Гальваномагнитные свойства твердых растворов Ge1-хSiх тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ6 од

- 9 AB Г ШЗАКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ 'ФИЗИКИ

На правах рукописи

ШАХОВЦОВА СВЕТЛАНА ИВАНОВНА

ГАЛЬВАНОШЖГНЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ PACTBOPOBGe1_xSix

01.04.07 - физика твердого тала

А В Т OPE Ф БР А Т

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Киев - 1993 г.

Работа выполнена в Институте физики Академии наук Украины

Официальные оппоненты:

диктор физико-матемзтических наук, профессор В.В.Владимиров доктор физико-математических наук, профессор В.Н.Добровольский доктор физико-математических наук, профессор П.Г.Лигоаченко

Ведущая организация - Институт физики полупроводников АН Укрзиаы. г.Киев

■}ст tmijyfjih,

Защита состоится "—"-----------f~J-\993 г.

в 15 часов на заседании специализированного ученого совета Д 016.04.01 по защите диссертаций на соискание ученоа степени доктора физико-математических наук в Институте физики АН Украины (252650 Киев, ГСП-28, проспект Науки, 46).

С диссертацией можно ознакомиться в научной Оийлиотеке Института физики АН Украины.

&0

Автореферат разослан "----"--------------1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кзндадат физико-математических наук

В.А. Ищук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Изучение полупроводниковых твердых растворов язк вэ основе элементарных полупроводников. так и полупроводниковых соединений представляет интерес в рэмкэх развития полупроводниковой электроники: поиска новых принципов ее построения и новых материалов, позволявших а малых объемах осуществить локальное изменение свойств. Преимущество сплавов состоит в большей относительно составляющих компонентов возможности варьирования свойств, благодаря изменении состава сплава. Выбор полупроводаикпвых сплавов Ge-Sl, образующих непрерывный ряд твердах растворов, в больной степени был обусловлен наличием обширных сведения о свойствах компонентов Се и S1, а также широки* использованием этих полупроводников в физических исследованиях к производстве электронных npjtSopoa. Объектами наших исследований были германиеподобные сплавы Ge-Sl п-типа проводимости, содержащие да 12 ат.Я S1 максимально.

Основным следствием сплавления Ge с, S1 является перестройка зонной структуры а зависимости от содДОаияя кремния. При концентрации кремния свыше 14 ат.Х происходит инверсия зон проводимости: нижайшими становятся "кремниевые" минимумы типа (100) вместо "германиевых" типа (111). Таким образом, область ¡шверсии зон соответствует переходу от германиешдобного к гремняегодобному полупроводнику. Хотя а использованных вами кЗразцах инверсия еще не наступает, существует возможность искусственного достижения этого состояния в . условиях деформации :жатия. В наших экспериментах при каждом составе, кристалл мог 1ефоркировэтьсп в направлении F«<1Q0> таким образом, чтобы достичь инверсии зон.

Процессы переноса в простых полупроводниках, таких как Ge

и Si, при обычных условиях достаточно хороша изучены, однако в условиях сложной структуры два зоны проводимости следует цредгю-лэгать появления новых особенностей. Исследование гальваномапитшх явлений в полупроводниках с такой сложной структурой зон можно проводить, моделируя зонную структуру сплавов на чистом германии, во для этого необходимы либо огромные давления (до 30 кбар для случая всестороннего сжатия), приводящие минимумы (111) и (100) к одному энергетическому уровню, либо высокие (свыше 104 В/см) электрические поля, обеспечивающие заселение электронами высоких (100) минимумов. Эти эксперименты сложны в осуществлении и неоднозначны в интерпретации, поэтому лучше использовать сплавы, в которых существенно облегчены условия достижения инверсии зон в эксперименте.

Влияние высоких минимумов на процессы переноса проявляется не только в изменении функциональных зависимостей кинетических коэффициентов в условиях постоянства полной концентрации носителей тока, во и при учете резонансных состояний примесей, связанных с высокими минимумами и вышедших в запрещенную зону в условиях, близких к инверсии. Теоретически такая возможность для сплавов была указана в работе Ньюмана и Доу а 1984 году (11, экспериментальное гадгвередение отсутствовало.

Изучение процессов переноса в сплавах даже вне области инверсии представляет яругу» самостоятельную задачу, так как в них должны проявляться особенности, связанные не только с изменением зонной структуры, во и со статистическим распределением компонентов сплавов. Известно, что. наличие неоднородностей в полупроводниках заметно изменяет их физические свойства и может привести к появлению ряда необычных эффектов. Неудачи в описании температурной зависимости подвижности носителей тока в сплавах и других неоднородных, полупроводниках с позиций приближения

иргасни рслзксашга или оф^екттоипй среда стимулировали пг>ипс mi-вых подходов к оггкслпию процессов переноса п неоднородных полупроводниках. Для описания процессов переноса в тлупрпяпдитах с крупномасштабными неоднородлостями, пространств<?пяыЯ мч;-«гт.г5 электрических полей которых превышает длину свободного пробега носителе» тока, предпотгителымм оказывается не традиционное борновское, а диффузионное приближение теории переноса.

Прз!стическое значение приобретает также исследование процессов дефектообразования в сплавах, так как присутствие в решетке нейтральных атомов Si, игрзюздос роль геттеров дефектов, делает систему более радиациокно устойчивой.

Исследования по теме диссертации начаты в середине 70-х годов. К атому времени была разработана технология выращивания крупных монокристаллов сплавов Ge-Si, сформулирован теоретический подход к расчету их зонной структуры и подучены акспериментальные подтверждения его правильности, получены концентрационные (от S1) зависимости основных параметров сплзвсз, изучены некоторые электрофизические свойства сплавов. Однако акспериментальные исследования (за исключением направленных: на изучение закона дисперсии Е{5с) ) были немногочисленны, что затрудняло их количественную интерпретацию и возможность обобщений. Так, отмеченные радом исследователей аномалии функциональных зависимостей некоторых кинетических коэффициентов сплавов не нашли объяснения при использовании традиционных для однородных полупроводников подходов для их описания. В то же время, хотя концептуальный подход к описанию гзльваномагшггныг свойств полупроводников с крупномасштабными неоднородаостями существовал [21, в теоретическом аспекте вопрос рассматривался только' для частной задачи слабых неоднп-рпдностей. Проблемы, связанные с инверсией зон и особенностями переноса тока в условиях сложной структуры дна зоны проводимости

в сплавах, да и в Се, практически не были изучены.

Отсюда видно, что изучение сплавов Се-51 включает в себя проблемы, связанные с различными областями физики ■ поду проводников.

Целью работы являлось построение физической картины гальвз-номвпдагных явлений в германиеподобных сплавах обуслов-

ленных присутствием атомов в решетке германия.

Основной акцент сделав на решении следующих задач:

1.Исследовать динамику кинетических процессов в сплавах Се1_3(31х в зависимости от уровня сплавления с кремнием, всестороннего и одноосного сжатия, обусловленную изменением структуры зоны вблизи дна зоны проводимости.

2.Исследовать влияние резонансных состояний дрнорной примеси, выходящих в запрещенную зону вблизи инверсии зон, на процессы переноса.

3.Исследовать гальваномагантные свойства полупроводников с крупномасштабными неоднородаостями различного происхождения: слоистая неоднородность, связанная с неоднородным распределением легирующей примеси; области разуттрядочения, . образующиеся при облучении полупроводника нейтронами;. флуктуации состава в ставах.

4. Выяснить роль атомов кремния в качестве внутренних геттеров дефектов И их участие в процессах дефектообразования в сплавах.

