Ионно-продуцированные аморфизация и кристаллизация полупроводников со структурой алмаза тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ПОЛУПРОВОДНИКОВ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

УДК 621.315.592

" Г 5 ОД

1 з ГАЗ №18

ГУСАКОВ Григорий Анатольевич

ИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ АМОРТИЗАЦИЯ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ СО СТРУКТУРОЙ АЛМАЗА .

01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МИНСК. 1996

Работа выполнена в Белорусском государсп венном университете

Научные руководители; доктор физико-математических наук, профессор Новиков Александр Петрович; доктор физике-математических наук, профессор Анищик Виктор Михайлович

Официальные оппоненты; член-корреспондент АНБ Коршунов Федор Павлович; кандидат фиэикс-математически:: наук Ульяшин Александр Григорьевич

Оппонирующая организация: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (БГУ ИР, Минск)

Защита состоится "31." мая 1996 года в 14 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 01.06.01 при Институте физики твердого тела и полупроводников АН Беларуси по адресу 220072, г.Минск, ул.П.Бровки, 17.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке Института физики твердого тела и полупроводников АКБ.

Автореферат разослан "29" апреля 1996 г.

*

Ученый секретарь Совета

по защите диссертаций доктор фвз. -мат. наук

В. М. Федссюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш диссертации. Ионлая имплантация является одним из основных к наиболее перспективных методов контролируемого введения примесей в полупроводниковые материалы. Однако, постоянное расширение области применения иснной технологии требует выяснения новых аспектов ионно-стимулированных процессов и разработки адекватных физических представлений о механизмах явлений, протекающих при проникновении ускоренных ионов в вещество. Наиболее остро стоит проблема услргнения радиационных дефектов, неизбежно возникающих при торможении ускоренной частицы в кате-риале мишени. Дефекты структуры влияют на выход годных приборов и их надежность, ухудшают эксплуатационные характеристики полупроводниковых устройств. Поэтому в настоящее время продолжается поиск путей снижения количества вводимых нарушений. К этой задаче примыкают вопросы аморфизации полупроводниковых кристаллов под воздействием облучения и ионно-индуцированной кристаллизации.

Несмотря на существенный прогресс, достигнутый в понимании процессов, происходящих в облученных полупроводниках, проблема ионно-индуцированлых аморфизации # кристаллизации все еще далека от завершения. Различные авторы, сходясь в том, что переход в аморфное состояние происходит за счет накопления радиационных дефектов до критической концентрации, расходятся в оценках этой концентрации. Приводимые в литературе значения критической концентрации смещенных атомов колеблются от 2 до 20 /£, что не позволяет получить однозначный критерий аморфизации облучаемого слоя. Нет также и общепринятого взгляда на структуру аморфных полупроводников. До конца не ясен механизм перехода от аморфизации к восстановлению структуры облучаемого слоя под воздействием ионного пучка. Остается открытым вопрос о критических условиях имплантации, при которых становятся возможны.® такие переходы. Следует также отметить, что большинство существующих подходов к рассматриваемой проблеме ьосит полуэнлирический характер. Эти подходы разработаны презде всего для хорошо изученных полупроводников (кремний и германий), и не распространяется на такие перспективные материалы, как алмаз и арсенид галлия.

г

Детальное исследование процессов аыорфизации и кристаллизации полупроводниковых материалов под воздействием ионных пучков позволяет предсказывать структуру облученных слоев и дает возможность выбора оптимальных режимов имплантации, при которых на выходе получается наиболее совершенный кристалл, что имеет как научное., так и практическое значение.

Связь с научными программами. Диссертационная работа выполнялась в Белорусском государственном университете в соответствии с проводимыми исследованиями по госбюджетным темам ГБ У 375/19 и ГБ И 651/12, включенными в план научно-исследовательских работ Белгосуниверсигета на 1991-1995 и 1995-1996 гг, соответственно. . '-.'•..'

Цель и задачи работы. Целы) работы было исследование фа. зовых переходов кристалл - аморфное состояние - кристалл в облученных полупроводниках, построение ыодели. позволяющей определить критические условия имплантации, при которых возможны подобные переходы, и разработка теоретического' критерия аморфиза-ции, учитывающего структуру облучаемых полупроводников и природу дефектов, вводимых ионным пучкоы. .

