Исследование процессов радиационной деградации и низкотемпературного отжига в фотопреобразователях на основе кремния n-типа, легированных литием тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ к ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.В. ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-Иа'ДЕДОиАТЕЛЬСХИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

На прятх рукописи

«ЕРШОВ ЙРИЯ ВИКТОРОВИЧ

ИОСДКДОНАИИЕ НРОЦЕССОВ РАДИ!. ЛОМКОЙ ДЕГРАДАЦИИ И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО 0Ш1ГА В ФОГОПРЕОНРАЗОБАТШХ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ п-ША, ДЕГйРОВАКйЫХ ЛИТИЕМ

01.04.04 - физическая электроника

А в т о р е ф е р а г

диссертация на соискание ученой лепени кандидата фчзико-катемгичесчих наук

Москва - 1592

Рзботз внпой..«!на в отдаге ядерно-косиических исследован» Научно-исследовательского института ядерной физ«ки ЯГУ > 1.1?. Ломоносова.

ШЧШ РУКОВОДИТЕЛИ :

доктор технических наук

a.и. акийия

кандидат физйко-мата. .тичгских наук

B. В. ЗВЕРЕВ

.ОФИЦИАЛЬНЫЕ СППОНЕНТН

ВЙДУМЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

доктор {изико-математичеоких наук Ю.К. !Ш10В (Институт металлургии РАН) гсандида* физико-математических наук З.И, ПРЯЛКИ» (физичэский факультет ИГУ) Московский институт электронного иааиностооения

Заадта состоится

1992 г, в часов

в аудитория 2-15 на заседании Слеикглйзироваииого совета К 053,05.23 в Московском государственном университете им. В.В. Ломоносова по адресу: 11Э899, г. Москва, Ленинские горы» ИИИЯФ «ГУ.

С диссертацией можно НИИЯФ МГУГ

Авто^ерат-раэослзи19912 г.

Учений секретарь Специализированного совета К 053.05.23 ЙШЯФ КГУ, кандидат физико-математических наук [ ,

У—

О.В. ЧУИАНОВА

ВВЕДЕНИЕ

0 настоящее время весьт актуальной проблемой является

в,тент ресурса работы {ютопреобразор-ьтелей (ФП), используемых скстеыах энергоснабжения космических аппаратов, так лак в ловияж воздействия ионизируздегэ излучения выходная мощность ФП слзется. Для защиты от иизкоэнергетичных протонов и других« стиц используются зацитние стекла. Однако, злекгрсны и протона энергией > 1 ИвВ обладают внеокой прочикащей способность» и яьвая честь этих; частиц проходит через защитные стэклз. 3 юн с этии разработка активных форы заэдты ФП от радиации

г.яйгся весьма актуальной задачей. Одним из перспективных путей гения проблема повышения радиационной стойкости ФП является юльзовэние И! 1а основе г-£>1, 'легированных литке«, обдадгадих и1ством "залечивания* радиационных повреждений . В этом фавлеиин проводились аир-окне исследования по изучению :ьодогии получения стабильно работааанх куемнкевих ФП с [кесью лития. Экспериментальный исследования показали йиеннуо радиационную стойкость так;« ФП и эффективность кх ольэоракия, особенно при воздействии ?лектрокаки высоких ргий (> 10 Яэ8), протонаки и нейтронами . Яри этом механизм кшдействяя атомов лития с дефектами в процессе отжига изучен осгаточно хорояо.

Исследование природа и евойстз электрически актавних ектов и рекомбанациоинык цент рой (РЦ) в л-51 с примесш лития зт важное значение для анализа процессов, протекащй в 4>Л ёо ля сблучечия иди при повышении температуры (отжиге). Эти ;ессы оказниаот определяющее влияние иа основные параметры ^ в конечном счете обеспечивают ресурс работы ФП.

Цель к аа^ачя работы

Целью настоякей работы являюсь изучение процессов радиацио» .ой деградации и низкотемпературного отжига в фотопреобрлзовате.ук «а основ« п-З* с. примесм) лития.

Для достижения указанной цели били поставлена и ревались следующие задачи :

1. Носледораиие степени деградации электрофизических характеристик *Л при облучении электронами.

2. Изучение процессов восстановления параметров «Я при иизкот&мшра турком от*>«ге,

3. Исследовавие природ« я свойств радиационных дефектов (Ш е материале -гп. .

