Исследование примесных центров марганца, цинка и халькогенов в кремнии и твердых растворах кремний-германий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ^ЯАрКО-ПРОИЗВОДСТЕЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ФИЗИКА-СОЛНЦЕ"

ИМЕНИ С.А. АЗИМОВА Жтео-ТЕШЧЕСКИИ ИНСТИТУТ Г.,В.СГАРОДУЕГО?РА

¡'.и правам рукописи

УЖ 6Г1.31Б.5??.

ШРСААТОВ РАРШАНБЕК МУМННОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕСНЫХ ЩШРСВ МАРГАНЦА.НИНКА II ХАЛЬКОГЕНОВ в кга.иии И ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ крешмП-ГЕРМАНИЙ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ д» ;срртчшп1 в? соискание ученой степени каяшиата фгенко-мчтематических наук

Ташкент 1934г.

Работа выполнена на кьфедре технической физики Торонтского Автоыобилъно-Дорошого института

Научный руководитель: доктор физико-иатаиатическшс наук,

Юсупов А.

Официальные оппоненты: доктор фазико-иатенывческих наук,

Шаиирзавв С.Х.

кандидат {«зико-ыатеиагнческдх наук, Ыахкаиов Ш.

Ведущая организация:. Кьфедрй фазичесвая электроники а

ыжгрозяэктрошшэ прибери, ТаыГ*1У

.цлссьртшдеа сосмитс* ИО^сТрЛ^ 1934 г.

в ¿4 часов на зиьвда*аш споиизлнзироиашюго совгха Д>015.0Ь.21 при £изик&-т1шшчои;ои институт« НПО "визина-Сокими" А£1 Республика Узбшшстаи со адрасу: 700034, Тадасош, ул.Г.Цавлонова 2б

С дасьртаццей иокно ознакомиться в библиотеки института Автореферат разослан к г.

Умений соьритирь Специализированного Совета, доктор тьхнмчасках наук

- 2 - ' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш:Создание полупроводниковых материалов с заданными свойствами в значительной степени связано с влиянием различных дефектов на свойства этих материалов.В этом вопросе большое место занимают глубокие примесные центры. Интерес к примесям с глубокими уровнями связан с созданием терморёзисторов,фотоприемников ИК-диапазона и другие: приборов.Особенно этот вопрос имеет важное значение для легированного кремния,который позволяет создать фотоприемяики и интегральные микросхемы обработки сигнала в одном кристалле для формирования монолитного сенсорного прибора.

■Изменение фундаментальных свойств путем варьирования состава полупроводникового твердого раствора,а также легирование различными примесями представляют широкие возможности для целенаправленного изменения фундаментальных свойств полупроводниковых материалов. Видимо, именно с этим связано происходящее в последнее время бурное развитие физики полупроводниковых твердых растворов.

Одним из полупроводниковых растворов,привлекавших особое внимание исследователей в течение многих лет«являются твердые растворы кремний-германий.Исследование твердых растворов Si-Ge, легированных примесями с глубокими уровнями представляет повышенный интерес, которое кроме чисто прикладного имеют также большое значение для физики полупроводников.Последнее связано с одной стороны с получением новых данных на твердых растворах,которые могут дополнить пробел, сутествующиеся в результатах исследований глубоких центров в элементарных полупроводниках,с другой - поскольку минимум ширины запрещенной зоны в германии соответствует L-долине.в кремнии - Х-долине,то при переходе от L к X долин,появляется возможность идентифицировать модель глубокого центра в элементарных полупроводниках.

Целью настоящей работы является исследование фотостимулиро-ванных реакций примесных центров марганца,цинка и халькогёнов в кремнии и твердых растворах кремний-германий.

Для достижения указанной цели в работе ставились и решены следующие основные задачи:

- легирование монокристаллов кремния и твердого раствора Sij^Gej с примесями марганца (Мл),цинка (Zn) и халькогеначи

- 3 -

(селен (Бе), сера (Б) и теллур (Те));

- определение методом БИВ параметров глубоких уровней в 81 и Б^^е^.,возникающих после легирования;

- исследовать методом фотопроводимости фотостимулированные реакции примесных центров Мп,2п и халькогенов с целью обнаружения метастабильних дефектов в Б1.

- изучить особенности фотостимулированных реакции в Б11 .^Ое^.

- изучить влияние электрического поля на метастабильность примесных центров в 81 и Б^^е^

Научная новизна:

1. Обнаружены и исследованы метастабнльные свойства одиночных центров марганца в кремнии п- и р-типа,которые в значительной мере стимулируют явления тушения и регенерации фотопроводимости при низких температурах.