Научная новизна работы. В совокупности исследований, представленных в диссертации, впервые:

1.Определены количественно условия достижения инверсии зон 11С->Л1С в сплавах Се1_х315< при разном уровне сплавления с кремнием, всестороннем иди одноосном Рк100> сжатии.

г.Эксперикентально я численными методами установлены

пр«№:ни радпксаиии иди пффектииппй среда стимулироизли ппигк но вы* подходов к опкслнию процессов переноса в пеодпоро.гагмх полупроводниках. Для описания процессов переноса в шлупрояпдяигах с крупномасштабными неоднородяостями, пространственный нъстяб электрических полей которых превыголет длину свободного пробега носителей тока, предпочтительным оказьшается не трэдаципитте борновское, а диффузионное приближение теории переноса.

Пр.э1стическое значение приобретает также исследование процессов дефектообразования в сплавах, так как присутствие' в решетке нейтральных атомов Si, играющих , роль геттеров дефектов, делает систему более радиациоино устойчивой.

Исследования по теме диссертации начаты . в середине 70-х годов. К этому времени была разработана технология выращивания крупных монокристаллов сплавов Ce-Si, сформулирован теоретический подход к расчету их зонной структуры и подучены экспериментальные подтверждения его правильности, получены концентрационные (от Si) зависимости основных параметров сплзвоз, изучены некоторые электрофизические свойства сплавов. Одна»] экспериментальные исследования (за исключением направленных■ ва изучение закона дисперсии E(íc) ) были немногочисленны, что затрудняло их количественную интерпретацию и возможность обобщений. Так, отмеченные рядом исследователей аномалии функциональных зависимостей некоторых кинетических коэффициентов сплавов не нашли объяснения при использовании традиционных для одаородкых полупроводников подходов для их описания. В то же время, хотя концептуальный подход к описанию гзльваномагтгтных свойств полупроводников с крупномасштабными неэднородностями существовал [ZJ, в теоретическом аспекте вопрос рассматривался только' для частной задачи слабых неоднп-родностей. Проблемы, связанные с инверсией зон и особенностями переноса тока в условиях сложной структуры дна зоны проводимости

в сплавах, да и в Ge. практически не были изучены.

Отсюда видно, чт<т изучение сплавов Ge-Si включает в себя проблемы, связанные с различными областями физики •полу проводников.

Целью работы являлось построение физической картины гальваномагнитных явлений в германиеподрбных сплавах Get _XS1X, обусловленных присутствием атомов Si в решетке германия.

Основной акцент сделан на решении следующих задач:

1.Исследовать динамику кинетических процессов в сплавах Ge^^Si^ в зависимости от уровня сплавления с кремнием, всестороннего и одноосного сжатия, обусловленную изменением структуры зоны вблизи дна воны проводимости.

2.Исследовать влияние резонансных состояний донорной примеси, выходящих в запрещенную зону вблизи инверсии зон, на процессы переноса.

3.Исследовать гальваномагинтные свойства полупроводников с крупномасштабными неоднородностяхи различного происхождения: слоистая неоднородность, связанная с неоднородным распределением легирующей примеси; облаете разуш рядочения, . образующиеся при облучении полупроводника нейтронами;. флуктуации состава в сплавах.

4. Выясбить роль атомов кремния в качестве внутренних геттеров дефектов Я их участие в процессах дефекгообразования в сплавах.

Научная новизна работа. В совокупности исследований, представленных в диссертации, впервые:

1.Определены количественно условия достижения инверсии зон I^g-'Ajg в сплавах Ge,.^^ при разном уровне сплавления с кремнием, всестороннем или одноосном Р»<100> сжатии.

2.Экспериментально и численными методами установлены

закономерности изменения кинетических коаффициенпш ciuaiiue (подвижности, концентрации носителей тока, пьезоеопротивления, проводимости) и зависимости от температуры, деформации и концентрации Si.

3.Экспериментально наблюдался выход в запрещенную зону резонансного состояния примеси Sb, связанного с А1С зоной.

4.Экспериментально исследована развитие примесного пробоя а сплавах и дано объяснение аномальному уменьшении поля пробоя с уменьшением подвижноеги носителей тока.

5.Количественно описаны температурные зависимости подвижности носителей тока в полупроводниках с крупномасштабными неоднородности!« херринговского типа в интервале температур 100:300 К.

G.Определены условия повышения радиационной стойкости сплавов.

7.Обнаружена макроиластическая деформация монокристаллов сплавов в области температур 20+30Г) К.

На защиту выносится:

1. Результаты численного расчета перераспределения электронов между минимумами различного типа в зависимости от температуры, деформации и содержания Si, позволившие установить границы эйласти давлений (всестороннего или одноосного ?»<001> сжатия),-при которых достигается инверсия зон в сплавах с различным уровнем легирования кремнием.

2.Результаты экспериментального исследования и численного расчета в приближении времени релаксации кинетичесшя коэффициентов сплавов (подвижности, проводимости, пьезоеопротивления) а зависимости от температуры, деформации и содержания S1, позволивши определить роль различных механизмов рассеяния в ограничении излйчииы подвижности носителей тока при переюде от германиего-

дойного к кронниеиодоОнииу состоянию; установить границы области давлений (всестороннего или одноосною Р«<001> сжатия), при которых достигается инвцк'ия аон в солзаах с различным уроьнем легирования к^мниь-м; позволившие описать нелинейности барически!, температурных и концентрационных зависимостей проводимости, пьезосонротивления и подвижности носителей тока в области инверсии зон, а также показать, что функциональные зависимости кинетических коэффициентов сплавов зависят не только от пере -стройки зонной структуры сплавов, но и от степени его у поряди -ченности.

3.Обоснование и экспериментальное подтверждение универсальности использования диффузионного приближения теории переноса для описания неодаородаостей херриыговского типа' на примере полупроводников со слоистым распределением примесей, с областями разую-рядочения, с точечными дефектами и кластерами кремнии, позволившее описать температурную зависимость подвижности носителей тока, отсутствие корреляции в изменении подвижности и величины магнито-сонротиплеиия и определить масштаб областей разупорядоченил в полупроводниках, облученных нейтронами, и флуктуация состава в сплавах. ,

4.Результаты экспериментального исследования низкотемпературного примесного пробоя в.условиях одноосной деформации Р«<1(ХЪ в качестве метода, позволившего наблюдать выход в запрещенную зону резонансного состояния примеси БЪ, принадлежащего (001) минимуму ионы проводимости и установить концентрационную зависимость анергии ионизации донорного состоянии БЬ в сплавах.

¡¿.Концепция локального развития примесного пробоя в областях иеидиородностей, как причина экспериментально установленных иашт.мврнистей изменения вольтамперных характеристик сплавов в ойхгш. цдшесного -пробон при действии одноосного сжатия Рк111>

и Гя<1ГО> и разного уровня спляаюиип с кре*ш'.е*!,

7.Установление физического механизма влияния радиационных дефсчггов и хияоеских примесей нэ радиационную устсЯ'".'тг:ть сплзпов, позволившее разработать технологические рекомеплэют создания рпдиэ!ионно стойкого материала для изготовления тецзо-резкеторов, работзгацих в экстремальных условиях высоких чекпорэ-тур и радиации.