4. Изучении влияния .концентрации примесив* атомов дгктия на эффективность 8осстаж>8лен»1Я параметров #3.

Стьпгдь научной новизны основных результатов г

1. Впервые предлодеиа и реализована методика прсм-еденин комплексных исследований параметре» фзтпираибразоеате.язй на основа п-31 с исимесыо хятп«.

2. ''становхсьа взаимоезлз! «ехд/ "микроскопически««" параметрами материала <?П, такими, как вр«ия *нзни или диффуздон1шя длина неосновных носителей аар«дз ШЭ> , концентрация неличных дзфга'.тов, и экогыуа'гацисннаи-л_..--{?макрбск6рй'гёскики*)

характеристиками" "Ф'Д (ток короткого пныкаки* 1|;з> напряжение холостого хода Кхх и др.)•

3. Показано, что скорость отаига РД (А-::^гров и дивукянсий) , такхе как и сксгоость воос?аноад<гн:ш параметроз ОТ, опредс-ляютсч начальной концентрацией электрически активного лктия р базе ФП

вблизи р-п-перехода.

4. Предложена качественная физическая модель, описывающая взаимодействие атомов лития с радиационными дефектами в материале ФП, на основания которой удалось дбьясиить ряд экспериментально установленных закономерностей в поведении параметров ФП.

5. Впервые установлена аависниость избиения эксплуатационных параметров ФП о? дозы облучения и режимов проведения низкотемпературного отжига в ФП, лэгирозаннах литией.

Практическая ценность работы [ * Все ¡экспериментальные исследования проведены на опытных йразцах фотшреоб^зователеЙ й процессе внпоянения хоздоговорных "ем о предприятие» НПК "Сатурн".

Яолучега результаты для оценки радиационной стойкости азличных групп опытных образцов ЭЯ и выработки рекомендаций по овыиени» радиационной стойкости <5И , ¡«.спользуемых в НПК Сатурн".

Проведено сравнение выходных параметров ФП при различных вхкуах наземных радиационных испытаний.

Параметра основных рвкомбинациошшх центров в материале Я!, элучешше в данной работе, необходимы для прогнозирования >ведения характеристик ФП в условиях, имитирующих работу ФП на шоземиой орбите.

Основные.положения, выносимые на защиту Скорость введения радиационных дефектов после облучения ектроиами с энергией 1 МэВ составляла : для А-центре" V. --- 0,1

им для дявакансий v„— = о,ОС4 и у.,- = 0,005 см-1, дл1

2

К-центров vR- 0,02 см-1 в образцах ФП с различной концентрации атомов лктия, а также в образцах ФП без лития.

2. Восстановление основних электрофизических параметров (1КЗ Uxx, FMaKC) облученных электронам ФП на базе n-Si с принеси литья при достаточно низких температурах ( < 100°С) происходи' вследствие отжига основных радиационных дефектов (А~центров : дивзшксий), который происходит из-за взаимодействия эти дефектов с лиг:*».

3. В процесс? низкотемпературного отжига ФП образуются нов» литийсо/ержа^иа. кошяексн, кмещяе следующие глубокие уровни запрещенной соке : £с эВ и Еу +0,30 эВ.

4. При изохронном (30 мин) oTinre з ФП о примесып лити дивзкансии отжигаются при температурах 100-125°С, А-дентры - пр 150°С.

5. Получена оценка максимального значения сечения захвата днро основным рекомбинациониым центром в материале ФП - А-центром

о\ а 5х1014 см2.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работа докладывались л Ыэвдународной конференции по радиационному материаловедению (г Алуста, 1930 г.), 1-Я Всесоюзной—конференции —'"РадиаЩюшй стойкозть бортевой аппаратуры и элементов космических аппаратов (г. Томок, 1931 г.) Ш-й Всесоюзной конференции "физически основы надегности и деградации полупроводниковых приборов" и Кишинев, 1991 г.), 1-м и 11-м Всесоюзном сове:дании-семичаг

Ускорители заряженных частиц и радиационная физика" (г. Москва, 997 и 1990 гг.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, тасок которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения [злоаека на 136 страницах, включая 41 рисунок, 7 таблиц итируекой литература включает 104 наименования.

С0Д2РЖЛ8ИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена общая характеристика работы, обоснована актуальность теин, сформулирована цель и задачи аботы, выделена практическая ценность, приведены полезен,4Л, вносимые на защиту.

