. Для этого требуется создание эффективных светоизлучающих элементов, совместимых с технологией производства кремниевых микрочипов. Использование для этой цели А3В5 соединений значительно удорожает процесс производства, поэтому в последнее время усилия многих исследователей направлены на поиск возможностей создания светоизлучающих диодов на основе кремния. Сложность состоит в том, что в силу непрямозонности 81 излучательная рекомбинация в нем на несколько порядков ниже, чем в прямозонных полупроводниках. Для решения этой проблемы были предложены различные подходы, связанные, например, с введением в кристалл специальных примесей, в которых высока эффективность внутренних переходов (в частности, Ег) [1], излучением преципитатов Р-Ре81г в кремниевой матрице [2], формировании в кремнии Ое(81)/81 наноостровков [3, 4], использованием дислокационной люминесценции (ДЛ) [5] и т.д.

Дислокации, в свою очередь, способны эффективно геттерировать различные примеси из объема кристалла, что может привести к образованию на дислокациях дополнительных каналов рекомбинации носителей заряда, и, как следствие, к снижению интенсивности ДЛ. Поэтому, с одной стороны, возникает необходимость исследования степени и механизмов влияния примесей на ДЛ. С другой стороны, известно, что вклад примесей не ограничивается одним лишь воздействием на интенсивность люминесценции, а имеет место влияние примесного состава образца на форму и спектральное положение некоторых линий ДЛ. Это указывает на более сложное взаимодействие примеси и излучающих дислокационных центров, которое может заключаться как во вхождении атомов какой-либо примеси в состав этих центров, так и в формировании комплексов «дислокация - примесь», в которых взаимная конфигурация дефектов определяет энергию оптических переходов. С этой точки зрения исследование особенностей ДЛ в кремнии в зависимости от его примесного состава может дать дополнительную информацию о природе центров, ответственных за длинноволновую часть ДЛ, которая к настоящему моменту до конца не ясна. Последнее обстоятельство является причиной того, что на данный момент весьма сложно оптимизировать процесс генерации данных центров.

Стоит заметить, что проблема влияния примесей на дислокационные состояния кремния состоит из двух основных частей: влияние электрически активных примесей, связанное с кулоновским потенциалом заряженной дислокации, и влияние примесей, связанное с эффектом их собирания в деформационном поле дислокаций. Эти обстоятельства и определили выбор исследуемой примеси: для решения первой задачи был исследован широкий набор образцов с разным типом и уровнем легирования, причем в случае с кремнием п-типа использовались доноры различной химической природы. В рамках второй задачи было изучено влияние меди на центры ДЛ в кремнии. Выбор меди не случаен, так как из всех переходных металлов, медь в кремнии имеет самый высокий коэффициент диффузии и растворимость, что определяет высокую вероятность ее неумышленного введения в кремний в процессе изготовления приборов на его основе. Учитывая способность меди активно взаимодействовать с дислокациями, оказывая сильное влияние на их рекомбинационную активность [6, 7], вопрос о влиянии меди на центры, ответственные за ДЛ в кремнии, является весьма актуальным.

Кроме перечисленных примесей большое внимание в данной работе также уделено кислороду. Это связано с несколькими причинами: во-первых, монокристаллы кремния для микроэлектроники в основном выращивают по методу Чохральского, что означает присутствие в таком кремнии большого количества кислорода (до 1018 см"3). К настоящему времени установлено, что кислород оказывает сильное влияние на ширину и положение длинноволновых компонент ДЛ [8-10]. Во-вторых, в микроэлектронной промышленности широко применяется процесс внутреннего геттерирования кремниевых пластин, протекающий при росте кислородных преципитатов. Заметим, что этот процесс на более поздних стадиях приводит к образованию дислокаций вокруг растущих частиц 8Юг. Последнее весьма интересно с точки зрения нахождения технологичного пути введения дислокаций, так как их генерация с помощью пластической деформации оправдана в исследовательской работе, но не может быть использовано в промышленности. Поэтому определенная часть данной работы посвящена исследованию излучательных свойств дислокаций, возникающих при росте кислородных преципитатов в кремнии.

Основные цели работы:

1. Исследование излучательных свойств дислокаций, возникающих при росте кислородных преципитатов в кремнии.

2. Исследование степени и механизмов влияния примеси меди на центры ДЛ в кремнии.

5. Уточнение на основе полученных данных модели излучательной рекомбинации на дислокациях.

