Формирование слоев n-типа проводимости при радиационно-термических обработках кристаллов p-Cd x Hq1-x Te тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

российская академия наук

сибирское отделение институт физики полупроводников

Р Г Б ОД

На правах рукописи УДК 621.315.592

Талипов Нияз Хатимович

ФОРМИРОВАНИЕ СЛОЕВ п-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ ПРИ РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКИХ ОБРАБОТКАХ КРИСТАЛЛОВ р-СсЗ Нд То

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск 1994г.

Работа выполнена в Институте физики полупроводников Сибирского отделении 1'оееийекой академии наук, ('.Новосибирск.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор JI.C!. Смирнов.

Официальные онноненты: доктор физико-математических наук, профессор A.B. Войцеховский, кандидат физико-математических наук (!.А. Студеникин,

Ведущая организация - НПО "Орион", г, Москва.

•он "ticüijotf

Защита диссертации состоится ' "Ол иг У! 1994 г. в '^ часов на заседании специализированного совета К 003.05.01 но присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Институте физики полупроводников 00 РАН (630090, 1-. Новосибирок-ЭД, проспект академика Лаврентьева, 13)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФП СО РАН.

Автореферат разослан

"¿3 "СУМ Я ¡¡>Я 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор физико-матемарцццзких

наук, профессор ( у ' A.B. Двуреченский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Узкозонные полупроводниковые твердые растворы (KPT) в настоящее время являются основным

материалом для создания инфракрасных фотодетекторов. Наиболее широко применяются кристаллы КРТ с 1=0,20-0,25 для изготовления приемников ИК-иал учения на диапазон 8-14 мкм.

Актульной проблемой является создание на материале р-типа многоэлементных фотоприемников с высокой степенью интеграции, что возможно только с помощью радиационно-термических методов, позволяющих контролируемо управлять глубиной залегания ГЪР перехода, однородностью и уровнем легирования полупроводника в локальных областях поверхности. Формирование fbp переходов на Р-КРТ данными методами, в частности, при ионной имплантации, возможно как за счет введения радиационных дефектов донорного типа, так и в процессе отжига, который активирует внедренную донорную примесь. Нахождение условий имплантации и отжига, контролируемо выводящих П-р переход на оптимальную глубину за область радиационных нарушений, которые приводят к быстрой деградации приборов, остается на сегодняшний день одной из главных проблем при использовании метода ионной имплантации.

В настоящее время накоплен определенный материал о поведении радиационных дефектов и примесей в ионно-имплантированных кристаллах КРТ, однако с целью выявления закономерностей и особенностей формирования слоев П-типа проводимости необходимы более детальные исследования физических процессов, протекающих при введении электрически активных и структурных дефектов, связи пространственного распределения носителей заряда и радиационных нарушений в ионно-имплантированных слоях в зависимости от дозы, энергии и массы ионов, температуры облучения. Открытыми остаются вопросы кинетики отжига и миграции радиационных дефектов донорного типа, а также не решена проблема низкотемпературной активации атомов бора, имплантация которых наиболее широко применяется в настоящее время. Актуальной остается проблема определения однородности электрофизических свойств материала, а также параметров основных и неосновных носителей заряда в Р-КРТ ввиду большого различия их подвижностей, что обуславливает сильную зависимость кинетических коэффициентов от магнитного поля.

Целью работы являлось исследование процессов формирования конвертированных слоев на кристаллах p-CdxHji-xTe при введении радиационных дефектов и активации имплантированного бора, а также разработка радиационно-термических способов формирования (1+/п~/р структур и развитие методов определения электрофизических параметров исходного материала и слоев П-типа проводимости.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- проведено комплексное исследование процессов формирования слоев IV-типа проводимости на р-КРТ при ионной имплантации, обнаружено двухступенчатое пространственное распределение электрически активных донорных дефектов при внедрении легких ионов и одноступенчатое - при бомбардировке тяжелыми ионами;

- предложен механизм формирования П -слоя за счет образования сложных комплексов дефектов в области внедрения ионов и дальнейшего их распада по мере накопления и - П -слоя за счет миграции в объем кристалла подвижных дефектов донорного типа, незахваченных на стоки;

