Люминесценция ионно-имплантированных алмаза и кубического нитрида бора тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

^ 'I 1 / о Ц)

Министерство Народного"образования РБ Белорусский Государственный Университет

Па правах рукописи

УДК 621.315; 536.372

Зайцев Александр Михайлович

Люминесценция йонно-имплантированных алмаза и кубического нитрида бора

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации иа соискание ученой степени доктора Физико-математических наук по специальности 01.04.10. (Физика полупроводников и диэлектриков)

Минск, 1092

Работа выполнена в Белорусском государственном университете.

Официальные оппоненты: Доктор Физ.-мат. наук Борисенко В.Е. Доктор Физ.-мат. наук Мордкович В.Н. Доктор физ.-мат. наук Ломако В.М.

Ведущая организация: Институт физики твёрдого тела и полупроводников АН РБ.

Защита диссертации состоится 8 января 19ЭЗ г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д С56.03.05. по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора физико-математических наук в Белорусском государственном университете (пр. Ф. Скоримы, 4).

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан " " ноября 1992 г.

Учёный секретарь специализированного совета

Актуальность рабоги

С',-,, '' ' ' .

время одним из путей развития твёрдотельной полупроводниковой электроники является использование сверхтвёрды* материалов (алмаз и кубический нитрид бора) в качестве рабочего вещества. Высокая прочность мехатомных связей, обусловившая наивысшую твёрдость этих веществ, оказывается также вахным параметром при использовании их и как полупроводниковых материалов. История привлечения полупроводниковых веществ в электронной технологии характеризуется переходом ко всё более "прочным" кристаллам, состоящим из всё более лёгких атомов: Sn -» Ge i SU С (полупроводники типа А4 } и GaAa, InP -» AIN, AIP * BN

я $

(полупроводники типа AB ). Термин "прочность" здесь использован

в широком смысле слова как устойчивость к различным внеоним

воздействиям (механическим, химическим, радиационным, термическим

и т.д.). Эта тенденция не случайна и отражает ту закономерность,

что с уменьшением атомного номера сила мехатомного взаимодействия

в полярной и ковалептной электронной связи возрастает, à

межатомное расстояние уменьшается. Это прямо либо опосредованно

приводит к увеличению механической прочности, теплопроводности,

энергии запрещённой зоны, температуры Дебая, химической

инертности, уменьшению аигармонизма решёточных колебаний, т.е. к

улучшению тех параметров материала, которые определяют его

качество как полупроводника. Поскольку алмаз и кубический нитрид

4 î S

бора стоят последними в ряду полупроводников А и А В , то мохно охидать, что они являются теми материалами, на которых будут достигнуты рекордные параметры твёрдотельных электронных приборов традиционной структуры.

По мере возрастания "прочности" полупроводникового материала, технология его выращивания и обработки становится всё более сложной и труднореализуемой, поскольку возрастающая стойкость материала оказывается такхе серьёзным препятствием и при попытке целенаправленного изменения его структуры. В результате многие традиционные методы выращивания, легирования, химической и механической обработки оказываются неприменимыми для сверхпрочных полупроводниковых материалов. Алмаз и кубический нитрид бора, например, мохет быть выращен как высокосовершенный

монокристалл лишь с использованием сложного термобарического оборудования. Примесное легирование - главная технологическая задача - для эти* веществ как правило вообще не осуществима методом диффузии при температурах менее 1600°С. Чтобы преодолеть сопротивление прочной кристаллической решётки при внедрении в неё примесных атомов, требуется применение сильно неравновесных методов, наиболее распространённым из которых является ионная имплантации. Фактически ионная имплантация сегодня оказалась единственным способом создания полупроводниковой структуры на сверхтвёрдом полупроводнике. Применительно к сверхтвёрдым полупроводникам физика ионной имплантации является в значительной степени неисследованной областью и это выступает одним из основных препятствий на пути развития электроники на этих материалах. Важным вопросом здесь является также вопрос о методах исследования ионно-имплантированных алмаза и кубического нитрида бора, поскольку многие методы, широко использующиеся для традиционных полупроводников, оказываются либо трудноприменимыми, либо неэффективными. Наиболее подходящими здесь оказались люминесцентпые методы исследования. Фото- и катодолюминесценция являются бесконтактными методами, они имеют высокое пространственное разрешение, обладают наивысшей чувствительностью по концентрации и, что представляется наиболее важным при изучении ионно-имплантированных полупроводников, позволяют селективно исследовать различные типы примесных и собственных дефектов.

