Электронно-спектроскопические исследования и анализ состояния поверхности многокомпонентных систем, созданных ионной имплантацией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

РГО сд

- 6АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ им. У. А. АРИФОВА

На правах рукописи

УЛШРЗАКОВ Балтохаджа Ерматович

ЭЛЕКТРОННО-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ, СОЗДАННЫХ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ

Специальность 01.04.04. — Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Ташкент — 1993

Работа выполнена на кафедре «Физика и технология материалов» Ташкентского государственного технического университета им. Абу Райхана Беруни-

Научный консультант: — доктор физико-математических

наук, профессор Нормурадов М. Т.

Официальные оппоненты: — доктор физико-математических

наук, профессор Бондаренко Б. В.

— доктор физико-математических наук, профессор Зайнобиддинов С. 3.,

— доктор физико-математических наук, профессор Алиев А- А.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный технический университет, кафедра «Физическая электроника».

Защита состоится « 9 » декабря 1993 г. в 13.30 час- на заседании Специализированного Совета Д. 015.23.21. в Институте Электроники им. У. А. Арифова АН РУз по адресу: 700125, Ташкент, ГСП, Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Электроники им. У- А. Арифова АН РУз.

Автореферат разослан «_» _ 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д. 015.23.21. доктор физико-математических наук

ИЛЬЯСОВ А. 3.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Поверхность твердых тел легко доступна различного рода активным воздействиям, что в принципе позволяет управлять ее свойствами. В частлости, для направленного изменения физико-химических свойств поверхности широко используется ниэкоэнергетичная ионная имплантация, с помощью которой удается создавать новый юнкопденочнио структуры, необходимые в современной твердотельной электронике. Особый интерес представляет получение периодических и многослойных систем с переменным элементным составом. Возможность управления свойствами поверхности тесно связана . с пониманием механизмов многообразных и взаимосвязанных явлений, протекающих в твердом теле при ионной бомбардировке. Поэтому всесторонее исследование и анализ состояния поверхности ионно-имплантированных материалов с применением методов электронной спектроскопии и микроскопии является весьма актуальной задачей.

Изучению влияния ионной имплантации на состояние и свойства поверхности твердых тел посвящено большое число работ. Эти исследования показали, что ниэкоэнергетичная бомбардировка приводит к увеличению коэффициента вторичной электронной эмиссии, способствует низкотемпературному апмтаксиальному росту пленок из нонно-молекулярних пучков, позволяет получать пассивирующие, антикоррозийные и другие покрытия. В последние годы с использованием современных методов вторичной электронной спектроскопии (БЭС) . были получены достоверные данные об образовании химических связей между атомами матрицы и легируюирго элемента, о степени разупорядочения поверхности, об изменений положений максимумов плотности состояний валентных электронов. Однако, вследствие отсутствия систематических исследований с использованием наиболее информативных методов диагностики поверхности, таких как фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС), дифракция быстрых электронов (ДЕЗ), вторично-ионная масс-спектроскопия (ЕйМЗ) и др. целый ряд вопросов, связанных с изменением электронного состояния, атомной структуры и механизмов образования новых фаз до сих пор .оставались не выясненными. Практически отсутствовали достоверные сведения о форме и структуре спектра распределения: плотности электронных состояний и о природе наблюдаемых в этих спектрах особенностей, * а также об изменениях величины парамет-

ров решетки кристаллов, .легированных ионной имплантацией и подвергнутых последующему отдигу.

В то же время с решением этих вопросов связаны многие актуальные физические и прикладные задачи. Результаты таких исследований, с одной стороны, могут способствовать расширению области применения низкознергетичэской ионной имплантации в производстве приборов микро- и оптоэлектроники, а с другой стороны позволяет более глубоко понять механизмы физических и химических процессов, происходящих в приповерхностной области твердых тел в результате низкоэнергетнчной ионной имплантации.

Решение комплекса перечисленных проблем стало основным содержанием настоящей работы.

Цель работ - детальное исследование и анализ энергетического состояния, фазовой структуры и состава многокомпонентных тонкопленочных систем, созданных ионной имплантацией и последующим прогревом или лазерным облучением, выяснение механизмов наблюдаемых явлений, а также разработка практических рекомендаций для использования обнаруженных эфактов при создании приборов микроэлектроники.

Достижение поставленной цели потребовало для анализа и контроля поверхности материалов наряду с методами ЕЭС (оже-эдектронная спектроскопия (ЗОС), спектроскопия характеристических потерь энергии (ХПЗ) и упруго отраженных электронов (УОЭ)), применить методы: ультрафиолетовую ГОС, ' ДБЭ, ЕШС, растровую электронную микроскопию (РЭМ), оптическое профилирование и решить следующие задачи:

1. Разработка усовершенствованной методики изучения электронного состояния поверхности. 1:ш:. некие механизмов и теоретическая интерпретация изменения структуры спектра плотности электронных состояний изучениях кристаллов (металлов, полупроводников, диэлектрических пленок и сверхпроводников), происходящего в результате ионной имплантации.

2. Проведение количественного анализа состава ионно-лс-гирс-саяяой области материалов различной природы; определение типов химический связи мглцу атомами; в случае полупроводников оценка степени изнностн связи и величины переносимого заряда.

3. Детальное изучение влияния ионной имплантации на фа?о-вузс структуру и napawpu решетки пргповррхностнкх ело-:-" «¡зиок-ристаллзв- Si, GaAs, CsFz ; устаягдоеяи» вгатссеяри iK»*»-пешкиз элрмгятюге состав?., рлочтрони.'х в crpyrVr.'yj'HX «.»»ойотг.

i. Исследование возможности получения диэлектрической пленки с переменной концентрацией активного элемента при имплантации ионов бария в пленку CaF2 и определение оптических параметров этих пленок.

Б. Научение влияния температурного и лазерного отдага на состав, структуру и свойства шннЬ-легированных полупроводников и диэлектрических пленок.

6. Исследование влияния ионно-имплантированного слоя на диффузии атомов контактирующего материала вглубь кремния. Научение воэжшюети применения ионной имплантации для получения отдельных элементов интегральных схем, а такле для модификации оптических и эмиссионных свойств исследуемых материалов.

Объектами ксследоналма в соответствии с целью и аадачиами исследования били выбраны монокристаллы: полупроводников ( Si, Бе, БаАз ), диэлектрических пленок ( Cal^ ) и сверхпроводников (CuOY2OjBaO), а такле поликрпсталлические (W, Ма, Pd, сплавы Pd и Ва) и аморфные- (Si.ße) вещества. Еыбор давних материалов обусловлен так*е их аирами использованием в различных областях микроэлектроники и электронного приборостроения.

Имплантация проводилась ионами металлов К \ )1аСз * Ва * а также Oj с вариацией их анергий е пределах Е0 = 0,5 t 5 кэЕ и дозы облучения - D = Ю14^ 5-Ш17см"2. Так как эти ноны являются ионами активных элементов, их воздействие в указанном диапазоне энергий облучения приводило к существенному изменению состава, структуры и свойств тонких слоев поверхности.

Для установления природы особенностей энергетического распределения плотности электронных состояний, и для оценки в отдельности роля разуворядочения кристаллической решетки, образования химических связей и других явлений в изменении электронной структуры поверхности, тагай были исследованы аморфные и кристаллические образцы одного и того да материала (Si, Зе). Это позволило оценить степень изменения атомной плотности поверхности кристаллов при конной имплантации й ее роль в формировании диффузионного барьера для инородных примесей. Выбор диэлектрической пленки Cal^ обусловлен тем, что она является хорошим изолятором (Е^ = 9-10 аВ), выдерживающим значительные температурные нагрузки (Т = 1100 К) беа разложения молекул. Кристаллическая структура и постоянная решетка пленки (а 5,42 А) практически совпадают с параметрами кристалла Si.' Лзэ-

тому пленка CaF2 имеет большие нерспеитивы в создании многослойных НО.

Научная новизна цаГхпн заключается Б том, что в ней развито научное, напрагление, заключая •.©••'•я в установлении связи топкой структуры энергетических спектров фото- и вторичных электронов с состоянием поверхности иошю-легированных твердых тел и Использовании этой свази для модификации тонкопленочных систем, применяемых для Функциональных элементен микроэлектроники.

В ней впервые:

1. Реализован в едином экспериментальном приборе комплекс Методов Фото- и вторично-электронной спектроскопии поверхности материалов, позволяйся получать всестороннюю инфорцию о составе, структуре и свойствах поверхности непосредственно в высоковакуумном технологическом цикле, где производится ионная имплантация, прогрев и лазерное облучение образцов.

г. Выявлены основные механизмы, приводящие к изменению ?лектронноП структуры приповерхностного слоя .полупроводников (Si, Go, GaAs), диэлектрических пленок (CaF2 ), проводящих-(Mb, У, Pd, Pd - Fia) и сверхпроводящих (CuOYtOjBaO) материалов при ионной имплантации и последующем отжиге. Обоснованы возможные причини изменения их осповма •энергетических параметров - положения уровня fcpmh, величины вагиба зон и других характеристик зонной структуры поверхности. Дано теоретическое объяснение наблюдаемым изменениям, получены аналитические выражения, позволяющие оценить влияние образования химических соединений и разупорядочеиия (кристаллизация) приповерхностного слоя m структуру спектра валентных электронов. Разработана методика построения энергетического спектра плотности заполненных и свободных электронных состояний, основанная па совместном анализе спекгроп фото- и упруго ограяоншгх электронов.

3. Предложен метол опенки концентрации свободных и химически связанных агомои легирующей примеси в иошю-имплантированном слое. Определены степень ионноеги связи, величина переносимого заряда и типы химических связей образующихся соединений, установлено влияние поверхностной пленки (в случае сплавов Pd-Ba) на профиль распределения дегирукчцей примеси.

4. Детально изучено изменение Фазовой структуры поверхности мопокрчетапличееких образцов SI, G-aAs, СаГг происходите при ионном облучении и И0сл"лум!ум прогреве и лазерном отжиге. Листе рпзлпч'щч стадий технолеппеекои обработки определены зпат---

ния мелплоскостных и межатомных расстояний. Построена диаграмма фазовых состояний панно-легированного кремния.

5. Предложена методш'л определения статической диэлектрической проницаемости тонких пленок непосредственно в условиях высокого вакуума. Определены основные механизмы, приводящие к изменении оптических характеристик пленок СаГ2 при ионной имплантации. .