2. Исследованы процессы тушения и регенерации фотопроводимости,возникающие после предварительной монохроматической оптической накачки в ТЕердых растворах кремний-германий р-типа,легированных марганцем.Обнаружено,что внешнее электрическое поле ул-

■ равляет динамикой тушения и регенерации фотопроводимости в Б11_2Ое2,за счет эффекта Штарка на глубоком цэнтрэ марганца.

3. Показана важная роль оптически индуцированной певаШе-и реакции,которая определяет фотоэлектрические и рекомбинаииоише свойства центров цинка ь кремнии.Обнаружено,что эффекты тукенлг. и регенерации фотопроводимости в твердых растворах кремний-германий, содержащих одиночные центры цинка «зависят от. процентного содержания германия и величины внешнего электрического поля.

4.Исследованы методом фотопроводимости метастабильнне свойства центроЕ селена,серы и теллура в кремнии.Показано,что динамка тушения и регенерации фотопроводимости зависит от величины внешнего электрического поля,которые в условиях ьвздр*лгчного эффекта Штарка на глубоком дефекте в кремнии определяет относительный вклад процессов одно и двухэлектронного захвата в рекомбинацию неравновесных носителей. „:

5. Предложены модели изолированных центров марганца,цинка и халькогенов, туннелиру щих при перезарядке между аозициями различной симметрии в решетке кремния. Предложен механизм повышения вероятности туннельных переходов центра, основанный на различии

атомных месс второго компонента - германия и элемента матрицы -кремния.

Научная и практическая ценнность работы определяется:

- в исследовании метастабилыюсти одиночных центров Мп.гп и млькогенов в кремнии и 311_х09х,где показано,что с помощью пред-верительной накачки и в условиях варыфования внешним электричес-1Ш полем можно резко усилить фотоэлектрическую активность глубо-тагх дефектов и улучшить их деградационные параметры,что имеет больпое значение при создании и разработке режимов эксплуатации » •■ротоприемников ИК-излучения;

- в исследовании метастабильности селена в кремнии и тверди*

растворах кремнкй-германиП.где обнаружено,что наиболее эффектив-

о

нш центром рекомбинации является Бе-состояние,которое индуцирует весьма рффектиэннй Оже-процесс.что позволяет использовать селен пак центр эффективной рекомбинации неравновесных носителей.

Основные положения,выносимые на защиту:

I. Предлохеннзя~модель изолированного дефекта,туннелирущего при перезарядке между позиция;.® различной симметрии,учитывает розную симметрию зарядовых состояний центра марганца в кремнии: П° = (Кп^)0 - Сзу, (МП1731)++- (Мп^)* и

Б" = (Мп^Г - 02У.

3. Метастабильные свойства различных зарядовых состояний мэргапвд в кремнии и твердых растворах кремний-германий зависят от приложенного электрического поля,за счет эффекта Штарка и от процентного содержания германия.Рост сигнала фотопроводимости в

_хСгех<Кп> при малых временах накачки светом 1п>=Ес- (+/++) обусловлен интенсизнш заполнением состояния вследствие одно-электронного захвата.Данный эффект исчезает с увеличением времени предварительной монохроматической накачки из-за возрастащэй конкуренции со стороны процессов двухэлектронного захвата.

. 3. Взаимосвязанные эффекты тушения и 'регенерации фотопроводимости в кремнии п- и р-типа,легированном цинком,обусловлены долговременными процессами-перезарядки изолированного центра цинка, которые находят объяссение з рамках модели глубокого акцептора, туннелирущего между позициями-различной симметрии в решетке кремния (0°(гп°) - - С3у, 0~(гп") - С2у).

Характерное тушение фотопроводимости при 1до=1эВ в образцах п-БЮе<2п> зависит от процентного содержания германия и величины внешнего электрического поля.Показано.что метастабильные свойства одиночного центра цинка.которые могут усиливаться или ослабляться при изменении электрического поля и процентного содержания германия, управляют процессами фото- и спонтанной самокомпенсации в тверда растворах кремний-германий.

4. Эффекты тушения и регенерации фотопроводимости в Б! и

31.|_хСех,легированного селеном и теллуром,возникающие после предварительной оптической накачки монохраматичэским светом,объясняются долговременными процессами перезарядки глубокого центра. В р-31<3е> и р-Б!, _х0ех<3е> предварительная накачка может индуцировать как тушение, так и регенерацию спектров фотопроводимости. Наиболее эффективным центром рекомбинации является Бе° состояние, которое индуцирует весьма эффективный Оже-процесс.По мере роста процентного содержания германия в тзердом растворе уменьшается метастабильность различных зарядовых состояний центров селева.