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:

• 1. Разработка теоретического критерия аморфизации, учитывающего структуру облучаемых полупроводников и природу дефектов, вводимых ионным пучкоы.

2. Определение критических концентраций радиационных дефектов различных типов, при которых происходит аморфизация полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза.

3. ; Разработка модели, описывающей температурную зависимость критической; дозы аморфизации полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза в широком интервале температур имплантации.

4. Исследование критических условий имплантации, при которых в облучаемых полупроводниках происходит переход от аг,:сг -

, фпзации к кристаллизации. •

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Сформулирован теоретический критерий аморфизации облученных полупроводников, учитывающий природу радиационных дефектов и кристаллическуп структуру материала мишени.

2. Разработана модель,, описывающая температурнув зависимость критической дозы аморфизации полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза в широком интервале температур имплантации.

3.' Для кристаллов кремния и арсенида галлия установлена связь критической температуры, при которой происходит переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием облучения с температурами отжига основных типов радиационных дефектов.

4. Экспериментально изучены зависимости.критической температуры ионно-индуцированной кристаллизации в кремнии и арсениде галлия от скорости генерации дефектов в<5лизи границы раздела фаз. *

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что предложенные в работе подходы для определения температурной зависимости критической дозы аморфизации и критических условий имплантации, при которых происходит переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием ионного пучка, могут быть использованы для оптимизации режимов самоотжиговой имплантации и прогнозирования свойств полупроводниковых кристаллов, облученных интенсивными конными пучками.

Основные положения, выносимые на защиту: . , ,

1. Теоретический критерий аморфизац;ш облученных полупроводников, учитывавший природу радиационных дефектов и кристаллическую структуру материала мишени. '

2. Модель,. описывающая температурную зависимость критической дозы аморфизации монокристаллаческих полупроводников со структурой алмаза в широком интервале температур имплантации, в основу которой положены данные о термической стабильности основных первичных радиационных • дефектов н их взаимодействии между собой.

3. Экспериментальное подтверждение к теоретическое обоснование существования критических условий имплантации, обеспечивающих переход от аморфизации к кристаллизации йод воздействием ионного пучка.

Личный вклад соискателя. Соискатель принимал непосредственное участие в получении всех результатов, представленных в диссертации. Результаты были проанализированы совместно с научными руководителями. Соавторы работ, приведенных ниже, принимали

участие в подготовке объектов исследования, проведении отдельных экспериментов и обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертации докладывались на_Всесоюзной конференции "Г лшо-луче-вая модификация полупроводников и других материалов 'микроэлектроники. " (Новосибирск, 1991). XXI, XXII и XXIII Всесоюзных совещаниях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. С Москва, 1991, 1992 и 1993), 8-ой Международной конференции по ионно-лучевой модификации материалов I5MM92 (Германия. 1992), III московском семинаре "Алмаз: физика и электроника" (Москва, 19ЭЗ), X Международной конференции по ионно-имплантаиионным технологиям IIТ94'(Италия, 1994), V Конференции "Перспективы применения алмазов в технике, и электронике". (Москва, 1994), III Межгосударственном семинаре "Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий". (Обнинск, 1S95), конференции "Взаимодействие излучения с твердым .телом" ВИТТ-95 (Минск, 1995).

Опублкковакность результатов. По теме диссертации опубликовано 5 статей, 7 докладов и 7 тезисов докладов на научных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, основных выводов и списка, использованных источников. Объем диссертации составляет 130 страниц,, в тем числе 26 рисунков и 11 таблиц. Список, использованных источников включает в себя 13S наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации.

В общей характеристике работы сформулированы цель, нау::::'л новизна, практическая . и экономическая значимость диссертаг.:::' дано краткое содержание работы, ä также изложены основные положения, вынссимыз на заидату.