6. Показана возможность создания ионнсй имплантацией многокомпонентной структуры на основе диэлектрической пленки СаГ2

с разным содержанием активного элемента. Определены оптимальные режимы ионного облучения и температурного отжига, позволяющие получать монокрисгаллическпе пленки типа Саь ВахГ2 с монотонно изменяющейся постоянной решетки.

7. Детально проанализировано влияние ионно-легированного слоя на диффузию атомов контактирующего материала вглубь исследуемого образца, установлены основные причины, приводящие к резкому уменьшение глубины диффузии инородных примесей в кремний, подвергнутый ионной имплантации.

В. Проведен сравнительный анализ влияния высокотемпературного прогрева и лазерного стлига на модификацию физико-химических свойств поверхности иснно-легирсванных кристаллов 51, Ба.Аз, СаГ2, Р1 В частности показано, что лазерный отжиг приводит к существенному (2-3 раз) уменьшению сирины переходного слоя, а высокотемпературный прогрев, насборот, - к ее увеличению.

9. Показано, что нсшю-легированные образцы Мо, V, Ри и Рй-Еа могут слулить эффективными термсзмиссионншт катодами. Установлено, что переход керамики ОиОУ203Ба0 в сверхпроводящее состояние сопровождается скачкообразным уменьшением (до 15-201) величины квантового выхода Фотоэлектронов. Низкознерггтическая ионная имплантация приводит к увеличению эмиссионной эффективности сверхпроводника в 1,5 - 2 раза, без существенного изменения значения критической температуры. .

Основные исыюяении, илюсшй на' аащ1ггу:

1. Оригинальная выеоковакуумная установка для комплексной диагностики физико-химических свойств поверхности твердых тел электронно-спектроскопическими методами в сочетании с обработкой поверхности лонной имплантацией, лазерным излучением и высокотемпературным прогревом, и методика определения изменения электронной структуры поверхности при этих воздействиях.

2. Природа особенностей, наблюдаемых на кривых энергйти-

ческого распределения • валентнга электронов металлов, полупроводников, диэлектрических пленок и•сверхпроводников, легированных ионами активных элементов с различной энергией (Е0 = 0,5 ; Б кзЕ) и дозой облучения, а такле механизмы процессов, приводящих к нэм-нзшге электронной структуры поверхности. Б частности, акспериментзлыю и теоретически покарано, что при образовании новых соединений и электрически активных'центров появляются дополнительные пики в спектре валентных электронов, а при разуло-рядочении (кристаллизации) приповерхностного слоя наблюдается сдвиг и изменение формы характерных пиков матрицы.

3. Методика оценки доли атомов легирушэй примеси, входящих в химическую связь с атомами матрицы, и установление типов образующихся соединений; экспериментальное определение значения важнейших характеристик поверхности ионно-легированных систем: степени ионности связи, величины переносимого заряда, параметров энергетических зон.

4. Значения параметров решетки приповерхностных слоев кристаллов 5}, О?, ВаДз и , легированных ионами Ва+, Ма+ ,

Обнаружение эффектов увеличения (2-3*) атомной плотности и

* О

разбухания (до 5-Б А) ионно-легированной области кристаллов и рекристаллизации при высоко температур ком отдаге рагулорядочен-ного слоя с такой же кристаллической структурой, что и матрица, но с другими межатомными расстояниями.

5. Методика определения статической диэлектрической проницаемости Е„ тонких пленок (с) = 20 - 500 А), основанная на анализе особенностей спектров УОЗ низких энергий; экспериментально определенные значения £„, коэффициента отражения г и зоны выхода Я фотоэлектронов пленок СаГ2, подвергнутых ионной имплантации и отдигу.

6. Определение оптимальных режимов ионной имплантации и отлита для создания трехкомпонентных монг-кристаллических систем Са,_.хЕахГг с перестраиваемой постоянней решетки, а такле барьерных структур и омических контактов на поверхности полупроводниковых материалов и диэлектрических пленок; обнаружение зЭДекта резкого снижения эмиссионной эффективности сверхпроводящей керамики при охлажден«» ее до критической температуры.

Научная и прмсгичрская ценность р-.Гкпи. Геализапия комплекса -современных электрсшш-спектрвскоинческих методов диагностики в сочетакпл с методии технологической обработки в одном и том же приборе. разработка на их основе ряда оригинальных

Методик (построения кривой энергетического распредеяониа плотности электронных состоянии, опенки концентрации свободных и связанных атомов легарукарй пршкеи, определенна сзэтической диэлектрической проницаемости) псзЕслает посучать новую ценнук информации о состоянии поверхности ионно-легированных образцов и расширяет аналитические »сгмолнссти электронной диагностики.

Выявление механизмов, приводявш к'йгис-нгисв блзгарсннса структуры поверхности при ионной имплантации и установление природы характерных особенностей спактрэ валентных электронов имеет ва.гное значение для теории взаимодействия зар.яленных чао-1иц с твердым телом, а также д ял оценки информативности методы ■ЮС! и ВЭС в изучении состояния поьёрЕасстей едг.яного состава. Ьоэнолность создания ионной шплантаинёЛ диффузионного барьера в приповерхностной области полупроводников и сьерхпровсдящи кёрамик, установление технологических рияимов получения многокомпонентных структур типа Са,.л E.axF2 ирбДй-гаьаяют интерес i-пь: для р&анитил теории диффузии иниреднщ. примесей б твердом теле, так и для получения совершенных омических контзкгов, защитных слоев в функциональных приборах микроэлектроники, а такте при создании специальных ПДП - структур, необходимых для трехнёр-ньх 1!С, Полученные результаты о контролируемом изменения оптических свойств диэлектрических пяёнок в bjicíbncfe пинной №»п-лантацип и последуйтего отлига являются еуз^стьеняыми для разработки оптических резонаторов и волноводов,• лазеров, зле-ментоа памяти и др.

Тема диссертационной работы входит в план ТашГТУ им. Fe-p.yim в составе тем; Исследование физических свойств атомарной структуры и состава поверхностных и приповерхностных слоев одно-и многокомпонентны* материалов ( 1980-1984 г. г. , ti гос. per. 018S8Cf8£S3 ); Экспериментальное и теоретическое исследование изменения свойств и состава поверхностных слоев твердых тел под действием бомбардировки ионами низких энергий (1985 - 1990г. г. , N гос. per. 01870000389 ); Технология создания материалов с заданными физическими свойствами ( 1991 - 1995 г. г., N гос. per. 019E00153S0 ).

Результаты исследований и разработок примьшшгея в ШО "Исток", ЦНИТИ, ШШ "<5иэ. проблем (г. Москва) и ИЮ "Iotoh" (г.Ташкент), а такяе в учебном процессе при чтении курсов и проведении лабораторных исследований' с применением современных методов корпускулярной -диагностики . вовер.хнссти для студентов

ТшиПУ, специализирующихся в области физической электроники и технологии материалов.

Личный юдад автора. Результаты экспериментальных исследований, включенные в диссертациончу» работу, получены непосредственно автором, а также псд его руководством и личном участии с группой аспирантов и сотрудников. Есе методические вопросы связанные с реализацией íoto- и вторично-эмиссионной спектроскопии решены автором самостоятельно. Теоретическая часть работы выполнена совместно с к.,ф.-м. н. Кухаренко Ю. А. При постановке задачи исследования и обсуждении результатов участвовал проф. Нормурадов И. Т.

AnpoCaipw работы. Основные результаты диссертация докладывались на JÎIX - XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Ташкент, 1984; Киев, 1987; Ленинград, 1990); VII -X Всесоюзных конференциях по взаимодействию атомных частиц с твердым телом (Минск,1984; Москва, 1987, 1989, 1991 и 1993); Всесоюзных конференциях по ионно-лучевой модификации материалов (Черноголовка, 1987; Новосибирск, 1991); Всесоюзных конференциях: по радиационной физике полупроводников и родственных материалов (Ташкент, 1984), по физическим методам исследования поверхности и диагностики материачов вычислительной техники (Кишинев,- 1986), по физике низкотемпературной плазмы'(Ташкент, 1987), по фотоэлектронным явлениям в полупроводниковых приборах (Ташкент, 1989); 1 - Всесохданой конференции "Методы дифракции электронов в исследовании структуры вещества" (Москва, 1991); V - VII. Всесоюзных симпозиумах по вторичной и фотоэлектронной эмиссии (Рязань, 1933 и 1986; Тажент,. 1990); Всесоюзном симпозиуме по взаимодействию атомных частиц с твердым телом (Таи-кент, 1989); Всесоюзном совещании-семинаре по диагностике поверхности ионными пучками (»город, 1985), научно-технических конференциях Ташкентского Государственного технического университета в 1980-1993 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано G?. научные работы, из них 2 монографии. Список основных публикаций из 44 наименований приведен р конце автореферата.

Структура и оОъем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка цитируемой литературы из 21У наименований. Она содержит 293 стр. , в том числе 227 стр. машинописного текста, 98 рисунков и 22 таблицы.

- 11 -

ОШШОК СОДК1:йШ1К VAEOTU

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований, сформулированы цель и задачи работы, показана ее новизна, научная и практическая ценность, приведены основныз положения, выносимые на защиту.

Первая плана является обзорной. В ней дано описание основных представлений о физико-химических свойствах и структуре поверхности материалов и их изменений в процессе нанесения пленок и ионной vu ¡плантации. Анализ литературных' данных показал, что в настоящее время наиболее подробно изучены вторично-эмиссионные свойства иопно-легированны;: образцов. Исследования, посвященные выяснению влияния нпзко^нсргетичесшой шшлантащш на состав, электронную и кристаллическую структуру, a тькке изучению химических ытимодси^гний ато.чоъ в ноьерАкостной области материалов н основном (л,/.ян к«4с>0г1л;пнш«п и во многих случаям 1Л-су гетьосала надежная иигернри-гоши экспериментальных ре-с?ул1 'iai'ui;. Распределение ппотносш заполненных: и свободных состояний ионно-легированных полупроводников, влияние ионно-Лсгированного слоя на параметры решетки и ди^увию инородным примесей, влияние лагерного отдига на состав и свойства поверхности практически не исследовались.

Списаны такай осш>вние >лето;ш исследования поверхности, рассмотрен принцип и возмоллоотп фотоэлектронной спектроскопии. Б эакякчгвии сформулпрованц июди па обзоры н поставлены задачи настоящей работы.

{кг второй глтне рассмотрены тдедоа и методика проведения ьконерпшнтов.

