Исследование терморадиационных процессов в кремнии, легированном золотом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 621.315.592

МАМАНОВА МАРХАМАТ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В КРЕМНИИ, ЛЕГИРОВАННОМ

ЗОЛОТОМ

^Специальность: 01.04.07 — «Физика твердого тела»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент — 1995

Работа выполнена в Институте ядерной физики АН РУз. Научный руководитель: кандидат физ.-мат. наук МАХКАМОВ Ш.

Официальные оппоненты: член.-корр. АН РУз,

доктор физ.-мат. наук, проф. ВАХИДОВ Ш. А.

доктор физ.-мат. наук, проф. ВЛАСОВ С. И.

Ведущая организация: Физико-технический институт НАН РКаз.

Защита диссертации состоится « £ И Л ¿Мх^У995 года

, ОХ ' ---1—и—

в -5 часов на заседании специализированного совета

Д 015.15.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в Институте-ядерной физики АН РУз по адресу. 702132, г. Ташкент, пос. Улугбек, ИЯФ АН РУз.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке: ИЯФ АН РУз.

Автореферат разослан <<б_ » ьЪьС1]~) УУ) ГЛ._1995 г.

фь/

Ученый секретарь специализированного ^овет^ДАГс" доктор физ.-мат. наук, проф.

Е. И. ИСМАТОВ.

ОБДЛЯ ХЛРЛКТлР/.Стаи РАБОТЫ

Актуальность теин. Уровень развития современно.'! твердотельной электроники определяется прогрессом в создании полупроводниковых материалов с заданными иое-зли с по Пет нам-,;. 3 атом аспекте хороло известным способом является введение в матрицу кремния примосеЯ.п частности, золота, которче привносит о его запрещенную зону глубокие энергетические уровни различных состояний. Термическое и радиационное воздействия оказывают модифицирующее влияние на спектр олектрснннх состояний за счет стикулированных отомните перестроек имоопи^-'т п материале глубоких центроп. Управление ¡я перостроИкаии и кпазнхимичесиими взаимо ;?!ствиями однозначно соответствует управления электрофизическими свойствами созданного материала.

Следует отметить,что к настоящему времени в физике полупроводникового кремния проблема глубоких уросиеП выделилась в самостоятельное признанное перспективным направление, в русле которого проводятся обяирнойзие окспериментально-теоретичесшю исследования, в том числе с приплечонизм ра-диацпонтк мзтопоз воздействия. Оанако приходится констатировать, что эта ваяна и а ачссте с тем сложная проблеял остается открытой, поскольку результат» различных авторов зачастую но совпадает, а скорее, л'.гаь дойолняпт друг друга. Это, естественно, относится и к.предают, легированному золотом. Например, для !эс<Ли-> нет тентичныг результатов по взаимодействия глубокой легируп-чеП ярчмеси с радиационными дефектам при .термических обработках. По существу нэ изучено слияние способа легирования на ферютрованиэ глубоких примесных центров. Недостаточно изучено влияние различных дефектов на метастабильнш состояния этих глубоких центров. Практически отсутствуют данные о терморадиационных процессах в полупроводниковом твердом растворе $1— Ли в зависимости от способа получения материала.

3 связи с вкдзизлоченним, тема диссертационной работы является обоснованно актуальной. Ее результаты направлены на восполнение в определенной мэре нечоетатакуцих знаний по глубокоуровневым центрам в полупроводниках.

Цэлыо работ» является экспериментальное исследование электрофизических свойств кремния, легированного золотом, в зависимости от способа получения исходного материала,технологии легирования и терморадиацношнле обработок ; выявление механизмов протекания терморпдиационно-стим., лрованных процессов с участием атомов глубокоуровневого примесного золота в ¿)К Ли> и в структурах на его основе.

В соответствии с этим решались следующие задачи :

- исслодованио центров золота в крешии, легированном путем высокотемпературно!! диффузии и з процессе выращивания ;

- исследование влияния термической и радиационной обработок на электрофизические параметры и рекембинацпоннш характеристики £)1.<Ла> . Определение вклада радиационных дефектов в процесс элекгроактивации центров золота ;

- изучение электрофизических характеристик центров золота в ядерно-легированном кремнии (ЛЛК). Еиявление особенностей отжига в условиях взаимного влияния радиационных дефектов (РД) и центров Ли п ПЛК ;

- разработка ь.ехоният торморадиацнонноИ электроантипации прныесеП золота на уровне модельных представлений ;

- исследование возможности применения терморадиацнонной обработки ¿¿<Лы,> для модификации электрофизических параметров легированного кремния и крешшевих структур на его основа.

Научная новизна диссертации заключается в следующем :

1. Впервые обнаружено, что энергии ионизации вводимых глубоких уровней золота в кремнии зависит от характера легирования : высокотемпературная диффузия или введение принеси при-впращивашш моно1сристалла Ьь .Установлено,что при легировании в процессе выращивания золото образует кроме основных уровней Ь^-0,54 эВ и Еу+0,35 эВ в!До один дополнительный акцопторний уровень с энергией ионизации ¿с-0,58 оВ.