В первой главе содеркится обзор литературных данных по тень ¡иссертацяи. Проведен анализ экспериментальных работ по ¡ссл<?довачшо легированных литием фотопреобразеоатедей на осгове i-Si(Ll), проводиваихся в СЗА по программе HASA.

Е экспериментах било установлена, что существенны): различий в ыходных параметрах ФП при облучении нигкими и высокими потопами электронов' на обнаружено, и радиационные испытания Лйгнровашш [итием ФЛ можно проводить на ускорителях.

Приведены экспериментальные* .данные по за регистрируя ннш (етодом МЛ^ (de'.'p 2evel transient speciroacopy) глубоким урочим*

. Работа . Спйсок

- ъ -

в запрещенной зоне п-81(И) после облучения» проанализировано пове^ние ГУ при отжиге.

Рассмотрены различные механизм«, описывающие взаимодействие лития о РД в п--Б1. Отмечено недостаточное количество экспериментальных данных для объяснения процессов "залечивания" радиационных повреждений е Б1 с примесью лития.

Сделан вывод о необходимости проведения комплексных исследований ФИ на осноье п-81(Ш, вклвчавдих измерения "макроскопических* (выходных) и "микроскопических" параметров ФП.

Во второй главе описывается методика эксперимента. Обь ктами исследования являлись опытные образцы фотопреобразователей, изготовленные в НИК "Сатурн". Исследуемые ФП сделаны из кремния, выращенного тигельным методом, легированного фосфором (р * 10+20 Ом-см). Литий, вводили в базовую область ФИ методом термодиффузии при температурах 300*350°С .

Облучение СП электронами проводилось на линейных импульсных ускорителях Ш№И, при комнатной температуре ; первый ускоритель работал 'в диапазоне энергий 1*2 йзВ (длительность импульса 1 мкс, частота следования импульсов 1 кГц), Второй ускоритель - 3+4 КэВ (3 мкс, 400 Гц). Средняя плотность потока электронов ео время облучения составляла 5x10* 1-Яо12 е/см2с.

Измерение световых вольт-амперных характеристик проводились на разработанном и изготовленном автором _ имитаторе -Солнца7 а ^К1кге_на-имитвдоре_С-1 ~1ГНПК "Сатурн". Описаны методики измерения рекомбинационных параметров материала - времени жизни X и диффузионной длины ЯНЗ Ь , а также измерение спектральной чувствительности ФП.

Параметры глубоких уро.вкей измерялись методом емкостной •пектроскопии (метод ЮЬТЗ) на установке в КПО "Квант". Профиль гснцонт рации неннзованннх примесей (атомов лития и фосфоре, »кодексов ЫО+) в базовой области Ф11 вблизи р-п-шрехода получен 13 ьольтфарадких измерений.

В третьей главе представлена зкенеримз.чтальные исследования •П после облучения электронами к в процессе низкотемпературного ¡теигд.

Установлена зависимость • степени радиационной—ierp:u<'U,nii__ «новних электрофизических параметров П,:з, максимальной мощности 'йакс) и рекомбинациошшх параметров ;ь) or- градиента онцентраиии лития (концентрации лития) в образца:; ФИ. Параметры лечечтов с больней концентрацией .пития деградируя? сильнее, сктродьиие ФП (аналогичной конструкции) - бея лития икеют более ысоку» радиационную стойкость. Скорость введения основных РД, арегметрйровачких ызтодом DITS , в ток числе и основного екомбинационкого центра в кремнии ь -типа - комплекса акансия-кмсяород (Л-цектра), оказалась аналогичной в образцах с азличной концентрацией лития h в образцах без ли?ия. ополнмтеяьную леградаци.о параметров с элементах с х-п-ием мокко Уяснить появлением при облучении эффективных РЦ, по-видимому, эдераа^их атомы лития. На основании рассмотрения модели заьмодействия литья с дефектами, в качестве такого ?Ц предложен умллекс LiCV, который аок&т появляться з процессе сблучелия при эаияюдеЯович мигрирую*!« вакансия с комплекса«« U0. Но итературннк данным, в намерениях методом эффекта Холл.1 я ЗИН. Киядэ.'Шс* уровни Е0,01- яв il, 2>, r.c"opi;e чгюра ..ричиоивамт

- ID -

комплексу Lí.OV. В измерениях метопом EXTS уровень з таким энергетическим положением наблюдаться не может.