Б работе испольакваны методы: У16С, ЭОС. спектроскопия УОЭ и :;пэ, ВИШ, ДЬЗ, РЗЫ, изие1«ния ?)ыссиг<ннш и оптических параметров, а такье оптическое профилирование. ' Ошибки эксперимента иных исследований рассчитывались методой наименьших квадратов; при многократной записи 'спектров' фото- и вторичных гл£кхрснг.в, они на превышали 1-2 I. Разрешение анализатора оценивалось по полувпр.ине пика J'uS и составляло 0,3 - 0,5 % (для анализаторов с тормозяадш полем) и 0,2 - 0,S t (для анализаторов "цилиндрическое зеркале/')- = .

Основная часть экспериментов <.судитьа.аjj.-.v;ь ь щ-ж/орв.ым солянки в идентичны:; условиях прс.ьодн'.'ь вош.тороннь.о диагностику яовер.хноот)} методами S0O и ВЭП, измерять эмиссионные и некото-

pue оптические параметры ( Е„ и г), в сочетании с технологическими обработками образца (ионная ншшнтзцпя, напыление пленок, термический и лазерный oxwir). Снимались спектры электронов, емигтируемчх с поверхвссги образца как во В1*ю обратную полусферу, так и в узкий телесный угол. При измерениях эксперименты проводились при давлении остаточных в приборе газов Р= 5-107На. Отдельные эксперименты проводились в стандартном спектрометре 1.Л5 - 2000, который позволял одновременно исследовать поверхность материалов метода).«! ЭХ, БЧ1С и ДБЭ. В ходе экспериментов также были использованы оптический профилсметр d. Step - ¿00, растровый электронный микроскоп "Сатеса" и злектроиограф ЭМР -

юг

Приведены методики регистрации сигналов и обработки информации прицеленных методов диагностики поверхности. Описаны оригинальные методы построения диаграммы электронных состояний в энергетических зонах, определения статической диэлектрической проницаемости тонких пленок, а также усовершенствованная методика оценки концентрации примеси, основанная на анализе спектров фото- и вторичных (в тем числе о>.е-) электронов. При построении энергетической диаграммы испсшзованы следующие положения: кривые распределения фотоэлектронов, полученные в области hv=10 t. 20 эВ, приблизительно отражает спектр распределения плотности состояний галантных электронов; значения энергий максимумов, наблюдаемых на спектре УОЭ в области эБ, примерно равны энергетическому расстоянию между максимумами га-полнечннх и свободных состояний электронов в твердом теле.

Кратш описаны методики проведения ионной имплантации, лазерного отжига и температурного прогрева. Источниками ионов активных металлов с лудили гаяевдные соединения и таблетки 15?. тп-гачата барил, хрематн щелочных металлов. Источник ионов О,' представлял собой модифицированный источник типа йинкельигейпя. Лазерный откиг пгоиодч.г.ся с немотою твердотельного (t!d3+) импульсного лазера с длиной ролнн 1,0е» и 0,53 мкм при длительности импульсов на П'"лу высоте 10 ; !30 не.

JVnojnwjjw* ГОЛОДЫ ПОЗВОЛЯЛИ получить ВСеСТСрОНЧТ) информацию о сосзаге, фаэс-вс-й и электронной структуре поверхности, исследуемых образцов и обеспечивали решение загач диссертационной работы

»И третьей гллпз приведены и прсанплнегдоэны экспериментальные резултд-атн исследования: изменения элементного и хими-

ческого состава, параметров гон и положений остовных уровней, распределения плотности электронных состоянии в гонах, фаговой структуры -и »«».атомных (мешлосткостных) расстояний в приповерхностной области кристаллов 51, бе и баАз при имплантации ионов Еа+, иа+, К"*', Па+]! О] с разными энергиями и дозами облучения. Для сопоставления исследованы таете структура и свойства полупроводников с поверхностным слоем активного элемента (бария и кислорода).

Б случае имплантации ионов металлов с сравнительно низкой анергией кзВ) в 51 и 6э с ростом дозы облучения в спект-

ре фотоэлектронов происходят следующие изменения (рис.1): увеличение ширины кривой энергетического распределения, смещение положения основных пиков матрицы (например, пика А)"и исчезновение их при еысоких дозах, появление новых пиит,в (В,С,Е и Д). Одновременно наблюдается уменьшение величины работы выхода ($ - фотоэлектронная, - термоэлектронная) и сродства к электрону эе , сужение запрещенной зоны Е^, изменение расстояние мелду потолком валентной зоны Е„ и ур гнем 1ерми Е^, а также выпрямление загиба зон У3 (таблица 1). Основными причинами этих изменений являлись образование химических соединений между атомами матрицы и легирующего элемента, разупорядоченк.. приповерхностного слоя и возникновение электрически активных центров. При малых дозах (В^ 5-10н ем~2) концентрация внедренных ато»юв в приповерхностной области очень'мала (2-3 ат..г), поэтому изменения электронной структуры поверхности полупроводника связаны, в основном, с нарушениями кристаллической структуры. Последнее приводит к сдвигу пиков плотности состояний, частичному выпрямлению загиба зоны и появлению разрешенных уровней в запрещенной зоне. С ростом дозы облучения плотность донорных уровней, обусловленных меадоузельнкми атомами легирующего элемента быстро увеличивается, что приводит к сдвигу положения уровня Ферми в сторону дна зоны проводимости.. При 0'=;(1 * 2)>1015ем~2, . когда концентрация внедренных ' атомов в приповерхностном слое составляет ~ 8 т 10 ат.%, происходит расщепление донорных уровней и вблизи дна зона проводимости формируется узкая (&Е*0,3 -- 0,4 эВ ) примесная зона (рис.1, пик 0). При этом в спектре фотоэлектронов появляется пики В, С и Е характерные для силицидов (германидов) металла. Химическая связь наиболее вероятно осуществляется путем передачи з - электронов металла в р - и^з состояния полупроводника. Рост дозы облучения до (8 т 10)-10 см"2

кристалла и увеличению концентрации атомов в ней до ЗЯ'40 аг. X. С.я^дсгагелъно, происходит роз{ астачие ютеясиеигстн новых пиков л некоторое смешение их пол-олений, а пики,.характерны? для >.-пг-Г-иик, начинают исчезать.

При болизих догах облуг-ния ионов (0к 2 * 4-10 см 2) концентрация внедренной примеси в «ритсвгрхностноч слое увеличивается до 40 4 ГО а г. X. При »ген р спектре '¡отос-лектронов пс-ягла-*ггсл особенности,характерные для свободных (тоСьточных) ятом:в бзрил. йз^ьйсйаиД 1'ост доги не пряго/шт г. гамехиоиу врмгигни» структуры 5ЕС

1-егул,тпп; НП'С и «ЮС тгззчла, "-'.то в понпо-легпрогуцпом слое волупрггодн;:гл в осисг:-.)! с.'|чзу?л'ся соединения типа №>51, ТЛэЕ1г, и !•'•:Г. '2. Для гчих с.г.сь. м были определены количество заряда ;'!, В' {;дявя^чсто катионом аниону и степень яоиноогл связи I. }.'!п;с опэнено с учггсм величины химического одбигт. ссгоыпго уровня с> Е по ¡куле:

дч =-лЕ-:е ( А(г)/г - с</к), где 1: - величина, Сл~зкая к кет;:)■•? радиусу катиона, К - р-.с-стоянн; пахну катионе«.1 и анионом. /Л,]') - геометрический фактор,

о

- 1п -

учити1-а.чциа оаоеыюети 1.зспр*д~нвш:д глсктрзшюа ппитноетн, ы - постоянная 1.!аделунга. ¡Значения 1 для силицидов и гер-шш-дсв лежали в пределах 26 - £0 %, а г качение ла - (0,7 - 1.1)в.

Отметим, что для полупроводника, легированного в одинаковы/ условии;: конани ¡тяих. мета злой, общий ход КЭР сохраняется. Однако, тонкая структура этих ггияг-: для разных ионов различна, т.е. кй*дый тип ан«лГ'Яеиис га>.'.в (ка , 11д и Со ) но-гьсен/ влияет на пллтьтсть электронн;'X соггодикй понертиости. Результаты 8двюронн&-1«»фоскопич*еккх »'.ель ¿званий пг.каэаяв, что ионное легирование сопровождается гнни увеличен»-.-» атомной платности и нвкотерьм раебухаипси припо^срхнс-стого слоя. Доля пр.ч-тсиых атомов, ст'-ог.бстЕуицих ре.ноуханпк-), не превышала 10 * 15 £ от концентрации сводимых аточг.в, т. е, основная часть легируь-г,=й принеся располагается тэкии гбряеом, что приводит к уплотнению Лршовйрмк-'г.ТНСГС с 1;.-" л.

Таблица 1

Значения основных параметров венной структуры 5;(1П0), легированного нонаьи Ра* с Е0 = 0,5 кэВ разнущ; дозами

Доза ионов Р, см'

2

ШрсИ.Ы - 1 рк, бР; 1 0 1 1 г-ю15 ! 8-10°' 1 6-1Г,'6

1 1 Е. 1 I 4,9 1 4,2 1 2,5 1 2,4

Ф 1 4.7 1 4.!?. 1 3.7 1 2,9 ! 2, 4

1 0,-1 1 0,2 1 0,5 1 1 1 1,2

V. 1 0,3 • 1 0,2 1 0,1 ! 0 1 0

сТ I 4 1 3,8 ! 3,1 1 с.Я 1 2. 1

ЕЭ 1 1, 1 1 1,1 1 3,1 1 0,7 ! 0,7

При ерзвнктсдию высоких энергиях коюп (£ 3 3 кеБ) содержание внедренных ато»св на аоЕ?рунзс?и н нблпзл н<=е при 0>5 4П1Чсм** не преыетет Юг 12 ат. X. П-эгсму в аГ,-.я езучае основные игмгкс'Вкя электронной лгптагры поьгрхностк С5?СГРЗИ-вагтгея сведи* м кряотпзгпчппчгй еггукт-угп. Игсягдвр* ярч-ро;::гг г г.чпряч.'еш:?} вчгк'а зон. сдвигу миксимумсн пчотнос.н заполнение ¡1 евггл.:улройных гпг.тояний, сне!-'/-!'"", полосни урсенч Т-р!--:;.