В первой главе представлен обзор литературных данных по ионной имплантации в полупроводниковые материалы со структурой алмаза. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием условий облу-

чения на процессы формирования и накопления радиационных дефектов. Специфика дефектообразования в полупроводниковых кристаллах со структурой алмаза при ионной имплантации заключается в том, что формирование конечного спектра нарушений происходит в основном за счет вторичных процессов. За исключением случаев имплантации тяжелых низкоэнергетических ионов в материале мишени генерируются преимущественно простейшие нарушения - пары Френкеля. Остальные дефекты формируются за счст взаимодействия компонентов пар Френкеля мезду собой, с атомами примеси и со стоками. Скорости протекания этих процессов зависят как от свойств облучаемого материала, так и 01 условии облучения (массы к энергии налетающего иона, плотности тока ионного пучка и температуры мишени). Изменение условий имплантации приводит к преобладание в облученном слое дефектов того или иного типа.

Особое внимание уделено проблеме определения критической концентрации радиационных дефектов, необходимой для аморфизации облучаемого слоя. Рассмотрены.основные существующие подходы к решению этой проблемы. Все эти подходы носят феноменологический характер, обусловленный отсутствием в них информации о природе нарушений, создаваемых ускоренными иснаищ, и структуре конечного аморфного состояния. Оценки критической концентрации дефектов, проведенные в рамках различных моделей, отличаются на порядок С2. ..20 V, смещенных атомов) и общепринятого значения до сих пор не существует. Эти трудности объективны, поскольку ни одна из имеющихся ныне моделей структуры' аморфных полупроводников не получила общего признания.

Рассмотрены также экспериментально наблюдаемые закономерности ионно-индуцированной кристаллизации СИИЮ и основные физические модели этого явления. Согласно наиболее распространённому взгляду на механизм ИИК, рекристаллизация аморфного слоя евлзана со структурными перестройками на границе раздела фаз, вызванными рекомбинацией на ней моновакансия. Этот подход позволяет качественно объяснить основные закономерности ИИК. Однако, он не позволяет получить никаких количественных результатов. В частности, на основании этой модели невозможно определить критические условия имплантации, при которых происходит переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием ионного пучка.

Во второй главе списаны условия экспериментов, проведенных для изучения дефектообразозания в кремнии при повышенных температурах имплантации и ионно-индуцированной кристаллизации в кремнии и арсекиде галлия. Списан также применявшийся в работе для анализа структурного совершенства облученных слоев комплекс методов, который включает в себя каналирование ионов гелия, электронный парамагнитный резонанс, инфракрасную спектроскопию и комбинационное рассеяние света.

Третья глава посвяаена анализу процессов разупорядочения кристаллической структуры при ионной имплантации и перехода облучаемых полупроводников в. аморфное состояние.

Предлагаемая в работе модель аморфизации базируется на следующих предположениях. Во- первых, разрушение кристаллической структуры облучением происходит в результате случайного накопления микрообластей с нарушенным топологическим и геометричесим ближним атомным порядком. Размеры этих областей определяются природой создаваемых радиационных дефектов, а процесс их накопления носит случайный характер и может быть описан в рамках пер-коляцискной теории. Во-вторых, критерием "аморфности" облучаемой области служит отсутствие в ней кристаллических кластеров, сос-тояаих более чем из N атомов. Значение N определяется исходя из разрешения метода, применяемого для регистрации перехода облучаемого слоя в аморфное состояние.

Математическая формулировка предлагаемого критерия аморфизации в рамках перколяционной теории записывается следующим образом;

РуСр) = О, С1)

где 1 - р - вероятность для любого атома быть смещенным, а Р^Ср) - вероятность того, что произвольно выбранный атом принадлежит кристаллическому кластеру, состоящему из N частиц. Для всех основных методов Сканалкрсваииэ легких конов, электронный парамагнитный резонанс, просвечивающая электронная микроскопия, оптические методы), применяемых для регистрации перехода облучаемой области в аморфное состояние, значения N достаточно велики Спо крайней мере, больше 100). Для кластеров такого размера р стремится к рс. Для р < рс возможно существование кристаллических кластеров только конечных размеров, в то время как для р >рс