К началу проведения настоящих исследований (1977 год) имелись лишь весьма ограниченные сведения о структуре ионно-имплантированного алмаза. Оптические методы и, в частности, люминесценция, в таких исследованиях не применялись, хотя уже тогда алмаз считался перспективным оптоэлектронным материалом. Что же касалось кубического нитрида бора, то было известно лишь несколько эпизодических работ по исследованию его исходной структуры. Ионная имплантация в кубический нитрид бора не изучалась вообще.

Исходя из вышесказанного следует цель настоящей работы -изучение люминесцентной активности ионно-имплантированных слоев, а также их структуры в алмазе и кубическом нитриде бора.

Для достижения этой цели решались следующие ¡тучные задачи:

1. Установление области применимости и степени информативности метода люминесценции при изучении ионно-импхантированных сверхпрочных полупроводников.

2. Выявление люминесцентно активных центров в ионно-имплантированаом алмазе и кубическом нитриде бора.

3. Установление влияния структуры дефектов и окружающей их кристаллической решётки на спектральные параметры связанных с ними центров люминесценции.

4. Исследование пространственной структуры ионно-импхантнрованных слоев алмаза и кубического нитрида бора.

5. Исследование изменения примесно-дефектной структуры ионно-облучённых алмаза и кубического нитрида бора при отжиге.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

- впервые обнаружены и исследованы оптические центры Мессбауэровского типа в кубическом нитриде бора, а также в ионно-имплантированных алмазе и кубическом нитриде бора;

- впервые получена информация о пространственном распределении оптически активных примесей и дефектов в ионно-имплантированных алмазе и кубическом нитриде бора и о её трансформации при отжиге;

- установлен критерий высокоэнергетичной ионной имплантации в алмаз и кубический нитрид бора и впервые получены данные о характере взаимодействия высокоэнергетичных ионов со сверхтвёрдыми полупроводниками, а также о создаваемой при этом дефектно-примесной структуре.

Положения, выносимые на защиту

1. В кубическом нитриде бора существуют оптические центры собственной и примесной природы Мессбауэровского типа, электрон-колебательные параметры которых подобны тем, которые имеют место для оптических центров Мессбауэровского типа в алмазе.

2. В оптических центрах Мессбауэровского типа в сверхтвёрдых полупроводниках величина изменения энергии электронного перехода и электрон-фононного взаимодействия при деформации

решётки либо при изменении температуры определяется наличием вакансий и/или меадоузельных атомов в составе соответствующих дефектов. Эти изменения для центров вакансионного типа в среднем в Несколько раз.больше по сравнению с их изменением для центров кеждоузельного типа. 3. Примесно-дефектная структура в сверхтвёрдых полупроводниках, образующаяся в ходе ионного облучения претерпевает качественные изменения, когда скорость ионов становится сравнимой и больше скорости электронов на глубоких оболочках атомов мишени. Эти изменения проявляются как появление пространственной неоднородности в распределении дефектов разных типов и образовании треков, порождающих локальные областии высокого давления, ускоряющих атомную миграцию и стимулирующих глубокое проникновение имплантируемых ионов.

Научно-практическая значимость работы заключается в следующем:

- показана высокая информативность люминесценции как метода комплексной диагностики сверхтвёрдых полупроводников как исходного материала, так и ионно-имплантировашшх структур;

- показано, что алмаз и кубический нитрид бора, а также иоино-имплантированные слои на этих материалах, являются термостабильными эффективными оптоэлектронными материалами в видимом диапазоне спектра;

- показано, что высокоэнергетичная ионная имплантация в сверхтвёрдые полупроводники является физической . основой разработки принципиально новых технологий управления примесно-дефектным составом, а также создания трехмерных и термостабильных структур, которые не могут быть реализованы известными способами.

Совокупность результатов, представленных в работе, решает существенную часть проблемы Физики ионно-имплантироваиных полупроводников и стимулирует её дальнейшее развитие как в области фундаментальных исследований, так и по пути разработки новых ионно-лучевых технологий в полупроводниках и, в частности, в алмазе. Эти результаты носят, в основном, фундаментальный характер и могут рассматриваться как существенный вклад в радиационную физику твёрдые тел и физику люминесценции твёрдых тел.