Исследована-деградация спектральной чувствительности ФП СШ, облученных эдкктрояами, флюенсом 1054-1015 с»Гг. Наблюдалось эаиэтиое снижение длинноволновой фоточуЕСТЗительности (для длин волн 7, > 0,3 мкм). Так как основной вклад в собирание ¡гасителей, генерируе;шх сватом с X > 0,5 мкм, дает базовая область «П, то, следовательно, наблюдаемая деградация СШ происходит из-за процессов образования РЛ в базе СЛ. Степень деградации 0Ш болыге в элементах с больчэй концентрацией лития.

Проведенные эксперименты по облучении ФП электронами с энергией :),5 ЫэБ и 4 Вз£ подтвердили основные закономерности радиационной деградации til, уготовленные для г КэВ электронов. Степень деградации электрофизических параметров линейно зависит от энергии электронов в м.сследсьанном диапазоне энергий (1*4 ИэВ) Иооле облучения электронами с энергией 1 УзВ флаенсон 101Б сы~2 я образцах Ф;7 ии п-31 зарегистрировано пять глубоких уровне'*, ■ лаоаметрь которых приведен» в таблице i, Ка основании литературных данкк« эти ГУ мдеатнфицирог-аш с известными д^ектамн. Как уже отмечалось puse, скорость введения дефектов ,че зависит от концентраций лития в образцах. Литийсодергацнх дефектов (например, кэкглекеон ÜV) г спектре Ш/ГЗ лсслс-обиучения не обкару2ен(Э^0тот^_$гкт_»!сс1ет—^быть-следотвием-тогоГ

^--------ЛП J¡ о о

чго~тг31 с высоким содержанием кислорода (10 +10 - си большая честь атомов лития связана в комплексах LÍO, lA^O.

lip.4 повышении темперзтура (вше SCO К) происходит териодисооциацяя комплексов лития с кислородом и, освобсдивиизол атс-ин лития, имеаг.'ие дсьольяо зксокий коэффициент диффузия:

Таблица 1

Глубокие уровни, ¡гарегисррчроважше методом DITS, в базовой области ФП, облученных электроная-и с энергией 1 йзВ , флюенсэм 1015 .

дефект Е! Е2 дИ3 Ei 41

уровень зпергйи,—эЕ— F.g-0,18 E0~Q,22 Ес-0,41 Ес-0,52 Ev+0,33

—-

концентрация см"3 Ю14 4xi012 5хЮ1й 1 "> \ о 2x101"

сечение захвата 5Х10-15 10-15 ю-15 7x1О-16 ю-15

носителей, см2

!!демг!!фн:иция А-центр дивакан. дивакан. термо - Я-центр

0-V V7 «0 дегйэкт

1'с«2/сЗ = 2,4-10~3-ех!)(-0,£5 эВ/кТ) , (1)

3?упают з реакции с радиационными дефектам I, .нейтрализуй их. ¡¡следованию процессов отаига РД и восстановления параметров ФЛ з п-екш при сравнительно низких температурах (40г15С°С; !,елено боаьиое внимание 1? данной работе.

Изотермический отжиг ФЯ при температурах ДОсС и !'5°С юъоднлсн е течение 1000 и 1200 часов с-сответствс-ьно. В ссперяменгах усгансрлеяс, что процесс тип пярзнчтроч ФИ <1

и fMaKC) происходит в две стад/к: ьа первой стадии иаблкдается небольшая (до üS) деградация параметров ("отрицательный отяиг"), на второй быстрое восстановленне. Длительность парной стадии зав№Н7 от концентрации лктид в образцах, флюенса и энергии электронов и температуры отайга. Скорость вос-станоаления параметров Ш на второй стадии отжига дрямо пропорциональна концентрации лития в образцах. После завершения отяига степень восстановления параметров ФЛ практически че зависит от концен?рации лития в образцам (градиент лития вблизи р-n-перехода в исследованных образцах составлял Ю^-МО1^ см-4), а определяется дозой (флоенсом) 1 МэЗ электронов, то есть количеством введенных при облучении РЙ-

