Исследование особенностей плазмон-фононного взаимодействия и оптическая диагностика структур на основе GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

1НСТИТУТ Ф13ИКИ ШШ1ВПР0В1ДНИК1В АКАДЕЫП НАУК УКРА1НИ

ВАСИПЫаВСЫШИ СЕРГ1И АНАТОЛПГОБИЧ

ДОСМДКЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕИ ПЛАЗМОН-ФОНОШО! ВЗАЁМ ОД11

ТА

ОПТИЧНА Д1 АГНОСТИКА СТРУКТУР НА ОС-НОВ1 Вайа (01.04.10 - ф1зика нап1впров1дник1в та д1електртив)

АВТОРЕФЕРАТ дисерггацН на здобуття наукового ступени кандидата ф1зико-математичних наук

Р Г 6

- '» ЛИР 133'!

АЖЗОВАНА ВЧЕНА РАДА КОШ.25.01

На правах рукопису

Ки1в - 1994

ДисертацХею е рукопис.

Роботу виконано в 1нститутХ ф1зики напХвпровХдникХв АН УкраХни, и. КиГв.

Науков1 кер1вники: доктор ф]зико-матемэтичних наук

професор Тхорик ЮрШ Олекс.андрович

доктор фХзико-математичних наук Тарасов Георгд.й Георг1йович

0ф1цШн1 опоненти: 1. Член-корреспондент АН УкраТни,

доктор ф1зико-математичних наук професор Валах Михайло Якпвич.

2. Доктор фХзико-математичних наук професор Вакуленко Олег Вааильович.

Пров1цна установа: 1нститут ф1зики АН УкраХни

Захист В1дбудеться 1934 р. о _год.

на зас1данн! спецХалазовзноХ вчено! ради К 016.25.01 при 1нстагуг1 ф1зики напХвпров1дник1в АН УкраХни за адресою:

252650, КиХв-28, проспект Науки, 45.

3 дисертац1его можна ознайомътгись у б!бл1отец1 1нстагуту

Влдгуки на автореферат у двох прюирниках, засвХдчен! печаткою, прохання надсипати за вказанною адресою на Хм1 я вченого секретаря спецХалХзованоХ ради.

Автореферат роз!слано "/2. " &3 1994 р.

Вчений секретар Спец1ал1зовано1 ради

0.е.Беляев

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть теми. Використання СаАз як нап1впров1днико-вого матер1алу для створення млсроелекгронних прилад1в дае ряд в!домих переваг пор1вняно до використання кремнш через б1льшу рухлив1сть носИв 1 ширину заборонено! зони, прямозонн1сть, можлив1сть отримання широкого спектра твердшс розчшив, тощо. Як правило, м1кроелектронн1 припади на основ1 СаАз являклъ собою структури з неоднор!дним за глибиною розгауилом носПв струму. 1х концентрацН у п1дкладгц, активному та п1дконтанггно-му шараг звичайно в!др1зняються на порядки значень. До певно неоднородного розпод!пу носПв призводигь використання нгано! 1мппантацН для легування нап1впров!дник1в. Неоднор1дним е роз-под!л носПв 1 в облает! просторового заряду <0ГО). 1снування зазначено! неоднор1дност1 мае призводити до особливостей пере-с51гу як чисто елекгронних, так 1 г!брипних електронно-коливальних, зокрема, плазмон-фонокних процес1в. Щ. особливост1 можуть виявлятися в. оптичних вим!рюваннях, та 1х досл1дження зтановигь значний ф!зичний иггерес.

01тгичн1 методи дають змогу дослдджувати розпод1л ф1зичних тарам етр1в нап1впров1дника як за глибиною, так 1 по його по-зерхн!. 3 точки зору спектроскопП ступйь неоднор1дност1 виз-!ачаеться сШввхцношенням II геометричних розм1р1в з довжиною евши випром!нювання х у твердому т1п1 та пов'язаною з нею (че-зез коефгц!ент поглинання <х) глибиною проникнення <1~1 /а. Прак-гично можна вважати, що неодноршисть буде давати внесок у ¡пектр, якщо II геометричний розм!р сум!рний з глибиною проникания випромшовання. Через це неоднор!дн1сть розпод 1лу носИв г област1 просторового заряду мае давати значний внесок у ¡пектр комб1нац1йного розс1ювання св!тла (КРС) при збудженн! !Ипром1нюванням 1з облает! фундаментального поглинання СаАз. 3 ншого боку, спектри 14 в!дбиття м1стять 1нформац1ю з б!лыл либоких шарлв нап1впров!дника.

Теоретичний опис експериментальних спектр1в КРС арсен!цу ал1я, необх1дний для отримання к!льк!сно1 !нформацИ про на-

17

1впров1цник у Д1зпазон1 концентрац!й (1-5)• 10 см-3, що вико-истовуються для виготовлення активних шар1в транзисторав, 1 □и температурах, близысих до к!мнатно1, пов'язаний з трудноща-

ми, викликаними неможливхстю вигсориотання наближень як сильно виродженого, так 1 невиродженого елекгронного газу. Кр1м того, при використанн1 лазер1в з випромшованням у видимому д1апазон1 ( у випадку арсендду гал1я) не «ожна знехтувата залежн1стю д!е-лектрично! проникливост1 в1д хвильового вектора, ¡цо робить не-можливим використання довгохвильового наближення Друде.