Помимо этого, результата, полученные по высокоэнергетичной ионной имплантации в алмаз и кубический нитрид бора, мохно выделить в отдельную их совокупность. На основании этих результатов предложены новые модели и развиты новые представлении, качественно отличающиеся от тех, которые были развиты к настоящему времени в Физике ионной имплантации в полупроводники. Обнаружены новые -физические эффекты

высокоэнергетичного ионного облучения (области высокого давления, стимулированная атомная миграция, каналирование ионов по трекам, изменение энергии связи дефектов с решёткой), для проявления которых принципиальной является кристаллическая матрица сверхтвердого полупроводника с сильными межатомными связями. Эти эффекты могут явиться Физической основой будущих принципиально новых нонно-лучевых технологий сверхтвёрдых полупроводников. Исходя из этого, можно считать, что эти результаты задают новое научное направление в радиационной Физике твёрдых тел: высоко-энергетичная ионная имплантация в сверхтвёрдые полупроводники.

'Апробация работы: основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях, семинарах и совещаниях, 12 из которых имели уровень международных, 15 - всесоюзных и 6 -республиканских.

Помимо этого, материалы работы докладывались на научных семинарах в Белгосунивереитете, Физическом институте АН СССР, Дортмундском университете (ФРГ), Хагенском университете (ФРГ), Берлинском институте им. Хана и Иайтнера (ФРГ), Йенском университете (ГДР). •

По материалам, вошедшим в настоящую диссертацию, опубликовано 05 работ, п число которых входят 40 статей в международных и Всесоюзных научных журналах, тематических сборниках и препринтах, 40 материалов (тезисов) конференций и 5 изобретений. Основные результаты представлены в 60 работах, вошедших в список цитируемых работ. ,

Структура работы: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объём работы составляет 367 страниц в том числе 107 рисунков.

Во введении диссертации излагается общий взгляд на проблему ионной имплантации в полупроводники со сверхпрочной ковалентной связью. Показаны предпосылки выбора метода люминесценции как основного метода исследования примесно-дефектной структуры ионно-имплантированных алмаза и кубического нитрида бора. Основная часть введения посвящена охарактеризованию сверхпрочных полупроводников как материалов, на которых может быть достигнут предельный уровень полупроводниковых приборов, а также перспективности применения высокоэнергетичной ионной имплантации к сверхпрочным полупроводникам как в научном, так и прикладном аспектах.

Глава 1. Метод люминесценции в исследовании ионно-

имплантированных алмаза и кубического нитрида бора

Эффективность метода люминесценции применительно к исследованию полупроводников обусловлена тем, что он дает информацию как о конкретных типах точечных дефектов, - гак и об общем состоянии кристаллической решётки. Особое удобство применения люминесценции в случае алмаза и кубического нитрида бора определяется ещё и тем, что в силу высокой температуры Де(>ан этих веществ (~2000 К), активация заметного электрон-фононного взаимодействия на оптических центрах происходит лишь при весьма высоких температурах и, следовательно, информативность люминесценции сохраняется при её регистргщии при температурах вплоть до комнатной и выше.

Поскольку ширина запрещённой зоны сверхпрочных полупроводников лежит на границе и в области вакуумного ультрафиолета, технически удобнее всего использование возбуждения люминесценции ускоренными электронами (катодолюминесценция). Помимо этого катодолюминесценция позволяет неразрушающим образом исследовать примесно-дефектную структуру на разных глубинах, причём наиболее эффективно в слое до 1 мкм. Эта особенность является большим преимуществом метода при исследовании ионно-имплантированных слоёв.

Важным вопросом при исследовании люминесценции полупроводника

является установление соотношения между её интенсивностью и концентрацией излучающих центров, т.е. вопрос о возможности количественных измерений методом люминесценции. На примере ряда центров в кремнии, А-полосы в алмазе и центра вС2 в кубическом нитриде бора показано, что интенсивность люминесценции внутрицентровых переходов в несильно разупорядоченной решётке полупроводника как правило несущественно зависит от времени жизни и, следовательно, изменение концентрации таких центров можно количественно оценивать по изменению интенсивности их люминесценции.

Эффективным методом исследования структуры точечных оптически активных дефектов в полупроводниках является пьезоспектроскопия. Однако, применение этого метода в люминесценции по традиционной методике одноосного сжатия сопряжено с рядом технических трудностей в случае ионно-имплантированных сверхтвердых полупроводников. Эти трудности в значительной степени устраняются при создании одноосной деформации в имплантированном слое не путём одноосной деформации образца, а путём его изгиба. Такий образом, удаётся достичь гораздо больших упругих напряжений в исследуемой области, а также их пространственной однородности. Последнее оказывается принципиально важным обстоятельством, позволяющим получать качественно новую информацию не только о симметрии исследуемого дефекта, но и окружающей его решетки.