5. йшамикд тушения и регенерации фотопроводимости образцов 51<3> зависит от величины внешнего электрического поля,которые в условиях квадратичного эффекта Штарка на глубоком дефекте в кремнии,легированном серой.определяет относительный вкл\д процессов одно- и двухэлектронного захвата в рекомбинацию перввновескнх носителей.

Апробация работы. Результаты работы,изложенные в диссертации, бшпаГпредставлены на VIII Всесоюзном координационном совещании по исследованию и применению твердых раелзоров кремвдй-германий (Ташкент-1991г.),Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад-1991г.).Всесоюзной конференции "Кремний-90"(Москва-1990г.),научно-технических конференциях проф.- преп. состава ТАДИ (Ташкент-1991,1РЭ2,1993г.).

Публикации.По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит И'-- введения .пяти глав и заключения.Работа содержит 171 страниц пашинопис-ного текста, 66 рисунков и 3 таблиц.Список литерат:рн включает 97 наименования.

- 5 -

ОСНОВНОЕ СОДБтКИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации,сформулирована цель работа,научная новизна исследования,практическая ценность результатов и изложены осношые положения,выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор литературных данных. Проанализированы экспериментальные данные,получению различными методами, о свойствах примесных центров.возникающих'после диффузии Iй),2п и халькогенов (Бэ.Б.Те) в кремнии.Изложена модель Баграева-Машко-за.предложенная для объяснения реакции примесных центров в полу-■ проводниках,а также особенности реакции принесши центров в твердых рэстворах кремний-германий.

На основе анализа литературных данных в конце главы определены задачи,решавши) в диссертации.

Во второй главе рассмотрена методика легирования кремния и твердшс растворов кремний-германий примесями с глубокими уровнями и приведет* ротлг диффузионного легирования.Во второй части этой глава рассмотрен!! методические вопросы.Подробно описаны возможности различных методов,применяемых для определения параметров глубоких центров в полупроводниках.Проанализированы преимущества определения параметров глубоких■центров методом Б1ЯВ и методика измерения примесной фотопроводимости.

В третьей главе представлены результаты исследований пара-метроЕ и метастаОильности глубоких центров марганца в кремнии и твердых растворах кремний-германий.

В I I представлены, результаты исследований параметров глубоких уровней марганца в п-51 и п-511_х0ех (х=12,9ат%Се) из БИ5 измерений.

В § 2 излагаются результаты изучения эффекта туянелирова-1гил центра марганца в релгетке кремния п- и р-типа в процессе его перезарядки.что, приводит к возникновению метястабилыгах аффектов в ФП. На основе исследования кинетики долговременных процессов тушения и регенерата фотопроводимости,возтшактцих после предварительной оптической накачки монохроматические светом,предложена модель изолированного центра марганца,туннелирущего между позициями разлтчной симметрии в решетке кремния. Мп^-Р^д,

Мп+ и Мп~-С2у).Показано,что после предварительной накачки светом, стимулирующим чютоионизацию Б+-состояния в как п-,так и р-типа за счет реакции:

О^+ге ► д°

20+ + Ьи(Ес-(+/++)) * * 0++ (1)

а также Б0.- состояния в кремнии п-тила:

В°+Ьи(Ес-(оА)) * +■ е 0+ +2е » Б"

20° + ЬУ(ЕС-(О/+).) *■ Г + (2)

сопровоадавдиеся процессами двухзлектронного захвата,приводят к диссоциации и Б -состояний, соответственно.Возникающие новые ыетастабилыше состояния р°+С++ и является центрами интенсивной Оже-рекомбинации,что приводит к резкому снижению времени жизни неравновесных носителей и соответствующему тушению.

Регенерации фотопроводимости возникает за счет реакции;

БнЧ1п>(Еу+(+/++)) >

+ Ь * ^

+ Ви+Ь»>(Еу+(+/++)) 2С+ (3)

в образцах р-типа.Кроме то го, регенерация 0+-со'етояиия в кремнии р-типа может индуцироваться в условиях оптических переходов электронов в зону проводимости при фотоионизации метастабильного Б0--состояния:

+ Ы»(Ес-(о/+)> » + е. (4)

В кремнии п-типа процесс восстановления концентрации Р*--состояния (3. ),как и процесс фотоионизации -состояния (4), подавляется более интенсивным оптическпм туаешгём (2).Вместе ■ с тем,в кремнии п-типа существует другой канал регенарации С0-состояния: .

О" + &у * + е, (51

5 3 посвящен рассмотрению влияния электрического поля на

метастабильность центров марганца в кремнии, Линейный и квадратичный Штарк эффекты,Еозяикапдие из-за электрон-колебательной природы глубокого дефекта,определяют полевые зависимости эмиссии и захвата носителей на глубокие центры марганца в кремнии.