Практическая цешпеть и знзтаяпсть работа. Выполненные в роботе исследования, результата и выводы способствуют расширения физических представлений о динамике кипеткческих процессов, об изменении зонной структур» и роли в этих процессах привесных состояний, пе связанных с абсолютными минимумами зоны проводимости, не только в сшивах Сег _х51х, но и других двойных годупроводникошх системах 4-й группы. Изучение яальтампериых характеристик в области примесного пробоя нажег быть перспективным в качестве методики исследования резонансных, состояний в ширпкозоиных полупроводниках. Установленные закономерности изменения функциональных зависимостей кинетических коэффициентов в' полупроводниках с областями наруиениЗ кмехгг общий характер, а использование диффузионного приближения теории переноса универсально применимо для описания кинетических процессов в полупроводниках с крупномасштабными неодаородаостями любого вида. Особенности процессов дефекгообразовааия в сшивах обусловливает перспективность их использования для создания радиационно стойких тензорезкеторов, на что подучено авторское свидетельство. Обнаружение низкотемпературной макропластичиостн монокристаллов сплавов должно способствовать развитию нетрадиционных подходов к вопросу размножения и движения дислокаций при низких техперату-рях. тго в спою очередь связано с вопросами старения материала.

Успроа.*?нные в рзботч закономерности и прелстаил<>нрые

швецы инеггг ramee значение и вносят существенный вклад в фтоуиу полупроводников.

Обоснованность и достоверность результатови выводов^ работы обусловлены широким использование™ санргмеиных методик исследования полупроводников, воспроизводимостью результатов эксперимента, а также использованием современны* физических представлений о механизмах переноса электронов в неоднородных полупроводниках в области слабых электрических полей, учете реальных механизмов рассеяния носителей тока в сплавах в условиях многодолиниости зоны проводимости при интерпретации экспериментальных результатов, согласием с результатами теоретических исследований. О достоверности результатов диссертации и обоснованности сделанных выводов свидетельствуют также итоги их обсуждения на семинарах и конференциях различного уровня.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертации представлялись и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах:

На международных конференциях:"Радиационная физика полупроводников и родственных материалов" <1билиси, 1S73 г.), "Радиационное материаловедение" (Алушта, 1890 г.).

На Всесоюзных конференциях и семинарах: "Радиационная физика полупроводников и родственных материалов" (Киев, ЮвЭ; 1971; Севастополь, 1978; Ташкент, 1984); "Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах" (Баку, 13В0 г.); "Исследование и применение сплавов Ce-Si" (Ташкент, 1S81, 19D2; Баку, 1888; Киев, 1883); "Физика полупроводников" (Киев, 1990); "Проблемы создания полупроводниковых приборов, КС и РЭА на их основе, стойких я ВВФ" (Петрозаводск, 1991); "Национальная конференция по физике полупроводников" (Санкт-Петербург, 1392);

"Физико-химические оснош легирования полупроводниковых изтериа -лив" (Maciasа, 1Ш2, 1988);"Физические проблемы МДП- интегральной электроники"' (Севастополь, 1990); "Физика и технология тонких подупроиодаиковых пленок" (Ивано-Франковск, 1890); "Радиационная тонгалогия в производстве интегральных схем" (Воронеж, 1Э8Й).

На всесоюзных и республиканских семанзрах ш радиационной физике- пилущюводЕШков (Киев, 1970-1992; НоносиЗирск, 1У75-1087), а также на семинарах ИФ АНУ, И1 АНУ, ИМЕТ РАН и др.

Публикации. Материалы диссертации изложены в 28 публикациях, включая 1 авторское свидетельство, а также в тезисах указанных вше конференций.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, приложения, заключения и списка цитируемой литературы из 263 наименований. Объем диссертаций 326 страниц, включая 83 рисунка и 22 таблида.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНКЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дана общая характеристика работы, проведен анализ состояния изученности электрофизических свойств сплавов к началу выполнения работы, определены основные перспективные направления исследования сплавов GeJ_xSlx, сформулированы задачи исследования и обоснована актуальность их решения, дано краткое пояснение структура рабиты..

Глава 1.30ШАЯ СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ Get ..^Si*

Первая глава носит вводный хзрзктер. В ней рассматривается

зонная структура Ge ti происходящие в ней изменения вследствие его сплавления с кремнием и (или) действия изотропной или одноосная Р«<111:> и Р»<001> деформации сжатия. Целью проведенного рассиот-рения была показать уже установленные систематические тенденции а перестройке зонной структуры сплавов Ce-Si. Внимание, которое уделено атому вопросу, понятно, так как из анализа энергетического спектра должны вытекать, как следствия, все макроскопические свойства полупроводника. В задачу настиицеа главы ьлодит также характеристика обьедггов исследования, которыми яшиисхгся монокристаллические сплавы Ge-Si n-типа прюьодимости cu стороны германия вплоть до максимального содержания 14 ат.* Si.

Начало систематическому изучению зонной структуры сплаыш Ce-Si положила работа Двднсона и Христиана (31, экспериментально установивших линейную зависимость параметра решетки Ge-Si от содержания Si. Затем был экспериментально установлен факт изменения симметрии зовы проводимости и ширины запрещенной зоны под влиянием всестороннего сжатия tux при сплавлении

В Ge зона проводимости имеет четырехкратно вырюадешшй минимум 11с симметрии (111), который является ваинизшии, и шестикратно вырожденный минимум в точке А1С на осях <100> на расстоянии 0,18 зВ от при атмосферном давлении. Зонная структура кремния подобна германиевой, а наиболее низкими в зоне проводимости ивлнотея шесть минимумов А,с на осях <1Ш>. Сознательно не рассматривается минимум зоны приводимости в точке (0001, не влияющий на процессы переноса. При увеличении концентрации Si энергетически зазор мекщу (111) и (100) минимумами уменьшается и при концентрации 14 ат.Х Si становится равным нулю. При дальнейшем увеличении содержании Si наинизаими становятся минимумы типа (100), происходит нерэеход от герианиеподобного состояния к креыниешдоб-ниму. Всестороннее сжатие и сплавление качественно одинаковым

образом изменяют симметрию кран зоны проводимости Се. Из-за разной величины и знака коэффициентов давления долин (111) и (100) по мере роста давления минимумы (111) удаляются от валентной зоны, тогда как минимумы (100) нр^лижаются к ней. В работе рассматривается область относительно, малых давлений, соответствующих области увеличения ширины запрещенной зоны и инверсии зон

^сЛс-

Впервые расчет закона дисперсии полупроводников гермаииеподрбной симметрии с использованием метода возмущений при величинах межатомных расстояний, отличных от значений при атмосферном давлении, как это имеет место, например, в Се из-за деформации или сплавления с S1, был осуществлен Еассани 141 в 1363 году. Инверсия зон в n-Се наступает при всестороннем сжатии до 30 кбар и одноосном ?«<с01> при 24 T/cn*3, в сшивах в связи с уменьшением энергетической щели между (111) и (100) минимумами при увеличении концентрации Si условия инверсия зон при всестороннем и одноосном в направлении Fi<100> сжатии облегчаются. В конечном итоге различие для этих случаев состоит в. количестве оли А1С минимумов, участвующих в формировании зоны проводимости.