Научную новизну составляют следующие положения, выносимые на защиту:

1. Впервые проведено исследование излучательных свойств дефектов, образующихся в процессе преципитации кислорода в кремнии. Установлено, что источником возникающего и трансформирующегося в течение этого процесса спектра люминесценции в интервале энергии 0.75 — 0.9 эВ являются дислокации, испущенные из преципитатов. Показано, что в расчете на единицу длины излучательная эффективность дислокаций при их генерации из преципитатов кислорода почти на два порядка выше, чем дислокаций, введенных пластической деформацией образца.

2. Обнаружен новый механизм гашения ДЛ примесью меди, заключающийся во влиянии растворенной меди только на центры Т)\Ю2 ДЛ, что приводит к снижению интенсивности соответствующих линий. Данный механизм реализуется даже при комнатной температуре и особенно эффективен при малых концентрациях меди.

3. Обнаружено, что полосы D1 и D2 ДЛ имеют дублетную структуру с одинаковым энергетическим расстоянием (4 мэВ) между компонентами , которая наблюдается при уровне легирования кремния мелкими донорами < 1015 см"3 или акцепторами < 1016 см"3 . Увеличение концентрации доноров приводит к гашению низкоэнергетических компонент с максимумами 802 мэВ (D1) и 869 мэВ (D2), в то время как увеличение концентрации акцепторов приводит к гашению высокоэнергетической компоненты 873 мэВ полосы D2.

4. Установлено, что независимо от химической природы мелких доноров (Sb, Р, As, Bi), увеличение их концентрации в кремнии приводит к уменьшению интенсивности полос D1/D2 как в абсолютной величине, так и относительно интенсивности полосы D4.

5. Обнаружен и изучен эффект аномальной температурной зависимости положения максимумов линий ДЛ D1 и D2, заключающийся в их высокоэнергетическом сдвиге при повышении температуры. Установлено, что эффект наблюдается только для донорной примеси и носит пороговый (по температуре) характер, причем температура начала сдвига увеличивается с увеличением энергии ионизации соответствующего донора. Показано, что высокоэнергетический сдвиг линий D1/D2 наблюдается только для образцов с уровнем легирования донорами > 1015 см"3, при этом величина температурного сдвига увеличивается с ростом концентрации доноров.

Практическая значимость работы:

Личный вклад автора в диссертационную работу состоит в непосредственном участии в постановке задач исследований, выполнении экспериментов, обсуждении полученных результатов и их подготовке к публикации.

Апробация работы и публикации;

Основные результаты работы были представлены на международных и всероссийских конференциях:

Структура и объем диссертации;

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, основных выводов и списка цитируемой литературы из 114 наименований. Объем диссертации составляет 162 страницы, включает 58 рисунков и 5 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

Результаты отдельных этапов работы описаны в конце соответствующих глав. Резюмируя изложенное, основные выводы работы формулируются следующим образом:

1. Показано, что в процессе преципитации кислорода в Сг 81 в интервале энергии 0.75 - 0.9 эВ возникает спектр люминесценции, представляющий собой широкую бесструктурную полосу. По мере развития кислородных преципитатов происходит одновременный рост и перераспределение спектральной интенсивности этой люминесценции в типичный спектр ДЛ. Скорость такого перераспределения сильно возрастает даже при незначительном увеличении концентрации кислорода в кристалле. Установлено, что источником наблюдаемой люминесценции являются дислокации, испущенные из преципитатов. Предполагается, что г наблюдаемая трансформация спектров ДЛ связана с изменением состояния кислорода на дислокациях.

2. Впервые установлено, что наряду с известным механизмом гашения ДЛ примесью меди за счет образования медных преципитатов в объеме кристалла и на дислокациях, существует и другой механизм, обусловленный влиянием растворенной меди только на центры Б1/02 ДЛ, что приводит к снижению интенсивности соответствующих линий. Вклад этого механизма определяется концентрацией растворенных атомов меди и может иметь место даже при комнатной температуре. Особенностью данного механизма является значительная эффективность при малых концентрациях меди. Предполагается, что происходит взаимодействие индивидуальных атомов меди с глубокими дислокационными центрами 01ЯЭ2, в результате чего пассивируется рекомбинационная активность этих центров.