Возрастание внешнего электрического поля в кремнии р-типа приводило к уменьшешго скорости тушения фотопроводимости.а также к его исчезновению с увеличением времени предварительной оптической накачки,а также индуцировал сдвиг спектра тушения фотопроводимости в сторону больших'энергий и полностью подавлял процесс ее регенерации.

В образцах n-5i<Mn>,увеличение электрического поля ослабляло ' эффекта тушения фотопроводимости в интервале 0,43 эВ<1п^0,6 эВ и симулировало их при 0,72 эВ<1и>й,0 эВ,а также наблюдался сдвиг спектра тушения фотопроводимости в сторону больших энергий. В отличие от р-31<Кп>,в образцах n-SI<Mn> электрическое поле резко усиливало процесс оптической регенерации фотопроводимости.

В § 4 Исследована метастабильность центров Мп в твердых растворах кремний-гермашй. Обнаружено, что метастабильность центров Мп зависит от от процентного, содержания германия в n-Sl1_IGex<lin>.Показано,что рост сигнала фотопроводимости при малых временах предварительной накачки светом hv=Ec - (+/++) обусловлен интенсивным заполнением центра D+ вследствие одноэлек-тронного захвата.Данный эффект исчезает с увеличением, времени предварительной монохроматической накачки из-за возрастающей конкуренции со стороны процессов двухэлзктронного захвата.Предложен также другой механизм,объясняющий повышение вероятности туннельных переходов глубокого центра,основанный на различие атомных масс второго, компонента - германия и элемента матрицы - кремния.

Четвертая глава посвящена исследованию параметров и оптически индуцированной самокомпенсэцш двойных акцепторов цинка в . кремнии и твердых растворах Si^Ge^..

В § I' представлены результаты исследований параметров глубоких уровней цинка в p-Si и p-Si^Ge^ (x=14aTSGe) из DLTS ' измерений.

§ 2 посвящен рассмотрении оптически индуцированной самокомпенсации центров Zn в кремнии,которая связана с перезарядкой центра Zn и сопровождается туннедированнем дефекта между позиция

ми различной симметрии в кристаллической решетке,что приводит к возникновению четастабильных эффектов. Показано,что спонтанная диссоциация одноэлэктронного состояния

► о0 + (б)

обусловленная пе^аШе-и свойствами,приводит к семокомпенсации изолированного гп"-центра.

Оптическая накачка светом с энергизй Ь/»11 (11 - энергия ионизации однократно заряженного акцептора) индуцирует оптически аналог реакции (б):

В" + ЬУ + 2е ► й""

2Ъ~ + ЬУ * + 0~ (Г)

которая приведет к уменьиению остаточной концентрации 2п*-состоя-ний.Этот процесс таксе вызывает умеяшеяио времени неосновных постелей, что проявляется в ограничении регенерации МИ1 при Ьу>1,0 эВ. За счет реакции

Б" + П + Ь» ► Ь° (8)

наблюдается тушение МФП.как в кремнии р-тша,так и в перэкомпен-сированном цинком кремнии. Этот процесс сопровождается туннелиро-ванием центра из положения с симметрией с2у в гексагональное междоузлие.

Оптическая накачка светом с энергией 0,52 эВ<1п><0,72 эВ сто-мулирует фотоэшссии дырок в валетную зону 2

о~ + и. + ьи »• + гь. (9)

что вызывает тушение фотопроводимости. При этой, изолированный центр цинка тунколирует из положовст с симметрией С2у втетраэд-рическое междоузлие.

„ Регенераций фотопроводимости стк/.улировалась накачкой светом с энергией = Ед - I,:

D° + hv > D~> h D~~ +■ 2h >. D"+h

D r D° + hv(Eg-I1) * 2D~ (10).

что восстанавливает концентрацию В~-центров.Этот процесс ответствен за регенерацию .фотопроводимости при облучении образца светом с энергией hv>0,5oB.B образцах p-Si<Zn> цинком,поеле-накачки светом с энергией 0,5эЗ<Ьу<0,7эЭ ие наблюдалась регенерация фотопро-водтшетгг. Это обусглэлено.по-вгда.юму, конкуренцией реакции (10) с процессами (3) и (9).Восстановление концентрации Б--состошгля вызывает также фо'.-оиндуцйрованный захват дырок из валентной зоны:

D + 211 + hv > D" + 11. (11 ^

Эта реакция ответственна за регенерацию фотопроводимости в интервале энергий света накачки 0,2зЗ<1пк0,4эВ в кремний р-типз 0,?-эВ< <hv<0,383B в п.орекомпепсироваююм кремнии.Эти метастабилыше эффекты обусловлены долговременными, процоссгми перезарядки изолированного центра цинка,которые нагоднт объяснение в рамках модели глубокого акцептора туннел1грущего между позициями различной ехзл-метрш в решетке крзмнил (Zn - C3v, Z~ - Zn° - Б,й).