2. Обнаружено различие в степени компенсации промышленного кремния и ЯЛ С при высокотемпературном диффузионном легировании золотом. Высокая степень компенсации ШК связывается с .наличием стоков для днффундируешх атомов золота в виде разупорядочегашх областей в решетке кремния.

- а - '

3. Установлено, что высокотемпературная обработка

(Т ^ 1000°С) кремния, легированного п процессо вирочими. приводит к трансформации акцепторного уровня золота Ес~0,бо оВ из электрически активного состояния з электрически неактивное с одновременным пошлением концентрации центра Ес-0,54 эВ. Показано,что акцепторные уровня Ес~0,Ь4 и Ес~0,58 оЗ но принадлежат одному и тому но состояния атомов золота.

4. Впервые обнаружено уменьшение температури отяига цон-троп золота после радиационной обработки. Показана возможность существенного увеличения концентрации электрически ак-•гишек центров золота п терморадиоционно обработанном ¿¿<Ми>, предварительно легированном о процессе шра-цивания, по \aii-неним с ЗКЛи.> , полученном вбэдзшюи золота при высокотемпературной диффузии. цроалолен механизм этого эф^екта.ос-нова(иий на участки в процессе олектроактивацки дефектов ро-петки, созданные радиационным воздействием.

0. Впервые экспериментально обнаружено, что а кремнии температура отжига одного и того ао РД - дивзконсии зависит от способа получения материала (промгаленний н ЯЛН).Показано,что этот факт обусловлен супесгвованием деформационных полей в ядерно-легированном кремгии.

Основные положения, взносимые на затнту :

1. Особенности образования и распааа электрически активных глубоких центров золота в кремнии, легированном при вьграцивэник.

2.Результати исследование, лозпол.тодио обнаружить трансформацию уровня ¿¡с-0,53 зЗ при вчсокотб!.шературноП обработка в электрически неактивное состояние,а. тают вывод о навэаи-мос влагу гности иелрпнадлотшости акцепторных уровней с Зс-0,о4 и Ес-О,од эЗ одному и тому гке центру золота.

3. Результаты исследования зтаяш?я облучения и последующего отжига на ¡уйективность'нзкоптшя элоктроактитшт цэнтров золота в ¡Ен<-Ли.> и механизм процесса электроактивации цэнтров золота при рпдиацно!шэ-тер:я1чоском воздействии.

4. Результаты исследования влияния деформационных полей ¡¡а смс.'пенна томпоратури этяигл одного н того то типа РД в область еысок'.гс тестератур.

I - 6 - ;

о. Особенности рекомбинациошшх характеристик центра золота с локально уровнем Ес-0,58 о В по сравнению с другими центрами Ли к улучшение обратного тока диодов на оспою 51<Ли)> регулированием соотношения концептраци двух акцепторных уровнай золота.

Научная значимость работы заключается в ^азвитии физических представлений о взаимодействии легирующих примесей,создавших глубокие урорни с дефектами решетки различного происхождения на примере &1</1и> , а таете в объяснении новых результатов по влиянию проникающей радиации на свойства и параметры диодов,изготовленных из крвшшгс,легированного золотом.

Практическое значение работы состоит в том, что полученные экспериментальные результаты могут бить положены в основу при разработке полупроводниковых' приборов нового поколения на базе кремния, содержащего центры Ли с глубоким! уровнями. Предложенный метод помшенпя концентрации олектро-активных центров золота в £1<Ля> путем введения радиационных дефестоп п последующем термической обработки способствует создания быстродействующа высокочастотных диодов с улучшенными парамотрами..

Апробация работы. Результаты диссертационной работн док-лацывались н обсуждались на научной конференции молодых уче-шлс и спефшлпстов Академии Наук Узбекской ССР ( Ташкент -1937), Шестой конференции по фиэико-х'.гмичэским основам леги -ропалия полупроводниковых материалов (Москва-1983), Научно-•гохническом сешнаре "Вопросы стойкости ЭРЛ,элементов и материалов к спецвоздейств'.ю" (Харьков - 1989),II Республиканской конференции "Физика твердого тела ¡1 новые области ее применения" (Караганда - 1990),I Региональной конференции Республик Средней Азии и Казахстана (Самарканд - 1991).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ. Список опубликованных работ приведен в конг цз автореферата.

Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена из 114 страницах машинописного текста,, имеет 25 рисунков,! таблицу и список литературы,состоящий из 104 наименований.

содёр?дш работы

Во введении обосновала актуальность -смы исследования, сфор;дулированы осношне задачи, указана научная и практическая значимость полученных результатов,а таете отмочена степень научной новизны приведенных данных и изложены основные положения, выносимые автором на защиту.