- обнаружены эффекты генерирования и блокирования диффузии радиационных дефектов донорного типа структурными нарушениями, создаваемыми при ионной бомбардировке, что приводит как к снижению глубин залегания П - и П -слоев, так и к спаду слоевой концентрации электронов при больших дозах внедряемых ионов;

- экспериментально проверен и подтвержден предполагаемый механизм формирования П -слоя при постимплаитационноы отжиге за счет диффузии смещенных из узлов атомов ртути;

- впервые получены слои ГЬтипа проводимости за счет электрической активации внедренных в кристаллы р-КРТ атомов бора в процессе двухступенчатого длительного отжига под анодным окислом при 250 и 200 °С;

- разработан метод и экспериментально определены параметры трех сортов носителей заряда для образцов р-КРТ, у которых зависимость коэффициента Холла от магнитного поля имеет знакоположительный характер в области азотных температур.

Практическая ценность полученных результатов заключается в решении, ряда физико-технологических проблем формирования ГЬсло-ев, получаемых в процессе радиационно-термических обработок как на дефектах донорного типа, так и при активации внедренных атомов бора, что позволяет управлять глубиной залегания ГЪр пере-

хода и уровнем легирования в конвертированном слое, а тага» в разработке низкотемпературных методов, с помощью которых можно проводить быструю конверсию материала в ГЬтип проводимости на большую глубину без применения отжигов в парах ртути. Показано, что при формировании П+/П /р структур можно создавать ИК-диода со сдвигом фоточувствительности в длинноволновую область. Разработан метод определения параметров электронов, легких и тяяэ-лых дырок в Р-КРТ при гальваномагнитных измерениях, позволяющий автоматизировать и оперативно определять состав материала одновременно с контролем электрофизических параметров.

Основные положения, внносимие на защиту;

1. Процесс конверсии типа проводимости Р-КРТ при ионной имплантации и последующих прогревах, при обработке в плазме и отаиге под анодным окислом определяется генерацией свободных атомов ртути, их диффузией и захватом в комплексы дефектов с образованием активных донорных центров и электрически неактивных комплексов.

2. Соотношение каналов образования активных доноров и нейтральных стоков меняется по глубине и зависит от общей дефектной ситуации в приповерхностном слое, трансформирующейся с ростом дозы, энергии и массы ионов, температуры имплантации.

3. Электрическая активация внедренных в Р-КРТ атомов бора достигается путем длительного постимплантационного отжига под анодным окислом в двухступенчатом режиме при 250 и 200 С.

Апообапия работы осуществлялась на И Всесоюзном семинаре "Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках" (Павлодар, 1989), III Всесоюзной конференции "Ионно-лучевая модификация полупроводников и других материалов микроэлектроники" (Новосибирск, 199]), XVI Российском семинаре "Радиационная физика полупроводников" (Новосибирск, 1992), I Российской конференции по физике полупроводников (Нижний Новгород, 1993).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в II печатных работах, в том числе получено 3 положительных решения о выдаче патента РФ по заявкам на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и списка литературы. Работа содержит 147 страниц машинописного текста, 56 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 168 наименований. Общий объем диссертации сос-

тавляет 234 странниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования процессов формирования слоев П-типа проводимости при радиацион-но—термических обработках кристаллов JHiPT, сформулирована цель работы, основные защищаемые положения, представлены научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава посвящена обзору литературы по ионной имплантации и отжигу кристаллов КРТ. В начале главы рассмотрены ряд особенностей, связанных с введением структурных нарушений при бомбардировке поверхности легкими и тяжелым ионами, а также основные методы их исследования - структурные и оптические. Отмечается, что экспериментальные результаты по накоплению и пространственному распределению структурных нарушений, создаваемых при внедрении тяжелых ионов, полученные различными авторами, близки друг другу, а данные по имплантации ионов В*- противоречивы. Далее приводятся результаты по отжигу структурных нарушений при различных режимах термообработок и условий защиты поверхности от потери ртути, в частности, собственным оксидом. Приводятся различные точки зрения на механизм возникновения свободной ртути, за счет диффузии которой при отжигах под анодным окислом формируются слои П^типа проводимости на Р-КРТ.