. В 5 3 рассмотрен. зффект Штарка на глубоком центре цинка в кремтши.Увелкчение внешнего электрического поля стимулировало уменьшение величины тушения фотопроводимости в p-Sl.npii этом спектр регенерации фотопроводимости сдвигался в сторону больших энергии. В образцах перэкомпэнсироваяного кремния возрастание внешнего электрического поля также вызывало ослабление тукепия фютоироводдаэстп.УЕОличенпе времени Предварительной накачки при- , водило, к полному ксчезиовенш тушения фотопроводкмости.Кроме того,электрическое поле трансформировало спектр регенерации.M2II, усиливай ее -в. интервала энергии 0,2эВ<11У<0,ЗбоВ и подавляя при О,52eB<hv<0,73?В.Таким образом,обнаруженное влияние внешнего электрического поля на спектры тления и регенерации фотопроводимости свидетельствует о значительной роли лилейного и квадратичного эффекта Штарка па глубоком центре в одно- и двухэлектрояных процессах захвата и рекомбинации неравновесных носителей в полу

проводниках.

§ 4 посвящен рассмотрению самокомпенсацш двойных акцепторов цинка в твердых растворах кремний-германий. Обнаружено, что эффекты туше-'лил и регенерации фотопроводимости в твердых растворах кремний-германий,содержащих одиночных центров цинка,зависят от процентного содержания германия и величины внешнего электрического поля.Показано.что метастабильные свойства одиночного . центра цинка,которые могут усиливаться и ослабляться при изменении электрического поля и процентного содержания германия,управляют процессами фото- и спонтанной самокомпенсацш в тверда растворах кремний-германий.

В пятой главе изучена метастабильность центров калькогенов (селен,сера,теллур) в кремнии и тверда растворах кремний-германий."

В $ 1,2 исследованы ыетастабильности центров селена в кремнии и тверда растворах кремний-германий. В исследованных образцах центры селена были однократно ионизованными.Обнаружена сложная кинетика процессов тушения и регенерации фотопроЕлдтости.При малых временах облучения предварительная оптическая накачка светом с энергиями 0,4эВ<Ьи<0,?5эВ и 0,85эВ<Ьгк1,0эЗ стимулировала тушение фотопроводимости,тогда как увеличение времени предварительного облучения приводило к регенерации спектра фотопроводимости. Кроме того,сигнал фотопроводимости мог быть восстановлен в ходе оптической накачки светом с энергией 0,15-эВ<1гу<0,4эВ.

Тушение фотопроводимости возникает после предварительной накатай светом Ьу > 11 (I]- энергия ионизашш фонового электрона на дефекте - (+/++) - процесс),стимулирующим фотоионизацию - состояния:

D+ + liv(I,) * D*+ 2e * D°

+ i VnliT \ _ + +

2D r+ lrvfl,) ► DU+DTT (12)

сопровождавшуюся процессом двухэлектронного захвата.Новое долго-отвущее состояние D°+ Ptf является центром, интенсивной Ose рекомбинации:

t hv(bPwE_) ► D° + е + h * Df + e ► Df+ + 2e > D° (13) S

- 12 - ,

■что приводит к резкому снижению времени :шзни неравновесных носителей п соотЕетствуицему тушению фотопроводимости во всем спектре,

Тушение фотопроводимости может также возникать при оптической' накачке с 1№-(Е£-Д1) в ходе процесса:

Б* + 1иНЬи=Ев-А1) »• Ъ° + Ь," (14)

где Д1-энергия ионизацш коррелированного электрона, 11+Л1=12,12-энергия двухэлектронной фотоионизацш центра.

Регенерация спектров фотопроводимости становится возможной при облучении образца светом с ¡в^Ед-Т..,:

+ И ^

Б*^ + ) *■ 2Б+ (15)

в ходе которой восстанавливается концентрация ^-состояний и возрастает время жизни неравновесных носителей.

Кроме то го, регенерация й+-состоянпя может индуцироваться в условиях'оптических переходов в зону проводимости при ионизации долгоживущего Б0-состояния:

В0 + Ы'(Л1) ► + е. (16)

Тушение фотопроводимости в ббразцах 31<Бе> в ходе предварительной оптической пахачки 0,4эВ<Ьг<0,'/5эВ вызвано процессом (12), а при 0,85эВ<Ьг»<1,0эВ -симулируется реакцией (14).С увеличением времени предварительного облучения растет вероятность реакции (15), что приводит к полному подавлению процесса (12).Кроме того,в области малих энергий света накачки' регенерация одноэлектрошшх состояний селена (0,15эВ<1п><0,4эВ) обусловлена фотоионизацией 0°-состояния.