- IS *

В отличие от легирования нонами металлов, в случае имплантации ионов DJ в 5i и Бе наблюдается резкое увеличение ширины запрещенной зоны приповерхностной области полупроводника. При этом почти 85 i 90 5 'внедренных атомов кислорода вступает в химическую связь с атомами матрицы, что приводит к перераспределении плотности электронов в энергетических зонах и сдвигу остовнцх уровней. Для. 51, легированного исками с £0= 0,5 кэЕ и D = б'101бсм"г, были получены следующие данные: Ф=г9,5 зВ, ф = 5 эВ, = 8,3 эЕ и эе л 1 - .1,2 эВ. Установлено, что такие параметры характерны'именно для окисла 5Ю„(где х = 1 -; 2).

Изменение состава, фазовой и электронной структуры поверхности GaAs при имплантацип ионов активных металлов имело определенное. отличие от таковых для Si и (Зе. При средних дозах Ds'S-lo'^ * 5-1о'5см~г) облучения раз упорядочение приповерхностного слоя кристалла сопровождается образованием соединений' типа Еа + Лз, Ба + Ga * Аз и выделением атомарного Sa. Последнее способствует образовгшию глубоких уровней, лелащнх в средней части запрещенной эоЬы. Следовательно в указанном интервале доз, независимо от энергий и типа легирующих ионов, уровень Ферми располагается на 0,5 эВ. Eime потолка валентной зоны

С далькейашм ростом дозы, при энергиях ионов Еа«0#5*2 кэЕ в приповерхностном слое начинага появляться избыточные атомы бария, которые образуют некую связь со свободными атомами галлия. При D«6-10 см"2 общая концентрация избыточных атомов Ва и Ga на поверхности ' и вблизи нее составляет 80 т 85 ат. 7». Электронные и другие физике-химические свойства поверхности этих кристаллов становятся характерными для металлов. При более высоких энергиях ионсв (Е^аЗ кзБ) происходит существенное (в 2 раза) уменьвение ширины запрещенной зона вследствие полного ра-аупорядочения приповерхностного слоя и некоторого обогащения его атомами Ga , однако, "металлизация" поверхности не наблюдается.

Следует отметить, что. изменение микрорельефа поверхности кристаллов при малых дозах облучения. ( В^10,5см"г ) в основном было обусловлено образованием отдельных кластеров. В случае Si и Ge с ростом, дозы ионов число этих кластеров быстро увеличивается, а их форма и размеры заметно не изменяются. В случае *а ВаАз возрастание числа кластеров сопровождается также увеличением их плищзди. Перекрытие участков кластерных фа? наблюдается, начиная .с D=:101 см"2.

В четвертой главе представлены экспериментальные результаты исследования влияния температурного прогрева и лагерного отжига на состав, электронную и кристаллическую структуру приповерхностных слоев 5» И йаАз, легированных ионами активных элементов. Измерения производились после остывания мшен и до комнатной температуры. Рассмотрены также вопроси алиями ионно-легированвого слоя на диффузию атомов, проникала^ в объем кристалла из контактирующего материала (или среды).

При прогреве ионно-легированных образцов, в зависимости от их температуры обнаруживаются определенные закономерности (длительность прогрева при каждой Т составляла 30 мин.). Эти закономерности рассмотрены на примере 51, легированного ионами Ва+ с Е0= 0,5 и 3 кэВ при дозе С = 6■ 1016 см"2(рис. 2, а и б). Сначала (при Т « 800 К) с увеличением температуры наблюдается некоторый рост доли атомов Ба, входящих в химическую связь с атомами Дяя образца, легированного с Е0=3 кэВ, этот рост в основном обусловлен увеличением концентрации атомов бария в приповерхностной области 51 (рис. 2,а). В интервале 1000 К ионно-легированный слой переходит из аморфной фазы в кристаллическую, представляклщуо собой мелкоячеистые структуры. При этом в оже-спектре пики, характерные для чистого 51 (91 эВ) и дисиля-цида бария (94 аВ), становятся почти незаметными, а интенсивность пика, соответствующего моносилициду бария (95 эВ) резко увеличивается. Т.е. при Т^ 1000 К в приповерхностной области кристалла образуется тонкий ((1 ^ 20 * 25 А) слой силицида типа Ва31 (рис. 2,6). Одновременно происходит исчезновение примесной зоны и существенное изменение распределения плотности электронных состояний. Интенсивная десорбция бария из ионно-легированной области кристалла начинается с Т - 1100 К. При Г=1200 К концентрация Ва уменьшается до 30 5- 35 ат. % и в приповерхностном слое формируется монокристаллический дясилицид бария, с кристаллической структурой аналогичнойоматрице с некоторым различием постоянней реиктки'(ав4= 5,46 А, 'а3а5{ = 5,50 А). Дальнейший прогрев приводит к резкому уменьшению концентрации бария з ионно-легированном слое и при Г ^1400 К состав и структура ионно-легированного образца приближаются к характерной для чистого -кремния.

В случае 5Р, легированного ионами 0£ , монокристаллическая, структура, соответствующая стехиометрическому составу о5-

Рис. 2. диаграмма, фазовых состояний поверхности 51, легированного ионами а) и ламе не пне ¿- ояе-лян ии С б) 51 при прогреве с гемператдай Г, Я: 1 - 600 , 2 - 900, 3 - 1200, 4 - 1400.

разуется при Т * 1200 К. Разложение ее на составляющие с образованием газообразного кислорода начинается с I * 1300 К.

При прогреве бзАз, легированного ионами Еа+ с Е„ = 0,5 кэВ до Т=<800 К на поверхности преимущественно образуются тройные соединения типа Ва - Ба - Аз. При этом ионно-легированный слой переходит из аморфной фазы в кристаллическую с ярко выраженными полупроводниковыми свойствами эВ). Однако, прогрев

вплоть до температуры 900 К не позволяет получить монокристаллическую модификации этого соединения. После такого прогрева концентрация атомов Ва уменьшается до 10+ 12 ат. X.

Отжиг ионно-легированных полупроводников лазерным излучением, как и в случае температурного прогрева, на начальном этапе (при Дж-см"2 для системы Ва - 31, при Дж-см"2 для Еа - СаАз) приводит к росту концентрации внедренных атомов, входящих в химическую связь, кристаллизации ионно-легированного слоя и восстановлению свойств, характерных для полупроводников.

При относительно больших плотностях энергии лазерного излучения (У»1,4 Дж-см2), в отличие от высокотемпературного прогрева, наблюдается почти равномерное . распределение атомов леги-

рующей примеси в приповерхностном слое,и между ионно-легированным и нелегированным слоями матрицы образуется сравнительно резкая граница. Например,при лазерном отжиге Si, легированного ионами Ва+ с Ео=0,5 кэВ, с плотностью энергии V = 1,4 Дж-см~2в приповерхностной области толщиной 25t30 I образуется поликристаллический моносилицид бария, а ширина переходного слоя уменьшается до 12 + 15 А. Отметим, что с помощью лазерного отжига не удалось получить силициды металлов с явно выравненной монокристаллической структурой. По-видимому, при высоких плотностях энергии лазерного облучения изменение состава и структуры ионно -легированного образца определяется не только его нагревом, но и имеющими место нетепловыми процессами.

Приводятся экспериментальные результаты влияния высокодоз-ной имплантации на распределение по глубине атомов, проникающих в приповерхностные слои полупроводниковых материалов из воздуха и контактирующего металла (никеля). Установлено, что ионная имплантация приводит к резкому (до 5 - браз) снижению глубины проникновения инородных примесей в приповерхностные слои образца. При этом наиболее эффективный диффузионный барьер создавался при низких энергиях ионов (Е0 = 0,5-1кэВ). Например, максимальная глубина проникновния атомов Ni в кристалл в случае чистого монокристаллического Si составляет 400 t 500 Ä, в случае Si, легированного иенами Еа+с Е0 = 5 кэВ - 200 * 250 А, оа для образца, легированного с Е0 = 0,5 кзВ, ока равна 50 *■ 60 А. • Глубина диффузии инородных примесей заметно не меняется при прогреве образца до 700 f 900 К.

Эффект образования диффузионного барьера в приповерхностном слое полупроводника под действием ионной имплантации может применяться для получения омических- контактов, и для защиты р - п перехода при выполнении различных технологических операций (вынос на воздух, напыление атомов, откиг и др.).

В пятой главе рассмотрены экспериментальные результаты по исследованию влияния имплантации ионов Ва+, Na*и последующего отжига на элементный состав, химические взаимодействия атомов, кристаллическую и электронную структуру диэлектрических пленок CaF3. Пленки получены методом МЛЭ на поверхности монокристаллов Si в условиях сверхвысокого вакуума.

Установлено, что при низких энергиях ионов (Е0й1 кэВ) только некоторая .часть (15 * 20 ат. %) внедренных атомов вступает в 'химическую связь с атомами матрицы, образуя при этом соединения

- so -

типа Ite - F и Me - Ca - F (где Me - На или Ba). В области энергии ионов Е0= 3 f 5 кэБ доля атомов легирущзго элемента, образующих соединения может увеличиваться до 20 í 25 ат.Х.

Результаты электронно-микроскопических исследований показали, что при имплантации ионов Еа* в CaFz уже при дозе D*4 015 см"2 на поверхности пленки образуются участки размерами 2-3 мкм с сильно нарушенной структурой. С ростом дозы ионов размеры и. число этих нарушенных участков увеличивается и при DwS'-IO^cm2 происходит перекрывание их границ.

Все эти изменения приводят к сложному изменению электронной структуры поверхности пленки CaFa: перераспределению плотности заполненных и свободных электронных состояний, смешению верхне- " го края валентной зоны в область запрещенной зоны и появлению разрешенных уровней вблизи дна зоны проводимости. Последнее ■ приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны и увеличению эффективной величины электронного сродства (таблица 2).

Постимплантационньй прогрев начиная с Т * 800 К способствует увеличению концентрации примесных атомов, вступающих в химическую связь и образованию соединения типа Са^Ба^. При этом концентрация несвязанных атомов Ва уменьшается до нуля. Установлено, что при Г«1000 К происходит полная рекристаллизация ион-но-легированного слоя и вблизи поверхности пленки формируется система близкая к Caa4Ba06F2 , которая имеет кристаллическую структуру, подобную Са^. Период кристаллической решетки этой системы (а = 573 h оказался больше, чем у CaFz(a = 5,46Á). Поэтому, изменяя содержание бария в Ca| XBaxFz можно варьировать величину периода решетки.