в кристалле существует перколяционный канал или бесконечный кристаллический кластер. Расчет показывает, что для N 100 различие значений р и рс не превышает 15 В первом приближении в качестве универсального критерия амортизации в работе использовано условие отсутствия в облучаемой области бесконечного кристаллического кластера. В этом случае доля атомов д, смещенных из своих равновесных положений, составляет

д = 1 - Рс . сгэ

где рс = 0,425 для кристаллов со структурой алмаза. С другой стороны теория вероятностей в случае большого числа дефектов дает для доли смещенных атомов выражение

д = 1 - ехр( -—£-]. СЗ)

«о

где ш - число атомов, смещаемых одним дефектом; Мр - концентрация дефектов определенного типа; К0 - концентрация атомов' в кристалле. Сравнивая выражения (2) и СЗ), получаем, что

Кг, ---— 1П с Р ) . С4)

ш

Значения критической концентрации основных точечных дефектов для полупроводников со структурой алмаза приведены в таблице 1.

Таблица 1. Критическая концентрация дефектов в полупроводниковых кристаллах со структурой алмаза.

Тия дефекта Число насушенных координационных сфер Критическая концентрация Ь'р, см-3 Относительная концентрация, С я)

С Се

Вакансии 2 3,0*10^ 8,6*1О21 7,е*ю21 17.1

Дивакансии 3 - 8.8*1021 ,2,5x10й1 2.2*1021 5,0

Вакансион-ные комплексы 4 5 5,3*1021 4,2*1021 1.5*10,21 1,2*1021 1,3*1о21 1,1*1020 3.0 2,4

Проанализирована зависимость критической дозы аморфизации полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза от температуры мишени в широком интервале температур. В основу анализа были положены данные о термической стабильности основных радиационных дефектов и их взаимодействии между собой и со стоками. Поскольку основными первичными нарушениями в рассматриваемых материалах являются пары Френкеля, было выделено три температурных интервала. Низкие температуры - неподвижны оба компонента пар Френкеля; средние температуры - подвижен только один компонент и высокие температуры г подвигни оба компонента. Для полупроводниковых кристаллов со структурой алмаз« граница между областями низких и средних температур определяется подвижностью междоузельных атомов, а граница между областями средних и высоких температур -подвижностью вакансий. Граничные температуры для монокристаллов кремния, германия и алмаза приведены в таблице 2.

Таблица 2. Границы температурных областей

Область низких температур Область средних температур Область высоких температур

Si < 1К 1 - 80 К 80 -730 К

Ge 0 - 65 К •65 - 120 К 120 - 650 К

алмаз , 0 - 400 К 400 - 800 К 800 - 1400 К

В области низких температур, когда все вводимые'дефекты "заморожены", для определения дозы аморфизации использован энергетический критерий

* \-1 *--'-2-— Мо- (53

КР V 4х -"п а к 0 •

где ©Кр - критическая плотность энергии, выделенной в упруги}

столкновениях; N - число смещенных атомов; М0 - число атомов в решетке; Е^ - пороговая энергия смещения и к - коэффициент пропорциональности в формуле Кинчина - Пиза. В области низких температур основными нарушениями являются пары Френкеля. С учетом данных таблицы 1 показано, что в этом случае отношение составляет ^ 0,086. Значения '9Кр для германия и алмаза равны 1,7*10^ и 2,9*10^ эВ/см^, соответственно, что находится в хорошем согласии с экспериментальными данными. Для кремния условие V низких температур практически не реализуется (см. таблицу 2).

В области средних температур подвижны"только междоузельные атомы. Они частично покидают область генерации дефектов, уходя на стоки, частично рекомбинируют с вакансиями и частично расходуются на образование устойчивых комплексов типа димеждоузлиА. На границе областей низких и средних температур комплексообразо-ванием и рекомбинацией можно пренебречь и считать,' что все междоузельные атомн исчезают на стоках. В этом случае для определения дозы амсрфизации могно использовать формулу (5), где N равно, критической концентрации вакансий (см. таблицу 1), а соотношение составляет ~ 0,171. Как. показали проведенные в работе расчеты, в случаях имплантации тяжелых ионов и ионов средних масс' формулу (5) можно исплоьзовать во всем температурном интервале. Однако, для легких ионов При температурах, близких к границе с областью высоких температур, рекомбинация существенно ограничивает рост аморфного слоя.