Система твердых • растворов Ga-Si является классической бинарной системой замещения. Обладая неограниченной взаимной растворимость*) в твердом состоянии, германий и кремний образует непрерывный ряд твердых растворов .с полупроводниковыми свойствами. Однако в реальных монокристаллических слитках германиевого угла диаграммы состояний содержание кремния не превышает 1?, ат.%, а в монокристаллах кремниевого угла содержание германия не превышает 1,5 ат.Х. Сильная сегрегация при кристаллизации затрудняет как получение монокристаллов с высоким содержанием неосновной компоненты, так и равномерное распределение компонентов. Объектом нзпих исследований были германиеподобные сплавы Се4 .,,31,,

(х-машотя доля Si), содрраетщио ли 1?, яг л Si, легиривчипне п рясндэпе сурьмой п конпоитрлшти 1 гт1-'1 ¡К)1 си Крмп.ш выр-зпены методом вьгтягшпшш из рзешипг» с постоянны!» шдпитывз • нием маточного раствора твердым кремнирм, разработанным в VWET РАН, устранившим ряд проблем, связанных с сегрегацией компонентов при направленной кристаллизации, и обеспечил постоянство составч монокристаллов сплапов. Концентрация кислорода в сплавчх составляла (1+3). 10113 см"3, а плотность дислокаций на плоскости (11!) была порядка Ю4 см~г. К числу основных технологически дефектов, обусловленных термодинамикой процесса кристаллизации, относятся Флуктуации состава (кластеры Si), концентрационная неоднородность, связанная с периодическими флуктуациями концентрации примеси, дислокации, политропные формы существовании примеси Sb, не проявляющие донорных свойств.

Освещены вопросы, связанные с методикой эксперимента: изготовлением образцов, контактов к ним, осуществлением различных режимов облучения, отжига, измерения и обработки результатов. Приведены некоторые параметры сшивав Ge1_xSix, описывающие явления переноса и зависящие от содержания Si, рассчитанные в приближении линейной апроксимации по нашим и литературным данным: плотность р(х), знергетическая щель между (111) и (100) минимумами 0LA<x); ширина запрещенной зоны Ед(х); диэлектрическая постоянная ае(х); энергия оптических фононов е(х); продольная ско рость звука v,(х) и другие.

В этой главе приведены также результаты нилих расчетов тензоров деформации, проведенных в рамках теории деформационного потенциала, и определено смещение долин в сплавах при разном уровне сплавления с S1 и деформации сжатая: изотропной и одноос ■ ной в направлении Pi <111 > и PK1D0>.

umifc алкшюс элыш-снш в cíuabwí в слдшх

элилтичьских полях Ü ПРИСУТСТЬИИ доопиацйи.

¡)u второй главе с помогцью численного моделировании и янсмерименталышх методов рассматриваются эффекты, связанные с участием высоки! минимумов в проводимости для псе и ctuauub при изотрошюи и одноосиой упругая деформации Р • <111> и Р i <1 Ш> и разного уровня сллавлиния с кремнием.

Свойства п Ge при атмосферном давлении хорошо изучены. При оСичних условиях процессы переноса осуществляются электронами проводимости вблизи дна 301ш проводимости, образошшной минимумами типа <И1), а кремниеподобные (100) минимумы не заполнены электронами. Заполнение минимумов (100) электронами достигается двумя путями: уменьшением энергетической щели между минимумами 1гс и hÍC с помощью различного рода деформаций или сплавлением с кремнием, либо разогревом электровов в электрических полях. Задачей настоящих исследований было изучение эффективности процессов рассенния в сплавах при переходе от гермаииеподобного к кремниеподоОному полупроводнику и установление набора констант электрон-фононного взаимодействия.

В самом общем случае выражение для двузонной проводимости можно записать в виде о = е( п^^ + » гда ^ А и ^ д

- концентрация и подвижность электронов в грушах долин типа и А1С. Вадьшияство электронов создаются мелкий донорвой примееио 5 группы (в нашем случае сурьмой). В интервале 30;300 К донорная примесь ионизована, а концентрация электронов постоянна и рзвна n = HD - Яд, где Nu,Na - концентрация донорной акцепторной примеси. Поэтому основное влияние давления на проводимость осуществляется через средни» подвижность по электронам всех долин: -др- 1п а -др- m ц. '

За изменение средней подвижности при деформации ответственными являются три процесса: изменение степени заполнения <100) долин, характеризующихся меньшей подвижностью электронов, чем <111) долины; изменение подвижности электронов за счет изменения мавдилшшого рассеяния; изменение физических параметров долин.

Рассчитывались зависимости концентрации и подвижности электронов в каждой группе долин, проводимость и пьезосопротивле-ния сплавов от температуры, давления и содержания кремния, проанализирован вклад каждого процесса в изменение кинетических коэффициентов. Расчет функциональных зависимостей подвижности электронов для всех указанных выше видов воздействий для каждой группы долин проводился в приближении времени релаксации в предположении взаимодействия электронов с внутридолинными акустическими, оптическими, междолинными (меаду эквивалентными и неэквивалентными долинами) фононами, при учете рассеяния на заряженных примесях и "сплавного" рассеяния, обусловленного рассеянием электронов в полях упругих деформаций, возникающих из-за наличия кластеров кремния. Учитывалась анизотропия примесного рассеяний и на акустических фонанах.

Рассеяние между эквивалентными (100) долинами осуществляется на фанаыах LA (g - рассеяние) и ЬО + LA (X - рассеяние), имеющих энергии 430 и 320 К соответственно. Ыы пренебрегаем f - рассеянием, полагая его малым, как в n-Sl. Вклад рассеяния g - фононами с анергией 100 К в n-Се ташке пренебрежимо мал. Рассеяние между не-зкышалеитшми долинами (111) - (100) существует с фононом 320 К. Когдч долины (111) и (100) сближаются, электроны переходят из одной u другую; увеличивается доля междолинного рассеяния, благодаря чому уменьшается подвижность электронов в каждой из долин от-нссшелша тай величины, которая била бы в. отсутствие отого дополни елшого михаииума pjceewum. Очевидно, что эффект междолин-

ного рассеяния будет максимален, когда мипияукы близки по сгерги-ям. В литературе отсутствуют сведения о мевдолиином рассеяния электронов в сплзпах.

В сплавах Ge,.KSix (0 < х i 0,1) эхсперииентчлыго исследованы эффект Холла и пьезосокротиагение в условиях одноосной деформаций ? « <И1> и P « <001>. На основе совместного анализа расчета и экспериментальных результатов сделан вывод о том, что кинетические свойства сплавов хорошо описывается в рамках модели даузонной пр 1водикостм. При увеличения деформации в случае одноосного сжатия ? i <100> и (идя) при увеличении концентрации Si. в сплавах при всех видах деформации в эксперименте осуществлена инверсия зов проводимости (111) -«(1QO). Динамика уменьшения величины энергетической щели меащу (111) я <100) минимумами в зависимости от уровня легирозгяия кремнием, вица я величины деформации свидетельствует, что условия достижения инверсии зон в сплавах по срзвнениа с n-Се значительна облегчены. Инверсии соответствует область резкого увелкченля пьезосопроти-вления в направлении <100>, сраявлящаяся тем раньше, чем вше содержание кремния (рис.1). •

В области инверсии зов реализуются две carryации. В первой -ситуация гермакиетадобного четырехдолияного (111) полупроводника со слабо эффективными переходами ксжду димшиа i шявя долинами (111) ■* (100). Во второй - модель кремниеподобного вести- (при изотропном сжатии) или двухдолхнного ( ЩИ V I <100>), ДОЛИНЫ (100), - полупроводника с эффективными процессами рассеяния неаду неэквивалентными долинами. В утазапшх крайних случаях измерены и рассчитаны подвижность электронов в долинах (111) я (100), проводимость и пьеоосопротиэлеяие. В условиях няидучаего'совпадение расчета с экспериментом, кы установили набор констант связи электронов с фовонами: для случая Ge-Sl они не выходят за рамки

величин, известных дня п-Се. Так, деформационный потенциал акустического фонона в долинах (100) равен 3,8 эВ, величина константы деформационного потенциала 2.10е эВ/см для рассеяния между эквивалентными долинами (111) -» (111) ( í>*320 К ) - 1,6Д0в и 3.104 аВ/см, константа деформационного потенциала 8,3.10й эВ/см для междолинного рассеяния g-типа (100) -» (100) («=430 К ) равна 9,46.1СР эВ/см. Изменение расчетных значений проводимости и пьезосопротивления не превышало нескольких процентов при учете зависимости от концентрации кремния (0 < х < 0.1) ряда параметров сплавов, таких как плотность р(х), диэлектрическая постоянная ж(х).