3. Обнаружено, что полосы и Б2 ДЛ имеют дублетную структуру с одинаковым энергетическим расстоянием (4 мэВ) между компонентами, которая наблюдается при уровне легирования кремния мелкими донорами < 1015 см"3 или акцепторами < 1016 см"3 . Увеличение концентрации доноров приводит к гашению низкоэнергетических компонент с максимумами 802 мэВ (01) и 869 мэВ (02), в то время как увеличение концентрации акцепторов приводит к гашению высокоэнергетической компоненты 873 мэВ полосы 1)2.

4. Установлено, что независимо от химической природы мелких доноров (8Ь, Р, Аб, В1), увеличение их концентрации приводит к уменьшению интенсивности полос ~0\Г02 как в абсолютной величине, так и относительно интенсивности полосы D4. Сравнение поведения этих линий с полосой 04 позволило сделать вывод о существенной роли Оже рекомбинации с участием электронов, локализованных на донорах.

5. Обнаружен и изучен эффект аномальной температурной зависимости положения максимумов линий ДЛ Б1 и Б2, заключающийся в их высокоэнергетическом сдвиге при повышении температуры. Установлено, что эффект наблюдается только для донорной примеси и носит пороговый (по температуре) характер, причем температура начала сдвига увеличивается с увеличением энергии ионизации соответствующего донора.

Показано, что высокоэнергетический сдвиг линий 01/1)2 наблюдается

1 ^ 1 только для образцов с уровнем легирования донорами > 10 см" .

Величина температурного сдвига увеличивается с ростом концентрации доноров.

Указанные данные позволили сделать вывод о доминирующей роли свободных электронов, которая, предположительно, связана с эффектом экранирования локализованных дислокационных состояний.

6. При исследовании динамики спада интенсивностей линий ДЛ с течением времени в образцах с различным примесным составом установлено, что полоса D1, состоящая фактически из семейства линий, демонстрирует во всем спектре одинаковое время спада. В свою очередь, постоянные времени спада линий D4, D1 и D2 различны и всегда подчиняются неравенству tD4 < tDi < tD2- Полученное соотношение выполняется для образцов с различным примесным составом и характеризует, таким образом, собственное свойство дислокации.

В заключение хочу выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю Эдуарду Александровичу Штейнману за предложенную интересную тему работы, ценные советы, внимание и помощь в процессе ее выполнения. Благодарю всех соавторов работ, а также сотрудников лаборатории спектроскопии дефектных структур ИФТТ РАН и других участников семинара «Физика дефектов» за плодотворное обсуждение результатов.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Е.А. Steinman, A.N. Tereshchenko, V.l. Vdovin, A.Misiuk, "Dislocation related PL of multi-step annealed Cz-Si samples", Solid State Phenomena, 2005, v. 108-109, 773.

2. E.A. Steinman, A.N. Tereshchenko, V.l. Orlov, F.Kirscht, "Fine structure of dislocation-related photoluminescence bands D1 and D2 in Si", Solid State Phenomena, 2005, v. 108-109, 767.

3. E.A. Steinman, A.N.Tereshchenko, "Influence of Cu contamination on dislocation related luminescence", Phys.stat.sol.(c), 2007, v. 4, №8, 3095.

4. E.A. Steinman, A.N.Tereshchenko, V.Ya.Reznik, RJ.Falster, "The radiative properties of dislocations generated around oxygen precipitates in Si", Phys.stat.sol. (a), 2007, v. 204, №7, 2238.

5. Э.А.Штейнман, А.Н.Терещенко, В.Я.Резник, «Структура и излучательные г свойства дислокаций, возникающих при росте кислородных преципитатов в кремнии», Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2007, №6, 1.

6. A.N. Tereshchenko, E.A.Steinman, "Pecularities of dislocation related D1/D2 bands behavior under copper contamination in silicon", Solid State Phenomena, 2008, V. 131-133, 213.

7. E.A. Steinman, A.N. Tereshchenko, N.V. Abrosimov, "The Unusual Temperature Shift öf Dislocation Related D1/D2 PL Bands in Donor Doped Silicon", Solid State Phenomena, 2008, V.131-133, 607.