В области высоких температур необходимо учитывать взаимодействие вакансий между собой, приводящее к образованию устойчивых вакансионных комплексов. Эти процессы были проанализированы на примере кремния.

Согласно наиболее распространенной модели разупорядоченных областей (Р0), возникающих при-имплантации тяжелых ионов и ионов средних масс, формирование их вакансионного ядра происходит в результате двух конкурирующих процессов: объединения вакансий в дивакансии и диффузии вакансий за пределы Р0. В результате проведенного в работе количественного анализа этих процессов была получена зависимость количества дивакансий в ядре среднестатистической Р0 от температуры мишени, и сделан вывел о том, что при Ти < 350 К для образования \Л/-центра, который можно рассматри-

вать как зародыши аморфной фазы, достаточно однократного перекрывания разупорядоченных областей. Полученные результаты легли в основу модели, описывающей Накопление основных вакансионных комплексов в кремнии в зависимости от температуры мишени. Расчетные значения критической дозы амортизации кремния, полученные в рамках предлагаемой модели, согласуются с экспериментальными данными.

Четвертая глава посвящена изучению критических условий имплантации, при которых происходит переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием ионного пучка. В работе предложена модель ионно-индуцированной"кристаллизации (ИИЮ, согласно которой необходимым условием протекания ИИК является наличие вблизи границы раздела фаз подвижных моновакансий. Однако, при имплантации в полупроводники ионов (кроме самых легких) на месте каскадов столкновений образуются преимущественно вакансионные комплексы: Таким образом, переход от аморфизации к кристаллизации происходит, когда температура мишени становится достаточной для обеспечения подвижности вакансий, я когда условия облучения препятствуют образованно стабильных вакансионных комплексов.

Для экспериментальной проверки модельных представлений был выбран кремний. Основными вакансионными комплексами в кремнии являются дивакансий и УУ-центры. В работе экспериментально установлено Сем. рисунок 1), что введение \Л/-центров затруднено,

300

400

500

Рис.1. Зависимость относительной концентрации W-центров С и дивакансий Со) от температуры мишени для образцов кремния, облученных дозой 4*10*^ см~^

ионов Р+ с Е = 150 кэВ р

и j = 2.мкА/см .

ти, К

и

когда температура мишени превышает 350 К. Разогрев мишени, до 500 К препятствует образовании дивакансий. Таким образом, в кремнии переход от аморфизации к кристаллизации происходит в температурном интервале 350 К < Ти < 500 К. При Ти > 500 К накопление стабильных вакансионных комплексов затруднено, что делает невозможной аморфизацию кремния при таких температурах имплантации. С другой стороны, при Ти < 350 К большинство вводимых ионным пучком вакансий оказывается в составе с.абильных ваканси-% онных комплексов, что ведет к дальнейшему росту аморфного слоя. Можно предположить, что в температурном интервале 350 К < Ти < 500 К критическая температура определяется равновесием двух конкурирующих процессов - рекомбинации подвижных вакансий на границе раздела фаз и накопления в приграничной области стабильных вакансионных комплексов, преимущественно дивакансий. Их соотношение при фиксированной температуре имплантации должно зависеть от скорости генерации дефектов G на границе раздела фаз.

В работе на основе анализа большого числа зкспеиментальных данных показано, что в кремнии зависимость TK(G) имеет ступенчатый характер Сем. рисунок 2). Для малых G критическая температу-

к К 500

450

400

Рис.2. Зависимость критической температуры ИИК от скорости генерации дефектов на границе раздела фаз для имплантации нейтральной примеси (О) и электрически активной примеси Се).

1022 G, Л"1

ра составляет 393 К, а для больших - 493 К. Эти значения согласуются с границами полученного выше интервала критических темпе-

ратур. Обнаружено влияние примеси на критические условия имплантации. Для аморфных слоев, созданных электрически активными примесями Ссредняя концентрация примеси ** б* 10^® см~^), зависи- . мость ТК(С) параллельна первой, но сдвинута вдоль оси в на фактор к 3.