В сплавах в исходном состоянии подвижность зленггронов существенно занижена по сравнению с п-Се вследствие "сплавного" рассеяния. При внешних воздействиях, приводящих к перестройке зоны проводимости полупроводника, нас интересовала динамика процессов рассеяния, доминирующих в ограничении подвижности электронов в сплавах. Было установлено, что в германиеподобном сплаве в интервале 100+300 К в долинах (111) доминирует рассеяние акустическими фононами, с ник конкурирует сплавное рассеяние, а междолинное рассеяние очень слабое. Однако в условиях приближения инверсии зов роль рассеяния между неэквивалентными долинами возрастает настолько, что а 1фешогеподобных сплавах в интервале 100*300 К в дсшшах <100) меящолианое рассеяние наряду со сплавным рассеянием играет основную роль в процессе ограничения подвижности электронов. Это идлострирувт расчетные зависимости подвижности для сплава с 10 ат.Ж Si, подвергнутого изотропному сжатию (рис.2).

В рамках приближения времени релаксации оказалось возможным с некоторыми ограничениями количественно описать экспериментальные температурные и барические зависимости концентрации, подвик-

Рис.1.Пьезосопротивление n-Ge (1) и Ce-Sl с 1., 4.. 8. и 10,4 эт.* Si (2-5). Р»<001>, 77 К (эксперимент).

Рис.2.Зависимость ц(Т), обусловленная различными механизмами рассе»шия в Ge-Si с 10 ат.Ж Si при Р-0 (а) и 10 кбар (б). Изотропное сжатие, расчет. (Рассеяние: пр.-примесное, опт. и ах.- фононами, мд.-мешдолинное, спл.-сплавное, общ.-суммарная р).

20 РЛ0,Н/м2

}л,с мУ В.с

1<Г

дсм2/В.с

10«

10'

10

а

пр^

чмй.

\

опт"]4

Общ. -- 1 1 1 .

10ь-

50 100 200 Т,°К

50 100 200 Т°К

ногти электронов, проводимость ¡л пьеаосопротшиение, объяснить их особенности помет инверсии вон. Упомянутые ограничения касается сплавов с высокой концентрацией кремния, обусловливающей большую неоднородность образдов.

ГЛАВА З.РОЛЬ ИЕЖОй ДОНОШМ ПРИМЕСИ В ПРОЦЕССАХ ПЕРЕНОСА.

В главе приведен краткий обзор литературных сведений о примесном пробое (ПП> в n-Се, в котором сформулировав критерий нарушила стационарности для концентрации электронов, проанализирована зависимость пробивного поля Епр от параметров полупроводника, рассмотрены особенности пробоя в мвогодолинвых полупроводниках.

Согласно простому соотношению Епр.ц ~ const - е*.Т~ь 151, при заданной температуре пробивное пахе определяется энергией ионизации мелких доноров и величиной подвижности электронов (а и b - численные коэффициенты). Этот факт обусловил использование ПП в качестве метода наблюдения резонансных состояний мелкой донор-ной примеси.

. Исследовались вольтамперные характеристики в области ПП в сплавах, легированных сурьмой в концентрации 4.10***8. Ш13 сы~э и еодериащих до 12,4 ат.Х Si, в у ело вши одноосного до 15 Т/см3 сжатия ь направлении 5» <111 >, Р»<100> и температуры в интервале 5HS К.

Экспериментально и с помощью расчетов . установлены условия вытда резонансных состояний донорных уровней/сурьмы, связанных с минимумами (100) зоны проводимости в запрещенную зону, концвдтрацишшан зависимость анергии ионизации донорного уровня сурьмы в сплавах, влияние расщепления донораьа состояний, принад-¿«».щип 11С и А1С минимумам, на концентращно свободных алекг-

ронов в области ПЛ.

При атмосферном давлении и малом уровне содержания S1 донорные состояния сурьмы, принадлежащие (1ÜO) минимумам, находятся в области сплошного спектра в зоне проводимости. Однако, в ситуации, которая складывается вблизи инверсии зон, уменьшение знергетической щели, разделяющей (111) и (1G0) минимумы, приводит не только к перераспределению электронов между неэквивалентными минимумами, но и к выходу резонансного состояния сурьмы в запрещенную зонуi Измерения эффекта Холла и расчет показали, что е1 начинает заметно меняться при содержании кремния И ат.Ж. Из проведенного анализа ясно, что при такой концентрации резонансный уровень становится более низким по сравнению с уровнем, принадлежащим (111) минимуму. В условиях одноосного сжатия Р«<100> этот уровень будет "выдвигаться" в запрещенную зону до тех пор, пока минимумы (100) не станут абсолютными, а величина энергии инизации - равной 0,038 аВ. При этом Епр должно увеличиваться. Например, в сплавах с содержанием 7 и 12,4 ат.% S1 величина равнялась соответственно 0,01 и 0,025 эВ, а Епр - 240 и 440 В/см.

Расчеты показали, что расщепление донорных состояний, связанных с (111) минимумами, под влиянием деформации в пределах использованных в эксперименте величин давлений мало и не влияет на концентрацию свободных электронов. Напротив, изменение энергетического положения основного состояния, связанного с (100) минимумами, велико и при давлении 10 Т/см2 eí увеличивается практически вдвое.

Основной особенностью ПП в сплавах является отсутствие корреляции в изменении Епр и подвижности электронов: увеличение содержания S1 приводит к уменьшению подвижности и Епр' также уменьшается. В среднем величина £пр на порядок меньше расчетного

значения. Как показал эксперимент, не только величина пода/жности не является определяющей ддя значения Епр, но и уменьшение концентрации электронов, например, вследствие компенсации проводимости, не столь критично, как для чистого Ge. Эти и другие особен -ности Ш1 оказалось возможным объяснить в предположении локального развития ПП в местах неоднородаостей образца.

В условиях одноосной деформации вид зависимости Е зависит от содержания 51. Увеличение с давлением типично для сплавов, содержащих да 8 ат.Х Si, а уменьшение Епр с давлением - для сплавов с более высоким содержанием Si. Для шсококонцентрирован-ных сплавов характерны также немонотонная зависимость Еп[^(Р): Епр с увеличением давления вначале возрастает, а затем начинает уменьшаться, при атом часто наблюдается изменение формы В АХ. Последний зффект, как и пороговый вид зависимости Епр<Р) для направления деформации ?к1Ю>, представленной на рис.3 для сплава с 4 и 8,5 ат.Х Si, обусловлен выходом резонансных состояний в запрещенную заву и участием электронов минимумов (100) в проводимости.

Отсутствие количественной теории рассеяния горячих носителей iока в неоднородных полупроводниках, тем более в реальных условиях проводимости при сложной структуре дна зоны проводимости в области инверсии, где имеют место аффекты, связанные с проявлением резонансных состояний; делает детальный анализ Ш затруднительным.

ГЛАВА 4. ГАЛиШЮЫАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В НЕОДНОРОДНЫХ ШЛУПРОВОДНИКАХ.