При рассмотрении электрофизических свойств имплантированных различными ионами, неотожженных кристаллов КРТ наряду с механизмами формирования и накопления радиационных дефектов до-норного типа особое внимание было уделено существующему в литературе большому разбросу параметров П-слоев, в первую очередь, величины насыцения слоевой концентрации электронов (Ns), полученной с помощью холловских и оптических измерений. Отмечается, что разброс может быть обусловлен как неоднозначностью определения N* различными методами, например, при холловских измерениях использовался широкий интервал магнитных полей вплоть до 10 кГс, так и неоднородностью пространственного распределения донорных дефектов, зависящего от дозы, энергии и массы ионов. Существующие данные о характере пространственного распределения носителей заряда и структурных нарушений в зависимости от дозы

ионов В* не дают ответа о возможной их взаимосвязи, наблюдаемой при имплантации более тяжелых ионов А? , когда вблизи поверхности создаются протяженные дефекты, которые захватывают и нейтрализуют радиационные дефекты донорного типа.

Приводится данные по формированию П+/П~/Р структур в процессе постимплантационного отжига, а также при ионно-лучевом травлении кристаллов КРТ ваканснонного р-типа. Показано, что существует единая точка зрения на механизм формирования п+/п~/р структуры при постимплантационном отжиге за счет диффузии смещенных из узлов атомов ртути, однако прямых экспериментальных доказательств этого предположения не приводится. В конце главы рассматривается отжиг электрически активных дефектов и активаг-ция донорной и акцепторной примеси. Отмечается противоречивость существующих данных об активации имплантированных атомов бора.

В заключении сформулирована постановка задачи исследований.

Во второй главе описаны методики подготовки образцов, ради ационно-термических обработок, холловских, структурных и оптических исследований на объемных монокристаллах Р-КРТ и эпн-таксиальных слоях состава 1=0,20-0,25 с исходной концентрацией дырок 4,4x10-1,1x10 см и подвижностью 500-700 см /В-с при 77 К. Ионы В*" имплантировались с энергией 10-150 кэВ дозой I011-]016 см-2 при комнатной температуре с низкой плотностью тока, а также при 100-275 °С. Внедрялись также ионы К*, F*", А<!+, К<!+, Хе+. Проводилась обработка образцов Р-КРТ в плазме ВЧ разряда водорода и аргона. Отжиги под пленками SlCb и анодного окисла осуществлялись при 100-300 °С в атмосфере азота.

Параметры П-слоев на Р-КРТ, полученных в результате ионной имплантации, плазменной обработки и отжига под анодным окислом, исследовались методом дифференциальных холловских измерений (ДХИ) при 77 К. Анализ литературных данных показал, что неоднозначность в определении электрофизических параметров ион-но-имплантироианных слоев, в первую очередь, могла быть связана с различием исходных свойств кристаллов КРТ. Как известно, в узкозонннх полупроводниках АгВб подвижность электронов mhoi-o больше подвижности дырок вследствие сильного различия их эффективных масс, поэтому образцы Р-КРТ состава 1=0,2 зачастую имеют знакопоременную зависимость коэффициента Холла (Rh) от магнитного поля (В) при 77 К, указывающую на существование электрон-

ной проводимости. Знакопеременность Ач(В) в образцах Р-КРТ может бить обусловлена рядом причин: (I) возникновением конвертированного поверхностного слоя; (2) присутствием включений либо каналов с П-тилом проводимости в матрице р-типа; (3) сильной неоднородностью состава; (4) смешанной проводимостью в объеме с участит в ней наряду с дырками зонных электронов.

Учитывая данную особенность кристаллов Р-КРТ, на основе двухзонной модели был разработан метод определения подвижности и концентрации зонных электронов безотносительно того, обладает зависимость Rh(B) знакопеременнж, либо знакоположительным характером, что позволяет находить собственную концентрацию и, следовательно, параметр X, который хорошо согласуется с величиной состава, определяемой по спектрам оптического пропускания. Данный метод позволил отбирать для исследований однородные по свойствам объема и поверхности кристаллы и эпитаксиальные пленки Р-КРТ, поскольку "аномалии" зависимости Яч(В)• связанные с другими каналами электронной проводимости, им легко выявлялись. Наряду с этим на основе трехзонной модели разработан способ однозначного определения концентрации и подвижности электронов, легких и тяжелых дырок в области смешанной проводимости, не требуиций применения методов подгонки для вычисления параметров трех сортов носителей из экспериментальных зависимостей кинетических коэффициентов от магнитного поля.