Незважаючи на те, до розс!яння св1тла в СаАэ достатньо добре вивчено теоретично та експериментально, а також 1снують теоретичн1 модел1 ( що в основному використовуотъ наближення хаотичних фаз), як1 ошсуить розсЬовання св1тла з урахуванням хвильового вектора, детальне дослхдження перер1зу розсхювання в облает! загасання Ландау були в1дсупй. Такой були в1дсутн1 вирази для перер1зу розс1ювання св1тла у вигляд 1, необх1дному для чисельного розрахунку спектр 1в КРС та 1х припасування п1д експериментальн1 з метою отримання олформацП щодо параметр1в досл1джуваного нап1впров1дника.

Таким чином, дослхцженвя опгичних спектр1в нап1впров1дни-к1в з неоднор1дним розгоуилом вьльних носИв струму дае змогу вивчати важливу з точки зору плазмон-фононно! взаемодИ область загасання Ландау та простежита генезис змшаних плазмон-фононних збуджень з одного боку, а з 1ншого - зд1йснита оптичну д1агностику важливих у практичному в!дношенн1 нап1впровАднико-вих структур. Це дозЕоляе також розробиги методики визначення та контролю параметр 1в нап!впров1дник1в з неоднор1дним розпод1-лом в1льн1х носИв. Увесь комплекс розглянутих проблем 1 визна-чае актуальн1сть досл1дження.

Мета ще! робота полягае в систематичному вивчешй виливу влльних носИв, а також неоднор1дного розпод1лу 1х концентрацИ на спектри КРС та 14 в1дбиття. Об'ектом дослхцження було вибра-но п-СаАз як наш.впров1дниковия матер1ал, що широко застосову-еться у мХкроелектронлд та е типовим для сполук АаВ=. Сл1д пддкреслити, що бьпыдкггь результат1в ц1е1 робота можна вико-ристовувати й для шших сполук АзВ=.

Основними задачами, розв'язанню яких присвячена ця робота,

були:

1. Досл1дження особливостей плазмон-фононно! взаемодИ в облас-т1 загасання Ландау та вплив неоднорХдного розподалу носНв на спектри КРС.п-СвАз в област1 фундаментального поглинання.

2. Вивчення впливу д!електричного покриття та у-опромгнення

арсеналу гал1я методом КРС.

3. ВАдноалення проф!шо розпод!пу концентрацИ hocííb заряду в п-GaAs за спектрами 14 в1цбиття.

4. Дослхцження монокристал1в GaAs р1зно! кристалографí4ho 1 opi-ентацП, iMroiaHTOBaincc кшами Si.

Наукова новизна робота.

1. Одержан! теоретичн1 вирази функцН форми níHií для "дозволе-них" механ1зм1в розе Звания для довольно! температури, ступе-ня виродження та з урахуващям розпод1лу концентрац!! в!льних hocííb у област! збоднення.

2. Вперше дослхджено вплив низькодозового у-опромшення СаАз на спектри КРС. Виявлено вплив на фононний спектр рад!ац1йно-стимульованого гетерування.

3. Запропоновано неруйнуючий безконтангпшй метод визначення профйно розпод!лу концентрацИ hocííb заряду в n-GaAs.

4. Вперше виявлено значку р1зницю процес1в дефектоутворення та ступеня електрично! активацЦ домддхи. при шплантац11 íohíb Si у СаАз для р1нних кристалограф1чних ор1ентац1й (100), (311 )А, (211)А, <111>А та (221 )А з наступним фотонним вхцпа-лом. . . ■ •

Ochobhí положения, що виносяться на захист.

I. Дисперсен i та спектралыи залежност! змлланих плазмон-фононких иод в облаетi загасання Ландау з урахуванням зага-сання електронних та фононних збуджень. Одержан! сп1вв!дко-шення fliacHi для дов!льних температур, хвильових BeKTopiB, а такой для ступеня виродження нап!впров!цника.

Неоднориший розподол hocííb заряду та зм!нення плазмон-фононяо! взаемодП в n-GaAs при к1мнатн1й температур! та хвильових векторах ч*10в см"1 у flianaaoHi концентрация 1^5-1017 см"а у спектрах КРС проявляеться у розширенн! та асиметр!! niKa на частот! 10-фонона.

. Виявлено проявления ефекту "мзлих доз" у спектрах КРС у структурах д!електрик (Si02, SiaM4) - СаАз у д1апазон! доз у-опром!нення Соао 10* * 10е Р.

. Рефлектометричний метод визначення профилю розпод!пу концентрацИ вйтьних hocííb заряду в епггажиальних структурах на основ! GaAs.

. Виявлено значну р1зницю процес!в дефектоутворення та ступеня елекгрично! активацН доийшки при йтпантацИ íohíb Si з

- л. -

eHepriera Е=Т5 кеВ та дозою 1.2-1019см~2у GaAs для 'р1зних кристалограф1чних орХентащй (100), (311)А, (211)А, (Ш)Ата (221 )А з наступним фотонним вшгалом.

Практичне значения результат^ uiel робота пол яга е у тому,

що:

Встановлен1 законом1рност1 спектр¿в КРС за варйованням технолог1чних; умов нанесення пл!вок д1електрика можна викорис-товувати для вибору та оттаизацП технологачнизс режимов нанесення пасивуючого покриття на GaAs.

0триман1 теоретичн1 та експериментальн1 результата можуть бути використован1 для шгерпретац!! особливостей спектров КРС, пошуку нових огггичних ёфект1в у напгвпров Аниках АЭВ5, а також розробки методик фозично! д¿агностики.

Результата дослодження профгшо легування в еп1такс1альних арсеноцо-галЛяових структурах були використован1 для огглгоаза-цП технолог1чних реждайв виготовлення НВЧ д!од1в з метою збольшення процента виходу придатних.