Наличие неиднороддостей в полупроводниках заметно изменяет ил физические свойства и приводит к появлении ряда аффектов, ою^тстауицих в однородном материале. К таю» эффектам относятся

описанные нами и наблюдавшиеся в п-Се, п-5) со слоистой г.?однп-роднпстып, областями рэзулорядочеяия (ОР) и сплавах Се^^Б^: умеяьиение подвижности с увеличением степени неоднородности материала; температурная зависимость подвинтости р „ Т~°'в; отсутствие корреляции в изменении по; эижности и поперечного магнитосопротивления в слабых магнитных полях. интерпретация этих данных возможна только при развитии теоретических представлений оС особенностях электронных свойств пглупроподяиков с областями нарушений (ОН) Под областью нарушений понимается часть объема кристзллз, сьдеряэщэя достаточно больтую концентрации различного рода точечных дефектов, размеры которой, характеризушке область распространения электрических шлей I, связанных с ОН, значительно меньше размеров образца, но больше дебаевской длины или длины свободного пробега Как показал Херринг (21, при выполнении соотношения Ь » Л движение носителей тока в поле дефекта носит диффузионный характер и в таком случае влияние шлей дефектов следует учитывать, вводя их в уравнение Больщэяэ наряду с внешним приложенным полем.

Так как ОН являйте я случайными неодкородзоетями. характеристики образца заданы статистически, то-есть потенциал в точке г равен ф(г) лишь с вероятность») Р(ф(г)1. Поэтому нужно вычислить усредненную по ансамбля неоднородных кристаллов плотность тока <«Т> = /ЛСг,ф(г))3 йф. Используя диффузионное приближение теории переноса (эта часть основывается на совместных с Ясковцрм И. И. работах), в диссертации рассмотрено теоретически и экспериментально влияние областей разушрядояения в п-Се и п-31, облученных нейтронами, и флуктуаций состава (кластеров 31) в сплавах Се1_х31х (О < х < 0,12) на подвижность носителей тока и ее температурную зависимость.

Эффект Холла, проводимость и мэггоггосопротивление в слзбнх

магнитных полях измерялись в п-Се и п-Б1, облученных нейтронами и 7-квантами. Облучение использовалось для создания ОР и точечных дефектов. В области выполнения критерия диффузионного приЗлкжения влияние тачечных дефектов на кинетические процессы аналогично действию крупномасштабных дефектов типа ОР или флуктуаций состава.

Возникновение ОН приводит к перераспределению носителей варяда в образце, в результате чего в нем возникают объемный заряд плотностью р(г) и электрическое поле Е(г), связанное с этим варядом уравнением Пуассона: 61т 1(г) » -|^-р(г).

В этом случае подвижность носителей тока можно представить в виде ц*- ^(1-А), вдесь Цд.Ц*- подвижность в однородном образце

я образце с №. Решение в статистическом приближении приводит к

> ■ ■

условию: А - —« 1. Вклад в подвижность А, обусловленный ОН, Ч)

включает параметры ОН, рассчитывается по формулам, зависящим от типа неоднородностей к определяется из эксперимента. Так, например, дхя ОР

А ~

где К^* я/а - К.а.Фп - концентрация ОР в кристалле, а о- объем кристалла. К- число атомов вещества, о- сечение образования ОР (Дхя Се ст«4.10~"г4 см2, Фп-доза нейтронов), ^ - концентрация доноров, - концентрация акцепторов в ОР. В диффузионном приближении удалось достаточно хорошо описать температурную зависимость подвижности в области температур 100*300 К в полупроводниках с ОР * сплавах. Рассчитанная из экспериментальных данных зависимость вида Д Л-9, где а близко к величине 1,5, совпадает с

теоретическое, кок видно из рис.4. Если происходят быстрое убывание ср(г), то изменение подвижности А определяется чисто геометрическим фактором I и не зависит от температуры (кривая 2). В случае же медленного убывания потенциала ОН на движение носите-

1 3

лей тока оказывает далекая область потенциала и А Л ' (кривая 1). Численный расчет показал, что учет возможного распределения ОН по геометрическим размерам ив приводит к каким-либо изменениям в температурной зависимости <ЦИТ). Очевидно, что атомы 1фемния входят в матрицу германия кластерами, а большая величина концентрации указывает, повидимому, на их технологическое происхождение.

В эксперименте наблвдалось подобие поведения магнитосопро-тивления сплавов и полупроводников с ОР: с увеличением степени неоднородности коэффициент ЫС возрастает во всем температурном интервале, в то время как подвижность уменьшается.

Сопоставление результатов теории и эксперимента позволило:

1.Оценить масштаб неоднородностей: а)в п-Се и п-51 характерный размер ОР га«"2*5.10~° см, концентрация дефектов

внутри ОР 8.1017+3.101в см"3; б)в сплавах при 10~4< г <4.10"2

о

геометрический размер флуктуация состава 50< Г1 <700 А.

2.Показать, что природа и структура внутренней области кластера не столь важны, так как наиЗолее существенное значение имеет поведение потенциала неоднородности в далекой области.

3.Показать, что в роли таких неоднородностей могут выступать не только ОР или флуктуации состава, но и точечные дефекты, образующиеся в п-Се, п-51 и сплавах при облучении 7-квантами и нейтронами.

Развитые представления позволяют удовлетворительно объяснить наблюдаемые экспериментально температурные зависимости подвижности в п-Се и п-31 с областями разупорадочения в широком

шперьалв температур и концентраций лыирусщей примеси.

ГЛАВА ¡5. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ В ШШВАХ üßj.Jäi^.

Кратки! обзор состояния изученности .примесно-дефектного взаимодействия в G« и сплавах Gej,^^ позволяет кагатировать отсутствие последовательного теоретического рассмотрении алею родной структуры собственных дефектов и, как следствие, неопределонносгь трактовки процессов дефектообраиования и неоднозначность моделей основных точечных дефектов.

На таком фоне решение задачи повышения радиационной устойчивости сплавов, в значительной степени связываемой с присутствием атомов S1 в решетке германия, требовало выяснения основных процессов дефектаобразования в Ce1_XS1X.

Исследрвался эффект Холла, проводимость,

магнишсопротивление, DLIS, изохронный и изотермический отжиг в сплавах легированных сурьмой в концентрации

4.101441.10гасм"3. Максимальное содержание кремния составляло 8 ат.Х. Облучение 7-квантами и электронами использовалось как способ генерации точечных дефектов.

При облучении сплавов наблюдается уменьшение концентрации свободой электронов, сопровождающееся появлением энергетических состояний уровней дефектов в запрещенной зоне. Наиболее олектрически активным дефектам принадлежат акцепторные состояния bJ, Е11 и Е111. Роль дефектов Е111 в уменьшении концентрации носи гелей тока возрастает с увеличением содержания кремния в сплаве, что иллюстрирует- рис.5, на котором представлены кривые изохронного отжига концентрации электронов облученных 7-квантами пч;е (кривая 1) и сплавав с 0,01 и Ь агг.% S1 (кривые 2 и 3 еиогвегстъешш), области II и III соответствуют отжигу дефектов

3(P)/fnp(0)

и 8

Рис.3.Зависимость относительного Епр от давления в Ge-Si с 8,5 (кривая 1) и 4 эт.36 Si (кривая 2); Е»РК001>. 5 К.

12 Río1H/m2

Л 0,4 0.1

10 50 200

Рис.4.Зависимость Д=

1УГ »ъ

от темпе

для n-Се, облученного нейтронами да зой 4.1013 н/см2; для образцов I Npp-e.lO11, для образцов 2 - 8.10 см~э.

-JkJk.

~ <Vna

Рис.5.Изохронный отжиг концентрации электронов на стадиях отжига Е11 и Е111 в n-Се (кривая 1) и Ge-Si с 0,01 и 1 ат.К Si (кривые 2,3), облученных т-квантами. г^.Пд,^-концентрация до и после облучения и после каждого отжига соответственно.