Первая глава диссертации посшгцеца обзору литературных данных.Подробно рассмотрены изменения свойств кремния при введении глубокоуровневой примеси золота,а таюте некоторых других быстрод фундируют,их прите сей.

Особое внимание уделено коэффициенту птффузии к растворимости золота в кремн' , природе, энергии ионизации уровней золота,сечению захвата носителей тока и влиянию центров золота на характеристики и параметры кремниевых приборов. Проанализированы литературные данные по РД в кремнии, вводимым при электронном и гамма- облучении. Они показывают, что РД п запрещенной зоне £>ь создают слолннй спектр мелких и глубоких энергетических уровней донорного и акцепторного характера и приводят к существенному изменении электрофизических, фотоэлектрических и рекомбинационниг свойств кремния.Рассмотрен цикл работ по процессам образования РД в кремнии,легированном быстро диффундирую •дали примесями. Показано, что наличие указанных примесей в 5£ тменяот кинетику образования РД.

На основе анализа литературных данных сформирована и обоснована цель и постановка задач диссертационной работы.

Во' второй гларз рассмотрены используемые методы исследования и экспериментальные ютодихи*. Описаны возможности методов : стационарной фотопроводимости для измерения времени жизни носителей тока^ измерения рромзни. восстановления обратного сопротивления диодов, нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уроа1ей (НЕСГУ, или Ъи-Тб ), применяемых для определения параметров глубоких центров в полупроводниках. Отмечены преи;лучества и недостатки методов и оценены погрешности измерений.

Приведены электрофизические параметры монокристаллического кремния. Описана последовательность технологического процесса легирования кремния золотом, изготовления образцов

и диодных р - п - структур.

При исследовании спектровФ/Л'З и рекомбинационных характеристик £1<Ли> использовались кремниевые диоды, изготовленные различными способам;!. Для учета влияния технологических операций при том или ином способе изготс гения на деградации параметров центров золота часть диффузионных р+ - п~ -структур перед облучением подвергалась термообработке при 700°С в вакууме с одновременным получением сплавшпс диодов путем вплавления алюминия.

У другой части диодов,изготовленных по диффузионной технологии, перед вплавлением алюминия удалялся диффузионный р+ - слой. Приготовленные диодные структуры использовались при изучении процессов радиационного дефектообразования.

Готовив диффузионные и сплавные диоды исследовались методом и по измерению времени восстановления обратного сопротивления выбирались структуры с наилучшим! характеристиками, которые использовались для дальнейшей модификации параметров диояов по терморадиационной технологии.

В третьей главе излагаются результаты исследования влияния исходных электрофизических параметров материала,способа и режимов легирования,концентрации исходной легирующей примеси на электрофизические свойства ¿н<Ли-> и на параметры образующихся в нем глубоких центров золота.

Приводятся особенности изменения исходных электрических параметров дырочного и электронного кремния в зависимости от температуры и времени диффузии золота. Измерения электрических параметров п- и р-51<<#и>. показали,что после диффузии для любого исходного типа проводимости наблюдается повышение удельного сопротивления, величина которого зависит от исходного удельного сопротивления р¡^ .температуры диффузии Тдиф и Бремени проведения диффузии Ь д1,ф. Изменение типа проводимости наблюдалось только для образцов п- типа поело диффузии при ТдИф=Н50 4- 1200°С в течении i дкф 5 часов. Для р конверсии типа проводимости не происходило.

Получена существенная разница в степени компенсации исходной проводимости промышленного и ядерно-легированного кремния при одинаковой термообработке. -

Для определения влияния способа получения исходного шнокристлллнческого 1фег.си:я на протекание процесса диффузии примеси золота были изучены электрофизические свойства едерно-легировашюго кремния, содержащего д;гффунди-рованное золото. Исследование влияния режимов диффузии на степень компенсации проводимости ядерно-легированного кремния показало,что в отличие от пропиленного кремния при идентичных условиях диффузии скорость удаления носитолоП тока в ядерно-легированном кремнии вшю. С увеличенном температуры диффузии ота разность умэньдается.

Из исследований спектров DWÍ) диодов из л - и р -.легированных мри температурах 850 +■ 1Ю0°С покз-а-но.что после диффузии Ли в спсктрзх появляется пики,связанные с уровнями золот Ес-0,54 и Ev +0,35 эБ. Амплитуда . сигнала от уровня Ес-0,54 эВ в p-¿L<Jlu-> значительно меньше, чем в п -¡>L<Jlu.b , из-за того,что уровень 0,54 эЗ расположен бл'.ие в середине запрещенной зона и для наго сечение термической ионизации электронов ( ^ ) мзньзе, чей сечение термической ионизации дырок ( Ср ).