Исследование формирующихся П-слоев проводилось только на таких исходных образцах Р-КРТ, которые имели знакоположительную зависимость d*(B), чтобы избежать неоднозначной интерпретации наличия отрицательного значения в области малых магнитных полей, поскольку глубина П-слоя определялась при послойном травлении после того, как знак FU менялся с отрицательного на положительный при В <0,3 кГс. Расчет величин Нб после каждого травления выполнялся с учетом наличия проводящей подложки, а пространственное распределение объемной концентрации и подвижности электронов находилось дифференцированием сглаженных экспериментальных зависимостей N> и проводимости бв от глубины.

Исследования разупорядочения поверхностного слоя и изменения его состава проводились с помощью резерфордовского обратного рассеяния (POP) ионов Не+ и метода оптического отражения. Для исследования также применялись дифракция быстрых электронов

на отражение и метод вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS). В ряде случаев измерялись время жизни неравновесных носителей заряда по релаксации фотопроводимости, вольт-амперные характеристики и спектральные зависимости фотоовета меза-ди-одов, изготовленных с помощью внедрения ионов В*.

В третьей главе рассматриваются электрофизические свойства П-слоев, полученных при различных условиях ионной имплантация и плазменной обработки.

Обнаружено, что слоевая концентрация электронов в КРТ, имплантированном ионами В* с энергией 100-150 кэВ в интервале доз IO^-IO16 см-2, достигает максимума Ns=(I-2)xI014 см-2 при В= (1-3)хЮ1 см 2, а затем с дальнейшим ростом дозы снижается, при этом наблвдается увеличение эффективной подвижности электронов в ГЬслое. Зависимость Ns(M) монотонно уменьшается при увеличении массы ионов М вплоть до Хв+. Установлено, что при

внедрении ионов Хб зависимость Ns(D) с ростом дозы монотонно

12 16 —2

падает во всем интервале доз 10-10 см . Наблвдается однозначная связь между величиной и уровнем структурных нарушений кристалла с ростом дозы и массы ионов, определенном как методом POP, так и по спектрам оптического отражения. Показано, что при энергиях ионов В* в интервале ^15-150 кэВ, зависимость Ns(E) сильно изменяется только в том случае, если доза меньше величины D, при которой достигается максимум зависимости Ns(D). В случае имплантации ксенона наблюдается непрерывный рост величины Ns во всем интервале энергий 15-150 кэВ.

Обнаружен ряд особенностей, которые характеризуют пространственное распределение носителей заряда при увеличении дозы ионов 8+ в интервале 10*^-10*® см-2: (I) снижение почти на порядок объемной концентрации электронов в приповерхностной области глубиной порядка Ft; (2) прекращение роста и уменьшение глубины П+-слоя; (3) формирование П /П /Р структуры, в которой глубина П -слоя с концентрацией электронов 10 -10 см и их подвижностью^ > I05 см2/В-с увеличивается с ростом дозы и может достигать несколько десятков микронов. Формирование П /П /Р структуры наблюдается и при внедрении больших доз ионов N*, которые по массе близки к ионам В*.

Наблюдаемые при больших дозах ионов В спад объемной концентрации электронов в приповерхностном слое глубиной Z<ft.

прекращение роста и уменьшение глубины П+-слоя, а также увеличение степени разупорядочения кристалла являются пряшм доказательстве« геттерируицего и нейтрализующего свойства структурных нарушений. Генерируеше в процессе ионной имплантации донорные дефекты, ие захваченные на стоки в области максимальной концентрации структурных нарушений, быстро мигрируют в глубь кристалла, что приводит к формированию П -слоя. Подтверждением того, что в окрестности проецированного пробега ионов сосредоточено основное количество примесно-дефектных комплексов, являющихся центрами рассеяния носителей заряда, служит наличие минимума подвижности электронов в области

6 случае имплантации тяжелых ионов (Хб ) с ростом дозы, наблюдается значительный спад концентрации электронов как вблизи поверхности, так и в максимуме распределения П(2), а также уменьшение глубины П -слоя и, самое главное, ни при какой дозе вплоть до 1хЮ16 см-2 не формируется П+/П /Р структура.