В случае лазерного отлита заметное перераспределение атомов в ионно-легированном слое и его кристаллизация происходили начиная с плотности энергии излучения V» 1,5 Джем2. Цри этом наблюдается гомогенизация материала мишени в слое толщиной 30 ^ 40 X, а затем с ростом d концентрация бария резко уменьшается. Цри использование пленок с толщиной с1ы 200 - 250 А лазерный отжиг приводит к заметной диффузии атомов подложки (кремния) в СаF2. Это связано с тем, что энергия квантов лазериого излучения равна 1-1,2 эВ, а иирина запрещенной зоны пленки CaF2 - 9-аВ, т. е. эта пленка с малым количеством дефектов и примесей является. прозрачной для такого излучения. Лазерный луч, проходя сквозь прозрачную пленку попадает в кремний, который сильно поглошзат излучение и нагревается, что ускоряет диффузию атомов

51 к поверхности. В случае иояно-легнроланного образца диффузия атомов 51, стимулированная лагерными лучами, уменьшается, поскольку после ионной имплантации в приповерхностном слое создаются дефекты, сильно поглопрюшие электромагнитное излучение.

Постимплантационный отжиг, начиная с Т*600 К приводил к изменению распределения плотности электронных состояний в.валентной зоне, согласующемуся с изменениями состава и кристаллической структуры поверхности. Шсле прогрева пленок СаЕ,, легированных ионами с разными энергиями опри Т * 1000 Н, в приповерхностной области толщиной 25 г 30 А устанавливается соединение типа Са0<4Вачб^. Эта система обладает широкой запрещенной зоной (Еу » 8 эВ) и малым сродством к электрону (1 эЕ), т.е. является хорошим изолятором. (Таблица 2.).

Таблица 2

Параметры энергетических зон СаРг , легированного ионами Ва+

Парамет-1 нелегирован-ры, зВ !

I ный СаР.

Е„ = 0,5 КзВ

I Е0 = 3 кэВ

.........I

Т = 300 К!Т = 1000 К1Т = 300 К!Т =1000К»

ф 1 10,1 Г 6,2 1 9,2 Г 8,3 9 1

ч> 1 4,2 1 2,5 1 -4 1 3,2 3,8 !

Е 1 9,1 1 4 Г 8,2 1 6,8 8 »

эг 1 1' 1 2,2 1 1 1 1,5 1 1

% 1 5,9 1 3,7 1 5 1 4,9 5,2 1

В работе также исследовано влияние ионной имплантации на основные оптические параметры пленок СаГ2. Предложена методика оценки значений статической диэлектрической проницаемости - В0 тонких пленок (сЗ^ 50-100 X), исключаются влияние подложки на результаты измерения. В процессе ионного облучения значения &„, показателя преломления п и коэффициента отражения г света для пленки СаГ2 существенно увеличиваются( что обгоняется изменением оптической прозрачности этой пленки вследствие частичной "металлизации" приповерхностного слоя. Шстимплантационный. прогрев приводит к обратному уменьшению значений 60, пи г, однако их конечные значения несколько отличаются от характерных для чис-

той пленки CaF2 вплоть до Т * 1100 К

Среди возможных перспективных областей применения ионно-ле-гированных пленок СаРг, можно выделить следующие: диэлектрические слои Са^лЕалГ2 с перестраиваемой структурой могут успешно применяться в создании ПДП - и других структур для объемных ИС; аффект резкого увеличения ( в 2,5 - 3 раза) отражательной способности пленки после высокодоаной ионной имплантации и ее избирательность к частоте света окажется полезным при разработке и создании оптических резонаторов, запоминающих устройств, лазерных источников и волноводов; возможность управления в широких пределах .величиной п является существенной для создания оптических приборов с переменной Ва , а также преобразователей энергии и элементов средств связи.

В шестой главе приводятся результаты расчетов и экспери -ментальные данные о профилях распределения легирующей примеси по глубине образцов Pd и Pd - Ва, имплантированных ионами бария и щелочных металлов; о распределении плотности заполненных и свободных электронных состояний на поверхности ионно-легированных образцов W, to, Pd, Pd-Ba и сверхпроводника Cu0Yz03Ba0, а также результаты исследований влияния конной имплантации на эмиссионные характеристики металлов'и сплавов.

Расчет распределения примесей по глубине образца и коэффициентов распыления атомов матрицы и легирукщэго элемента проводился моделированием на ЗЕМ с использованием алгоритмов, основанных на методе Монте-Карло. Показано, что средний проективный пробег и толщина зоны внедрения ионов в активированном сплаве Pd-Ba несколько (до 20 г 25%) больше, чем в чистом Pd.

Имплантация ионов металлов в Pd и Pd-Ba приводит к перераспределению плотности'энергетических состоянии в зонах и изменению энергии связи остовных электронов , что связано с образованием интерметаллических соединений между атомами матрицы и легирующего элемента. При образовании соединений типа PdBa и Pd2Ba наибольший сдвиг остовных уровней иэ превышает 1 эВ, а величина заряда ¿q переносимого от бария к палладию составляет (0,4 - 0,-5)е.. . •

При ■ прогреве ионно-легированного Pd и Pd-Ba начиная с Т £ 800 К наблюдается некоторое изменение профиля распределения атомов примеси па глубине-образца. Однако, основные особенности Спектра валентных электронов, характерные.для стехиометрического состава Pd-Ез, полностью сохраняются вплоть до T«1000 К.

В случае имплантации активных элементов в тугоплавкие металлы V и Ш заметного измерения положений остовных уровней матрицы нами не наблюдалось. Это, по-видимому, обусловлено, тем, что янтерметаллические соединения между атомами этих металлов и легирующего элемента не образуются. Несмотря на это при высоких дозах облучения происходит заметное изменение распределения плотности электронных состояний облучаемой поверхности. Последнее, вероятно, обусловлено некоторым перераспределением электронов валентной зоны вследствие разупорядочения приповерхностного слоя кристалла и возникновения деформация между атомами примеси и матрицы при образовании твердого раствора.

Показало, что распределение плотности энергетических состояний валентных электронов сверхпроводника типа СиОУгО}БаО при критической температуре (Г = 85 К) существенно отличается от его вида для комнатной температуры. При имплантации ионов Ва и Ка в приповерхностном слое сверхпроводника образуется окись легирующего металла, следовательно электронная структура поверхности становится такой же, как в тонких диэлектрических пленках. Обнаружено, что в процессе низкоэнергетической ионной имплантации (Е0^1 кэВ) эмиссионные свойства СиУ203Ва0 существенно изменяются, однако его сверхпроводящие свойства практически не меняются. Поэтому использование приповерхностных барьеров, создаваемых с помощью имплантации ионов, позволит сохранить сверхпроводящие свойства этих кристаллов при различных технологических воздействиях.

Показано, что в случае холодных катодов ионная имплантация позволяет исключить процесс термической активировки сплавных материалов, а в случае термокатодов - уменьшить рабочую температуру эмиттеров на 300 * 350 градусов. Очевидно, что это приводит к увеличению срока службы катодов и уменьшению размеров катодной части прибора.

Ондамая глава посвявдзна теоретическому рассмотрению воздействия ионной имплантации на характер спектра валентных электронов твердых тел. Ка примере 31, легированного ионами бария, анализировалось в отдельности влияние образования химических связей и разупорядочения приповерхностного слоя на смещение положений характерных пиков и появление новых максимумов ка спектре фотоэлектронов кремния. При этом для описания состояния электронов были использованы матричные функции Грина, а при вы-

числении сдвига пиков плотности состояний использована диаг раммная техника.

При имплантации ионов Еа+ в 31 между атомами этих элементов образуются химические связи, имеющие ионно-ковалентный характер, которые приводят к определенному сдвигу положений пиков плотности состояния валентных электронов. Результаты исследований показали, что данный сдвиг пика д Е можно приближенно описать формулой: |У |г

где Укк - потенциал, учитывающий кулоновское отталкивание электронов в атоме 51, 1/хк.- амплитуда вероятности перехода электрона с атома Еа на атом 51, £к и £к. - энергии, соответствуйте положению лика плотности состояний валентных электронов кремния до и после образования силицида. Величины можно оценить по формуле ,

где ег / й I - энергия кулоновского взаимодействия электронов, . <$а - величина заряда, добавленного на каждый атом при образовании химической свази с атомами Ба, £ - диэлектрическая проницаемость кристалла После интегрирования выражения (2) по объему атома, получим:

у (3)

укк Б-а '

Расчет показывает, что при образовании Еа51 значение Укк составляет 0,7 эВ, что достаточно хорошо согласуется с величиной наблюдаемого в эксперименте сдвига пика (0,7 - 0,8 эВ). Оценка величины Укк< , может быть проведена аналогично/ однако, его значение очень мало. Энергетический сдвиг пика плотности состояний ■ при переходе от Ва312 к ВаЗг определяется по формуле

У^СвабО-Укк(ва5£г) -5Пг] < С«

■где &П1 и б„2 - концентрация добавленного на атом кремния'заряда при образовании Еа5Р и Ва512 соответственно. Поскольку ¿„^1,16 и 0,7 е , то разность потенциалов, или расчетная величина •сдвига пика составляет 0,5 эВ ( дЕэкс^0,3 0,4 эБ) ■ В случае определения энергетического сдвига пика за счет< разупорядочения кристаллической решетьж поверхности, энергию валентных электронов Е^. аморфного 51 можно выразить как:

е'х * ек + -

где Бк - энергия ¡¡.китрспоа в вадаятс-й зон? vikwoio крнгтялл;?-Чтского 3i> Мкк- масссвый оператор, иредстаг.'ничг'.ий собой усредненный элективный комплексный йэгвнгогал, двйогвугщцЛ на электрон со гп срони хагтичвски pnc Полосиных атомов. 13рг^тв«нвпя часть этого потенциала определяет сдвиг кпкенмумн н;тл рост и состояний, а мннимля чвеп - уоиренпе этих пиков.

Проведен»»*? по этим фощллзм опенки Мкк нькагпзв, что при машх концентрациях примеси, т.е. при милых доза;: поогр (0« 10' см"г), потенциал М„к и следовательно, сд?$:г мадгтгумз плотности состояния изменяется почти линейно о концентрацией. При больших концентрациях примеси, соогв^тотт'улччнх переходу к аморфному кремнип, зависимость Нкк от концентрации очень слабая. Расчетное значат* сдвига мчкеямуш iitothocjh соиолннй валентных электронов в случае амортизации 1ьнокриогалличеек'/го кремния составляло ~л,4 зЕ, а в случач ¡.о-поенлицидч кремим 0,2 эВ, что хорошо согласуется с эксперимента."! ними дпнчыми.