В образцах^легировашшх селеном,наблюдался дополнительный капал регенерации фотопроводимости,связанный с оптическим возбуждением коррелированного электрона в Ь-долину зоны проводимости,из волновых функций которой преимущественно сформировано двухэлек-тронное■С0-состояние:

Б0 * 1п» »• + е.

(17)

Данный процесс сопровождается междолинным рассеянием с соответст-вущей трансформацией позиции центра (СЭ7- С2у) и ответствен за регенерацию сигнала фотопроводимости в области болыык энергий света накачги (0,8эВ<ЬкО,98эВ).Обнаружено,что присутствием атомов германия в решетке кремния характерные времена предварительного облучения,приводящих к тушению и регенерацию, уменьшались от 10 мин - I мин (тушения) и от 20 мин до 2 мин. (регенерация).

Полученные результаты объясняются с помощь» модели реконструированного .точечного дефекта с немонотонной зависимость» константы электрон-колебательного взаимодействия ОКБ) от числа электронов на центре,в рамках которой дефект тунпелируот в процессе перезарядки между позициями,характеризующимися различной симметрией реызтки полупроводникового кристалла. Предлагаемая модель учитывает характерис-пки зарядовых состояний двойных доноров селена в кремнии: одноэлектронное состояние находится в узло решетки (Тд),а пустое 0++ и двухэлектронное находятся соответственно в гексагональном йод и тетраэдрическом (С3^) междоузлиях.

§ 3 посвящен рассмотрению влияния электрического, поля на метастабильность центров серы в кремнии.Обнаружены два спектральных интервала света предварительной накачки, стимулирующего тушение фотопроводимости (0,4эВ<1пк0,7эВ и 0,7эВ<дк<0,85эВ).Последующее облучение образца светом с 0,15эВ<1п><0,ЗэВ и 0,85эВ<1нк1,1 эВ приводило к восстановлению сигнала фотопроводимостп.Рост электрического поля приводит к изменению спектральных зависимостей тушения и регенерации фотопроводимости.При этом,сильно ослабляется эффект Тушения фотопроводимости в области энергии 0,4эВ<1пк0,7эВ, тогДа как вторая область тупения сдвигается в сторону больших значений энергий света предварительной накачки.Электрическое поле также резко усиливало эффект регенерации сигнала фотопроводимости и расширяло интервал света накачки (0,15эВ<1нкО,8эВ),приводящей к ее восстановлению.В условиях Билинейной зависимости ЗКВ от числа электронов на центре,индуцированный внешним электрически,!'полем квадратичный эффект Штарка приводит к сдвигам положений зарядовых состояний дефекта и соотвстствуюютг,: и?.!:?1К'!тиям в энергиях прямых оптических- походов и ми'еттг.! !:юис трлээрядаз! глубоких центров.

- 14 -

В § 4 методом фотопроводимости исследованы ыетастабильнос-ти цэятров теллура в кремнии.Тушение фотопроводимости обнаружено в интервале 0,34эВ<Ьк0,69эВ,стмАулируицей фотоионизацию ооо-тояния сопровоздапщуюся процессом двухэлектронного захвата.Регенерация спектра фотопроводимости становится возможной при оптической накачке светом с 0,1эВ<Ьг>«с0,34эВ,'стимулирующим фотоионизацию состояния, сопровождающим оптическим переходом электрона в зону проводимости из .уровня коррелированного электрона Ес-(о/*-). Регенерация фотопроводимости наблюдается также в интервале 0,75зВ<1пк1,15эВ. Последний связан с восстановлением концентрата! О^-состояний и возрастанием времени жизни неравновесных носителей и соответствует переходу электрона из валентной зоны на уровень фонового электрона (Ес-(*/++)).

.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении основные выводы работа можно сформулировать следующим образом: .

' I, Обнаружены и исследоьаны метастабильные свойства одиночных центров марганца в кремнии и твердых растворах кремний-германий, которые б значительной мере стимулируют явления тушения и регенерации фотоэлектрических свойств материала при низких температурах.Предложена модель изолированного центра марганца,туннелирую-щего между позициями различной симметрии в решетке кремния.

2. Показано,что рост сигнала фотопроводимости в 31|_10ех<Мп> при малых временах накачки светом Ьт=н -(+/++) обусловлен интенсивным, заполнением центра вследствие одноэлектронного захвата. Данный эффект исчезал с увеличением времени предварительной монохроматической накачки из-за возрастающей конкуренции со стороны процессов двухэлектронного захвата.Обнаружено,что внешнее электрическое по/е управляет динамикой тушения и регенерации фотопроводимости в 511 -113ех<Мп> 53 счет э5Фекта Штарка на глубоком центре марганца.