При внедрении инертного ксенона он как примесь не играет никакой роли, поэтому все наблюдаемые эффекты связаны только с накоплением радиационных дефектов. Отсутствие слаболегированного Г1 -слоя при имплантации тяжелых ионов, по-видимому, обусловлено закреплением подвижных донорных дефектов на крупных структурных несоответствиях, образующихся в гораздо большей степени, чем при имплантации легких ионов. В случае же внедрения ионов с небольшой массой (В*, (Г) в области максимальных упругих потерь энергии образуются преимущественно мелкие протяженные дефекты (дислокационные петли), поэтому подвижные дефекты донорного типа, генерируемые, по крайней мере, в "хвосте" полного пробега ионов, удаленного от области основных стоков, способны в процессе радиационного воздействия мигрировать в объем кристалла, что приводит к формировании П -слоя. Коэффициент диффузии подвижных донорных дефектов имеет величину КГ^-Ю-8 см2/с.

Процесс формирования П -слоя при ионной имплантации, возможно, осуществляется в несколько этапов: (I) образование сложных комплексов неподвижных донорных дефектов в области внедрения ионов на ранних стадиях облучения; (2) с ростом дозы происходит распад части сложных дефектных комплексов на более простые дефекты донорного типа, которые способны мигрировать в глубь кристалла до последующего их закрепления на структурных

дефектах, либо укрупнения; (3) нейтрализация части сложных комплексов донорннх дефектов структурными несоответствиями, накапливаемыми вблизи поверхности, а также их компенсация дефектами акцепторного типа; (4) формирование крупных структурных нарушений в объеме кристалла при больших дозах, которые захватывают и нейтрализуют успевшие мигрировать туда дефекты донорного типа.

Наблюдаемый рост глубины П -слоя в П /П /р структуре при уменьшении энергии ионов В* до 10 кзВ также служит одним из подтверждений того, что структурные дефекты, создаваемые при больших энергиях ионов В* или при внедрении тяжелых ионов, блокируют диффузию подвижных донорных дефектов в глубь кристалла.

Распределение структурных нарушений по глубине ионно-им-плантированного слоя определялось по величине изменения резкости пиков оптического отражения Ei и Ei+ Дi при травлении.

Сопоставление пространственных распределений электрически активных дефектов и структурных нарушений, создаваемыми ионами В* и Хе\ внедренных о энергией 135 кэВ, показывает однозначную связь меаду глубиной П -слоя и толщиной нарушенного слоя только для ксенона. При небольшой дозе 1x1013 см-2 ионов В+ Г1+-слой расположен намного глубже, чек структурные дефекты, а при дозах 1x10 -1x10 см и глубина П -слоя и толщина нарушенного слоя составляет (3-4)Rp, тогда как при внедрении ]013-10 3 см ионов Хе+ - (20-30)Rp (до 0,8 мкм). Нарушения кристалла, создаваемые при больших дозах ионов В*, - это протяженные дефекты (данные POP), основное количество которых сосредоточено в поверхностном слое глубиной Z < Ft, и в этом же слое наблюдается значительный спад объемной концентрации электронов.

Обнаружено, что обработка поверхности Р-КРТ в плазме ВЧ разряда водорода или аргона без приложения ускоряющего потенциала на образец (при ионно-лучевом травлении подается напряжение) также приводит к формированию п+/п~/р структуры, в которой глубина П -слоя увеличивается с ростом плотности тока ВЧ разряда в __ 2

интервале 5-10 мкА/см и времени воздействия плазмы. В процессе данной обработки не происходит заметного распыления поверхности и изменения ее стехиометрии. Плазменная обработка образцов, в которые предварительно имплантировались ионы В+, не приводит к формированию П -слоя, тем самым показано, что структурные нарушения захватывают быстро диффундирующие донорные дефекты, гене—

рируеше вблизи поверхности при радиационных воздействиях.

В четвертой главе рассматривается влияние термообработок. на процесс формирования П-слоев.

Полученные результаты по исследованию маскирующих свойств пленки SlQz, осаждаемой при 100 °С, показали, что ее можно использовать для защиты поверхности КРТ от потери ртути при нагреве в интервале температур 100-275 С.