Е11 и Е111. Для указанных дефектов вычислены или измерены энергетические и радиационные характеристики: энергия ионизации уровней, их сечения захвата носителей, зарядовое состояние, анергия активации отжига, порядок реакции отжига, скорости введения дефектов, скорость удаления носителей тока и другие. Выяснено, что практически все параметры дефектов и отжига зависят от содержания кремния. Термическая устойчивость дефектов Е1, Е11 и Е111 соответствует температурам 380, 420 и 500 К.

Проведешшй анализ наших экспериментальных данных позволил определить состояния Ес-0,2 зВ в сплавах как суперпозиции двух близко расположенных уровней I1 (мелкий) и Е11 (более глубокий), принадлежащих разным дефектам. Сопоставление полученных экспериментальных данных с известными из литературы для германия позволило идентифицировать Е1 с нейтральным комплексом типа где - атом примеси 5 группы. Такой модели не

противоречит кинетика отжига первого поядка, характеризующая диффузию вакансий к фиксированному числу стоков наличие

области отрицательного отжига подвижности и коэффициента магнитосопротивления в интервале температур, при которых происходит разрушение дефектов Е?: V" + Уровень

Е11 сопоставлен дефекту, в образовании которого не участвуют атомы 5 группы. Наиболее доказательная, хотя и не единственная версия предполагает его связь с комплексом ТО, где 0 - атом кислорода. Подтверждением служит отсутствие насыщения на дозовой зависимости Е11 и кинетика гонга первого порядка. Гигантское сечение рассеяния носителей тока на этих дефектах может быть обусловлено гантельной конфигурацией дефекта в решетке типа Уг0.

Пйдучены экспериментальные подтверждения того, что компенсация проводимости сплавов при облучении главным образам определяется процессом компенсации радиационными дефектами, а не удзлени-

ем атомов из электрически активного состояния.

Роль атомоп кремния в кгЛестве электрически активных дефек-тсщ не выяснена. Экспериментальный факт образования дефектов в сплавах при облучении их более низкоэнергетичными, чем для Се, зленггронами свидетельствует об уменьшении энергии смещения атомов и ослаблении свнзег между регулярными атомэми в решетке. Непосредственно не участвуя в образовании вторичных дефектов, атомы влияют на построение различных конфигураций вакансий, например, V - изолированной вакансии и "расщепленной" вакансии У-51-У, являющихся активными элементами дефектно-примесного взаимодействия. Свидетельством геттерирущей роли атомов 31 является только уменьшение скорости удаления носителей тока в сплавах с ростом содержания Б1. Однако, геттерирующая способность не высока и в настоящей работе не удалось установить условия ее повышения.

Перспективность использования сплавов в качестве материала для изготовления тензарезисторов с повышенной радиационной устойчивостью, работающих в экстремальных условиях действия высоких температур (до 600 К) и ионизирующих излучений, основана на следующих принципах. Указанному способствуют, во-первых, большая величина пьезасопротивления сплавов и уменьшение его анизотропии с увеличением содержания кремния, во-вторых, стабильность эл ею ро с о противления сплавов не ниже 5* при его облучении при температурах ~ 600 К до доз, превышающих пороговые значения, приводящие к конверсии типа проводимости и деградации электрических свойств материала 15м его облучении при 300 К, более чем на 2 порядка. Таким образом, несколько причин способствуют повышению радиационной стойкости сплавов: геттери-руюцая роль атомов 31, образование при облучения глубоких донор-, ных состояний, невысокая электрическая активность наиболее терми-

чески устойчивых акцепторов tJI1 (до 500 К) и,, напротив, тюкая термическая устойчивость (до 420 К) наиболее электрически активных акцепторов Е11, приводящая к их отжигу.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

При исследовании сплавов были сделаны наблюдения, выпашлие из основного русла работы, однако представляющие, на наш взгляд, несомненный физический интерес. Рассмотрение таких физических свойств, как магнитная восприимчивость, микротвердость и низкотемпературная пластичность сплавов, приведено в приложении. Экспериментальное изучение магнитной восприимчивости сплавов, парамагнитная составляющая которой определяется непосредственно законом дисперсии, показало, и это нашло теоретическое шдгверкдение (в совместной с Мелышчукон С.В. работе), рост парамагнитной составляющей с увеличением концентрации S1 и изменение вида концентрационной зависимости магнитной восприимчиаости в области инверсии.

Обнаруженная нами низкотемпературная пластическая деформация сплавов, возникающая при действии одноосного сжатия в интервале температур 774300 К и проявляющаяся в сложной форме: изгибе и одновременном закручивании материала, с выходом плоскостей скольжения на боковой поверхности кристалла, - определяется еще не установленными механизмами размножения и движения дислокаций.

Нроьедены измерения микротвердости сплавов с содержанием 6, 11 и 1Ь ат.Х S1 на плоскости (111) в интервале температур 77;1073 К (при участии Грвдневой И.В.). Показано, что микротьерцость сплавив линейно возрастает по мере увеличения содержания S1, что соответствует его упрочнению. Рассчитаны впервые для сплавов nap.i4-i[4i щяОДжационного процесса: анергия активации движения

дислокаций, характеристическая температура деформации. гемп^рату-ра юладполомкости и другие. Показано, что д?я всех сиячтт при 77 К происходит изменение характера тр»щгагаобра:ктчнил. спиде тельствующего о повышении сопротивляемости рапруяепию силопов при понижении температуры.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ й ВиВОЛМ

1.На основании экспериментальных данных и результатов численного расчета установлены условия достижения инверсии зон 11с-Л1с в сплавах при различных уровнях легирования кремнием и действии всестороннего ики одноосного <Р»<100>) сжатия. В приближении времени релаксации при учете реальных- механизмов рассеяния в сплавах определена роль различных механизмов рассеяния в ограничения величины подвижности носителей тока при переходе от германиепадобного к кргмниеподобному состояли!!). Показана дрминируввдя роль сплавного рассеяния в сильно легированных сплавах в интервале температур 50+300 К.

2.В рамках теории анизотропного рассеяния описаны нелинейные барические, температурные и концентрационные зависимости проводимости, пьезосапротявлення я подвижности носителей тока в области инверсии при хорошея согласии результатов эксперимента п численного моделирования.

3.Из экспериментов ш низкотемпературному примесному пробое в условиях одноосной деформации Рк100> показан выход в запрещенную зону резонансного состояния принеси БЬ. принадлежащего А1с-зоне. Установлена концентрационная зависимость энергии ипнугаяции донорного состояния ЗЬ.

4.Показана универсальность использования диффузионного приближения теории переноса для описания неоднарпдностей

херрипгопского -пат на примере полупроводников со слоистым распределением примесей, с областями разупорядочения, с точечными дефектами и кластерами кремния. Наличие крупномасштабных неоднородностей, размер электрических полой которых превышает длину свободного пробега носителей тока, приводит к изменению температурной зависимости подвижности, отсутствию корреляции в изменении подвижности и велзетюш магвитосопротивления.

5. Установлены закономерности изменения вольтамперных характеристик сплавов в области примесного пробоя при действии одноосного сжатия Рк111> и Fi <100> и разного уровня сплавления с кремнием. Показано, что в среднем на порядок меньшие расчетных значений поля пробоя в сплавах обусловлены локальным развитием пробоя в областях неоднородностей.