Предложенный в работе подход к анализу критических условий протекания ионно-индуцированной кристаллизации в кремнии может быть распространен и на материалы со структурой, отличной от структуры алмаза. Показано, что для арсенида ггллия переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием ионного пучка происходит в температурном интервале 473 К < Ти < 673 К. Этот вывод был сделан на основании сопоставления результатов проведенного в работе анализа термической стабильности дефектов вакансионного типа в арсениде галлия и экспериментального исследования саиоот-жиговой имплантации в этот материал.

ВЫВОДЫ

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. На базе перколяционного подхода к описанию стохастических процессов в упорядоченных средах сформулирован теоретический критерий аморфизации полупроводниковых кристаллов под воздействием облучения, учитывающий кристаллическую структуру, материала мишени, природу и случайный характер образования радиационных дефектов. Основным положением предлагаемого критерия является отсутствие в облучаемом слое кристаллического кластера, состоящего более чей из N атомов. Значения N определяются разрешающей способностью метода, используемого для( регистрации перехода кристалл - аморфное состояние.

2. В рамках перколяционного критерия аморфизации определены критические концентрации дефектов для полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза, составляющие ~ 17 и 5 ат. 'Л для вакансий и дивакансий, соответственно. Для основных полупроводников со структурой алмаза рассчитаны критические плотности энергии, которую необходимо* затратить в Процессе упругих атомных

' столкновений для перевода облучаемого слоя в аморфное состояние. Полученные пороговые величины составляют 1,7*10^; 4,3*10^ и 2,9*10 эВ/с^ для монокристаллов германия, кремния и алмаза.

соответственно.

3. На основании анализа данных о термической стабильности основных первичных радиационных дефектов и их взаимодействии между собой для полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза выделено три температурных интервала, в которых кинетика накопления нарушений качествено различна. Для каждого из интервалов разработана модель, позволяющая определять критические дозы амортизации слоев, облучаемых ионами различных масс и энергий.

4. Экспериментально определены интервалы пороговых температур йонно-индуцированкой кристаллизации для кремния и арсечида галлия, облученных тяжелыми ионами и ионами средних масс. Показано, что переход от амортизации к кристаллизации под воздействием ионного пучка происходит при температурах имплантации 350 К < Ти < 500 К для кремния и 473 К < Тц < 673 К для арсенала галлия. В пределах найденных интервалов критические температуры определяются условиями имллантаиии.

5. Установлен ступенчатый характер зависимости Критической температуры ионно-индуцировакной кристаллизации . от скорости генерации дефектов вблизи границы раздела фаз. Горизонтальные участки этой зависимости соответствуют границам интервалов критических температур. Для кремния и арсенида галлия увеличение пороговой температуры перехода от аморфизации к кристаллизации под воздействием имплантации происходит в интервалах скоростей

Р1 ?1 ">?

генерации дефектов 1*10 ... 1*10С1 и 5x10е"1... 1,5»'10"; смещенных атомов*см~^*с~*, соответственно. Полученные ргзультгты согласуются с предложенной в работе моделью ионно-индуцированной кристаллизации, связывающей критические температуры с . термической стабильностью основных дефектов вакансионного типа, генерируемых вблизи границы раздела фаз.

СПИСОК 0ПШЖ0ВАННЫ РАБОТ

1. Новиков А. П., Гусаков Г. А. , Комаров Ф. <$., Толстых В. П. 0 механизме ионно-индуцированной кристаллизации в кремнии. // Материалы Всесоюзной конференции "Иснне-лучевая модификация полупроводников и других материалов микроэлектроники. " - Новосибирск, 1931. - С. 34-39.

2. Гусаков Г. А., Новиков А. П., Комаров Ф. Ф., Толстых В. П. Температурная зависимость ионно-индуцированной кристаллизации.//

Материалы XXI Всесоюзного совещания по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. - Москва, 1992. - G.119-121.