Метод пьезоспектроскопии даже в предложенном упрощённом варианте изгиба образца не всегда может быть применён: например, при исследовании монокристаллов кубического нитрида бора, размеры которого обычно не превышают 0.1 мм. В этом случае потребовалась разработка другой методики исследования структуры дефекта, не использующей в качестве параметра геометрию образца. В качестве такой методики било использовано измерение влияния температуры на оптические параметры излучающего.центра. Физическая основа этой методики подобна той в методе пьезоспектроскопии с той лишь разницей, что здесь используетря зависимость величины электрон-решёточного взаимодействия не от взаимного расположения атомов в дефекте, а от силы их межатомных связей.

Для количественной оценки величины чувствительности электрон-решёточного взаимодействия оптического центра от

межатомных расстояний в дефекте и от силы его межатомных связей, введены параметры "деформационной (статической) мягкости" Бр и "температурной (динамической) мягкости" следующим образом:

1 ДЬ\) 1 ДЬ\/

бр = —г- "— ; 8т = —Т" •

Ь^ ДР ЬУ Дт

где ЬV - энергия электронного беефононного перехода оптического центра; ДЪ\/ - изменение частоты беефононного перехода при приложении механического давления ДР, либо при изменении температуры Дт. Анализ многочисленных результатов по пьезо-спектроскопии и температурному изменению энергий бесфононных переходов на оптических центрах в кремнии, алмазе, кубическом нитриде бора и оксиде бериллия позволили сделать вывод о том, что величины 5р и Бт для центров вакансионной природы в несколько раз больше, чем для центров междоузельной природы. Количественным критерием разграничения "мягких" и "жёстких" центров являются величины Бр и 8Т для энергии запрещённой зоны, которую можно рассматривать как проявление оптического центра, свяэаного с идеальной решёткой, не содержащей ни вакансий ни междоузлий. Такой вывод не кажется неожиданным, поскольку в вакансионном дефекте, по сравнению с междоузельным, среднее межатомное .расстояние больше, а сила межатомного взаимодействия меньше. Это означает, что при статической деформации решётки относительные изменения межатомных расстояний в вакансионном дефекте будут существенно больше, чем в междоузельном, а при нагревании кристалла возбуждение квазилокальных колебаний и, следовательно, рост электрон-колебательного взаимодействия, будет горазо эффективнее в вакансионном дефекте по сравнению с междоузельным.

На основании разработанной феноменологической модели "мягкости" оптического центра был определён тип многих дефектов примесной и собственной природы в алмазе и кубиче£ком нитриде бора (см. табл.).

Для подтверждения обоснованности предлагаемых моделей оптически активных дефектов были привлечены также данные квантовомеханических расчётов электронной и атомной структуры методом МО ЛКАО.

Глава 2. Люминесцентные центры в ионно-имплантированном алмазе.

Люминесценция позволяет выявить и исследовать в алмазе большое количество точечных дефектов как ростового, так и радиационного происхождения, как собственной, так и примесной природы. Это обуславливает эффективность люминесценции при исследовании ионно-имплантированных слоев алмаза, поскольку структура и свойства таких слоев определяются именно содержащимися в них дефектами.

Люминесценция исходных кристаллов алмаза является хорошо изученной. В спектрах могут присутствовать разнообразные центры в зависимости от примесного состава кристаллов и их структурного совершенства. Большинство центров Мессбауэровского типа хорово выраженными бесфононными линиями обусловлены примесью азота, входящей в решётку алмаза во всевозможных атомных конфигурациях. Люминесценция наиболее чистых безазотных алмазов характеризуется лишь широкой Я-'полосой с максимумом интенсивности в области 440 нм, происхождение которой связывается с дислокациями.

Облучение алмаза высокоэнергетичными частицами (в том числе и ионная имплантация) приводит к появлению множества радиационных центров, важнейшими из которых являются GR1 (нейтральная вакансия) и TR12 (двойная пара Френкеля). Данные МО ЛКАО расчёта структуры вакансии качественно совпадают с известными экспериментальными данными по центру GR1 и указывают на её акцепторные свойства.

Самой характерной чертой катодолюминесценции алмазов типЗ На, облучённых ионами и отожжённых при температурах свыше 1000 К, является B-полоса (максимум интенсивности в области 770 нм). B-полоса является проявлением настолько специфического дефекта ионно-имплантированного алмаза, что по её наличию можно однозначно констатировать Факт ионного облучения.