Особистия внесок автора в отриман! результата. Особисто автором отриман1 Bci експериментально результата, б1льша части-на теоретачних та Bci результата компьютерного анализу. Постановка задач дослхпжень та штерпретацоя результатов проведен! разом з науковими кер1вниками. Дисертанту належить р1вноправна роль у роботах, надрукованих у сп1вавторство.

Апробац1я робота. OcHOBHi результата робота доповадалися та обговорювалися на:

Всесоюзна науково-техн1чн1й конференцП "Методи та засоби д1агностування вироб1в электронно! техн!ки" (м.Москва,1989); III Всесоюзной конференцП з ф1зики та технолог!! тонких HaniB-проводникових плавок ( м. 1вано-Франк!вськ, 1990); У1 Всесоюзной конференцП "Аналггичн1 методи дослщкення матер1ал!в та вироб1в мшроелектронши" (м.Кишин1в, 1991); Satellite Conf. of the XXX Annual Meeting of the European High Pressure Research Group. "Physics of Multicomponent Semiconductors" (Baku, 1992); Intern, workshop "Characterization of semiconductors substrate and structures" (Smolenice, Czechoslovakia, 1992); II Млжнарод-ному ceMiaapi "Багатошаров1, варизонн!, пер!одичн1 нап1впровод-HHKOBi структури та припади на ох основ!" (м. Нукус, 1993); Intern, workshop "Optical Diagnostics of- Material and Devices for Opto-, Micro- and Quantum Несtronics" (Kiev, SPII, 1993).

Публ !кац!1. По матерьзлам дисертацП нэдруковано 14 роб1т, список яких подано у к1нц1 автореферату.

Впровапження результат!в робота. Результата робота були використан1 у таких госпдогов1рних роботах 1нституту ф1зики нап!впров!дншив АН УкраТни з ВО "Сатурн" (м. Ки1в) та "Елек-тронстзндарт" (м. Санкт-Петербург):

г/д N 8/33 - "Досл1дженля мели под!лу метал-нап1впров1дник з метою огпшизацИ технолог!! виготовлення. Розробка методики та приладу 1988 р.;

г/д N 32/33 - "Досл1Дження меж! под!лу метал-нап!впров!дник з метою оптим!зацН технологи виробництва НВЧ-прилад!в", 1939 р; г/д N 19/33 - "Досладження механ!зм!в формування меж под!пу метал-СаАз в умовах ф!зичного впливу на електронну подсистему контакту", 1990 р.; " •

г/д N 101/33 - "Досл1даення ф!зичних процесхв у НВЧ СаАз транзисторах, як! обумовлюють вадШисть припэд1в при тривалому СЗ-опромшеннГ мало! 1нтёнсивност1", 1991 р.; г/д N 27/33 - "Розробка технологи, методов та засоб!в д!аг-аостики, сНйкихдо зовкшнього вливу (температура, рэд1ац!йне га НВЧ -випромшення) металових та д!слектричних покритНв СаАз для створення на !х основ! ■.рад!ац!йност1йких приладхв (д!оди Потки, ПТШ, НЕМТ)", 1993 р.;

Об'ем та структура дисертацП. Дисертагця складаеться з зступу, чотирьох розд1гив та зак!нчення, надрукована на 141 зтор1нц1 машинописного тексту, мае 27 мэлклпив та список з 1(38 1айменувань довйзково! л!тератури.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! обгрунтовано актуальность розглянутих питань, 1эно коротку анотац1ю робота по розд!лам, сформульовано мету, ?адач1, як! треба виргшити для 1! досягнення, основн! положен-ш, що виносяться на захист, вказан! нэукова новизна та прак-ичне значения результатов.

У першому роздглд дисертацП розглянуто модел1 та методи, 1,о необх!дн! для теоретичного та.. експериментального вивчення шазмон-фононно! взаемодП в СаАз та особливостей оптичних !пектр1в КРС та 14 в!дбиття нап!впров!дншйв з неоднор1дним гозподиюм концентрацП нос Ив струму. Розглянуто методи розра-унку спектров водбиття оптично неоднор!дних нап!впров!дник!в.

Обговорюються особливост1 роз'вязания обернено! задач д., що являв собою знаходження розпод1лу оптичних та електроф1зичнкх параметр1в нап1впров1дника за його огтгичним спектром. Наводять-ся приклади стосовно знаходження проф!лю розпод!пу концентрацИ носИв струму за спектрами 14 в1дбиття. Анал1зушться основн1 модел1, що використову кггься для ЬггерпретацП та розрахунку спектр1в комб1нац1йного розсиовання св1тла на змйааних плазмон-Ю-фононних збудженнях у нап1впров1дниках АзВ= з урахуванням поверхневого вигину зон.

Другий розд1л присвячено експериментальному та теоретичному дослддженню особливостей КРС у облает! фундаментального поглинання в арсенуй гал1я, тдданого впливу зовнштх збурю-ючих фактор!в (нанесення д1електричних шавок на поверхню СаАз, опром1нення /-квантами (Ю'Ч 107Р), обробка у воднев1й плазмI).

У першому параграф! цього розд1лу описано результата дос-лхджень методом КРС структур д1електрик (5Ю2 ! ) -

СаАз(нап1в!золюючий та низьколегований N <10*'см ~3>. Пл!вки Б102 наносипися п* ятьма найпоширеншими методами, а 31зЫ4 плазмохамачним методом. Виявлено, що нанесення плхвки д!елек-трика на поверхню СаАэ призводигь до збхльшення п!вширини Г ЬО фононного п1ка в спектрах КРС без суттево! зм!ни його форми та енергетичного положения. Величина розширення п!ка залежить в1д типу д!елек1рика, технолог1чного метода його нанесення та виз-начаеться концентрагцею дефект!в у приповерхневому шар! наплв-пров!дника. До найб!льших порушень приповерхнево! облает! СаАз приводить нанесення шйвок БЮ2 методом високотемпературного розкладання тетраеТоксллану.