На основе исследования влияния теютератури диффузии на концентрацию центров золота выявлено,что во всех образцах 5¿<fl«¿ концентрация доиорного центра золота Ev +0,35эВ болыяе по сравнении с акцепторным'центром Ес-0,э4 эБ. Такое различие можно объяснить если учесть,что центр 2с-0,54 эВ связан с узельнш! состоят«;: золота,a 2V +0,3о пВ с йот но -узельным, т.е. в процессе закалки после высокотемпературной диффузии вероятность перехода узельного золота а гхегдоуллие намного виза по сравнение с переходом из междоузлия п узел.

Рассмотрено влияние способа лег:(рования кремния на параметры образующихся центроз золста.Сравнение спектров DLTo

кремния,легированного диффузионным способом, и кромнял,легированного в процэссе выращивания, показало, что в последнем формируется дополнительный ноеыЯ акцепторный центр с уровнем 2С-0,33 эЗ. йгеокотемлерагурнзя обработка позволяет четко разделить спектр SJLTá уровней £л-0,э4 и £о-0,э8 эЗ. ¡¿аксиьальноа раэрзазние центра золота ¿¡сГ0,53 эВ из спектра достигается при температурах отжига

700°С.

Дальнейаее повыяение температур« отжига (П00+1200°С) приводит к распаду цэнтра £с-0,59 эВ,сопровождающегося унениением концентрации электрически активных центров до величин < 10 сьГ^.Дчя уровня Ёс-0,54 эВ при у данных режимах отжига обнаружена обратная зависимость,т.е. повышение концентрации центра в 2,о - 3,0 раза по сравнений з первоначаль-ноП.

В термодиффундировашон Е>ь<Ли-,> □ отличие от ЬI »легированного золотом при виращивании, уровень 2С-0,53 эВ обнаружить не удалось. Такое различие в спектре энергетических урошеП золота в кремнии в зависимости от способа легирования позволяет предположить,что атомы золота в решетке кремния находятся в различных конфигурационных состояниях.

Особое вникание уделено влиянию концентрации и положении энергетических локальных уровней центров золота на время кизил неосновных носителей тока (Ц ) кремния. Подтверждено,что золото в кремнии является аьфоторноЛ примесью и приводит к уменьшению значении Т п- и р - типа 51<Ла.> .Причем абсолютные величины Т П0 и Тр0 в п- и р - кремнии, легиро-вашо» золотом,существенно различаются и достигают величин

^ 2.10"^ и 7.10"^ соответственно. Сопоставление значений Т при идентичшгх температурах диффузии золота для пи р - кремния, с близкими исходными концентрациями носителей тока показывает,что разница значений 7} при всех температурах диффузии сохраняется.' Набл-одаомуо разницу значений Т по и Т р0 п можно объяснить'различием концентраций

атомов Ли и энергетических положений электронных уровней рекомбинационннх центров полота в л - и р -.креинии.

Для выявления стабильности рекомбинационннх центров золота в В1<Яи-> при термической обработке изучалась.деградация значений Т ш и Тр0 при изохронном о тенге. В образцах кремния, легированного золотом, прп температурах отаига 900<* 1Ю0°С обнаружено различие на ^ 130 + 150°С для отжига акцепторных и донорних центров золота. При этом установлено, что акцепторные центры распадаются при более высоких температурах по сравнения с донорными.Сопоставление кинетики отжига значений Т для кремния,легированного золота различными способами,показало,что скорость деградации значений "V в кремнии при использовании диффузионного метода вше по сраа-

• - ir -

нешм с £н<-Ли.> .легированным в процессе пчра^иваяия.

При сопоставлении влияния термообработки на измен чие времени *н!эни неосновных носителей тока в ЯЛК и лрсмтпл.. ном кремнии различной зависимости ? не обнаружено.

Анализ полученных дачных d отношении зависимостей (Т0,Г(У() показывает, что эффективность изменения значений при отдиге зависит не только от температуры и длительности диффузии атомов Ли , но и от исходного типа проводимости кремния, т.е. типа мелкой легирующей примеси,способа легирования золотом энергетического положения уровзнй рекомбинп-ционных центров п запрещенной зоне и их концентраций в 6l^o't/,

Я четвертой главе приводятся результаты исслодопо""'я влияния температуры отаига на электрофизические параметры кремния,легированного г лотом,до и после гамма-,электронного и нейтронного облучения. Такте рассмотрено изменение поседения центров золота в кремнии после торморадиационного воздействии. Изучено влияние ;тримеси золота на пропасен радиационного дефектообрязования и отшгп радиационных дефектов п ядерно-легированном кремнии. Выявленной особенностью эт;гх процессов является терморпдияционная электроактисаци.ч центров золота в кремнии,характер которой зависит от степени компенсации проводимости и способа легирования. Рассматривается влияние радиационных дефектов на термическую стабильность центров золота и приводятся экспериментальные результаты о возможности регулирования- токовых и рекомбинлцн-онннх характеристик диодов из кремния,легированного золотом, методами радиационной термической обработки.