8. Steinman E.A., A.J. Kenyon, A.N. Tereshchenko, "Time-resolved measurements of dislocation-related photoluminescence bands in silicon", Semicond. Sei. Technol, 2008, v. 23, 025010.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Терещенко, Алексей Николаевич, Черноголовка

1. A.J. Kenyon, Erbium in silicon // Semicond. Sei. Technol., v. 20, 65 (2005)

2. S. Schuller, R. Carius, S. Mantl, Optical and structural properties of ß-FeSi2 precipitate layers in silicon // J. Appl. Phys., v. 94, 207 (2003)

3. K. Brunner, Si/Ge nanostructure // Rep. Prog. Phys., v. 65, 27 (2002)

4. D.J. Paul, Si/SiGe heterostructures: from material and physics to devices and circuits // Semicond. Sei. Technol., V.19, R75 (2004)

5. V.Kveder, M.Badylevich, E.Steinman, A.Izotov, M.Zeibt, W.Schröter, Room-temperature silicon light-emitting diodes based on dislocation luminescence // Appl.Phys.Lett., V. 84, 2106 (2004) ■

6. O.F. Vyvenko, M. Kittler, W. Seifert, Recombination activity and electrical levels of dislocations in p-type Si/SiGe structures: Impact of copper contamination and hydrogenation // J. Appl. Phys., 96, 6425 (2004)

7. N.A. Drozdov, A.A. Patrin, V.T. Tkachev, Modification of the dislocation luminescence spectrum by oxygen atmospheres in silicon // Phys. Stat. Sol. (a), 64, K63 (1981)

8. M. Suezawa, K. Sumino, The nature of photoluminescence from plastically deformed silicon // Phys. Stat. Sol. (a), 78, 639 (1983)

9. E.A. Steinman, Influence of oxygen on the dislocations related luminescence centers in silicon // Phys. Stat. Sol. (c) 6, 1837 (2005)

10. J. Rabier, J. L. Demenet, On the nucleation of shuffle dislocations in Si // Phys. stat. sol. (a) 202, 5, 944 (2005)

11. W. Schroter, H. Cerva, Interaction of point defects with dislocations in silicon and germanium: electrical and optical effects // Solid State Phenomena 85-86, 67 (2002)

12. S.Marklund, Energy levels of intrinsic and extrinsic stacking faults // Phys.Stat.Sol.(b), 108, 97 (1981)

13. H.Teichler, Broken bond centers at dislocations in silicon and germanium // Inst.Phys.Conf.Ser. 104, 57 (1989)

14. V. Kveder, T. Sekiguchi, K. Sumino, Electronic states associated with dislocations in p-type silicon studied by means of electric-dipole spin resonance and deep-level transient spectroscopy // Phys. Rev. B, 51(23) 16721(1995)

15. J. Rabier, P. Cordier, J. L. Demenet, and H. Garem, Mater. Sci. Eng. A 309310, 74 (2001)

16. J. Rabier, P. Cordier, T. Tondellier, J. L. Demenet, and H. Garem, Dislocation microstructures in Si plastically deformed at RT // J. Phys.: Condens. Matter 12, 10059 (2000)

17. S. Kusanagi, T. Sekiguchi, and K. Sumino, Difference of the electrical properties of screw and 60° dislocations in silicon as detected with temperature-dependent electron beam induced current technique // Appl. Phys. Lett., 61, 792 (1992)

18. Z. J. Radzimski, T. Q. Zhou, A. Buczkowski, G. A. Rozgonyi, D. Finn, L. G. Hellwig, and J. A. Ross, Recombination at clean and decorated misfit dislocations // Appl. Phys. Lett. 60, 1096 (1992)

19. V. Kveder, M. Kittler, W. Schröter, Recombination activity of contaminated dislocations in silicon: A model describing electron-beam-induced current contrast behavior. Phys. Rev. B, 63, 115208 (2001)

20. M. Kittler, W. Seifert, Electrical behavior of crystal defects in silicon. Influence of a contamination // Scanning 15, 316 (1993)

21. S. Acerboni, S. Pizzini, S. Binetti, M. Acciarri, B. Pichaud, Effect of oxygen aggregation processes on the recombining activity of 60° dislocations in Czochralski grown silicon // J. Appl. Phys. 76 (5), 2703 (1994)

22. O.F. Vyvenko, M. Kittler, W. Seifert, M.V. Trushin, Recombination activity and electrical levels of "clean" and copper contaminated dislocations in p-type Si // Phys.statsol.(c) 2, 1852 (2005)

23. V.Higgs, E.C.Lightowlers, C.E.Norman and P.Kightley, Characterisation of dislocations in the presence of transition metal contamination // Mater. Sei. Forum 83-87, 1309(1992)

24. V. Higgs, M. Kittler, Influence of hydrogen on the electrical and optical activity of misfit dislocations in Si/SiGe epilayers // Appl. Phys. Lett., 65, 2804 (1994)