■ Перед нанесениям шивки з метою знятгя власного

окислу арсенаду гал1я п!дкладки оброблялися у воднев!й плазм!. ДослШгення структур Б^^/и-СаАз показало, що зблльшення часу травления у плазм! ЬГ викпикае додаткове зб!льшення швширини Ю-фононного пка в спектрах КРС. До цього можуть призводити так1 причини. Перша полягае у рад!ац1йних порушеннях поверхн! напхвпров ¿аника частниками воднево! плазми, а друга - у вилу-ченн1 власного окислу арсен!цу гал!я, який в!дгграе роль буфера при нанесенн! пл!вки д!електрика та зменшуе р!вень пружних де-формащй на меж! под!лу, як! релаксуючи зб!льшують концентрахцю дефект!в у приповерхнев!й облает! СаАз.

Анал!зуючи спектри г-опромшених зразк1в, було пом!чено,

що в штервал! доз 105- 10е Р спостерггаеться звуження Ю-фононних тк1в внасл!док рад!ац!йного впорядкування (ефект "малих доз") та гетерування дефектов межою под1лу д1електрик-нап1впров1дшсс. Сл1д в1пм!тати, що у спектрах зразк1в СаАз без плавки длелектрика твширина Ю пхка при ;--спром1нет11 монотонно збдльшувалася. За пор!внялыгам анал1зом даних опром!нення в1льно! поверхн1 та структур з д1електриком зроблено висновок, що межа под!пу д 1електрик-СаАз може бути використана як ефек-тивния гетер дефект1в приповерхнево! облает! нашвпров1дника.

У другому параграф! наведено результата дослхдження впливу нанесения плавок , обробки поверхн1 у воднев!й плазм! та

г-опром1нення на приповерхневу область п-СаАБ (1ЫЗ • Ю,7см~э). Сл!д п!дкреслита, що спектри КРС при Т=300 К п-СаАй при збуд-кенн! л!н!яш Аг*лазеру (х~о.5 мкм) мхетять п1к на частот! [Д-фонона, який мае в Автора - два рази б!пьшу, пор!вняно до Ю п!ка нап!в!золюкного СаАз, пхвширину, та зеиметричну форму. Ср1м того, форма пнеа залежала в!д доваини хвил! збуджуючого шпромгнювання, наявност! д!електричноГ шйвки на поверхн! та .! обробки у травниках. В!дм!гимо, що високочастотна асиметр!я ;ього плса зменшувалась при нзнесенн! пл!вки Б1эЫ<. Така пове-!нка форми ЬО-под 1бного п!ка та явния прояз у спектр! пжа з исокочастотного боку в!ц ЬО фонону при зниженн! температури до =77 К дало змогу зробити висновок, що спостережувана зм1нз 1вширини та форми~п!ка на частот! ЬО фонону при к1мна-пйй тем-5ратур1 пов'язана з впливом в!пьних носИв струму 1, зокрема,. ишаних плазмон-10-фононних мод (ЗПФМ). Для к!льк1ского опису ) шгерпретацП експериментальних спектр!в КРС були проведен! юретичн! дослшиення, що викладен! у наступному параграф! >угого розд!пу.

У рамках наближення хаотачних фаз отримано вираз для руктурного фактора розс!ювання Б на ЗПФМ з урахуванням зага-ння фононАв

е - есо+х*+*рь - повна д1електричнз прониклив!сть системи

1

1т *е. !С*рь - еа |г + 1т *рь. | (!+<>£„ +(*е|г} , (1)

тут С - константа Фауста-Генр1.

С.гпд п1дкреслита, що урахування загасання фонон1в Г приводить до зм1ни швширини, форми та 1нтенсивност1 ппйв ЗПФМ, особливо тих з них, як1 носять фононний характер.

Огриман! вирази для ддйсно! та уявно! частин д1електрично1 проникливост! електронного газу ** у наближенн1 хаотичних фаз для довЬпьно! температури, хвильового вектора та ступеня вирод-ження. Урахування загасання електронних збуджень проводилося у наближеши Мерм1на. У цьому параграф! також проанал1зована поведана структурного фактора розсЛювання на ЗПФМ Б(^) при зм1н1 концентрацП електрон1в N. температури Т та хвильового вектора д. Кр1м того, показано, що при к1мнатн1й температур! та хвильо-вому вектор! q*I•IOвcм_1 д!йсна частина д1електрично! проникпи-вост1 не перетинае нуля, а завжди б1льша за нього.

Нижче, на рис. 1, зображена■залежн!сть частот максимулйв структурного фактора розс!ювання Б(<.->) в1д концентрацП електро-~н1в, розрахована для q=I•IOвcм~' та двох температур (Т=300 ! 77 К). Пунктирною л1н1ею на рисунку зображено область одночастко-вих збуджень qv + М12/2т*, де у - для виродженого електронного газу - ферм1евська швидкнзть, а для невиродженого («к<0)~ середня швидк1сть електрона.

ц1й

До концентра-елекгрон!в 7.