Радиационная обработка исследуемых образцов проводилась гамма- квантам; ускоренном эле"Ктронаш и нейтронами

на канале реч>;тора ВВР-СМ а диапазоне фяюеисов 10 ,

ТА У* О ТО ТЦ

10 4-10 см""*"-и 10 +10. см соотвэтстеснно при температурах,но превьптющих 70°С.

Сопоставление зависимостей j) и Т Ш13 от флэенса облучения для п- п р- кремния, легированного полотом, показало, что их изменение незначительно а области малых флвенсов. Повышение флпенея облучения приводи? к возрастания значений ß и уменьшения величины Т ш13 не зависимо от типа проводимости и степени и:: легирования. Порывание степени логпрора- 5

ни я кремния золотом при родит к увеличена скорости удаления носителей , возрастанию значений Т и 06 , а скорость введения радиационных дефектов практически но изменяется. Изменения концентрации электрически активных ц?."тров золота при радиационной обработке на наблюдается. Такое .сведение указывает на то, что атомы золота при указа!' лх температурах облучения не взаимодействуют с радиационными дефектами.

В образцах облученных гамма-квантами ^Со при флюенсах см-2 с последующим отжигом при 700°С обнаружено- изменение концентрации электрически активных центров золота. Установлено,что повышение флюенса облучения до 10^ см"2 и последующий от,«иг приводят к возрастанию концентрации акцепторного уроЕНЯ Ес-0,54 эВ в 2+2,5 раза, а донорного Е у +0,35 эВ в 5+8 раз по сравнению с радиациошю-тормлчески необработанными образцами. По-видимому причиной такого различия в эффективности электроактивации донорного и акцепторного центра золота является большая вероятность перехода атомов золота из электрически неактивного узлового положения, в решетке в междоузельноз при Тогк = 700°С, в то время как этот эффект не наблюдается- при невысоких температурах отжига. Обнаружена корреляция концентраций РД ц электросети вирусных центров золота. Рассмотрена возможность регулирования значений концентрации неосновных носителей заряда в ас<Лсс> путем подбора режима терморадиационной обработки. Установлено, что радиационная обработка влияет на характер откига.В.облученных образцах температура отжига акцепторных центров золота смещается в область более низких температур, в-то время как облучение не влияет на температуру отжига донорных центров. В облученных и отЬжженных образцах значение Т шз примерно в 1,5

+ 2 раза меньше по сравнению с образцами, не подворгавяимися такой обработке. Это указывает на то, что концентрация центров оолота, ответственных за рекоибинационный параметр Тназ> при терморадиационной обработке возрастает,что подтверждают результаты емкостных изменений.Показано,что характер изменений значений Т н от флаенса облучения не зависит от типа проводимости исходного материала.Для обоих типов ¿1<Ли> с возрастанием флюенса гамма- и электронного облучения^значе-низ Т „„„ уменьшается и при флюенсах 5.10 и 10 ° см"

ннз

соответственно шкодит на насыщенна.Ддл выявления-взаимосвязанном!! акцепторных центров золота с уровня!,!!: Ес-0,54 и '¿с - 0,58 зВ исследовано их поведение после терморадпацнон-ного воздействия в области невысоких температур обработки, где отсутствует диффузия атомов золота. Показано,что концентрация злектроактивных акцепторных центров золота поело гамма-облучения флюенсами ^ 3.10*® и отгеига при 700°С изменяются спмбатно, т.е. концентрация центра с ..уровнем Ёс-0,58 эВ умаиьяается, а концентрация другого акцепторного центра возрастает.Повышение флюенса гамма-квантов и последующий отаиг стабилизирует процесс перестройки акцепторных центров Ли , и Ы<Ли> переходит в равновесное состояние с минимальной концентрацией центров с уровенм Ёо-0,58 эВ • ( Ю12 см"3) и выходом концентрации центров с уровнем Ес~0,54 эВ на насыщение. Такое немонотонное симбатноэ изменение концентрации уровней Ли возможно в том случае, если обнаруженные акцепторные центры не принадлежат одному и тому же состояния атомов Ли. . Аналогичное изменение концентрации акцепторных центров Ли. в Зб^-Ли.^ отмечено при высокотемпературном отасиго.при котором симбатное изменение концентрации центров наблюдалось при 700°С.

Понижение температуры распада центра с уровнем Ес-0,58 эВ' в облученных образцах при отяиге,по-видимому.обусловлено изменением энергии активации распада центра золота из-за введения радпацнонно-дефектных комплексов.Предложен механизм объясняющий изменение эффективности перестройки центров золота при терморадиационной обработке.

При исследовании влияния облучения на электрофизические свойства ядерно-легированного кремния с примесью золота усыновлено, что в ЯЛК и промышленном кремнии при идентичных условиях и видах облучения создаются радиационные дефекты одинакового типа. Однако,коэффициент радиационного повреждения *£(ШЗ в ЯЛК в зависимости от флюенса нейтронов примерно в 2 раза меньше по сравнению с промышленным кремнием. Экспериментальные данные о скорости изменения значений Ь и ТШ13 при гамма облучении совпадают с результатом нейтронного облучения.