Помимо указанных радиационных центров в катодолюминесценции ионно-имплантированных и отожжённых при температуре свыше 800 К алмазов в спектральном диапазоне 500-600 нм, проявляется больное количество центров, характеризующееся малой мягкость»» Все эти

центры приписываются различным дефектам междоузельного типа. Результаты моделирования пары Френкеля как дефекта, содержащего мсехдоузельный атом и расщеплённого <100>-междоузлия показывают, что дефекты, содержащие междоузельные атомы, как правило, должны обладать донорными свойствами. Расчётные энергии электронны* переходов между основным и первым возбуждённым состоянием на этих дефектах составляют 626 и 639 нм, что качественно согласуется с экспериментально наблюдаемыми величинами. Проявление центров междоузелыюй природы является важной особенностью люминесценции ,ионно-имплантированных алмазов, отличающей её от излучения электронно-облучённых и нейтронно-облученных алмазов. Это означает, что используя ионную имплантацию появляется возможность изучения поведения собственных междоузельных атомов в ковалентном полупроводнике, что является в настоящее время, в общем, нерешённой задачей.

Многие имплантированные в алмаз примеси порождают специфические примесные центры люминесценции.

Наиболее оптически активной примесью является азот. Основные азотсодержащие центры, проявляющиеся в ионно-имплантированных слоях, следующие:

Центр с бесфононной линией 575 нм является одним из наиболее простых и обусловлен одиночным атомом азота в тетраэдрическом междоузлии, захваченным на ближайшую к нему вакансию в направлении <100>. МО ЛКАО расчёты такого дефекта подтверждают возможность его существования и предсказывают барьер для рекомбинации вакансионного имеждоузельного компонентов дефекта 0.22 эВ. Эта величина качественно согласуется с величиной температуры полного отжига центра 075 нм как 1800 К;

Центр с бесфононной линией 638 нм является также проявлением пары Френкеля, однако атом азота в которой находится в ближайшем к вакансии замещающем положении. МО ЛКАО моделирование центра 638 нм подтверждает его ярко выраженную внутрицентровую природу и отсутствие эффективного канала его возбуждения через зону проводимости;

Центры с бесфононными линиями 503.2 нм (113) и 496 нм (Н4) являются доминирующими центрами в азотсодержащих облученных алмазах. Совокупность экспериментальных данных и МО ЛКАО расчёт

атомной и электронной структур дефектов позволяет утверждать, что центр ИЗ обусловлен компактной парой замещающих атомов азота, связанных с двумя вакансиями в структуру Vt^V-Tpanc (модель Е. Соболева), а центр Н4 является ни чем иным, как центром НЗ, захваченным на некоторый макродефект, например, на пластинчатую азотную сегрегацию;

Центр с бесфононной линией 415 нм -(N3) также является азотсодержащим пакапсионним центром с молекулярной структурой N3V;

Центры с бесфононными линиями 389 и 441.5 нм являются единственными азотсодержащими центрами междоузельной природы, не содержащими вакансий.

Помимо азота в ионно-имплантированных алмазах были обнаружены и исследованы следующие примесные центры:

Кремнийсордержащий центр с бесфононной линией 736 нм предполагается обусловленным дефектом, в состав которого входят два замещающих атома кремния. Имплантированные атомы хрома, цинка, серебра и таллия проявляются в виде центров с бесфононными линиями 741, 518, 398.5 и 614 нм. Примесь циркона проявляется в виде широкой полосы с максимумом в области 580 нм. Имплантированный никель порождает большое многообразие центров люминесценции, из которых центры с бесфононными линиями 885 и 484 нм имеют предположительно вакансионную природу. Подавляющее количество остальных никельсодержащих центров, наиболее интенсивными из которых являются центры 540 и 602 нм, имеют, вероятно, междоузельное происхождение.

Помимо оптических центров, порождённых обычными химически активными примесями в алмазе были обнаружены и исследованы специфические центры, связанные с атомами благородных газов: Не -основные центры с бесфононными линиями 513, 522.5, 535.5 и 560 нм; Ne - NG-центр с максимумом фононной структуры в области 770 нм; Хе - центр с бесфононной линией 811.5 нм. Образование и поведение в алмазе центров, связанных с благородными газами полностью индивидуально. Это качественно отлично от их поведения в других полупроводниках и даёт основание утверждать, что в решётке алмаза атомы благородных газов теряют свою инертность и проявляют обычную химическую активность. Сделан вывод, что

химически активное поведение атомов инертных газов возможно только лишь в решётке сверхпрочного полупроводника, в котором межатомные расстояния достаточно малы и межатомные связи достаточно сильны, чтобы разрушить замкнутую внешнюю электронную оболочку инертного атома и образовать с ним химическую связь. Сверхпрочные полупроводники в этом плане оказываются уникальными средами при исследовании химии инертных газов.