Показано, что концентрация и подвижность электронов в слое ГНгипа, образовавшемся при термообработке р-КРТ под анодным окислом и электрофизические параметры ГЪКРТ, получаемы* отжигом р-КРТ в насиненных парах ртути, имеют хорошее соответствие между собой. Это свидетельствует об одинаковой природе конверсии р-типа проводимости на П-тип в том и другом случае, а именно за счет диффузии ртути в объем кристалла, но в случае отжига под анодным окислом энергия активации диффузии гораздо меньше. Глубина конверсии при отжиге р-КРТ под анодным окислом лимитируется истощением диффузионного источника ртути вследствие ее испарения. На основе обнаруженного различия в величинах X, определенных методами POP и оптического отражения, природа диффузионного источника Hi связывается с появлением в междоузлиях решетки избыточной ртути, которая образуется в результате взаимодействия анодного окисла с элементами соединения на границе раздела оксид-KPT наряду с образованием фазы Для интервала 200-275 °С определены энергия актинаций и коэффициент диффузии

11 -9 2

п?, составляющие соответственно 0,65 эВ и (0,4-4)х10 см /с.

Эксперименты показали, что кинетика отжига электрически активных радиационных дефектов существенно зависит от дозы ионов В* и от исходной концентрации дырок н р—КРТ. Энергия активации отжига дефектов донорного типа, оцененная н температурном интервале 200-250 °С, имеет величину Еа=0,6 эВ. Предполагается, что наиболее быстро отжигаются менее стабильные донорные дефекты, которые преимущественно создаются ири внедрении m;uiux доз. Увеличение же дозы ионов В* создает наряду о быстро отжигаемыми первичными дефектами более стабильные примесно-дефектные комплексы, для отжига которых нужны большие времена и температуры.

Представленые экспериментальные результаты но одновременному отжигу неимплантированного образца - под анодным окислом и имлантированного ионами В* - без покрытия позволяют сделать од-

позначный вывод, что формирование П -слоя при постимплантацион-ном отжиге идет за счет диффузии ртути, источником которой является поверхностный слой, нарушенный ионной бомбардировкой. Количество свободной ртути, способной диффундировать в глубь КРТ, н данном источнике существенно зависит от дозы внедряемых

13 —2

ионов. При'небольших дозах (<10 ом ) ее количества недостаточно для формирования П -слоя как в процессе самой имплантации, так и при последующем отжиге. Поэтому с целью создания П /П /Р структур при отжигах нужны большие дозы ионов В .

С другой стороны показано, что возможно формирование П+/П /Р структуры при низких дозах ионов В*, если проводить имплантацию при повышенной до 100-150 °С температуре подложки, поскольку сочетание радиационной и термической активации диффузии свободной ртути, генерируемой в области соударений, способствует снижению дозы до тех значений, для которых при комнатной температуре имплантации П -слой не образуется. Внедрение ионов [Г при 200-250 °С формирует резкий п' -слой, а распределение носителей заряда в нем определяется электрически активными приме-сно-дефектными комплексами, при этом достигается меньший уровень легирования и подвижность электронов выше, чем в случае имплантации при комнатной температуре.

Представлены данные, показывающие, что при большей глубине ГЬР перехода в П /П /Р структуре пороговая длина фотоответа меза-диодов сдвигается в длинноволновую область.

Получены экспериментальные результаты по формированию П-слоя за счет электрической активации внедренных атомов бора, что является одной из актуальных проблем ионной имплантации в данном материале. Активационный отжиг проводился в течение длительного времени в двухступенчатом режиме при температуре 250 и затем при 200 °С под пленкой анодного окисла. Наличие активации бора подтверждает, во-первых, полный отжиг электрически активных дефектов на первой стадии, а затем рост и насыщение Ns на второй стадии прогрева и, во-вторых, отсутствие П-слоя на покрытых анодным окислом контрольных образцах - неимплантированном и имплантированном нонами К*, а также соответствие глубин ГЬслоя и распределения атомов бора (данные SIMS). Коэффициент использования примеси имеет значение 0,03-]4 %. Он снижается с увеличением дозы в интервале ]х]013-4х1015 см 2 и растет в слу-

чае внедрения ионов В* в р-КРТ при 250 °С.

В пятой главе описывается разработанный метод определения концентрации и подвижности электронов, легких и тяжелых дырок в кристаллах р-КРТ, у которых зависимость FL(B) может быть как знакопеременной, так и знакоположительной.