Рассмотрены особенности отжига радиационных дефектов в промышленном и ядерно-легированном крешии.Для определения термостабильности РД проводился изохронный отжиг облученных образцов ЯШ и промышленного кремния.Выявлено,что термический распад РД в ЯЛК происходит в интервале 425-450°^ а в промышленном полный отжиг происходит при значительно меньших температурах (325-Я[Ю°С).

Увеличение .эффективной температуры отаига РД,например, динакансии, в ЯЛК объяснено появлением после облучения деформационных: полой вокруг РД, которые изменяют спектр барьеров и существенно олия-от на метастабильность кристалла при посяздуацой тсрыорздиациошюй обработке. Зависимость температуры отжига РД от степени разупорядочения кристалла и влияние образувщнхсп упругих деформационных полей на термостабильность РД подтверждаются проводеиншл теоретический! расчетами.

Экспериментально установлено,что вариации характера кинетики отжига и формирования центров золота при радиационной и термической обработке позволяют регулировать характеристики диодов посредством изменения соотношения концентраций уровней золота ц п- • и р- .Обнаружено аномальное изменение значений обратного тока ( 10(;0) относительно величины времени восстановления обратного сопротивления

С ?вос) .Показана возможность увеличения быстродействия диодов с одновременны:.: умшьпением в 2+3 раза значения

] Улучшение характеристик кремниевых диодов подтверк-' дено проведенными расчета!,и! значений £ согласно модо-ли Соха-Ноиса-Шокли. 'Выявлен ш;лад акцепторного уровня золота Ес-0,53 оВ в протекание ропомбинацпонных процессов в диодных структурах. . '

. осиокш вывода •

I. Установлено,что после высокотемпературного лег;грова-ния золотом, не зависимо от исходного типа проводимости и удельного сопротивления материала.температура и времени диффузии.образуются два центра золота с уровнями ¿с-0,54 и Еу +0,35 зЗ,с в кремнии,легированном золотом в процессе

виращиваиия, впервые обнаружен новы!! дополнительный центр с уровнем Ес-0,53 эВ. Выявлено,что дополнительный уровень обусловлен акцепторным состоянием золота.

2. Па основе анализа изменения концентрации центров золота в кремнии после высокотемпературной обработки установлено,что повышение степени легирования кремния ведет к возрастанию концентрации акцепторных уровней золота Ёс-0,54 и Ес-0,58 эВ,причем от.чиг 81<Ли> при Т ^ Ю00°С приводит к симбатному изменению их концентрации, т.е. возрастание концентрации центра Ес~0,54 оВ сопровождается резким уменьшением концентрации второго акцепторного центра Ес-0,53 эВ. Наблюдаемый дополнительный акцепторный уровень приписан мзтоста-билыгаму состояншо центра золота и ие связан с атомами золота, ответственными за уровень Ес~0,54 зВ.

3. Обнаружено наличие существенной разницы в значениях времени жизни неосновных носителей тока в зависимости от исходного типа проводимости и способа легирования кремния золотом,которое объяснено различием энергетических положений и концентраций образующихся рэкомбннационных центров б п- и р-кремшш.

4. Впервые показано,что последующая термическая обработка облученных_образцов приводит к существенному возрастанию коЛце11трации как акцепторного (Ес~0,54 эВ),так и допорного (£„-(0,35 эВ) центров золота. Абсолютная величина эяептро-актирированного золота определяется концентрацией радиационных дефектов. Повышение последнего приводит к увеличению концентрации обоих уровне!'!. Предложен механизм,объясняющий изменение соотношения концентрация центров золота в процессе >~.ектроактивацни,основанный на большой вероятности перехода

.'омов золота в междоузельное состояние и различии в коэффициентах диффузии атомов золота в узлах и междоузлиях.Обнаружено монотонное уменьшение значений ?шз от флаенса облучения.

5. Впервые показано,что радиационная обработка существенно изменяет темлературу отжига центров золота н значение времени жизни неосновных: носителей заряда для

в то время как л р-6^<(/7и> облучение практически не влияет на температуру отжига рекомбииацконных центров.

Выявлено,что увеличение концентрации радиационные дефектов в приводит к понижен!» температуры распада

акцепторных центров ¿¡с-0,54 и £ -0,53 эВ. Такое поведение золота связано с изменением энергии активации распада из-за введения дефектных состояний в результате радиационной обработки.

6. Из измерений степени ;;_..ленсации промкшлзнного и ядерно-легированного кремния при высокотемпературном диффузионном легировании следует,что при одинаковых условиях диффузии ЯЛК имеет более высокую степень компенсации.Подтверждено,что на степень компенсации влияют исходные электрические параметры материала и реким дифбузшиТакое различие в концентрации компенсирующих центров золота объяснено наличием в ЯЛК стоков в виде разупорлдоченных областей и нарушений кристаллической решетки.