Пьезоспектроскопические исследования вакансионных азотсодержащих центров по предложенной в работе методике деформации изгиба позволили получить качественно новые результаты, не укладывающиеся в рамки линейной теории пьезоспектроскопии Каплянского-Рунсимена-Дэвиса. Полученные экспериментальные данные и их интерпретация позволили сделать два важных вывода. Во-первых, то, что дефект, состоящий из нескольких атомов, нельзя рассматривать точечным, если локализация оптически активной электронной орбитали имеет место лишь на некотором его фрагменте. Во-вторых, в пьезоспектроскопическом эффекте может, проявиться в равной степени как деформация самого исследуемого дефекта, так и деформация окружающей его решётки, и эта особенность наиболее ярко должна проявляться для дефектов, содержащих вакансии. В-третьих, при больших механических напряжениях деформация решётки вблизи вакансионных дефектов становится существенно больше деформации регулярной решётки, и это приводит к фазовым структурным переходам в этих участках кристалла.

Глава 3, Люминесцентные свойства кубического нитрида бора.

В кубическом нитриде бора, как и в алмазе, существуют разнообразные оптические центры Меесбауэровского типа и, следовательно, при изучении реальной дефектно-примесной структуры этого вещества может быть эффективно применен метод люминесценции. Это является очень важным методическим моментом в связи с большими техническими трудностями исследования очень малых образцов монокристаллического кубического нитрида бора. Можно считать, что в настоящее время люминесценция является наиболее удобным и информативным методом изучения структурных дефектов в кубическом нитриде бора.

Iî люминесценции исходных монокристаллов и поликристаллов

кубического нитрида бора проявляется большое количество центров

преимущественно ваг.ансионного типа и связанных, вероятно, с

различными технологическими примесями. Наиболее характерными из

них являются центры GC1 и GC2 (табл.). Наличие вакансий и

междоузлий с воставе дефектов устанавливалось по температурной

мягкости, величина которой для ваканснониы* дефектов составляет -5 -1

более 1.5x10 К . Как дефект междоузельного типа в кубическом

нитриде бора был определён лишь центр К, мягкость которого

-5 -1

составляет не более 0.5x10 К .

Спектральная структура центров в кубическом нитриде бора

несёт информацию о типе вакансий (бора или азота), входящих в

состав соответствующих дефектов. Фононная структура практически

всех центров содержит характерные квазилокальные колебания с

энергиями 56 или 64 МэВ. Соотношение этих энергий совпадает с i/o

величиной (MB/MN) , где Мв и MN - массы атомов бора и азота соответственно. Оти простые соображения лежат в основе идентификации колебаний В-В на вакансии азота и H-N на вакансии бора. На основании этих фактов сделан вывод, что люминесценция пригодна в качестве метода контроля стехиометрии и дефектной структуры выращиваемого кубического нитрида бора.

Облучение кубического нитрида бора порождает в нем дополнительные радиационные центры с хорошо разрешённой электронно-колебательной структурой. Наиболее характерные центры ПС (см. табл.) были идентифицированы как пары Френкеля на основе вакансии азота. Термостабильность центров RC в кубическом нитриде бора, имплантированном ионами обычных энергий не превышает 1100 К. Радиационный центр С является специфическим центром дефектной структуры кубического нитрида бора, возникающий после облучения тяжёлыми ионами. В этом плане центр С аналогичен В-полосе в ионно-облученном алмазе. Центр С идентифицирован как сложный многовакансионный дефект. Центры КС и центр С в настоящее время являются основным источником информации о процессах дефектообразования в ионно-имплантированном кубическом нитриде бора. •

Все обнаруженные радиационные центры в кубическом нитриде бора являются вакансионными и собственными. К сожалению, до сих

пор не обнаружены какие-либо радиационные оптические центры в видимом диапазоне спектра, обусловленные собственными мехдоузехьными атомами либо связанные с имплантированными примесями. Это частично ограничивает возможности люминесценции при исследовании ионно-облучённого кубического нитрида бора и, в особенности, ионно-легированных областей по сравнению с тем, как это имеет место для алмаза. Тем не менее, люминесценция к настоящему времени является единственным мтодом, с помощью которого была получена какая-либо информация об ионно-имплантированном кубическом нитриде бора. Более того, как будет следовать из последующих глав, использование данных лишь одной люминесценции позволяет получать объективную информацию о параметрах и свойствах ионно-имплантированного кубического нитрида бора.