В исследованиях методом ЫТ& установлено быстрое монотонное умеиьыэнма концентрации основных РД : А-центров и дивакансий. Так, уровни, 0T3C4ani¿t¡fi дкзак^ксиям, исчезай? ума после 1004-200 чзсо* отжига. Концентрация A-центров моиотояно уменьшается с процессе отжига, но не по сксяокензе, что у)сазцЕзет ¡ta слог-шй характер, отжига, который .че описывается уравнением химической кинетики парного г.орядкз. Зам&там, что в и -CJ беа И А--центвы отжигаются пси температур? випе 350°с: с энергией активации отяига 1,7 зВ L311. Скорость ста г. г г РД прямо пропорциональна концентрацкк литии в образцах. С контрольных ФЛ (без лития) уменьшения концентрации РД и восстзнозления параметров ФЛ не наблюдалось п w?4emie_j233—часов-о-т^ягаг-Концентрация дефектов S4 и 111 не имеет заметных изменений в процессе отзшга.

Аогле' aríwa в спектре TjLTS образцом ФП ив n-Sí(Li■ почз.яялись noítie ГУ. Центр Е5 с уровнем энергии Кс- 0..3S эй кмгет слохиу» структуру. Этот це.птр состоит ю двух блиагеяацих ГУ,

синхронно растущих V убиеащих со временем в процессе обжига. 3 спектре ВЬТБ пики, отшчяюцие этим ГУ накладываются один на другой, поэтому трудно оценить сечение захвата носителей. Синхрошшй характер поведения уровней в процессе отжига, по-видимому, указывает на то, что эти ГУ отвечают двум зарг,долим состояниям одного л того те дефнкта. Конце-ирация центра "5 бистро растет в пеовье 300-400 часоч отшга, достигает максимума, затем медленна сличается. Установлена прямая зазисииость скорости роста и максимально!! концентрации центра К5 от концентрации л.пия в-образцах.________________

Центр 1!2 « уровнем Еу+ 0,30 эВ и сечением захвата дырок ор « - см2 таксе появляется л процессе отхига обрлзцоз из

п-ВКИ). Концентрация этого центра монотонно растет со временем и почти на порядок превьшае? концентрацию центра ЬГ>- Скорость роста и максимальная шщеаграцля центра Ш такжг зависит от концентрации литая я образцах.

Про^:иь концентрации иокгаовгшш:; приг/есей изменяется з процессе отгт'а, причем умекьв'екче концентрации атомов лития в кееколысо раз преви-сает концентрат» "отошилых" А-центрев и дмваканзгй.

Эксперимента по изохронному отжигу СП проведены с тремя гру,..юм:? образцов ФБ, легированних литием. Градиент лития в первой группе № составлял во 2-й -• 7хЮ18 см-'*, в

3-й - 1.ЙХ1019 С.(Г4, Отаиг прохода при 75, 100, и 150°С з течение ЗС мин при ¡салдой гешгратурэ.

Восстановление тока и.з. при отгкге. хоро:со коррелирует с восстановлением диффузионной дллин НИЗ й базовой области СП, подтверждая тот факт, что восстановлена РлекгроХ'ИЗичесних пара--

- м -

метров г.рл низкотемпературном отжиге легированных литием ФП происходит из-па уменьпения числа рекомбинационных центроЕ в базе ФП.

Установлено, что дизакансш полностью отБигаютея при 100°С в ФП 3-й группы н при 125°С в ФИ 1-й и 2-й групп. А-центры полностью отжигаются при 150°С в ФП 3-й группы, в образцах 1-й и 2-й групп госле отжига при 150°С концентрация А-центров снижается на порядок.

После отжига в спектре появились уровни Е5 и КЗ,

наблюдавшиеся при изотермическом отжиге МК Причем максимальные концентрации соогветсизущих центров при иаотермическом и изохронно.« откиге практически ргвни между собой. Установлено, что уменьвение концентрации л/тия после изохронного отжига прямо пропорционально укеньвениа концентрации основного РД в материале ФИ - А-центра.

В экспериментах по многостадийному облучению и отжигу хегированкых литиеа ФЕ, установлено эффективное восстановление электрофизических параметров ФП после каядого цикла облучении, причем уровень восстановления параметров 1'хх, Рмак,.) в с:

высоким градиентам личия см-4) оказался одинаковым для

различных рекииов облучеьия-отякга : 1) разовое облучение флпеысом Ф = 1С56 см-2, еотш отжиг при 55°С в аечение 1000 часов, Я) циклическое облучение Ф - 2,5x1014 см-2 и отаиг 250 часов, цикл повторялся 4 разг.