7. Из исследований эффективности введения РД в промышленном Й£<Ли> и ЯЛК с золотом установлено,что коэффициент радиационного повреждения значений 7 и £ в ЯЛК с золотом

в 2 раза меныло,- Это объяснено большой вероятностью образования электрически неактивных комплексов дифхфундировашюго золота с дефектам! решетки ЯЛК. .. /

8. Впервые экспериментально обнаружено несоответствие . температуры отжига одного и того ке типа радиационного дефекта для промышленного кремния и ЯЛК, образующегося при нейтронном облучении.Наблюдаемая разница в температуре отжига связана с наличием деформационных полей в ЯЛК. Проведена теоретическая оценка их величин и показано,что для РД типа ди-вакаксий наличие деформационных полей приводит к смещения температуры оютга в область более высоких температур.

9. На основе исследования влияния уровней золота £с-0,54, Ес-0,53 I! 40,35 оВ на'характеристики кремниевых диодов

< Хобр ^восст.• '^обр.).«зготовленн1К из $1<М> с различным содержанием золота до терморадиационной обработки,показано,что уровень £с~0,58 оВ является более эффективным ре-комбкнационньы центром по сравнения с другими центрам! золота. Полученное экспериментальные результаты подтверждены прове-денньми. теореигчесгсйми расчетами согласно с моделью Соха-Ной-са-Шокли. ■ ■ '

Установлено,что путем ВТО кремния,легированного золотом при выращивании,можно существенно изменить соотнонепие концентрации уровней золота.расположенных в середине запрещенной зоны кремния, и улучшить обратные токи р- It - переходов,что очень пачно для изготовления быстродействующих диодов с высокими обратными напряжениями и малыми обратными токами.

Основные материалы,включенные в диссертация, опубликованы в следующих работах :

1. Маманова М. .Юлдатеп ill.У. Влияние лазерного облучения на электрофизические свойства кремния,легированного Ли .//

В кн.:тезиен докладов Республиканской конференции молодых ученых. - Ташкент,Фан,1935,с.54.

2. Маманова М. Исследование влияния электронного облучения на распад твердого раствора äi~Jlu .//В кн.: Тез иск докладов научной конференции молоди ученых и специалистов АН

' Уз.ССР. - Ташкент,Шан,1937,с.3.

3. Мзхкамов Ш.,Папанова М. .Мирзаев А. ,'Гурсунов II.Л. Исследование взаимодействия атомов золота,введенных в кремний,с радиационными дефолтами.Препринт W Р - 9 - 347. - Таш-

• кент ;1980-12 с.

4. ¡/шрзаев А. .Турсунов H.A. .Маманова М. .Алгурои М. Исследование влияния термообработки на-свойства центров золота в кремнии. ПЪ кн. Шестая Всесоюзная конференция по физико" химическим" основам легирования полупроводниковых материалов. - М: Наука,1988. с.17.

о. Ja хка но в Ш. .Турсунов II. Л. .Маманова ¡iL .Мартшченко С.З. Влияние облучения и содержания исходной примеси на рексм-бинационные свойства кремния, легировашего золотом.// Материалы семинара "Вопросы стойкости ЭРИ, элементов и ма-терналоп к спец.воздействии. - Харьков :НТЦ "Информтехнп-ка". - 1990. - С. 23-24. . б. „йхкамов Ш..Уаканова М..Пахаруков Ю.2..Турсунов H.A. Исследование особенностей отжига радиационных дефектов я нейтронно-легированном кремнии.// В кн.¡Тезисы докладов II Республиканской конференции "Физика твердого тела и

новыз области ео применения". - Караганда. - 1990. -С.156. ■ '

7. Махкамов Ш..Турсунов H.A..Маманова М.,Апуров И. 0 влиянии нового центра золота на характеристики кремниевых диодов// "Письма в ЖМ. 1991. T.I7. Бил. 2\ - С.77-81.

8. Маманова 1.1. .Исламов У. . Каримов S.P..Достходжаев Т. Влияние золота на процесс, радиационного дефоктообразова-ния в дцерно-легироваином кремнии // В кн.:Тезисн докладов в I Региональной конференции по радиационной физике твердого тола. - Самарканд. - I99I.C.76.

9. Мамонова II..Ыартынченко C.B..Турсунов H.A. Исследование влияния терыорадиационной обработки на свойства примесей золота в кремнии // В кн.:Тезисы докладов I Региональной конференции по радиационной физике твердого тела. - Самарканд. - 1931, С.170. ч

10. Махкамов Ш,.Маианова М,.Пахаруков D.B..Турсунов H.A.

Об особенности отжига■радиационных дефектов в нейтронно-лвгированном крешии // Письма в Ж.1992.Т. 18. ton.24. - С. 44-48.

11. Ыахкамов Ш. .TypcyfiOB H.A. .Шканова М. .Ь'лртынченко C.B. , Терморадиационная активация центров золота в кремниевых диодных структурах // В кн.: Тезисы докладов Республиканской научной конференции - Фергана. - 1992. - С.32.