Теоретически исследованное явление резкого уменьшения диффузии атомов контакгирукчдего материала (кислород, никель) в Si возле облучения его ионами, объясняется возрастанием ¡инициального барьера для дп#узанга в области >пксимума крияей распределения пот «о.

Осштпме результаты дистертация .могут С*пъ сформулированы следующим образом:

1. Сконструирована и изготовлена экспериментальная установка, в которой реализован комил-м;- игтодов У-ЗЭС, 'ЭОС, С'/О?, СХШ, позК'.чзщзя с<дновр?н>?няо исследовать состав, стр"»-туру и свойства поверхности твердых тел и их изменения при рatличных технологических обработках образцов. Разработаны усовершенствованные методики: построения энергетического спектра плотности электронных состоянии поверхно.сги; с-ценки доли применю: -..томоч входящих в химическую свярь с атомами матрицы: определение величины Статической диэлектрической проницаемости тонких пленок.

?. Установлены основные заксномерноотп изменения ялгчтрсн • яой структуры поверхности исследуемых ктжтаолов яри нмп.;?нта-ции ненов активных элементов (Ез , Ifa , К , Сз и 0 ) и г.иисв»ич уеулпн!»>!ы, приводчик» к*згич изменениям. Определена природа основных: особенностей в спектрах фото- и учругоотратшьге, злект-роноз. Показано, что образование хяютдесюи связей при водит к

- ге -

перераспределении пйоткости зяектрсодш состояний в валентной зеле и зоне ¡(г^аодшюста, к сдвигу положений остовных уровней, выпрямлению гсипСа зсин, а разупс.рйДоч&ииз пршюверхксдтного слоя кристаллов и пйньлен:;- йдакгричтеки ыаквных центров окь-выяает наибольшее влияние на хЕдаг.терпитигси запрете m ¡г и зоны (появление новых разреженны;: уровней, суазикв зоны и др.). Ши-6сл».Ш!Й сдвиг иашшушв плотности состоят:;! валентных электронов при сбразсваыи силицидов бнрил составлял 0,6 т 0,8 s В, а в случае разуплрддоченпя кристйг.й.:ч&;кой газетки - 0,3 0,4 зВ, что удовлетворительно согласуется с результата):;) збс-ретических расчетов.

3. Определены профили распределения принеси по глубине и типы образукллпея соединений в шнио-легировякних материалах, Показано, что в процессе и::::н:.й тшзнгацви юлъко определенная часть атошв введенной tipiiriecit входит в шмчгскуы енлзь с атомами матрица Har;pi;;;e?, st-л д.^йл для Si, онаученного ионами Еа сосхшлдла 65 i 70 ?., s длл CaF2- If. 20 "ï. JriiCfчитаны степгнь »«••вности связи 1 и величина кйг&нс-сим'.'-го гарлда лц в этих сс-е-дг.н-гнкях. Два силицидов металлов еначелшл I и лц ле>.ат, ь пределах 0,25 ; 0,3 и (0,7+ .1,1 )е, еостгетственно.

4. Обнарулгно, что в процессе юккой ишлан'шци f«»упорядочение приповерхностного елок кристаллов ссприолдается н*ко-top'aií уменьшением усредненного мваптмшого расстояния. Шкйга-ио, что ври иаяш сГ,.лучения (Dslô'5i,tfî) игкенение микрорельефа пс-вер-лссти, ссновну,;, обусловлено об|аговзнивм отдельных кластеров. Л-рекгыи:? участков кластерных фаз наблюдается, качинэл с DœlD^CM"2. При сравнительно низких гвьрпшх и высоких дсза;с ионов (F «3 кзБ> га''¡сдается некоторое риг-Пуха-ние.

5. ПЗкаэако, тао в результате выес-кодогвэй п ¡плантации конов активных ш галлов ь приповерхностной оСл&',ги кристаллов согдаетпя ди.Иу?;к.Ш!Ый Caj.tep, -пр^пятствущий проникновению инородны;1, примесей в обк-i, кристалла, ГлуСпкл j'H-сводных ' пГм;:.Рсе« умойi-uwл^я р! 10 и бол-.;-i p:i5, т сохраняетм ьпдл'ь до Г - 700 К.'

6. Про? еде я орэьчительи'-лД ен-.л;г. влиянии температурного прогрева и ладерчого отлига на сгсгаз и структуру понеркносги ионно- легиров?:!Ь'ых кр.илталялв. Устг;дог?но, что cfa вида отлигз с&оссСетругт увеличен;-1? концентрации пргакскыс дтглкр, вуодхжа в хякйгпску»? связь я y'fôstRsaBK д^ф-ггдностп реш-лкч. При л^зер-

нем стж» с Г'?;г«л?л«?ннрИ плотное! т энергии, а&щугвая лги-месь относительно рлрнссер;;;) распределяется я припог.-рхностно« слое, г.ирипа пере\сдч\ч о сл'Я резко суч>-гея, а прд прогрет«.: с допустимо температурой кишьшрзга» примеси о роггоы

глубикн юнегсянэ уыенилется -л граница меяву иенно-ле-

гироряикей л яех<?г!фгвпип'-й о^дпетпиа >«гппм сгватарзеж:*. 06-.чарулено, что в случче тонки::: пленок Сер, (^¿С-СО - 350 2), лазерный отжлг приводит к дк-йугчш атетоз чодлсахи (грешна) через пленку к погерхгости. ip.-4.icл яуп.'г.чтгщии кл-щемтрация кремния, дк'К'ундирун'.^го к попе;"ги о; л-сгпенп:. (в 5 •■ 6 раз) уненькг.етел, чг? е-ьчечечо ;-:.;?!ап~ни>-»1 платности лазерного иялученил, п>ч:л:лз1, я сСрягсгттгМ л^Мугиовиого Сартра б^лкри итес-рхкссг:: п-и-ики.

?. р процессе етча« а и'чч).-.-леггролчкик: образ-

цов 31, В-?, Ог'.:; и кх пр^пов^-рхн' стпк-- слои крп." телл\*?уи'ся в ту ре в? л:? и с той гг тнтацчей, члл и !тр1!."=!. Яри этом постояннее ре-летчп 0 ллночгчогчл::; ч си.нч'н;-,!-р и гергт.ичдов металлов, а 1г'''лэ сседнлечнй типа ."п-Г-ч-/!•-., 1%1-Рд-Г окчг.&яись на 2-3 X Солк::е, чек 'У адт{вин. Кег; лег^л.ччзация лочно-л-н про-. ванчего сл'~л сопровождается с}тц>сггчтм кн«-тте-н ияг».-»»?"^* его энергетических геи.

. 8. П.чс.га.чо, что при ценней имчтнгг-ч.ч;;! ечлчгчче статической ди?л-:К!рнч-екг.'й проницаемости иле^'л;'. Сс,'"-, угеличирл'-тся почти в I,1} а кс?ЭДицент отрп.генчч - прл^рчо в 3 рпла.. 1К.5-? И*кт частичной "ме] пялизпцнрй" «попер'лЬ'сстносо с:л'я.

Исн;;г.п цмплт.п-и-до пс ту:р '-"одникоп и с-пх

члени: пегвс'ляет получит* в причсг^кстпон оСл-илп к; нспллор зпчзикь? глол. с;гчес:ч:> кснт?кги и кксгско:гглгечтик? ст; • ктурм с переменней коицецхртглй дктврри о олем-нгл. В случг.--» металлов » с/п-иов уг°личею|* плотное;п ?.*о;т£стл со.лолн;;^ иГлкги урлечл Iер'.'ч, сднчг к-иавмушв рдоп7**кт грт'лсочоэ к и-рхвсиу у р-лр герч, а у лире ни? ралеи'тче^ кч 1-1,5 зР после

ионной счюссботвует су;'?'ОТ!:-?цчм'/ ур^лпч-чпп их

сп^соСпссгн. В ч"1стноотп,зг.т;ч:'. гь т^;'гх-ч'.:-!:!!-..иного 1с«п в 105р-13. Пере'П1.;л>лч1че мл у г 1>лъ успел

не п"лол1 ¡;рл розг-ч''.;!;» тг-;-'о- и СР'! глт^д-'*» я тпкж?

|}';.чгг.цп;.ччмгичк п прпоср^г ¡'¡¡кг

_ Of. -

(. LJ

ЙШМШЖ СЩКРИАНЖ ДИСШТАЦИИ ОТРАШЮ й (ЖД'ЛЦЙХ 0/1УП711Ш0ЬАШШХ РАГОГАХ

1. Шрыурадов 11 Т., Умирзаков Б. Е. Энергетически« спектры поверхности твердых тел,, имплантированных ионами ниаких энергий. Гашкент. )1зд. "Зон". 1989. 158 С.

2. Иорыурьдов Pi Т., Умирзаков Б. Е. , Кухаренко Ю А. , Пугачева Т. С. Зкслс-ркигнталышв и теоретические исследования электронной от руктуры поверхности ионно-ишаантировааных систем. Ден. УйКЛПНП!, 27.04.90. II "1224. 1390. '284 С.

3. Ушрбаков Б. Е., Нормурадсв МЛ., Касимов А. X Изучение вторично-эмиссионных свойств ионно-легированных материалов методом антонатичеекой записи / Пав. АН УэССР, сер. фиа.-мат. наук. lf.Su, К 4. С. 6.1-66. -

4. Шрмурадоь 3/L Т. , Умиреаков В. £. Съе-спектры кремния и молибдена, легированного ионной бомбардировкой, Депонировано в ВИШИ. 1981, )! регистрации F-3077. 5 С.

Б. Нормурадов Ы. Т., Ушрзаксв Е. Е. Низко-энергетическая вторично-эмиссионная спектроскопия молибдена, легированного ионной бомбардировкой // Поверхность. 198". .И 3. С. 103-107.

6. Норыурадов Ы Т. , Умирзаков В. I. , Каснмо» А. X. Изучение спектров характеристической потери анергии электронов металлов, легированных ионами бария /7 Радиотехника и электроника. Изд. "Наука". 1982, М 6. С. .1237-1239.