3. Исследованы методом фотопроводимости процессы самокомпен-с :иии и метастабильности в кремнии,содержащих одиночные центры ипнко.Продемонстрирована важная роль оптически индуцировэнной negatlve-U реакции,которая определяет фотоэлектрические и рекы-

- 15 -

о'инационные свойства центров ц;гнка в кремнии.

4. Установлена важная роль эффекта Штарка,который трансформирует отрицательный порядок уровней,соответствующих двойному акцептору цинка в кремнии,в положительный,что в свою очередь,подавляет эффекты тушения и индуцирует резкое усиление фотопроводимости.

5. Показано,что мзтастабильные свойства одиночного центра цинка,которые могут усиливаться или ослабляться ири изменении электрического поля и процентного содержания германия, управляют процессами фото- и спонтанной самокомпенсацш в твердой растворах кремний-германий.

8. Исследованы методом фотопроводимости ыетастабильние свойства центров селена в кремнии.Предложена модель изолированного, центра селена как дефект, туннелирукиий при перезарядке нежду позициями различной симметрии в решетке кремния (Б°-Сду, и С^-Г^д). Обнаружены эффекты, тушения и регенерации фотопроводимости,возникающие после предварительной оптической накачки монохроматическим светом,которые объясняются долговременными процессами перезарядки глубокого центра.При эточ предварительная накачка может индуцировать как тушение,так регенерацию спектров фотопроводимости.Наиболее эффективным центром рекомбинации является 5е°-состояние,которое индуцирует весьма эффективный Сже процесс. Обнаружено,что с увеличением процентного содержания германия в решетке кремния,характерные времена предварительного облучения, приводящих к тушению и регенерацию уменьшались от 10 мин - до I мил (тушения) и от 20 мин - до 2 мин (регенерация).

7. Исследованы центры серы в кремнии р-типа.Показано,что ди-, на?шсз тушения и регенерации фотопроводимости зависит от величины внешнего электрического поля,которое в условиях квадратичного эффекта Штарка на глубоком дефекте в кремнии определяет относительный вклад процессов одно- и дзухэлектронного захвата в рекомбинацию неравновесных носителей.

8. Исследованы центры теллура в-кремнии.Обнаружены Эффекты тушения и регенерации фотопроводимости,возникающие после предварительной оптической накачки монохроматическим светом, которые о'ъясняйтся долговременными процессам« перезарядки центров теллура в кремнии.

- 16 -

Содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Apuroьа Д.Ф.,Мирсаатов P.M..Юсупов А. Метастабильность центров Ц'ика в кремнии л твердых растворах кремний-германий.Материалы XIX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ТАДИ.Ташкент I9SI.C.I8.

2. Н.Т. Баграев.Р.М.Мирсаатов,И.О.Половцев,А.Юсупов. Метастабильность центров марганца в кремнии. II научной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках.Тезисы докладов, Ашхабад,23-25 октября,1991г.с.22.

3. Н.Т. Бзграэз,?.М.М:фсаатов,И.С.ПолсЕцеп,А.Юсупов. Метастабильность центров марганца в твердых растворах кремний-германий.. VIII координационное совещание по исследованию и rrpw,мнению сплавов кремний-германий.Тс-эисн докладов,Ташкент,ноябрь, 19Э1г.с.59.

4. Н.Т. Еаграев.Р.М.Марсэатов.И.С.ПолоБцев.А.Юсупов. Фотоиидуци-ровакная самоксс.пэнсация центров цинка в твердых растворах крьнг.ий-германк!!. - VIII координационное совещание по псследо-ыт'м и применук'.но сплавов кремний-германий.Тэзлсн доклудоз, Ташкент, ноябрь,1591г.,с.GI.

5. Н.Т. Баграев.Р.М.Мирсаатов.И.С.Половцев.А.Юсупоэ. Цинк в кремнии: ФотпиндушфОЕанные реакции.. - ФТГ1,1992,т.26,з.З, с.481-490

6. Н.Т. Баграев,Р.М.М:фсаатоэ,И.С.ПолоЕцов,А.Юсупов,У.Сирожов. ■Метастабильность центров марганца в твердых растворах кремний--гермзнкП. - МП,1992,Т.26,В.З,с.427-430.

7. Н.Т. Баграев,Р.М.М;фСбатоз,И.С.Поло£цев,У.Сирожов,А.Юсупов. Si^jGe^: .Самокомпенсация двойных акцепторов цинка в твердых растворах кремний-германий. - ФТП,1992,т.26,в.5,с.836-838.