25. V. Higgs, M. Kittler, Investigation of the recombination activity of misfit dislocations in Si/SiGe epilayers by cathodoluminescence imaging and the electron beam induced current technique // Appl. Phys. Lett. 63 (15), 2085 (1993)

26. Martinuzzi, I. Perichaud, J.J. Simon, External gettering by aluminium-silicon alloying observed from carrier recombination at dislocations in float zone silicon wafers // Appl. Phys. Lett. 70, 2744, (1997)

27. J.J. Simon, I. Perichaud, N. Burle, M. Pasquinelli, S. Martinuzzi, Influence of phosphorus diffusion on the recombination strength of dislocations in float zone silicon wafers // J. Appl. Phys. 80, 4921 (1996)

28. M.H. Золотухин, B.B. Кведер, Ю.А. Осипьян, Влияние водорода на дислокационные донорные и акцепторные состояния // ЖЭТФ, т. 82, вып. 6, 2068 (1982)

29. Ю.А. Осипьян, A.M. Ртищев, Э.А. Штейнман, Е.Б. Якимов, Н.А. Ярыкин // Взаимодействие дислокаций с водородом и кислородом в кремнии, ЖЭТФ, т. 82 (2), 509 (1982)

30. V.V. Kveder, R. Labusch, Yu. A. Ossipyan, The exodiffusion of hydrogen in dislocated crystalline silicon // Phys. Stat. Sol. (a), 84, 149 (1984)

31. V.V. Kveder, Yu.A. Osipyan, I.R. Sagdeev, A.I. Shalynin, M.N. Zolotukhin, The effect of Annealing and Hydrogenation on the Dislocation Conduction in Silicon //Phys. Stat. Sol. (a), 87, 657 (1985)

32. W. Seifert, K. Knobloch, and M. Kittler, Modification of the recombination activity of dislocations in silicon by hydrogenation, phosphorous diffusion and heat treatments // Sol. Stat. Phen. 57-58, 287 (1997)

33. Н.А. Дроздов, A.A. Патрин, В.Д. Ткачев, Рекомбинационное излучение на дислокациях в кремнии // Письма в ЖЭТФ, т. 23, вып. 11, 651 (1976)

34. Н. Alexander, С. Kisielowski-Kemmerich, E.R. Weber, Physica В, 116, 583 (1983)

35. Ю.А. Осипьян, A.M. Ртищев, Э.А. Штейнман, Исследование спектров ДФЛ при отжиге деформированных образцов кремния // Физика твердого тела 26 (6), 1772(1984)

36. А.Н. Изотов, Ю.А. Осипьян, Э.А. Штейнман, Влияние закалки на дислокационные спектры ФЛ в кремнии // Физика твердого тела 28 (4), 1172(1986)

37. N. A. Drozdov, A. A. Patrin, and V. D. Tkachev, On the nature of the dislocation luminescence in silicon // Phys.Stat.Sol.(b), 83, K137, 9, (1977)

38. M. Suezawa, Y. Sasaki, Y. Nishina. and K. Sumino, Radiative recombination on dislocations in silicon crystals // Jpn. J. Appl. Phys. 20, L537 (1981)

39. M. Suezawa, K. Sumino, Y. Nishina, Effect of uniaxial stress on the photoluminescence from plastically deformed silicon // Jpn. J. Appl. Phys. 21, L518 (1982)

40. M. Suezawa, K. Sumino, Photoluminescence from dislocated silicon crystals // J. Physique, 44, C4-133 (1983)

41. R. Sauer, J. Weber, J. Stolz, E.R. Weber, K.-H.Kusters, H. Alexander, Dislocation-related photoluminescence in silicon // Appl. Phys. A, 36, 1 (1985)

42. A.H. Изотов, Э.А. Штейнман, Поляризация линий дислокационной люминесценции в кремнии // ФТТ, т.28 (4), 1015 (1986)

43. J. Weber, Correlation of structural and electronic properties from dislocations in semiconductors // Solid State Phenomena, 37-38, 13, (1994)

44. K. Weronek, J. Weber, A.HOpner, F. Ernst, R.Buchner, M. Stefaniak, H. Alexander, Correlation of the D-band photoluminescence with spatial properties of dislocations in silicon // Materials Science Forum, 83-87, 1315 (1992)