3. Gusakov G.A.. Novikov А. Р. , Кошгоv F. F. . Tolstykh V. P. , Aki- .. mov A. N. Influence of the thermal stability of defects on the ion-beam induced crystallization.// 8-th International Conference on Ion Beam Modification of Materials. Final program and abstracts. - Heidelberg, Germany, 1992. - P. 201 CP298).

4. Гусаков Г. A., Новиков А. П.. Комаров i>. Ф., Толстых В. П., Акимов А. Н. Влияние термической стабильности дефектов на ионно-индуциролвакную кристаллизацию a-Si.// Материалы XXII Межнационального совещания по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. - Москва, 1993. - С.124-127.

5. Новиков А. П., Гуса1ков Г. А., Комаров Ф. Ф. , Толстых В. П. О ме-

ханизме иоршо-индуцироаацрой кристаллизации в кремнии.// «П - 1992. - Т. 26, в. 10. - С. 1841-1844.

6. Новиков А.П., Гусаков Г.А. Критическая концентрация радиационных дефектов при аморфизаций кристаллов со структурой алмаза. // Труды московского семинара "Алмаз: физика и электроника", вып.З. - Москва. 1993. С. 9-16.

7. Новиков А. П., Гусаков Г. А. Критическая концентрация дефектов при амортизации полупроводниковых кристаллов.// Материалы XXIII Мешационального совещания по физике взаимодействия . заряженных частиц с кристаллами. - Москва, 1994. т С.78-80.

8. Новиков А. П., Гусаков Г. А., Аниаик В. М. 0 температурной зависимости критической дозы амсрфизации кремния при ионной имплантации. // Материалы XXIII Межнационального совещания по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. -Москва, 1994. - С. 81-83.

9. Novikov А.Р., Gusakov G.A. The temperature dependence of the critical amorphlzation dose at the ion implantation of silicon.// X International Conference on Ion Implantation Technology. - Catania, Italy. 1994. - P 3.120.

10. Novikov A.P., Gusakov G.A. Critical defect concentration on amorphization of semiconductor crystals with diamond lattice. // X International Conference on Ion Implantation Technology. - Catania, Italy, 1994. - P 3.121.

11. Alacov A.N., Vlasukova L. A., Gusakov G.A., Ko.narov F.F. . Ku-tas A.A,, Novikov A.P. Ion-inducea annealing of damage iri

GaAs implanted with argon ions.//Rad.Eff. - 1994. - V.129. -P. 147-104.

12. Гусаков Г.А., Новиков А.П., Анищик В. M. 0 температурной зависимости критической лозы аморфизация кремния при ионной имплантации. // ФТП - 1994. - Т. 28, в. 9. - С. 1672-1678.

13. Гусаков Г. А., Новиков A.IL', Анищик В. М. Энергетический критерий аморфизации кристаллов алмаза под воздействием ионной имплантации.// Тезисы. III Межгосударственного семинарах "Структурно-морфологические основы модификации материалов методам! нетрадиционных технологий". - Обнинск, 19S5. -С.46-47.

14. Гусаков Г. А., Новиков А. П. ?:тергетический критерий аморфизации кристаллов алмаза под воздействием ионной имплантации}. // Материалы V Конференции "Перспективы применения алмазов в технике и электронике". - Москва, 1995. - С.55-60.

15. Kutas А. , Kovyazina Т., Akinov А., Gusakov G., Kcirarov F., Novikov А. , Vlasukova L. Ion-induced annealing of damage in Ar+ implanted GaAs crystals.// Material Science and Engineering. - 1995. - В 34. - P. 32 - 35.

•16. Гусаков Г. А., Новиков А. П. , Анииик В. M. Перколяционный кри -терий аморфизации полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза при ионной имплантации.//Тезисы конференции "Взаимо -действие излучения с твердым телом" (ВШТ-95).- Минск, 1995. - С. 23.

17. АкимовА. Н., Власукова Л. А., Гусаков Г. А., Килишек Ч. Изучение структурко-фазовых преврецений.в GaAs под воздействием ионной имплантации. //Тезисы конференции "Взаимодействие излучения с твердым телом" СВИТТ-95Э. - Минск, 1995,- С. 29.