Таким образом было подтверждено,—что-легированние—лнтаем~1>П обладают эффектом "залечивания" радиационных повреждений после каядого воздействии. Однако, стопроцентного восстановления параметров получить не удазтся, очевидно, по следующим причинам : 1) при облучении вводятся неотяигавкые (при низких температурах,

использованных з дячинх исс.гедоЕанипх) дефекта,'например, центр Н1 - К-центр ; 2) в процессе отяига появляются новые дефекты (Е5 и Н2), хотя и с небольшим сечением захвата ИЯЗ, но тем не менее влияющие на восстановление диЭДузноннсй длины ННЗ.

Проведенные расчеты уровня восстановления диффузионной длины ННЗ на основании соотношения

ь"2= Ъ~2 + Ы^У^Б (2)

(гда Ь0 и Ь - диффуэиенная длина днрет: до и после восстановления, - концентрация 1-го ГЦ, о^ - сечение захьатз 1-го РЦ, и Б - тепловая скорость и ког(МЩйБнт~дифф53ии-дарок-соогпетствв1!Но)_ с учетом только тре;: эффективных РЦ - Д-центров и центров Н1 и Н2, дают хорошо согласовачнув с экспериментом величину I после отаига.

В четвертой главе проводится анализ физических процессов, происходящих при отгиге кремниевых ФП с примесью лития. Предложена простая математическая модель, позволявшая опипать эволкцню концентраций литийсодергадих комплексов в процессе изотермического стгнга. Она оснзЕМвается на процессах пассивации оборванных связей в основных радиационная дефектах (А~цеи?рах и дива^нсиях) атомами лития, которая, как отмечалось внпе, имест внеокий коэффициент ди^узии. Исходя из структуру дефекте? в кристалле кремния в данной кобели полагается, что для полной пассивации оборзачних свяаеЛ в А-ценгре необходимы два атома лития, в дивакансии - б аго«ов лития. Полученная система нелинейных дифференциальных уравнений для концентраций РД и лйтийсодеряацих комплексов описывает кинетику отгига А-центрсв и диваканоий.

- и -

Предлогэнные на основании ьчспериментальных данных качественная оценки для концентрации атомов лития з процессе от хм га и допущение, что процессами распада образующихся комплексов можно пренебречь, позволили подучить упрощенную систему линейных диффереьцкгльнах уравнений, ромения которой представлен!; в аналитической фэрие.

Получен/ше из решения система соотношения для концентраций А-центроз, дивакакиий и я!-шй.содер7:авду комплексов, образующихся при взаимодействий лит ил с указанными' РД, в процессе изотермического откига хорош коррелируют о результатами Експершангов. Так, рассчитанная на оснозании модели, концентрация комплекса И^С/, который образуется при последоогтзльком захвате А--цеитром двух атомов лития, адекватно согласуется с установленной в эксперименте динамикой роста концентрации дивд'ших всвуаек - центров К2, пун отеигс. Аналогично, полеченная экплериьентталыто эволюция концентрации центров Ей в ходе изотермического отвита ФП коррелирует с расчетными ссотноиеачят для концентраций комплексов которые образуются в процессе многостадийного отвига дивакансий.

Согласно модели, скорость отхига ГД я скорости роста ионием граций лктмйсодерхзддх комплексов прямо пропорциональны концентрации и коз^ицле.чту диффузия лития в образцах. Аналогичные закономерности набаюдзлись и в эксперименте.

П^еддозена_мнкроокопшеская модель двухстадийвого отвига

Л-пентров :

1) ни первой стадии отзи~а в результате взаимодействия лития с А-центром по?Б,«ется новый аффективный центр рекомбинации -комплекс НОУ с сечение« захвата дырок болызим, чем у А-центра ;

- г? -

3) на второй стадия отжига образуется комплекс Ы^ОУ с сечением захвгта дырок иного яеньянл, чем у А-центров и комплексов ПОУ.

В рамках этой модели удается обменить эффект "отрицательного отжига" параметров «41 в первой фазе изотермического отжига. Причем длительность первой стадии отогига И (на которой параметры ФП снижаются), согласно модели, зависит от концентрации и коэффициента диффузия Лития, что согласуется с экспериментальными данными.