600

10"

•Ю^см-3 (при к1м-напий температур!) Б(ш) мае лише один максимум на частот! Ь0 фонона СаАБ, який при зб1льшенн1 концентрацП розще-плюеться на два, що зсуваються у висо-кочастотну та низь-кочастотну спек-тральну область

500

и

■ч

400

зоо

200.

+Ья/2(п зоо К

.10

10" 10"г Ю'3

К, с и*

в!дпов!дно. Перший з них може бута в¿днесено до Ь^ моди, а дру-гий - до сильно загасаючо! моди Ь_, частота яко! при збдльшенн! концентрацП прямуе до частота ТО фонона СаАз зверху. В1дзначи-мо, що мода Ь_ при комнатнхй температур! та q=I.05•I0'lcм"1 пов-

н!стью знаходеться в облает! ззгасання Ландау, в той час як Ь виходить з не! при концентрация електрон^в, бЬчыпих н!ж Т01всм-3. При зниженн! температури середня швипк1сть носПв зменшуеться, !' вже при 77 К мода знаходшься виде облает! загасання Ландау.

У цьому роздЬи також розглянуто температурну залежнЗсть частот максимум1в ЗПФМ для двох концентраций носГТв (3-Ю17 ! 610*7 см~а) та хвильового вектора q=I.05 ТО" см"1. При низыий температур! (10 К) та 'КЗ-ТО^см-* спектр мае один максимум на частот! 308 см-1, що вЩювхдае Тч мод!. При зб1льтенн1 температури !! частота дещо зб!льшуеться, а п!сля влучення в область ззгасання Ландау (Т^ТБО К) починае зменшуватись, прямуючи до частота 10 фонона. До цього приводить зменшення ппазмон-фононно! взаемодП за рахунок розпэду плазмонхв на одночастков! збудження. При б!льш!й концентрэцП електрон1в (6 Ю17 см_э) у спектр! З(^) присутн1 дза пш, як! при 'зб!льшенн! температури зсуваються у високочастотну область. -

Дал! розглядаетгься дисперсен! залежност! частот ЗПФМ. При малих хвильових векторах ^ < 105см-1) та к!мнатн!й температур! спектральна залежн!сть Б при N=3-ТО17 см~э мае два максимум», причому низькочастотния мае суттево менту 1нтенсивн1сть. При зб!пьшенн! хвильового вектора частота останнього зб1льшуетьсл, а штенсивнкггь спадае, зменшуючись до нуля при q^I0!Icм_l. 3 подальшим збдльшенням хвильового вектора Б(^) мае один максимум асиметрично! форми, частота якого спочатку трохи збхльшуеться, а п!сля влучення в область загасання Ландау - зменшуеться, прямуючи до частота 10 фонона.

При б!льш!й концентрэцП електрон!в (6-1017см~9) максимум, що взноситься до моди , при зсИльшенн1 хвильового вектора зменшуеться за !нтенсивн!стю та зсуваеться у високочастотну область спектра, та при влучешп в область загасання Ландау сильно розигирюеться та практично зникае. Частота максимуму, що в!дпов!дае мод! Ъ_ (при д^О «±-200 см"1), при зб1пыпенн! д також зб!лыпуеться, прямуючи до частота 10 фонона.

У експериментальних спектрах КРС, як в!домо, кр!м можливо-го прояву ЗПФМ, практично завжди проявлюються шки, пов'язан! з розс1янням на неекранованих 10 фононах з приповерхнево! облает! нап!впров!дника, що зб!днена нолями. Для опису спектра <РС у першу чергу потр!бно знати розпод!л нос!!в за глибиною у

ц!й области Цьому питанию присвячено четвертой параграф другого розд!лу, де шляхом розв'язання ровняння Пуасонз знайдено проф1ль розподхлу концентрацП носПв струму N(x) в ОПЗ. Зв1цки випливае, що при гимнапйй температур! у д1апазон1 концентрац!й електрон!в 1017+-101® см-9 Щх) плавно зм!нюеться в!д 101осм-а (край оптачно! глибини збзднення - I > до об'емно! концентрацП, що в!дпов1дае глибин! Ъо. При цьому протяжн1сть перех!дно! облает! (де канцентращя елекгрон1в не стала) може бути до 40 % в1д глибини шару зб!днення. Дал! потр!бно розрахувати спектр

КРС в!д нап!впров!дника з урахуванням розгацилу нос!!в в ОПЗ.

1«

Зрозум1ло, що область напАвпровшшса де х<1в (N¿10 см ) буде джерелом ЬО фононого пма, а область, де х>Ь0- змшаких плаз-мон-ЬО-фононних мод. Внесок переххцно! облает! (Ь$<х<Ь0) зазда-лег1дь не зрозумопий.

У п'ятому параграф! розд1лу запропоновано метод розрахунку спектра КРС легованого полярного нап!впров1дника з урахуванням неоднородного розподгпу концентрацП носПв струму у ОПЗ. У цьому випадку.. !нтенсивн!сть КРС 1(ш) у нап1Бпров1днику з урахуванням поглинання а мае вигляд

1«| ехр(-2о<х)•Б(?Дх)) йх. (3)

о

В!цзначимо, що !нтеграл можна спростити, вважаючи, що кон-

центращя нос!!в зм1нюеться т!пьки у перех1дн!й облает! в!д Ье

до 1о. Показано, що ця область проявляться у спектр! КРС як

п1к на частот! ЬО фонона та бШьшо! в!д нього п!вширини. Це

приводить до зб1льшення твширини сумарного тка. Розрахована

спекгральна залежнкггь 1(и>) згщно з (3) для концентрацП елек-

трон!в N=2-Ю^см"9 ,Т=300 К, поверхневого вигину зон 0.8 еВ,

а _ в

хвильового вектора q=I.05•I0cм1 ! <*=0.83 • 10 см"1. Отримана

спекгральна залежн!сть малапЬс з максимумом на частот! ЬО фонона та високочастотною асиметр!ею. Поряд з цим показана залеж-н!сть форми п!ка при зм!н! концентрац1! електрон!в у д1агазон1 1-гЗ •1011'см-8у нап1впров1цнику, звгцки видно, що зменшення кон-центрац!! електрон!в у об*ем! нап!впров!дника приводить до роз-ширення спектрального п1ка та зм!ни його форми.