На основе трехзонной модели получены соотношения для определения параметров трех сортов носителей заряда по значениям Rh(B) и 6(B) при пяти фиксированных величинах (В <10 кГс) магнитного поля (при трех значениях В - для двух сортов). Показано, что суммарный вклад в проводимость электронов (бр) и легких дырок (б^) можно оценить из выражения А б (Bsat), где

&6(Beat)=d0~ 6(BMt) - изменение проводимости при насыщении

магнитосопротивления (В )=Дб(В .)/6(В .), а подвижность u sac sac sac u

тяжелых дырок (ftJ должна определяться из соотношения =Rh (Bsat) iij (I +p (Bs4t)). Выведены соотношения для вычисления параметров электронов и легких дырок при дополнительней измерении дифференциального магнитосопротивления.

Метод применен для определения концентрации и подвижности электронов, легких и тяжелых дырок в р-КРТ с 1=0,200-0,220 при Т=60-125 К. Показано, что в области смешанной проводимости он позволяет определять собственную концентрацию и параметр X. Полученные экспериментальные данные показывают, что отношение подвижностей электронов и тяжелых дырок в интервале Т=60-125 К остается практически постоянным, однако оно не подчиняется соотношению в данном интервале Т, где, как считается, должно преобладать рассеяние на заряженных центрах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан метод определения концентрации и подвижности электронов, легких и тяжелых дырок в р-КРТ при гальваномагнитых измерениях, исключающий процедуру математической подгонки параметров носителей.

2. На основе разработанной методики проводился отбор исходного материала f>-KPT по степени однородности, что позволило однозначно определить параметры конвертированных слоев при хол-ловских измерениях в области малых магнитных полей В< I кГс.

3. Обнаружено, что при имплантации в кристаллы р-КРТ лег-

них ионов В+ и Н* пространственное распределение объемной концентрации носителей заряда в конвертированном слое имеет двухступенчатый вид: в поверхностной области формируется сильноле— тированный П -слой, а в объеме кристалла образуется слаболегированный П -слой глубиной в несколько микронов с высокой подвижностью электронов. Бомбардировка ионами с большой массой, такими как Хб , приводит к созданию только П -слоя.

4. Формирование П -плоя происходит за счет образования сложных комплексов неподвижных дефектов донорного типа, которые сначала накапливаются на глубине порядка проецированного пробега ионов. С ростом дозы часть сложных комплексов распадается на более простые донорнне дефекты, которые в процессе имплантации мигрируют в объем на глубину (3-4) Р!р и (20-30) Цэ в случае внедрения ионов Г и Хе+ соответственно, причем при больших дозах толщины П+-слоя и нарушенного слоя совпадают. С ростом дозы, энергии и массы ионов происходит накопление структурных нарушений - протяженных дефектов, способных захватывать и нейтрализовать дефекты донорного типа, что приводит к снижению как объемной концентрации электронов, так и глубины П -слоя и, как следствие, - к спаду слоевой концентрации электронов.

5. Формирование П -слоя происходит вследствие миграции в объем кристалла быстро диффундирующих электрически активных дефектов, которые образуются в области внедрения легких ионов и

_гр _д 2

обладают коэффициентом диффузии 10 -10 см /с. С ростом энергии ионов Б4" глубина П -слоя уменьшается, поскольку усиливается захват на стоки и блокирование диффузии донорных дефектов, генерируемых вблизи поверхности и в области Р^, а в объем мигрирует только небольшое количество дефектов, созданных в "хвосте" полного пробега ионов, удаленного от поверхностных стоков. При имплантации тяжелых ионов П -слой не формируется вовсе, по-видимому, из-за эффективного закрепления быстро диффундирующих дефектов донорного типа на крупных структурных несоответствиях.

6. Подтверждено, что формирование ГЬслоя при отжиге Р-КРТ под анодным окислом происходит за счет диффузии ртути. Коэффициент диффузии Н? имеет значение (0,4—4)х]0-9 см2/с при 200 -275 °С. При больших температурах происходит истощение диффузионного источника ртути вследствие ее испарения. Па основе обнаруженного различил н величине концентрации избыточной ртути.

определенной методами резерфордовского обратного рассеяния и оптического отражения, природа диффузионного источника атомов Н? связывается с появлением в приповерхностном слое кристалла свободной ртути, которая образуется в результате взаимодействия анодного окисла с элементами соединения на границе раздела, что также приводит к образованию фазы Н^Тв вследствие замещения атомов Cd в подрешетке CdTe атомами H?, поступающими из оксида.