12. Ыахкамов Ш. .Маманова М. .Турсунов А.Н. .Ашуров М. О проведении центров, золота в кремнии после терморадиационного воздействия // ДАН Р Уз. - 1993. П I. - С. 20-21.

олтин киритмаси кяритилглн кремшпдл терморашшшои '

клрлпшарш шширип Маманова Мархамат ■ Кискача мазнули

<ли> иинг электрофизик хусуснятлари уиииг бошлаигич ма-териалшш олиш усули ва унга олтин киритмасини кирнтиш ва тер-морадиацион ишлов беркш техиологияснга бокдщ равишда комплекс тажик килинган.

Олтанни щори тешературали диффузия АУли билан киритганда утказувчанликшнг бошлангич тапи па материалгашг солиштирма каршилиги, диффузия температураси ва давомиЯлигидан катгий па-зор олтиннинг Ес-0.54 ва Е^О.З-* зВ сатвди марказлари косил сулиии курсатилган. Материал! ш Устаршс кароитида олтин ниритал-ганда эса унинг янги дУиимча Ес-0.53 эВ акцептор сатхли маркази хосил булики биринчи булиб аницлангац. Еу.мэрказ олтиннинг ме-тастабил ыарказн булиб, Ес-0.54 эВ сатхли марказ билзн богланмаган. Киритиш доражзси оширилганда. Ес-0.54 ва Ес-0.53 эВ акцептор сатхларшшнг концентрациялари ошади ва улар Т?1000°С да тобланганда вир тарзда Узгаради.

Нурл~нтирнлгаи материалларии иссиклшс билан тоблаш олтаннинг Ес-0.54 ва Еу-10.34 эВ марказлари концеитращшарипи кескин ошришга олиб. келиши биринчи булиб курсатилган. Электроактивация жараёнида олтин. марказлари концентрациялари нисбатанинг Узгаришини тушунтарувчи механизм таклиф килинган.

Радиацион ишлов олтин марказларини тоблаш темлератураси ва асосий брлмаган тон таиувчиларнинг п-31<Ли> да яшаш давринм кескии узгартириши биринчи булиб ашвданган. п-ЗКЛи> да радиацион дефектлар концентрациясининг опиши Ес-0.54 ва Ес-0.58 эВ ;>!сцептор сатхларининг йУколиш температураси шнг пасайишига олиб ;.,-лади. Дивакансия типидаги радиацион дефектлорнинг тобланиш •гэмператураси деформэцион майдонлзр мавжуд булганда щорирок температура то мои га силжиши тажрибада биринчи булио аникланган.

Устириш шароитида олтин киритилгаи кремнийга юкори тешературали ишлов бериш олтаннинг сатхлари концентрациялари нисба-тини Узгартиришч ва диодлзрнинг тгскарн токларини камаГгтирпш ва тескари кучлаиишларини ошириш томонга кескин яхшилаш иушсинли-ги аникланган.

ItfVESTIGATIOÎJ OF THERMAL AND ItADIATIOM mOCISSYS •IN SI COPED Bï AU. ■

Mnnnnova' MorMiaaat Abstract

Electrophy3lcaI properties of Sl<Au> wore Investigated depending on a way of primary caterlal preparation, doping technology oi Au and thermal and radiation processing.

It was obtained that after tho high-temperature doping of Au two Ail centers with Ic-0.54 and 1^+0.34 eV levels were formed Independently of primary type of conductivity and specific resistivity, temperature and duration of diffusion. For the first time the additional new acceptor centcr with Ec-0.58 eV level was found in Si doped by Au In crowing. This center 13 irrespective of the center with Ic-0.54 eV level and associated with a [¡¡etastable one of Au. Increasing of doping degree leads to increasing of concentrations of acceptor levels Ic-0.54 and Ec-0.58 eV and what is more the annealing of Sl<Au> at 000°C lead3 to proportionally changing of their concentrations.

For the first tine it was obtained that the thermal pro-, cessing after irradiation leads to sufficiently Increasing of concentrations of centers with Ic-0.54 and ïyt0.34 e7 levels. It was supposed a mechanism describing of the changing of ratio of concentrations of Au centers in an electroactlvatlon, process. •

For tho first tine It was obtained -that the radiation processing sufficiently changes the annealing teaperature of tho Au centers and the life time of olnority carriers In n-Sl<Au>. Increasing of radiation defects lii Sl<Au> leads to decreasing of the decay teaperature of acceptor levels Ic-oi54 and £c-0.58 eV. For the first time It was experlœentally obtained that the existence of deformation fields result In increasing of the annealing teaperature of dl vacancy type radiation defects. ■

It was shown that the high-tenperature processing of SI doped by Au In growing allocs to change ratio of concentrations of Au levels and sufficiently improve cUodo parameters increasing the Inverse voltcgo qzkî decreasing the Inverse current.

- SMf