Спираючись на проведен! теоретичн! розрахунки, у шостнму параграф! цього розд!лу проводиться розгляд отриманих експери-ментальних результат!в та пор!вняльний анал1з теоретично розра-

хованих cneicrpiB KFC та експериментальних. При цьому врахову-еться к!нцеве спектральне роздЗлення витрювэльного прибору.

На рис.2, а i б показан! експеримен-тальн1 (точками) та теоретично розрахован! (неперервн! та штрихов! крив!) спектри КРС в зразках, що в1др1зняю-ться концентрац!ею но-ciiB. Ресстра1Ця спек-тр1в проводилася при к1мнатн!й температур! при збуджешй випром1-ню-ванням з х=514.5 нм в геометрil "розс1яння назад" для дозволено! конфп-урзци поляр1за-щй падаючого та роз-ciRHoro випром!нгавання. Показаний на рис. 2,а спектр в!дпов!дае

структур! n-GaAs з кон-центрац!ею електрон!в N=2*I017cm~9 , що вико-ристовувалась як nifl-кпадка для нанесення д!електричних rniiBOK Si3N^

Т=300 к

а [ \

J ^ —

,i , 1—

260 280 M0

б 1

то .. .. 4 _ *---

260

280 V, см"

300

Рис.;

представлено спектр

8 „..-3

На рис. 2,

зразка п-СаАз з концентрагцею електрон!в N=1 ТО^см-3. Основ ними особливостями експериментальних спектр1в € те, що при низыий концентрацП електрон!в (N=2 •1017см~э) у спектр! присущ^ один п!к на частот! ЬО фонона з сильною затяжкою високо-частотного крила, в той час як при концентрацП електрон!в 1-Ю^см-3 високочастотне крило зн'икае, а проявляеться широкий п!к в спектралыий облает! м!ж частотами Ю и ТО фонон!в. Як видно з розрахованого спектру, вказан! особливост1 пов'язан! з проявом змшаних плазмон -ТО- фононних мод (штрихова крива на рисунку), частота® зеув яких показания на рис.1.

У цьому параграф! також показано, що спостережуване в екс-

периментальних спектрах зменшення високочастотно! асиметрП niKa на частот! LO фонона пхсля нанесения на поверхню СаАз гоивки Si9N4 пов'язане 3i зб1лыиекням поверхкевого вигину зон.

Трет1й роздал присвячено визначенню профилю концентрац! 1 носi1в струму за спектрами 14 в1дбиьання ештаюпйних структур на ochobí GaAs. Для розрахунку спектра 14 в1дбивання наповпро-в1дника з неоднор1д.ним за глибиною розпод!лом в1льних носПв використано вариант матричного методу, що дало змогу шляхом MiHiMi3auiI функцнзналу, що характеризуе середньоквадратичне в1дхилення експериментального та розрахованого коефйЦеьпчв в1дбивання, знаити профьпь розпод1лу носПв. Розглянуто особли-boctí побудови розрахункового алгоритму. За розробленим методом дослужено eniTaKCiñHi GaAs структури, що використовуються для виготовлення НВЧ д1од1в. Виявлено утворення на глибин! мкм областей з пониженою концентрац!ею hocüb на межi rf п1дкладка - TÍ буфер. Утворення таких областей, що не передбачеш технологе» виготовлення та негативно позначаються на параметрах fliofliB, може бути пояснено перекомпенсац1ею епггзкс1йно1 гайвки дифундуючими з приповерхнево! облает! niдкладки акцепторными домшками.

Четвертий розд1л присвячено опису експериментальних результате досладження монокристал1в GaAs кристалограф1чних opi-ентац1й (100), (311)А, (211)А, (111)Аи (221)А, Липлантованих

19 -2

Лонами Si дозою 1.2 ЛП см та енергш 75 кеВ та пшданних фотонному вхцпалу. ДослЛдження проводилося методами КРС при KiMHaTHiB температур! та низькотемпературно! фотолюм¿несценцП (Т=4.2 К).

У першому параграф! цього розд!лу описан! засоби виготовлення зразк!в та методичн! особливост! експерименту. Результата доел ¿дження зразк!в зазначених вище ор1ентац1й методом КРС бик-ладено у другому параграф!. В спектрах нап!в!золюючого GaAs були присутн1 niKH на частотах 10 та ТО фонон1в. При цьому в1д-ношення длтенсивностей цих niKiB для р1зних ор1ентац!й були bíamíhh! для р!зних opiehtauia. Побудована залежность вхдношен-ня !нтенсивностей L0 та ТО niKiB в!д кута повороту зразка нав-коло нормал! до в!дпов!дно! кристалограф!чно! площини. При цьому найб1льший перерозпод1л 1нтенсивностей L0 та ТО niKiB було заф!ксовано для площини (311), а найменший - у (111). Це пояс-

нюртьоя там, що при розеiянн) у площин! (111), зг1лно з правилами выбору, обидва п!ки дозволен!, в той час як для (100) дозволении е тп1ьки ID фонпнний niK. Ппощинз (311) займае про-млжне положения Mi» ними.' Дагй у параграф! розглядаються 1мп-лантован! Si* та вГдпален! зразки pisHoi кристапографгчно! opi-ентчцп. При збуджен! випрпмiненням з v=f>47.1 нм розширення niKiB та Ix частотне положения у порлвняннi до нелмхшантовэних залишэеться практично незмлнним. Це св1дчить, що ¡мплантована обпасть знэходиться на менгалй глибинл, н!ж глибина проникнення зондуючого випромшюзання, та II вклад у nepepi3 розс1яння до-сить малий.