7. Нсрмурадов 1.1 Т., Умярэаков Б. Е.,' РыоСаев А. С. Низкоэнергетическая вторично-эмиссионная спектроскопия ионно-легированных материалов // Поверхность. 1984. С. 33-44.

8. Нормур.адов М. Т. , Умирзаков Е.Е., Еунагаров Д. Б. ,.Д*ура-кулов X. Д. Влияние температурного прогрева и электронной бомбардировки на вторичную электронную эмиссию металлов и сплавов // Сб. науч. трудов ТашПЛ Ташкент. 1S84, С. 33-46.

9. Нормурадоа it Т., Сергеев Г. К , Длуракулов X. Д. , Умирзаков Б. "Е. Вторично-электронная и ионко-злектронная эмиссия, ион-но-легированных образцов Mo, <у Pd и сплава FdBa /V Электронная техника, сер. электроника СВЧ. 1985. N 1. С. 49-54. .

10. Кормурадов 1,1 Т., Умярэаков Б. Е., Бунаэаров Д. Б, , Ша-турсунов 111.111. , Ташатов А. К Основные эмиссионные свойства неравновесных поверхностных слоев, созданных ионной имплантацией // Изв. АН СССР, сер. физическая. 1985. Т. 49, КЗ. С. 1770-1774.

11. Нормурздов ИТ., Умирзаков Б. Е. , Гончарева И. Ю. , Кулешов В. Ф., Кухаренко К). А. Пороговые особенности коэффициента уп-

ругого отраженна недлрнных электронов от ловорхноети кр^мниз и эрсенидч галлия, легированных ионной бомбардировкой // Поверхность. 1986. С. 48-59.

12. Нормурадов М. Т. , Упирааков Б. Е. . Унзроз Э. Изучение tiopepxHocTiiwx свойств молибдена и кремнил, легированиях ионной Ромбарднроркой /V Сб. науч. трудов ТашГОГ. 19еб. С. 28-33. *

13. Нсриурадоп М. Т. , Сергеев Г. И., 5мир?аков Е Е. , Булзаа-рор Д. F. , Унпров 3. , Миргаея Д. А. Влияние остаточного гага в приборе и бомбардировки ионами азота на вгсрично-эмиеспсннне свойства Fd-Ba // Электронная техника, сер. электроника ОВЧ. 1997, !J 1. С. 40-45.

1 4. Нормурадов М. Т. , Сергеев Г. И. , Унэров Э. , Буназаров Д. Б. Умиргакоя Б. Е. Влияние имплантации ионов Сария и кислорода на эмиссионные свойства V, Pd и сплавов Ft.-Fa, P-ti-Ба //'Электронная техника, сер. электроника СЕЧ. 1983, U 2. С. 43-47.

15. Нормурадов М. Т. , Умпрглков Б. Е. , Ташагоп Д. К. Исследование электронной структуры поверхности кремния, легированного ионами кислорода // Поверхность. 1988, 1) 4. С. 73-78.

16. Умирэаков Б. Е. , Унаров Э. , Тпшатов А. К. Исследование поверхностных свойств материалов, легированных нонами различных газов // С'6. науч. трудов ТаиПН. Ташкент. 1988. С. 20-24.

17. Танитов А. К. , Умирааков В. Е. , Нормурадов )■!. I, Количественное изменение элементного состава поверхности сплааа Felpa при нагреве в ссерхриоокем вакууме1 ■//радиотехника и электроника. 1989, 11 4. Т. 34. С. 885-887.

13. Унарен Э. , Нормурадов )1. Т. , Уиирзаксв RE. Изменение состава и структуры поверхности PiJ и Pd-Ca при бомбардировке ночами Ва // Поверхность. 1990. )) 0. С. 95-100.

19. Умпрзпков Б. Е. , Мпрзаев Д. L , Нормурадов 1-1 Т. Спектроскопия вторичных л фотоэлектронов для Pd и Fd-Ea, имплантированных ионами Ба // Поверхность. 1991, N9. С. ЙИ'-ЗЯ.

20. Умирэаков Б. Е., Сергеев Г. И. , lfop¡,градов М, Т. Кчсы-меч А. X. Влияние ионной имплантации на термо- и фотоэмиосион.чк'3 свойства V я сплава Pd-Ba //Электрсянач техника, сер. электроника CPTL 1991. IJ 10. С. 2S-31.

21. Умирзпкри Б. Е. , Нормурадов ''.Т., Мнрзаев Д. А. , "алта-ев DLX Электронное строение Si и С,-¡Г, , лелтровэншй ионами активных, длем^тов // Игв.АН СССР, сер. фпз. 1991. 1.55. II 12.

С. 7,331-2325

22. Умиррякгв Б. Е. , Нормурадов ИТ., ГоССимов 2 , Taina-

тоь А. К. Ьвмшн лазерного обаучснал я температурного прогрева на профили распре де-лотны нрпшснш атомов ионно-легированных образцов Si и Ca f^ // Ноьерхнисть. 1992, H 2. С. 47-63.

23. Умарьаш» В. Е. , ШрайсИ Д. А. , Нормур.адов IX Т. Cö наш* ншши параметров аиергетических вон вблизи поверхности Si при штлаитвцйп ионов Ва /,' Поверхности. 1902, II 3. С. 67-32.

24. Ганшин А. К., ¿птукоь A.A., Умирваков P.E., Нор; ¡ура-до в U Т. Исследование- гдуминш профилей раепрс-деп=шм примесей в кремнии, легированном ионами активных металлов // Увбекскпй фиг.' ¡куриал. 1902, Ii х. 0. SO-53.

25. Ыирзаев Д. Л. , Умкргашв С. Е. , Короурадов & Т. Исследование поверхностных свойств понно-легироваинпх слоев Si, методом улмра^нотютоьой фотоэлектронной спектроскопии // Узбекский физ. хурнан. Ш2, 1)2. С. 25-28.

£6. УмнраакиЕ! Б К. , Нормур.адов М. Т. , Fsißiiwcb 3. А. Измеь*-u.io а л-.-кт ровной структуры поверхности Si в результате ионной шшлантацшк //' 1!еь. АН России. 1932. II 7. С. 40-53.

27. Умпрааков £. К. Исследование Л(ю4>иы1 распределения атомов контактпруь.цего материала по глубине чистого и ионио-легнрованного кре-мнил // Поверхность. 19S2. ]1 б. С. 119-123.

23. Нормурадоь Ы Т. , Ушрааков' Б. Е. , Радабба^Б V. Р. Вторично-электронная сыектросьоппя поверхности тверды:-: тел (учебное пособие ¡¡а узбекском языке). Тмк-нт, тяп. "Констриктор". 1933. бб С.

29. 11>рмург»дов ¡¿Т., Умари&кйИ Е, £. , га;баев A.C. Отралешь BJScKTi^Hiiu от поьср;:нсоти GaAs, легированного ионами бария // Tea. док«. Ьоесоьз. симп. ю &ЗЭ и ЬЭЗ. Рпванв. 1383. С. 78-60.

30. Нормурадоь М. Т. , Умпргькоь Б. Е. , Рысбаев А. 0. Ьлиянне изохронного отллга на поверхностные сопоянкя панно-легированных материалов .// Тез. доки. Ь-.^сойчс кон£. по Радиационной фп-вике похупров-/дишм..ь и рнодственнгк мать-риалов. Ташкент. 1984 С. 146-М 7.

31. Нормурндов ¡1 *Г., Умирэаксь Е. Е. , Рис бас и А. С. Исследование фльпко-химических свойств'олосЬ, созданных в кремнии путем ионной имплантации •'/ i.laiep. VII Еоесоюз. конференции по взаимодействии атомных частиц о твердым телом. Минск. 1984. С. 146-1ЙГ)

£2. .Нормурадоа ИТ., Уиоруаков В. Е. , FacoaeB A.C. Исследование - структуры и состава поверхности ц««, подвергнутой ионной шшлэнтацш! if Tt-a. докл. Р^еоо.н^но-й ков}. "йпвнческш

нетодм исследования поверхности и диагностики материалов и ад,?-центом вычислительной техники". - Юнгинев. 1986. С. 163

33. РЬрмурадол М. Т. , "мирзаког Б. F. . ГнСЗалв А. С' 0 причинах изменения энергии плчзмешшч колебаний электронов твердого тела при ионном сСлуч»н;щ // Тез. д'Ч'.п. у III Рсесоюз. коиф. но физике низкотемпературной плазмы.) Тп1го»нт. 1987. С. <19-2?0.

34. Умирзчкоп Е. Е. , FwCaeB А. С., Кирзэеп Д. Д. Структурные ррорраакння наблюдаемое в ¡{¡емапй при имплантации исвдсв низких энергий // Тез. докл. Есесогэ конф. "Полно-лучррая »г>д«фикация материалов".' Черноголовка. 1967. С. 119.

55. Нормурадов Н. Т. , Умтрэаков Б. Г.. , Уваров Э. Исследование скиеиих пленок, сформированных на поверхности кремния путем имплантации ионов кислорода // Матер. У111 Всесскз. кинф. "Еаяи-модействне атомных частиц с твердым тедгм". М.: 1987. 0. 270-272.

36. Нормурадов 11 Т. , Умирзэкг.п Б. Е. , Касымс-в А. X Диагностика поверхности илш;о-легиров;ччных катериэлов методами вторичной электронной спектроскопии // Тез. докл. XX В:есегр. конф. по эмиссионной электроники. Киев. 1957. Т. 2. С. 76.

37. Нормурадов М. Т. , Умкрээют Е- Е. , Рнсбаев Д. С. Изменение электронной структуры поверхности Si при имплантации ионов Ва*и 0|// Тез. докл. Есесоюз. симп. "Р^эидадействи» этемннх частиц с поверхностью твердого тела". Тяяючгг. 1389. С. 109.

38. "млргаков Б. Е., Уяаров Э. , Нириурадов М. Т., Катов А. X. 'Эмиссшинн? свойства и электронная структура поверхности V, FJ

I! P'j-Fa легированных пенями бария. // Мат. IX Всесбкв. кочф. "РзашодейстЕие атомних частиц с твердым телом". Москва. 1989. Т. 2. С. 159-151.

33. Умирзаков Е. Е. Прибор для комплексного исследования поверхности ионио-имплактированяш: образцов // Тез. докл. УП Рсесоюз. сичп. по ЕЗ, 43 эмиссии и спектроскопии твердого тела. Ташкент. 1990. С. 134-135.