8. Н.Т. Баграев,Р.М.№фсаатов,И.С.Половцев,А.Юоупов. Метастабильность центров марганца в кремнии. -ФТТ,1992,т.34,N3,с.370-878.

9. М.С.Саидов,Б.Л.Оксенгендлер,М.А.Хаитсва,А.Юсупов,Р.М.М1фсаат(-а О возможной природе эффекта отрицательной фотопроводимости ¿? легированном сплаве Si|_xGez<Au>. -ДАН РУз,1992,й 6-7,е.31-34.

• ABSTRACT RAVSHANBEK №. MIRSAATOV

AN INVESTIGATION OF MANGANESE, ZINC AND CHALCOGEN IMPURITY

CENTERS IN SILICON AND SILICON-GERMANIUM SOLID SOLUTIONS.

Fhotootlrr.ulated reactions of manganese, sine and cfcalcogen Impurity centers In silicon and slllcon-germanlum solid solutions were Investigated by photoconductivity and DLTS methods. Mutually related quenching and regeneration of the photoconductivity were observed induced by long-term charge-transfer processes of the defects wich appeared after preliminary'optical pumping.

On the baa13 of the observed effects models of Isolated manganese, zinc and chalcogen Impurity centers exhibiting charge-transfer tunnelling between the positions of .different symmetry In the SI and Sl-Ge lattice are suggested..

It'3 shown that the photoconductivity quenching and regeneration dynamics varied under the conditions of the Stark effect at a deep center induced by an external electric field and on increase In the percentage content of germanium In Sl-Ge solid solutions defining the relatively contribution of both one-electron and two-electron capture processes to recombination of non--equlllbri'im carriers.

к И СКАЧА МАЪНОСИ

МИРСААТОВ РАВШАНБЕК ИУОДШОВИЧ

КРЕШИЙДА ВА КРЕМНИЙ-ГЕРМАНИЙ КСТИШМАЛАРИДА. МАРГАНЕЦ, РУХ ВА ХАЛКОГЕНЛАРШ1Г КОРШ1МА НАГЯАЗЛАРШШ ТЕКШИР;ЕИ-

Кремжгйда ва кр&мний-гьрманыЯ иотаымалорида марганец, рул ва iBjaiorsK (олтангугурт, селен, теллур) коришма маркг.злпрк Зруг.-жк ■гагсшрвдага р^акцииларл DI/IS на йотоутказувчашшк усулдври Оман Лрганилган.Оддиндан монохроматак бруглик 3;иан брлт.шгаа шароптда кайта иарлдлащ xaptiSiM билан аодкленгаи 1о-

тг-угказувчаияшгни ufinui па ротьнорациллашпл Узаро 6oivr.ru оффокт-льри тотиа-аи.

Фотоутказувчашааши рвгбн&рациплашги ва сушш у&ик вант ли лтраЗилари KTifiP4'.r.:ccmr.i текашрни нитшкйснда, марг&ноц, рух ва 1алс<;геш:ар jteapo i5oi\u« булмаган марказларшсшг, «в'.Ггэ зарлдла-iusji ЗйреВнзда, кромнлД аа крамний-горманий копшлари nsicKapa^.i-илш" х.£р хил самыегрняли гюзитдоаларааро туинэлланупчи модели тик-лиф шишнган.

Твивд! алзктр иайдона таъс.грвда чукур марказларда досил лувЧк1 Штарк з-ЭДокгл ва крешшй-гермгш:!« котшшасида гориашЛта ошиша Силаи богл;« султан, Ks.lcmui асослЛ сулмаган -гашувчлляр ро-комйннаципеига блр яг. инки алоктрои кабул кшшш яарабнлартшнг иисзаган улушииа ыюкливчл, ^лгоуткезуачанлигсни сушин ua рьгаии-рацилси дшшмлкасиашп" у^гарлны ¡сурсатга'ая.

\

УЗР ФА .KHUEPIIUIIKA. И 114 В СИГА КДРАШЛН КИБЕРНЕТИКА Ш1ГТ1П Wlllllliir Г.0сидл01|хсплл 'Mil ЛИЛ Г/1». 700143. TOU1KFT. t ХГЖЛ1 И. КГЧАГ II УП ''

БОСМАХОНАС11ГЛ ГОПИШРПЛЯИ / !'/ W, И. БОСИШГА РУХСАТ Э1ПЛДИ W- I '/ 14V/FI KOF03 БПЧИМИ Г,0»81 I/IG ОФСЕТ БОСЛ1А УСУЛИ ДА ЛОВИ с <".' МУСА/ 1/УЮРГМД