При збудженн! KFC вшроммнениям з меншою ловжиною хвшп (х=514.5 нм) cnocTepira-TbCfl характерне для yeix доспгджених зразклв зменшення в!лносно! днтенсизност! ПЗ ппса та розширення Ю та ТО плклв. При цьому öi лъпп значения пгвширини мзють 10 П1ки. Дпя зразк!в з орлйнтац'шми (ICD) та (311) твширина 10 niK3 була найбдльтою. KpiM цього, 10 niK мяв високочастотну асиметрш. Така поведлнкэ, як було показано у другому розд in i, характерна для легованого n-GaAs у д1апазон1 концентраций елек-TpoHiB 1^5-1017см~3. Отже, можна припустити,.що найб1льша елек-трична активац!я !мплантовэного Si при використованих умовах !мапантацП та в!дпэлу реаллзуеться для плотни (100) та (311).

У третьому параграф! цього розд!лу представлен! результата доол1дження зазначених виде зразк1в методом фотолктнесценцП, з яких вигашвае, що для opieHTaiiiß (100) та (311) лмплантащя Si приводить до утворення uiapiB n-типу. Про це св!дчить реест-рована у спектрах ¿мплантованих зразк!в цих ор^ентацлй смуга з eHepriera 1.27 еВ, обумовлена випромЗнювальними перех!дами за участю SiQa. KpiM цього, наявнхеть екситонних смуг у спектрах дмплантованих зразклв ов лдчить про низьку концентрацию струк-турних дефектiB.

У зак!нченн! сформульован! основн! результата та висновки: 1. Знайдено, що нанесения шивки д!електрика на поверхню i-GaAs приводить до розширення 10 фононного niKa (без зм1ни його фор-ми), викликане зб1льшенням концентрацП дефектis у приповерхне-Bifl облает! нап1впров!дника. Показано, що для структур Si02/GaAs до найб1льших порушень приповерхнево! облает! приводить високотемпературн! методи нанесения длелектрипса. ?,. При доол1дженн! структур Si3N4/j-GaAs методом KFC встановле-

но, що обробка у воднев!й плазм! поверхн! СаАз перед нанесениям шивки лделектрика приводить до зб1льшення концентрацП дефектов у приповерхнев!й облает! нап1впрОБ1дника.

3. Для структур д1електрик (5Юг, Б1ЭКГ4) ~1-СаАз в 1нтервал1

в в

доз 10 - ЮР сшстерггався ефект рэд1ац1йного впорядкування ("ефект малих доз"), що проявлялося у звужетй ш.к1в Ю-фононав у спектрах КРС без суттево! зм1ни форми тка та його частотного зсуву.

4. При вивченн! спектр1в КРС зразк1в п-СаАз при Т=ЗС0 К виявле-но, що шк на частот! Ю фонона неоднорадно розширений, причому форма п1ка залежить як в1д довжини хбил1, так 1 в1д зовншнАх фактор1в - нанесення д1електричних плавок, обробки поверхн1 та шше. Спостережуван! високочастотна асиметр1я тка та зм1на його форми пояснен! .проявом у спектр! змшаних плазмон -10-фононних мод у режим! загасання Ландау.

5. У рамках наблюдения хаотичних фаз отримано вираз для структурного фактора розс!ввання на зм1шаних плазмон-ЬО-фононних модах з урахуванням загасання фонон1в. Отриман! вирази для д1й-сно! та уявно! частин д!електрично! проникливост! електронного газу для дов1льно! температури, хвипьсвого вектора та ступеня виродження. Шляхом чисельного анал!зу отриманих виразов визна-чен1 залежност! частот ЗПФМ та меж1 облает! загасання Ландау в1д концентрац!! електрон1в, температури та хвильового вектора. Розраховано проф!ль розпод1лу концентрац!! носПв в ОПЗ та зап-ропоновано метод розрахунку спектра КРС з урахуванням розподолу носПв. Показано, що перех!цна область , де концентращя носПв зм1НЮбться б1д Т01асм_э (край опггйчно! глибини збоцнення ) до об'емно! проявляеться у спектр! як п!к, близький до частота 10 фонона та б1льшо! в1д нього п!вширини.

6. Показано, що спостережуване в експериментальних спектрах зменшення високочастотно! асиметрП пша на частот! 1X1 фонона п1сля нанесення на поверхню СаАз пл!вки пов'язане з! зб!льшенням поверхневого вигину зон.

7. Розроблено метод знаходження проф!лю розпод!лу концентрац!! носПв за спектрами 14 в!дбиття, за допомогою якого дослужено еп!такс!йн! СаАз структури, що використовуються для виготовлен-ня НВЧ д!од1в. Виявлено утворення на глибин! аЗ мкм областей з покиженов концентрац1ею нос!!в на меж1 п* подкладка - пт буфер.