40, Умиргаков Б. Е. ., Нормурадов 1,1 Т. , Мчрзаев Д. А. , лалтэ -ев 11 £ Электронные строения Si и ' CaF^ , легированных ионами а!:тигЧ),'х элементов // Тез. докл. Ш. fcecom?. конф. по змиссисн-ной з.леклрончкя, Ленинград. 1990. Т. 2. С. 104.

41. Умирракс-в Б. Е., Хашатов Д. К., "ялга>-в Ш. л. Лрьрнряп» состава и структуру поверхности кремния при ионной имплантации и даэдяем от.*иг* // III Есессгэ. конФ. "З-Ьнно-лучевая модификация полупроводников и других изт*рпл£ов микроэлектроники". Новосибирск. 1991. С. 70.

42. Умирэаков Б. Е., Шрзаев Д. А. , Кдечковская' Е. В. Изучение структуры и свойств тонкой пльнки силицида бария, созданного ионной имплантацией // Tea. докл. I Ьесога. конф. "Штоды дифракции злектроноь в исследовании структуры вещества". Шск-ва. 1991. С. 87.

43. Ушрааков Б. Е. , Алтухов к. А. , Ташатов А. К., Раббиюв Э. Температурный прогрев и лазерный отжиг ионно-легированны/ образцов Si и CôFg U Ыат. X Еоесоюз. конф. "Еэышдейетвие коноь с поверхностью". Ы. 1991. Т. 3. 0. 113-114.

44. Ушрааков Е.Е., Нормурадов il Т., Мирзаев Д. А. Влияние послеимллантамионного отлига на фазовые состояния ионно-легированных крпсталаоЕ // Шт. XI конф. • Взаимодействие ионов с поверхностью. M 1993, Т. 3, 185 с.

ЛИЧИН!) 1ШАД АКТОРА II ООШЕСПШЕ 11УШ1ШЦШ

• В монографии / 3 / автором диссертации написаны главы 2-4 и 7, а в монографии / 2 / - 2, 4 и 5. В научных статьях опубликованных соавторстве, вклад автора диссертации был определяющем: им разработана основная методика анализа экспериментальных данных, все результаты экспериментов получены лично, либо при его участки. Автор активно участвовал при обсуждении полученных результатов.

ИОНЛАР ШШАНТДШТЖИ ЁРДАШША лрСЯЛ ЩНЯГАК КУП КОМПОНЕНТЛЛ СИСТЕМАДЛРНИНГ ГОД ЩЮМИ ^ОЛАТЯШ ЭЛЕКТРОН СПЕКТРОСКОПИЯ УСУЛЛАРМ БИЛЛИ УРГАНЙШ ЕЛ ТЛУуЛИЛ !>ИШ!

Умирзачов Еолтаху.жа Ерматович (клекоча мазмунч)

Кнчик энергияли иснлар пмплантацияси физик хоссаларини бос Наршз мумкин болтан янги юпца ^атлашш структураларни олив им-коники берзди. Каттн^ жисм «засини ионлар билан нурлантирилгал-да pyñ берадиган ^сдисалар амалпй ва назарий лщатдая етарлп дэражада тад^и^ чилинган булсадз, уларнинг ¿[изикавий ва кимевий жараёнларишшг механизмлари ^озиргача тулт; аннчланмаг-ан. Бу-ларга биринчи навбатда янги (^аааларнинг ^осил булиш мехапизмла-рп, электрон хоссалари ва атом струкгуралзрпнинг узгарм сабаб-лари киради.

Бу ишда фото-электрон, икталамчи эмиссиои ва иккилакчи ион пасс-спектроскопия зри/да тезлажтирилган злектронлар дифрзкциясв ва растрли электрондар микроскопияси усулларидан ¿юйдзляшыган у,олдз кичик энергияга ara булгаи ион дар имплаятаииясининг ^ар хил таСиатли материаллар таасининг энергетик з$олатига, таркиби-га Еа тузилииига тагсиря J(ap томен пака атрофлича ургаиилди.

Диссертациядаги энг музрш лахндэлар куйидагилардан иборат:

1. Иоплзр билан имплантация кгнлмган ^амда имплйнтаитадан сунг термик 8iat импульелп-лазер йрдамтда кило в Оерилган ярим уткаэгичлэр (Si, \ Ge, GaAs), диэлектрик плеякалар (Са^ ), утка-зувчан (W, Pd, Мо, Pd-Вэ) ва утд уткаяувчан (СиОУг 03 ВаО) материаллар юза ^исмининг г,атламларида электрон сат^лариинг таксим-лания зичлигининг спектрн тугрисида тс мо клана матлумоглар олияди. Кузатилган узгаришларшшг асосий механигмлари алшраяди т улар назарий тздг,;т :;ил1шди. Кумладан, янги бирию;аларнинг х.оспл булиши ва актив электрон марказларнлнг ву.*.удга колики ва-лент злектрс-нларшшг спег.трларида ¡¡уенычз дунглнклар пайдо бу-лиашга, кристалл лэнжэранииг тартибсизламнки (era найла крис-таллаииии) зса, матршага тегишлн булгаи дунгликлзгкичг сурили-ши ва юакллартшнг узгарииига олиб келпги ашн^ланди.

2. Имплантация чилингрн атомларигнг цаяча кисмя гниёгпй би-pjyo.ta ^геял пилигся »я г.осил булгаи кг.хеанй Согтамисвииг табиати ургазлилли. Еу бог ланий актив металл иоилари бплш логирлэяган Si ra G» кристалзяргдп гон-готсгенглр тзрактергз ara С'улизп га

- 3'1 -

ионли богланиш даражаси 25-30 фоиэни ташкил этиши анщланди. Еу характеристикалар нафа^ат ионларнинг ва мат&риалларшшг тур-ларига, Салки нурлантиркш энергиясига ва унинг миедорларига х,ам бо?лш{лиги кузатилди.

3. Имплантация ^шшган материалларни ¡>издирганда кимевий богланишга кирадиган атомлар улушининг ошиин, тартибсиэланган ^атланда эса квазиэлмтаксиал 1$айта кристаллами руй бериши ани^ланди. Ион Силан легирланган 51, бе, баДз ва СаРг ларни издери ^ароратда фгадирилганда уларнинг юа к^исми цатламининг крис-тадланиши матрица панжарасига ва кристаллографии йуналишига мое келади, лекин атомлар уртасидаги масофа матрнцаникидан фарк ки-лади. Панаара доимпйси мзнотон узгарадиган 51тВа„ ва Са,.х Ба^ монокристалл ^атламларини олиш мумкнн булган ионлар Силан нур-лантириы ва циздмришнинг оятямал ремши ашнрланди.

4. Ярим уткаэгичларга ва диэлектрик ^атламларга ионларни имплантация ^илиш йули Силан крясталларнинг юза ^исмида рмоя Чатламк здесил ^лиш, омик контактлар ва актив алементнинг узга-рувчан концентрацияли куп компонентли структураларини олиш ии-конияти борлиги курсатилди. Барий иоНлзрл: Силан металларни, цо-тишмаларни ва ута утказувчан материалларни имплантация нилин-ганда уларнинг термо- ва фотоэниссиои характеристикалари сези-ларли даралада яхшиланшш куаатилди. Чайд ^илинган аффектлар ута идери частотали катодлар, микро- ва оптоэлектрониканинг функционал элементлари ^амда цурилмаларини яратиида мува#а}р1-ятли чудланилишн мумкин.

- Г<5 -

Electron - Spectroscopy Research and Analise of Surface State of Malti-Component Systems Created by ion Implantation

Upiirsakov В. E. i

Summary

Lew-energy ion implantation allowes to got the millti-component and thin film structures vith пет» properties being controlled. !n spite of significant progress' of theoretical and experimental researches the mechanisms of physical and chewica) processes occuring on solid-state surface are not quiet clear. First of all these are mechanisms of new phase formation , nature of the electron properties and atom structure changes.

Systematic researches of low energetic ¡on implantation influence on the energetic structure, phase composition and atomic structure different nature material surface were conducted In this work. A number of теthods of photoelectron-, secondary electron emission, secondary ion mass spectroscopy , high energy electron diffraction and scanning electron spectroscopy vere us»d for the purpose of this researches.

The most important results of the • thesis are follew'ng :

1. Detail infornvati en about spocti urns of distribution of electron states density was received in near- - surface layer of semiconductors ( Si, Ge, GaAs ) , dielectric films ( Gaf^), conduct ( Мэ, Pd', V, PaBa ) and superccnduct'( Cu0Y203Ba0 ) mterials after ion Implantation arid following pulse laser annealing. The Ьаз1с mechanisms are revealed and theoretical explanation of observing changes are given.

The fci nation of new compound and electric active centres leads to the appearing of additional spikes in the spectrum of valeric" electrons but, lattice disordering (or crystallisation) causes the change of shape of matrix spikes.

2. The part of (.loped irpurify entering into chemical bond 41 th ifvitrix atoms and the nature of this connection is determined. In particular, thQ bond was of lonic-oovalent nature in rcc-f of Si o.nd Ge haveirig doped by reactivo lretsl ions and

- 3i5 -

the degree of ionicity of bond way within 95-302. it. is shown that these characteristics depend not only or sort of ion and matrix bat of iori energy and i ad 1 at ion dose.

3. PosUmplaMt.at.ion annealing leads to the increasing of atom part entering into chemical bond and to disorded layer recrystallization with the formation of quasiepitaxial film. It viiis determined that near-surface layers of the ion imolanted Si.-Ge, GaAs and CaF2 samples are crlstallized in the process of high temperature warm-up with the same lattice and with the same orientation as matrix, but with different interatomic distances.

Optimal conditions of ion radiation and annealing are determined. It is allowed to get mor.ocrysUll io films such as SiJ3aftand with monotone changing lattice constant.

4. Ion implantation of semiconductors and dielectric films nakes it possible to produce in near-surface region shielding layers, ohmic contacts and multi-component structures with varying concentration of the active element. The thermal and photoelectronic characteristics of metals, alloys and super-conduct materials are impoved .sigmf icaotly under Ba ions implantation. These effects, nay be used successfully in developing of microwave f'requebcy cathodes as well as functional elements and * instruments of micro- and optoelectronic.

И-'. Подписано к г.ечаги 3 .и. 93 г. Формат бумаги 60Х&4'/и

Бумага писчая. Печать офсетная. Обьем / п. л. Тираж (00 экз. Заказ № £

Отпечатано в типографии ТАСЛ Ташкент, ул, Я- Коласа, 16-