6.Проведена систематизация основных радиационных дефектов в сплавах G^-xSl*« Показано, что состояние вблизи 1^.-0.2 зВ представляет собой суперпозицию двух акцепторных состояний, принадлежащих разным дефектам, а конверсия типа проводимости щи облучении определяется введением радиационных акцепторов. Разработаны технологические рекомендации создания радиэциоюю стойкого материала для изготовления тензорезисторов, работающих в экстремальных условиях высоких температур и радиации.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Шаховцрв В.И., Шаховцова С.И., Шлииар Л.И., Ясковец И.И. Подвижность носителей тока в Се с областями разупорядочения. -«ГП. 1075. Т.9. N11. 0.2200-2302.

2.Антоненко P.C., Иаховцов В.И., Шаховшва С.и. Влияние 7-облучения на электрические свойства n-Се с неоднородным

распределением примеси. - УФШ. 1S75. Т.20. N8. 0.899-002.

3.Антоненко P.C., Шаювцов В.И., Шаховцова С.И. Влияние 7-облучения на электрические свойства n-Sl с неоднородным распределением примеси. - ФТП. 1978. Т.10. N10. 0.1956-1958.

4.Шзховцов В.И., Шаховцова С.И., Шпмнар Л.И., Ясковец И.И. Подвижность носителей тока в полупроводниках с областями разупорядочения. - ФТП. 1977. Т.Н. К10. С. 1907-1971.

5.Кулаков В.М., Шаховцрв В.И., Шаховцова С.И. Сравнительная эффективность воздействия ядерных излучений на полупроводниковые материалы. - Физические основы радиационной технологии твердотельных электронных приборов. Киев: Наукова Думка. 1678. С.36-79.

в. Шаювцов В.И., Шаховцова С.И., Шварц М.Ы. Магвитосопротивление Се и 31, облученных нейтронами. - ФТП. 1879. Т.13. N4. С.795-798. : •

7.Сарбей О.Г., Шаховцова С.И,, Шаювцов В.И. Мзгшггосопротивление полупроводников с точечными дефектами и областями рззупорядрчения. - 1руда меадунар.конф. па радиационной физике полупр. и родственных матер. Тбилиси. I960. С.770 -773.

8.Шаховцова С. И., Шаювцов в.И. НаГнитосопротивление полупроводников с точечными дефектами и областями разупорядочеяия. - ФТП. 1980. Т.Н. N12 . 0.2301-2309.

9.Shahovtsova S.I., Shah0Yt30T 7.1., BeloKurora I.N. The mobility of carriers and the magnetoresiatance oí Ge-Si alloys. -Sol.St.Commma. 1982. V.41. N4. P.269-272.

10.Шаховцова С.И., Шаховцов В.И., Белокурова И.Н. Подвижность носителей тока и магнитосопротивление тверда* растворов Ge-Si, облученных 7-квантами. - ФТП. 1982., Т. 18. N3. С.1504-1506.

11.Шаховцова С.И., Белокурова И.Н., Рогуцкий И.О. Отжиг

радиационных дефектов в твердых растворах Ge-Si. - ФШ, 1982, Т.1В, В.1D, С.1907-1909.

12.Shaho4tsova S.I., Shahovtaov V.I., Belokurova I.N. Radiation acceptors in Ge-Si аПоуз. - Sol.St.CuBauna. 1982. V.44. да. P.1169-1174.

13. Шаховцова O.K., Белокурова И.Н. Пластическая деформация твердах растворов Ge-Si при низкой температуре. - УФШ. 1985. 1.30. Н8. С.1180-1181.

14.Шаховцова С.И., Шварц M.U., Белокурова И.Н. Особенности компенсации проводимости облученных твердых растворов Ge-Si. -УФ», 1985, т.ЗО, в.4, с.582-585.

15.Белокурова И.Н., Рогуцкий И.О., Шаховцова С.И. Радиационные акцепторы в твердых растворах Ge-Si. Легированные полупроводниковые материалы. И.: Кир.1985. С. 173-177.

Ш.Шахоацава С.И., Сененш Ю.А., Белокурова И.Н. Пьезосопротивление твердых растворов Ge-Si. - УФШ. 1986. 1.32. N1. С.ЭЗ-95.

17.Шаховцрв В.И., Шаховцова С.И., Шварц М.М. Белокурова И.Н. Способ обработки тензорезисторов на основе твердых растворов Ge-Si. - Авторское свидетельство N1152394, изобретение N4115313. Зарегестрировано в Гос.реестре изобретений СССР 15.03.1988 г.

18.Шаховцрв В.И., Шаховцова С.И. и др. Подвижность носителей тока в твердых растворах Ce1 _xSix. - ФГП. 1Ж. Т.23. N1. С.48-51.

19.Шендеровский В.А., Шаховцова С.И. и др. Магнитная восприимчивость твердых растворов Се^^^. - Известия АН СССР. Сер. Неорг. материалы. 1889. Т.25. N11. С.1771-1774.

20.Белокурова И.Н., Третяк О-В., Шаховцова С.И. и др. Емкостная спектроскопия глубоких уровней облучешшх твердых растворов Ge-Si. - ФТП, 1989, т.23, в.10, с.1869-1873.

21 .Семенш Ю.А., Шаховцова С.И., Белокурова И.Н. Низкотемпературный примесный пробой в сплавах Ge-Si. - ФТП. 1990. Т.24. N7. С.1272-1275.

22.Семенш D.A., Шаховцова С.И., Белокурова И.Н. Низкотемпературный примесный пробой в одноосно деформировзнноых сплавах Ce-Si. - ФТП. 1991. Т.25. N9. 0.1553-1559.

23.Шаховцова С.И., Шварц И.М., Белокурова И.Н. Выбор параметров материала для создания тензорезистора на основе сплавов Ge-Si. - Электронная техника. 1992. Сер.8. N2(149)-3(15).

с.ет-ei.

21. Голубова А.А.....Шаховцова С.И. и др. Энергетический

спектр нейтронов и радиационные повреждения в Се. - Препринт ИФ АН УССР. 1976. HI. 30 с.

25.Шаховцов В.И., Шаховцова С.И. и др. Исследование подвижности носителей тока в Ge, облученном нейтронами. -Препринт ИЯИ АН УССР. 1В78. N78-24. 3 с.

28.Шаховцова С.И. и др. Некоторые свойства облученных твердых растворов Ce-Si. .- Препринт И» АН УССР. 19S4. N5. 47 с.

27.Дейбук В.Г.....Шашовцрвз С.И. и др. Закон дисперсии и магнитная восприимчивость твердое растворов Ge1_J<aix. - Препринт И9 АН УССР. 1968. N23. 17 С.

28. Шаховцова С.И., Шварц М.М., Белокурова И.Н. Дефекта образование в сплавах Ge-Si при различных режимах облучения. - Радиационные процессы в микроэлектронике. м.:ЦНТИ "Поиск", 1993.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Newman K.I., Do» J.D. Theory of deep impurities in Si-Ge alloys. - Pftys.Rev.(B). 1984. Y.30. N4. P.1929-1936.

2.Herring С. Effect of random lnhomogeneities on electrical and galvanomagnetic measurements. - J.Appl.Phya. I960. V.31. N11.

3. Johnson I.R., Christian S.U. Зове properties of Ce-Si alloys. - Fhys.Her. 1954. V.95. NH. P.560-561.

4.Baaaani T., Brust D. If feet ol alloying and ргеззиге cn the band structure of germaniua and silicon. - Phys.HeT. 1963. Т.1Э1. Я4. P.1524-1529.

Б.Чуенков В.А. Электропроводность валентных полупроводников при низких температурах в сильных электрических полях. - OTT. I960. Т.2. Н5. С.799-809.