Утворення таких областей, що не передбаче!й технологию виго-товленнл та негативно позначаються на параметрах д!Одis, може бути пояснено перекомпенсащею епггакс!йно1 шпвки дифундуючими з приповерхнево! облает! п1.цкладки акцепторними дом!шками. 8. На основ! доел!джень методами КТО та низкотемпературно! фотолюм!несценцН встановпено, що найб!льшз електрична актива-ц!я Змплантованого Si при однакових умовах гмплантац!! та в!д-палу реал!зуеться для плпните (ЮГ)) та (311). При пьпму утворю-ються пари п-типу.

QcHOBHi результата дисертацП опубл!кован! в роботах:

1. Бобыль A.B., Васильковский С.А., Белоусов П.С., Халилов Ш.П. Спектры излучения и комбинационного рассеяния света многослойных структур на основе GaAs // Электронная техника. Сер.З Микроэлектроника.I939. Вып.1(297). 0.263-264.

2. Бобыль A.B., Васильковский С.А., Солдатенко Ю.Н., Михайлов В.А.Диагностирование НЕМТ структур методом комбинационного рассеяния света //Электронная промышленность. Г990. N 6. С.59-60.

3. Бобыль A.B., Васильковский С.А., Солдатенко Ю.Н., Калашников A.B. Комбинационное рассеяние света в тонкопленочных структурах/ В кн. "Физика и технология тонких полупроводниковых пленок". Ивано-Франковск. 1990. с.74.

4. Васильковский С.А., Содцатенко Ю.Н.Определение профиля распределения концентрации носителей заряда в субмикронных структурах на основе GaAs по спектрам Ж отражения /В кн. "Ре-сурсо- энергосберегающие и наукоемкие технологии в машино- и приборостроении". М.: АТН РСФСР. 199Г.С.55-Б8.

5. Васильковский С.А, Солдатенко Ю.Н.Определение профиля распределения концентрации носителей заряда в кремниевых при-Зорных структурах по спектрам Ж отражения / В кн. "Аналита-?еские метода исследования материалов и изделий микроэлектроники". Кишинев. 199Г.Тез. докл. С. 52.

8. Васильковский С.А., Духновский М.П., Стрельчук В.В., Охимчук В.В. Исследование имплантированных ионами Si и терми-}ески отошенных монокристаллов GaAs различной кристахюграфи-шской ориентации методами КРС и ФЛ / В кн. "Аналитические метода исследования материалов и изделий микроэлектроники". Сшинев.-I99I.- Тез. докл. с.51.

7. Vasilkov3kii S.A. Raman scatterinng study of Influence

of /--irradiation on a near-surface region in the structure SiOz-GaAs. //Proceedings of the International Conference on Microelectronics and Computer Science, Kishinev.1992. Vol.1. P. 14-1 -143.

8. Vasilkovskii S.A., Ismailov K.A.,.Molchanovskii I.A., Naiimovets A.A., Safarov Z.B., Yakubtsov O.A. Radiationary stimulated interphase interaction in S-M end S-D system //In: Abstracts of Satellite Conf. of the XXX Annual Meeting of the European High Pressure Research Groop "Physics of Multicomponent Semiconductors".Baku, October 12-14, 1992, p.S3

Э. Васильковский С.А., Иванчо Я. Исследование влияния нанесения диэлектрических пленок Si02,SisN4 и малых доз /-облучения на приповерхностную область GaAs методом КРС // ЖТФ. 1993. Т.63, вып.6 . С.80-86.

10. Бобыль А.В., Васильковский С.А., Конакова Р.В., Тхорик Ю.А., Хазан Л.С., Евстигнеев A.M. Оптические метода диагностики полупроводниковых структур на основе АаВ5 // Обзоры по электронной технике, Сер.2. Полупроводниковые приборы. 1993. Вып.4. 71с.

И. Vasilkovskii S.A., Semashko I.M. Photoluminescence and C-V investigation of MEE buffer films // In: Materials of the 4linternational Conference "Physics and technology of thin films". Ivano-Irankivsk. 1993. P.43-44.

12. Vasilkovskii S.A., Konakova R.V., Tkchorik Yu.A., Milenin V.V. et al. Interfase reactions at the boundary metal-GaAs and dielectric- СаАз // Journal of Electrical Engineering. 1994. Vol.44, NG. P.1012-1021.

13. Vasilkovskii S.A., Bacherikov Yu.Yu., Krukovskii S.I. RS and PI study of AlGaAs films grown from Ga-Bi-Al solution-melt by IPI// Proc. Intern, workshop on Optical Diagnostics of Material and Devices for Opto-, Micro- and Quantum Electronics. Kiev, 6-7 May,1993. SPIE. 1994. Vol. 2113.

14. Васильковский С.A , Евстигнеев A.M., Исмайлов К.A., Конакова P.В., Ильин И.Ю., Прокопенко И.В., Тхорик Ю.А. Оптические и рентгенодифракционные методы контроля параметров полупроводниковых структур GaAs. часть I. (обзор) // Уз.ФЖ. 1994. N4. С.10-41.

1дп. до друку Формат 60x84/16. Пагйр офс.

рук. ОфС. Умов. друк. Л. 7<¡'6 . УМ0Б.фарб.-Б1Дб. /,■/£ бл.-вид.л. -/.о ' Тиража*? прим. Зам. /¿3

ктитуг проблем матер1алознавства -

л. 1.й.Францевичз АН Укра'ии

¡2680 КИ1В 680, дСП, вул.Кршглангвського.З.

сльниця Оперативно!' шшграфН

изтитуту проблем матегпалознавства

I. ЬЙ.Францевича АН Украгни

¡2680 Кихв 680, дСП, вул.Крж[1жан1Всы<ого,3.