Глава 4. Структура ионно-имплантированного слоя в алмазе и кубическом нитриде бора.

Особенностью формирования дефектно-примесной структуры ионно-облученного слоя в сверхпрочных полупроводниках является, как правило, полное отсутствие диффузионного

пост-имплантационного перераспределения примесей и дефектов. Результирующая дефектная структура в этом случае в максимальной степени отражает ее состояние в момент первичного дефектообразования и сохраняет первичное пространственное распределение дефектов и примесей. Было обнаружено, что при возрастании энергии ионов образующаяся при облучении дефектная структура становится качественно отличной от той, которая характерна для обычной низкоэнергетичной имплантации. В связи с этим встал вопрос установления критерия высокоэнергетичной ионной имплантации. Показано, что разграничить высокоэнергетичную ионную имплантацию и имплантацию с обычными энергияни можно по величине скорости ионов , когда она становится сранимой с орбитальными скоростями электронов на глубоких оболочках атомов мишени V- . Физической сущностью такого разграничения является разделение ионной имплантации на две области энергий, в одной из которых

преобладают механизмы электронного торможения и порожденное ими ионизационное дефектообраэование протекает с максимальной интенсивностью (высокоэнергетичная ионная имплантация), а в другой будет преобладать торможение ионов и соответствующее ему дефектообраэование в результате атом-атомных упругих столкновений (ионная имплантация обычных энергий). Скорость электронов на К-оболочках атомов углерода, бора и азота составляет 1x10' м/с. Исходя из этой величины, энергетический критерий высокоэнергетичной ионной имплантации для алмаза и кубического нитрида бора принят как ~ 0.5 МэВ/а.е.м.

Имплантация ионов обычных энергий (десятки и сотни кэВ) приводит к качественно однородной примесно-дефектной структуре. В этом случае облученный слой состоит практически только лишь из ионно-легированной области и набор дефектов и примесей качественно одинаков во всем облученном объеме. Различается только лишь соотношение концентраций между дефектами и примесями в разных частях ионно-имплантированного слоя. Механические искажения, возникающие в ионно-облученном слое, являются полностью неоднородными, поскольку возникают как результат дополнительной концентрации точечных дефектов с квазиоднородным их пространственным распределением.

После высокоэнергетичной ионной имплантации примесно-дефектная структура облученного слоя становится качественно неоднородной. Эта неоднородность выражается как в пространственной неоднородности атомной плотности (в области треков), так и в неоднородном распределении дефектов различных типов. Причина возникновения такой неоднородности - появлений более сложных ионизационных механизмов дефектообразования из-за сильно возросшего электронного торможения . Интенсивность этих механизмов доминирует над дефектообразованием при упругом соударении атомов. Поскольку ионизационные механизмы дефектообразования протекают лишь при определенных скоростях ионов, то многие специфические точечное дефекты вводятся только на определенных глубинах облученного слоя.

В силу относительно большой проникающей способности высоко-энергетичных ионов их проективные пробеги быстро возрастают и становятся значительно больше величины их среднестатистического

-

разброса. Сильное разупорядочение решетки за счет ядерного торможения, когда энергия ионов уменьшается до величин энергий обычной ионной имплантации, происходит в конце пробега ионов, т.е. практически в ионно-легированном слое. Это приводит к тому, что ионно-легированный слой и слой максимального разупорядочения решетки оказываются заглубленными и хорошо локализованными.

Высокоэнергетичная ионная имплантация приводит к формированию в сверхпрочных полупроводниках слоистой структуры облученной области, различные слои которой качественно отличаются друг от друга разным набором дефектов и примесей. Этот вывод был сделан на основе результатов исследования как алмаза, так и кубического нирида бора, облученных ионами бора с энергиями 92 МэВ, азота с энергией 60 МэВ, углерода с энергией 02 и 72 МэВ, неона с энергией 22 МэВ, никеля с энергией 59 МэВ, кобальтг! с энергией 64 МэВ, меди с энергией 58 МэВ и ксенона с энергией 124 МэВ.