45. Yu.T. Rebane and Yu.G. Shreter, In Polycrystalline Semiconductors II, Springer Proc. In Physics, 54, ed. by j. Werner and H.P. Strunkp.28 (1991)

46. R.Sauer, Ch.Kisielowski-Kemmerich, H.Alexander, Dissociation-width-dependent radiative recombination of electrons and holes at widely split dislocations in silicon//Phys.Rev.Letters 57, 1472 (1986)

47. A.H. Изотов, Э.А. Штейнман, Перестройка дислокационных оптических центров под влиянием касательных напряжений // Физика твердого тела 29 (3), 879(1987)

48. А.Н. Изотов, Э.А. Штейнман, Систематика линий ДФЛ в кремнии // Физика твердого тела 30 (10), 3177 (1988)

49. A.N. Izotov and Е.А. Steinman, Reconstruction of optical dislocation centres under the action of shear stresses // Phys. Stat. sol.(a) 104, 777 (1987)

50. A.N. Izotov, A.I. Kolyubakin, S.A. Shevchenko, E.A. Steinman, Photoluminescence and splitting of dislocations in germanium // Phys. Status Solidi A 130, 193 (1992)

51. E.A. Steinman, Proceedings of the 17th Internat. Conf. on Defects in Semiconductors 17 Mater. Sci. Forum 143-147, 537 (1994)

52. Gottschalk H. Proc. 10th Internat. Conf. On Electron Microscopy, Hamburg, 11,527(1982)

53. K. Wessel, H. Alexander, On the mobility of partial dislocations in silicon // Phil. Mag. 35, 1523 (1977)

54. B.B. Кведер, А.И. Шалынин, Э.А. Штейнман, А.Н. Изотов, Влияние расщепления дислокаций на величину g-фактора дырок в одномерной дислокационной зоне, ЖЭТФ, 110, 1497 (1996)

55. S.A. Shevchenko, A.N. Izotov, Dislocation photoluminescence in silicon crystals of various impurity contents // Phys. Stat. Sol. (c) 2 №6, 1827 (2005)

56. C.A. Шевченко, А.Н. Изотов, Дислокационная фотолюминесценция в кристаллах кремния с различным примесным составом // Физика твердого тела 45, вып.2, 248 (2003)

57. Y. Lelikov, Y. Rebane, S. Ruvimov, D. Tarhin, A. Sitnikova, Y.Shreter: Mater. Sci. Forum 83-87, 1321 (1992)

58. T. Sekiguchi, K. Sumino, Cathodoluminescence study on dislocations in silicon // J. Appl. Phys. 79, 3253 (1996)

59. V. Higgs, E.C. Lightowlers, S.Tajbakhsh, P.J. Wright, Cathodoluminescence imaging and spectroscopy of dislocations in Si and SiixGex alloys // Appl. Phys. Lett. 61 (9), 1087 (1992)

60. E.A. Steinman, V.I. Vdovin, T.G. Yugova, V.S. Avrutin, N.F. Izyumskaya, Dislocation structure and photoluminescence of partially relaxed SiGe layers on Si (001) substrates // Semicond. Sci. Technol. 14, 582 (1999)

61. A.T. Blumenau, R. Jones, S. Oberg, P.R. Briddon, T. Frauenheim, Dislocation related photoluminescence in silicon // Phys. Rev. Lett. 87, 187404 (2001)

62. R. Jones, B.J. Coomer, J.P. Goss, S. Oberg, P.R. Briddon, Intrinsic defects and the D1 to D4 optical bands detected in plastically deformed,Si // Phys. Stat. Sol. (b), 222, 133 (2000)

63. S. Pizzini, M. Acciarri, E. Leoni, A. Le Donne, About the D1 and D2 dislocation luminescence and its correlation with oxygen segregation // Phys. Stat. Sol. (b), 222, 141 (2000)

64. V.Higgs, E.C.Lightowlers, G.Davies, F.Schaffler, E.Kasper, Photoluminescence from MBE Si grown at low temperatures; donor bound excitons and decorated dislocations // Semicond. Sci. Technol. 4, 593, (1989)

65. V.Higgs, M. Goulding, A. Brinklow, P. Kightley, Characterization of epitaxial and oxidation-induced stacking faults in silicon: The influence of transition-metal contamination // Appl. Phys. Lett. 60 (11), p. 1369, (1992)

66. W. Wijaranakula, A quantitative model for an interaction between extended dislocation loops and impurities in Czochralski silicon based upon the photoluminescence analysis // J. Appl. Phys. 70 (6), 3018 (1991)