18. Гусаков Г, А. , Новиков А. П. Критические условия имплантации для ионнс-индуцированной кристаллизации кремния.// Тезисы конференции "Взаимодействие излучения с твердым телом" (ВИТТ-95). - Минск, 1995,- С. 30.

19. Акимов А.Н., Власукова Л. А., Гусаков Г. А., Комаров Ф. Ф.

. Изучение структурно-фазовых превращений в арсениде галлия под воздействием ионной имплантации. - В сб.: Современные вопросы оптики, радиационного материаловедения, информатики, радиофизики и электроники. - Минск, 19S6. - С.230-235.

РЭЭЙМЭ

Гусакоу Рыгор Анатол'евгч. 1онна-1ндуцыраваныя амарф!-зацыя 1 крыштал1зацыя пауправадн1Коу са структурай алмаза.

■Ключавыя словы: хонная шплаит&цыя, адыяцыйныя дэфекты, . перкаляцыйная тэорыя, крытэрый амарф1зацы1, доза амарф1зацы1, 1онна-1ндуцыраваная крьгатал1зацыя.

На базе перкаляцыйкага падыходу сфармуляваны тэарэтычны крытэрый амарфхзадьи пауправаднхквых крышталяу са структура« алмаза, прымаючы пад увагу структуру матэрыяла мшэк1, прыроду 1 вьшадковы характар стварэння радыяцыйных дэфектау. У рамках пра-панованага крытэрыя амарф1зацьп вызначэны крытычныя канцэнтращп дэфектау розных тынау для пауправадьиковых крышталяу са структурай алмаза. Атрыманкя даныя пакладзены у аснову мадэл1, ап1сваю-чай тэмпературную залежнасць дозы амарф1зацьи крэшпя. Разгле-джаны крытычныя умовы 1мплант<шы1, пры як1х магчгмы пераход ад . амарф1зацы1 да крышталхзацьи пад уплывам хоннага пучка. Вьгяулена ступенчатая залекнасць крытычнай тэмпературы ].онна-1ндуцыраванай крыштал1зацьи ад хуткасц! генерацьи дэфектау на гранщы раэдзела фаз, звязаная & тэрм1чнай с-абд-льнасцю асноуных радыяцыйных дэфектау вакансыйнага тылу.

^ЕЗЮМЕ

Гусаков Григорий Анатольевич. Ионно-индуцированные амортизация и кристаллизация полупроводников со структурой алмаз?..

Ключевые слова: ионная имплантация, радиационные дефекты, перколяционная теория, критерий аморфизации, доза аморфизации, ионно-индуцирсванкая кристаллизация.

На базе перколяционного подхода' сформулирован теоретический кр"~^рий аморфизации полупроводниковые кристаллов под;воздействием облучения, учитывающий структуру материала мишени, природу и случайный характер образования радиационных дефектов. В рамках предлагаемого критерия определены критичэские концентрации дефектов различных типов для полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза. Полученные данные положены в основу модели, описывающей температурную зависимость дозы аморфизации крем-

ния. Рассмотрены критические условия имплантации, при которых возможен переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием ионного пучка. Обнаружена ступенчатая зависимость критической температуры ионно-индуиированной кристаллизации от скорости генерации дефектов вблизи границы раздела фаз, связанная с термической стабильность!) основных радиационных дефектов вакансионно-го типа.

SUMMARY

Gusakov Grigorij Anaiol'evich. Ion induced amorphization arid crystallization of semiconductors with diamond structure.

Key words: ion implantation, radiation defects, percolation theory, amorphization criterion, amorphization dose, ion induced crystallization.

On the base of percolation approach the criterion of amorphization of semiconductor crystals under the implantation talcing into account target material structure, nature and occasional character of the radiation defects formation has been formulated. With proposed vxiterion the critical concentrations of different types of defects for semiconductor crystals with diamond structure have been defined. Obtained data have been taken as a principle of the model describing the temperature dependence of the amorphization dose of silicon. The critical implantation conditions for the amorphization - crystallization transition have been examined. The step dependence of the ion induced crystallization critical temperature on the ratp of defect generation near the amorphous-crystalline boundary has been determined. This dependence can be connected with the thermal stability of the main vacancy type defects.