Эта модель также согласуется с отмеченным шее фактом, что комплекс НОТ йсяет появляться в процессе облучения ФП электронами и являться эффективны« РЦ. Высокое сечения захвата НЯЗ комплексом 1ЮТ позволяет объяснить зависимость степени деградации параметров ФП при облучении электрсиэми от концентрации лития в образцах ФП : чем сыне концентрация лития (а, следовательно, и комплексов МО), тем больне образуется комплексов НОУ в результате взаккодействия мигрирующих вакансий о комплексами НО.

Таким образе«, предлоаенная в данной работе модель взаимодействия лития с радиационными дефектами в процессе отяига хороио согласуется с экспериментальной данными и позволяет объяснить ряд экспериментально наблюдаваихся закономерностей в поведении параметров ФП.

В заключении празелени основные результаты и выводы данной работы .

1) Коэффициенты радиационного повреждения параметров Ш Пкз» 1) после облучения электронами средних энергий (1+4 МэВ) зависят от концентрации лития в образцах ФП. Деградация 1кз и Ь выше в образцах с более гысокой концентрацией лития.

2) Образцы ФИ без лития имеют «еньиую степень деградации' параметров ФП (IK,., 1) после облучения 1Ю сравнению с аналогичными образцами ФП, легирозачннии литием.

3) После облучения наблюдалось заметное снижение длинноволновой фоточувствительности ФП (для длин волн Я > 0,6 мкм). Так как основной вклад в собирание носителей, генерированных светок с X > 0,6 мкм дает базозая область ФП, тс, следовательно, деградация с71екгральной чувствительности Фй происходит из-за процессов образования РД в базе ФП,

4) Скорость введения РД, зарегистрированных методом DLÎS, не зависит от концентрации лития в ФП и раанз скорости введений РД в подобных 4>11 без лития. Спектра ГУ после облучения i ИэВ одектронами, полученные методом DITS, в ФП с примесьв лития и без лития аналогичны. То есть в исследованных ФП агоьш лития не оказывают влияния на процесса образования основных РД (А-- и К-ценгроз , дявЕкансий) при облучении.

5) Скорость отжига РД (А-цеитрсв и дивакансий), также как и скорость восстановления параметров ФП ^з» и nîlil низких (40:-150°С) темтратурах определяется начальной концентрацией электрически активного лития в базе ФП вблизи р-n-перехода. В ФП без лигид отжига РД и восстановления параметров при данных теод'ературах не кабдюдаетоя. Это доказывает тот факт , что отжиг Еьаеупоиянутых РД aри__стол ь_низких

"TeinnëpaTypîx происходит из-за взаимодействия РД с литием. 6) 3 комплексных исследованиях, проведенных на образцах ФП, уетапомена непосредственная ■ связь между восстановлением па|йУе1;;ов ФИ dK3> Ь> в процессе отжига и уыеньвелием концентрации основного РД в материале - А-.центра.

7) Показано, что в процессе отжига появляются новые ГУ : £5 (Е„-- 0,36 эВ) ' и Н2 (Еу+ 0,30 ?В), принадлежащие лктийсодержащям комплексам, скорость росте и концентрадкя этих центров определяется концентрацией лития в базе ФЛ. Исследование динамики поведения дефектов при отжиге позволяет выдвинуть предположение о •том, что указанные центр» Е5 и Я2 являются производными процессов взаимодействия лития с дивака.чсиями и А-центрами соответственно.

8) Яа первой стадии изотермического отжига *П наблодается снижение параметров ФП 'Рюкс» 1-), так называемый "отрицательный отжиг". Предлохена интерпретация этого факта, основанная на дзугстадийной »одели отжкга Арбитров за «чет образования яа первой стадии отжига комплексов НОУ с сечением захвата ИЗ, превыващим сечение захвата Ш13 у А-центров.

9) Температура отжига РД зависят от шнцентрации лития в базе ФП, в образцах с высокой концентрацией .штик (градиент лития ЛЯ^/йх « 1,2х1019 см-4) дивакапсии полнозтъ» отжигаются при 100°С, А-ценгры - при 1БС°С, с низкой концентрацией лития ((Ш^/йх « 4+7х1018 см-4) дивакански отгнгзвтсл при 1й5°С, концентрация А-центров умоиьааетоя более, чем на порядок при 150°С.

10) Полного восстановления параметров 4>П при низкотемпературном отянге не происходи?, так как в £>П присутствуют неотгигаюаиеоя при данных температурах дефекты (например, К-цеитри). Креме того в процессе отгига появляются новые РЦ, Уровень восстановления параметров ФП определяется в основном полученной дозой облучения (то есть количеством введенных РД).