67. T. Mchedlidze, T. Wilhelm, T. Arguirov, M. Trushin, M. Reiche, M. Kittler, Correlation of electrical and luminescence properties of a dislocation network with its microscopic structure // Phys. Status Solidi C 6, №8, 1817 (2009)

68. V.V. Kveder, E.A. Steinman, S.A. Shevchenko, H.G. Grimmeiss, Dislocation-related electroluminescence at room temperature in plastically deformed silicon //Phys. Rev. B, 51(16), 10520(1995)

69. E.O.Sveinbjornsson , J. Weber, Room temperature electroluminescence from dislocation-rich silicon // Appl. Phys. Lett., 69, 2686 (1996)

70. V. Kveder, M. Badylevich, W. Schroter, M. Seibt, E. Steinman, A. Izotov, Silicon light-emitting diodes based on dislocation-related luminescence // Phys. Stat. Sol. (a) 202, 901 (2005)

71. M.I. Heggie, R. Jones, A. Umerski, Ab initio total energy calculations of impurity pinning in silicon // Phys. Stat. Sol. (a) 138, 383 (1993)

72. R. Jones, A. Umerski, P. Sitch, M.I. Heggie, S. Oberg, .Density functional calculations of the structure and properties of impurities and dislocations in semiconductors // Phys. Stat, Sol. (a) 138, 369 (1993)

73. R.H. Uebbing, P. Wagner, H. Baumgart, H.J. Queisser, Luminescence in slipped and dislocation-free laser-annealed silicon // Appl. Phys. Lett. 37, 1078 (1980)

74. E.A. Steinman, H.G. Grimmeiss, Dislocation-related luminescence properties of silicon// Semicond. Sci. Technol. 13, 124 (1998)

75. E.A. Steinman, V.V.Kveder, H.G. Grimmeiss, The mechanisms and application of dislocation related radiation for silicon based light sources // Solid State Phenomena 47-48, 217, (1996)

76. M. Suezawa and K. Sumino, Nature of thermal donors in silicon crystals // Phys. Stat. Sol. (a) 82, 235 (1984)

77. A. Kenyon, E. Steinman, C. Pitt, D. Hole, V. Vdovin, The origin of the 0.78 eV luminescence band in dislocated silicon // J. Phys.: Condens. Matter, 15, S2843 (2003)

78. Э.А. Штейнман, Модификация центров дислокационной люминесценции в кремнии под влиянием кислорода // ФТТ, т.47 (1), 9 (2005)

79. W.Staiger, G.Pfeiffer, К. Weronek, A.Hopner, J.Weber, Dislocation-induced defect levels in silicon// Mater. Sci. Forum Vol. 143-147, 1571 (1994)

80. S J.Peartn, J.W.Corbett, M.Stavola, Hydrogen in Crystalline Semiconductors (Springer Verlag, Berlin, 1992)

81. Gwinner D.: J. Phys. (Paris) 44, C4-141 (1983)

82. K.Weronek, J.Weber, H.J.Queisser, Hydrogen passivation of the dislocation-related D-band luminescence in silicon // Phys.St.Sol.(a), 137, 543, (1993)

83. Yu.S. Lelikov, Yu.T. Rebane, S. Ruvimov, A.A. Sitnikova, D.V. Tarhin, Yu.G. Shreter, A Classification of the Dislocation-Related Photoluminescencence in Silicon // Phys. stat. sol. (b) 172, 53 (1992)

84. M. Suezawa, Y. Sasaki, K. Sumino, Dependence of photoluminescence on temperature in dislocated silicon crystals //Phys. Stat. Sol. (a), 79, 173 (1983)

85. S.Fukatsu, Y.Mera, M.Inoue, and K.Maeda, H.Akiyama, H.Sakaki, Time-resolved D-band luminescence in strain-relieved SiGe/Si // Appl.Phys.Lett., 68 (14), 1889 (1996)

86. Newman R.C. Oxygen diffusion and precipitation in Czochralski silicon // J.Phys.: Condens. Matter. V.12. R335 (2000)

87. Mezhennyi M.V., Milvidskii M.G., Reznik V.Ya., Falster R.J. Generation of dislocations in annealed silicon wafers under applied stress // Phys.St.Sol. (c) v.2, 6, 1968 (2005)