7. Электрофизические параметры и глубины Г) -слоев, полученных при одновременном отжиге Р-КРТ: неимплантированного - под оксидом и имплантированного ионами В* - без покрытия, соответствуют друг другу, что свидетельствует о диффузии смещаемых из узлов при ионной бомбардировке атомов ртути, которая принодит к формированию П7П /Р структуры при иостимнлантационннх отжигах.

8. Длительный двухступенчатый отжиг под анодным окислом при 250 и 200 С устраняет дефекты донорного тииа и активирует имплантированные в Р-КРТ дозой 1x10, -4x10 см атомы бора. Процесс активации бора происходит одновременно с отжигом и диффузией донорных дефектов. Коэффициент использования примеси лежит в интервале 0,03-14 %. Он снижается с увеличением дозы и растет в случае внедрения ионов В при температуре 250 °С.

9. Разработаны способы формирования П /П /Р структур при повииенной до 100-150 °С температуре имплантации небольших доз ионов В , что существенно снижает уровень вводимых дефектов, и при обработке поверхности Р-КРТ в плазме ВЧ разряда водорода или аргона без приложения ускоряющего потенциала на образец.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Талипов Н.Х., Попов В.П., Корнюшкин H.A., Кремаренко A.A., Качурин Г.А. 0 термической стабильности р-Н?а,sCda.2Т6. -Материалы II Всесоюзн. семинара "Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках". Павлодар, 1989, 4.1, С.69—73.

2. Ремесник В.Г., Талипов Н.Х. 0 концентрации и подвижное-

allqvi

ти электронов в узкозонных полупроводниковых соединениях н В р-типа. ФТП, 1991', Т.25, В.6, C.I09I-I094.

3. Талипов Н.Х., Качурин Г'.А., Попов В.П. Особенности распределения донорных центров в имплантированном бором p-CdxHfli-xTe при накоплении радиационных дефектов. - Тезисы докладов III Всесоюзн. конференции "Ионно-лучевая модификация

полупроводником и других материалов микроэлектроники" . Новосибирск, .1991, с:.31.

4. Танинов II.X., Качурин l'.A. Термический отжиг имплантированного бором p-CdxH^i-хТб. - Тезисы докладов III Всесоюзн. конференции "Ионно-лучевая модификации полупроводников и других материалов микроэлектроники". Новосибирск, 1991, С.8В.

5. Мищенко A.M., Талипов II.X., Шашкин В.В. Способ модификации поверхностного слоя теллурида-кадмин-ртути. - Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке на изобретение N 5012181/25 от 22.И.91.

Б. Талипов Н.Х., Ионов В.П., Ремесник В.Г., Налькина З.А. Влияние отжига иод анодным окислом на изменение состава поверхности и конверсию типа проводимости монокристаллов p-CdxH?i-xTe (1=0,2). - ФТП, 1992, Т.26, В.2, С.3IO-3I7.

7. Мищенко A.M., Талипов Н.Х., Шашкин В.В. Способ создания на рНгипа структур с глубоко компенсированным слоем. - Положительное решение о выдаче патента РФ по заявке на изобретение N 5040081/25 от 27.04.92.

8. Рязанцев H.A., Двуреченский A.B., Талипов Н.Х., Мищенко A.M. Способ получения слоев ГТ-типа проводимости в образцах CdxH?i-xTe р-^гипа. - Положительное решение о вццаче патента РФ по заявке на изобретение N 5039501/25 от 20.04.92.

П. Двуреченский A.B., Ремесник В.Г., Рязанцев И.А., Талипов Н.Х. Инверсия тина проводимости слоев CdxH"Ji

—х Ас ( ПОДВ6р1*~"

ну тих плазменной обработке. - Ф'ГН, (993, Т. 27, В. Т, С. 168-171.

!0. Талипов II.X., Ремесник В.Г., Шашкин H.H. Концентрация и подвижность злектронов, легких и тяжелых дырок в узкозонных полупроводниках АгВб р-тина. - Тезисы докладов 1 Российской конференции по физике полупроводников. Нижний Новгород, 1993, Т.], С.Ш.

II. Талипов Н.Х., Ремесник В.Г. Определение параметров носителей заряда в узкозонных полупроводниках АгВб р-типа на основе магнитосонротивления. - Письма в Журнал технической физики, 1994, Т.20, В.5, С.57-61.