11) В экспериментах по многократному обхученип и отжигу ФП доказана вдеокая эффективность восстановления параметров Ф.Ч в

процессе отжига после каждого облучения, то есть подтверждается тот факт, что легированные литием ФИ обладают "эффектом регенерации" (восстанавливают свои параметры лосле радиационного воздействия).

12) Предложена многостадийная модель отжига основных РД (А-центров и диваканскй), основанная на последовательной захвате атомов лития дефектами для пассивации оборванных связей. На основании модели получены соогнокен я, описывающие эволюции РД и литийсодержа^их комплексов в процессе изотермического отжига.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Brucker G.J, Electrical studies of electron-irradiated lithium-containing n-type eilicon// Pi;ys. Rev. 1969. V. 183. ЛИ. P. 712-724.

2. Вавилов B.3., Ухин H.A. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. В.: Атомаздат, 1969. 312 с.

3. Brot her ton S.D., Bradley P. Defect, production and lifetiae control in electron and /--Irradiated silicon// J. Appl. Ptiys. 1982. V. 53. JB. P. 5720-5731.

' СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Ольчак A.C., Щербаков й.В. Пассивация_радйациовных-дефектовПв" ji-Si,—легированном Ii // Материалы Всесоюзного совещания-сеиу.нАра "Ускорители заряженная частиц и радиационная физика", й.: Изд. 'МИФИ, 1988. Часть 1. С. 53-56.

2. Бриллиантов Я.В., Зверев З.В., Квяткевич А.И., Щербаков Ю.В.

- 2J. -

воделироьакие радиационных процессов е фотопреобразсзателях на основе кремния. М.: Препринт ИИФЙ 063-8Э, 19ОТ. 20 с.

3. Brilllantov U.V., RuienVo A.I., flhctertakov YU.'/., zverev V.V. Anomalous lc* tenpersture %nwsa!irw of electron Irradiated

г

lithium-doped silicon solar cells// phys. etat, sol.(a). lírtC. V. <21. * t. P. К15Б-150.

4. Вольский В.А., Олъчак A.C., Цербаков П.В. Нодель пассивации радиационных дефектов в креиш»у, легированном литием// Хтда*ичеокие процессы м ьозб/ядения в полупроводника/ ¡« диэлектриках. f.t Энергоатоммда*, i дао. G. 40-47.

5. Крнллкантсв Я. U., Б. В., Киягкевич л. И., Шербркоп ю.З. вод&Лхтшакие прлцесео» Ьзаичолейстзия радиационных десктоп с 1римесяш в кремнкя// Тезисч докл. йекдукарод/юЯ конф. ис ШШ.кон11ш? мтг.кмдеведеани, Алу1*а, 19У0. Харьков : ЦШйатчманнформ, im. Часть 3, С. 57.

i. Бриллиантов Н.В., Зверев В.В., Щербаков В.Р. (1гск0тек!ерап"р»шй отжиг радисиионкнх },ефзктоз в кремниевых ¡отспрсобразователях с причесыо лития// Тезиса докл. Ш--й 1зесо'взноЯ кои>5. "Физические основу надезностн и деградации юлупроводн'тових приборов". К/.вииек, 1?91. Частъ 1. С. 43. '. Бриллиантов H.H., Зверев Р.В., Щербаков Ь.В. Процессы отаигг ад»:ацчонннх дсфсктоз ь кремниевых фотшреебраэоьатоля/ п-типа, er*, .;аинкх литией// Натериалн 1-й Всесоюзной науч.-техн. окфеувиции "Радиационная г.гейноглъ бортовой аппаратуры и лементов космических аппаратов". Томск, 1994 Cf 1" 1-142. . Бриллиантов Н.В.. Зверев D. В.. Щербаков Ю.В. Оценка рег.чмоь 1диаииснных испытания солнечных элементов, легированных литием// периалы 1-й ВсесеюзисП чауч. конф. "Радиационная

стойкость бортовой етаратуры и влементов , космически* гплврато8" . Томск, 1991. С. 143-144.

9. Briljiantcv 8.V., Riwnfco A. I., Shcherbakov YU.V.', Zverev V.V. . dlts ßtudle3 oi 1c» tsftperature annealing in lithiue-lopad 'aUicoii// phyß. etat. го1. (a). 1992. V. 130. P. 53-60.