88. Yonenaga and K.Sumino, Influence of oxygen precipitation along dislocations on the strength of silicon crystals // J.Appl.phys., v.80 (2), 734 (1996)

89. S.Pizzini, M.Guzzi, E.Grilli, G.Barionetti, J.Phys.: Condens. Matter, 12, 10131 (2000)

90. C.A.Londos, MJ.Binns, A.R.Brown, S.A.McQuaid, R.C.Newman, Effect of oxygen concentration on the kinetics of thermal donor formation in silicon at temperatures between 350 and 500°C // Appl.Phys.Lett., 62, (13) 1525 (1993)

91. K.Sumino, M.Imai, In situ X-ray topographic study of the dislocation mobility in high-purity and impurity-doped silicon crystals // Phil. Mag., A47, 753 (1983)

92. S.Binetti, S. Pizzini, E.Leoni, R.Somashini, A.Castaldini, A.Cavallini, Optical properties of oxygen precipitates and dislocations in silicon // J.Appl.Phys., 92, 2437 (2002).

93. K.Schmalz, P.Gaworzewski, On the donor activity of oxygen in silicon at temperatures from 500 to 800 °C // Phys.stat.sol. (a) 64, 151 (1981)

94. J.Weber, H.Bauch, R.Sauer, Optical properties of copper in silicon: excitons bound to isoelectronic copper pairs // Phys.Rev.B 25, 7688 (1982)

95. K.G. McGuigan, M.O. Henry, E.C. Lightowlers, A.G. Steele, M.L.W. Thewalt, A new photoluminescence band in silicon lightly doped with copper // Solid State Communications 68, 7 (1988)

96. Christoph Flink, Henning Feick, Scott A. McHugo, Winfried Seifert, Henry Hieslmair, Thomas Heiser, Andrei A. Istratov, Eicke R. Weber, Out-diffusion and precipitation of copper in silicon: an electrostatic model // Phys. Rev. Lett. 85, 4900 (2000)

97. A. Correia, D. Ballutaud, A. Boutry-Forveille, J.L. Marice, Effects of copper and oxygen precipitation during thermal oxidation of silicon: An electron-beam-induced current study // J. Appl. Phys. 78, 6543 (1995)

98. R. Sachdeva, A.A. Istratov, E.R. Weber, Recombination activity of copper in silicon // Appl. Phys. Lett. 79, 2937 (2001)

99. A. A. Istratov, H. Hedemann, M. Seibt, O. F. Vyvenko, W. Schröter, T. Heiser, C.Flink, H. Hieslmair, E. R. Weber, Electrical and recombinationproperties of copper-silicide precipitates in silicon I I J. Electrochem. Soc. 145, 3889(1998)

100. A. A. Istratov, C. Flink, H. Hieslmair, T. Heiser, E. R. Weber, Influence of interstitial copper on diffusion length and lifetime of minority carriers in p-type silicon // Appl. Phys. Lett. 71, 2121 (1997)с

101. Jae-Gwang Lee, S. Roy Morrison, Copper passivation of dislocations in silicon // J. Appl. Phys. 64, 6679 (1988)

102. A. A. Istratov, H. Hieslmair, C. Flink, T. Heiser, E. R. Weber, Interstitial copper-related center in n-type silicon // Appl. Phys. Lett. 71 (16), 2349 (1997)

103. A. A. Istratov, C. Flink, H. Hieslmair, E. R. Weber, T. Heiser Intrinsic diffusion coefficient of interstitial copper in silicon // Phys.Rev.Letters 81(6), 1243 (1998)

104. V.B.Shikin, Yu.V. Shikina, Charged dislocations in semiconductors // Physics-USPECKI, v.38, No.8, 845 (1995)

105. Feklisova О V, Yakimov E B, Yarykin N, Contribution of the disturbed dislocation slip planes to the electrical properties of plastically deformed silicon //PhysicaB, 340-342, 1005 (2003)

106. Winter S, Bound electron states close to the conduction band in germanium due to 60° dislocations // Phys. Status Solidi b, 79, 637 (1977)

107. Winter S, Electron states below the conduction band in Germanium originating from dissociated 60°-dislocations // Phys. Status Solidi b, 90, 289 (1978)

108. H.Alexander, "Dislocations" in Material Science and Technology, v.4: Electronic Structure and Properties of Semiconductors, VCH Weinheim, (1991)

109. Хирт Дж., Лоте И., Теория дислокаций, Москва, Атомиздат (1972)