Наиболее характерными радиационными дефектами, возникающими при высокоэнергетичной ионной имплантации, являются треки. Треки в сверпрочных полупроводниках образуются, когда электронное торможение ионов превышает некоторую критическую величину трекообразования, а скорость ионов становится сравнимой с орбитальными скоростями электронов на К-оболочках атомов матрицы. При выполнении этих условий в кильватере быстрого иона происходит кулоновский взрыв из-за ионизации глубоких электрошых оболочек атомов решетки и образование поливакансионного ядра трека. Выброшенные атомы занимают междоузельные положения вокруг этого ядра, формируя тем самым своеобразную оболочку повышенной атомной плотности. Таким образом, трек имеет своеобразную трубчатую структуру, вытянутую вдоль траектории иона. Критический минимальный диаметр трека в алмазе был установлен как 0,3 им. Критическая минимальная энергия электронного торможения, приводящая к трекообраЗованию составляет 3 кэВ/ни. Градиенты атомной плотности в треках могут быть значительны, поскольку процессы атомной диффузии подавлены в серхтвердых полупроводниках при не слишком высоких температурах. Это приводит к развитию I? области треков сильных механических напряжений, характеризующихся как неоднородным, так и квазигидростатическим компонентом.

Величина неоднородных искажений оказывается практически независящей от интенсивности торможения высокоэиергетичного иона и составляет около 1 ГПа как в алмазе, так и в кубическом нитриде бора. Квазигидростатическое давление развивающееся в ионно-легированной области определяерсп геометрическими размерами этой области и параметрами ионной имплантации и может достигать весьма высоких значений (до 25 ГПа в алмазе в области с поперечными размерами 0,5 мм на глубине 0,07 мм после внедрения ионов углерода с энергией 82 МэВ и дозой 1,2х1016 см 2).

Возникающие при торможении тяжелых быстрых ионов большие механические напряжения в решетке распространяются вглубь кристалла и могут явиться причиной возникновения дефектов на глубинах, значительно превышающих величину пробега ионов. Вполне вероятно, что образование таких дефектов будет происходить наиболее эффективно лишь в некоторых участках решетки, уже ослабленных каким-либо несовершенством, например, вблизи примесных атомов и ростовых дефектов.

Совершенно специфическим эффектом высокоэнергетичной ионной имплантации является также протекание ядерных реакций между сталкивающимися ядрами и вторичное облучение кристалла продуктами этих реакций. Этот эффект наиболее эффективен именно в сверхтвердых полупроводниках, поскольку они состоят из наиболее легких атомов и, следовательно, характеризуются наименьшими кулоновскими барьерами ядерных реакций при равных условиях' ионного облучения.

Глава Г>. Трансформация дефектной структуры в ионно-

облученном алмазе и кубическом нитриде бор&.

Изменение дефектно-примесной структуры при отжиге в ионно-имплантиропанных алмазе и кубическом нитриде бора определяется неличинами термостабильности доминирующих радиационных дефектов.

В алмазе, имплантированном разными ионами с разными энергиями, доминирующими дефектами, существенно влияющими на процесс вторичного дефектообразования при термообработке, оказываются одиночные вакансии. Подавляющее большинство известных собственных и примесных радиационных дефектов имеют особенности п

своём поведении при температуре ^ 900 К, когда происходит отжиг нейтральной вакансии (центр СШ). Это означает, что одиночные вакансии при этой температуре либо напрямую образуют (активируют) вторичные оптически активные дефекты, либо, становясь подвижными, стимулируют комплексообразование и отжиг других дефектов.

В кубическом нитриде бора ионное облучение приводит к гораздо меньшему многообразию оптически активных радиационных дефектов, по сравнению с алмазом, и поэтому характерную температуру отжига центров ИС (~ 900 К) нельзя с полной уверенностью трактовать как температуру трансформации некоторого доминирующего радиационного дефекта. Такое заключение можно сделать лишь предположительно, учитывая следующие факты. Во-первых, если центры НС действительно являются парами Френкеля, то они должны быть весьма распространенными дефектами в облученном кубическом нитриде бора. Во-вторых, релаксация при температуре ~ 900 К неоднородного искажения центров, исходно присутствовавших в образцах до облучения (СС2), предполагает отжиг на этой стадии некоторых доминирующих дефектов, деформирующих решетку во всей облученной области. В-третьих, совпадение температур отжига центров ИИ и НС в алмазе и кубическом нитриде бора, вероятно, не является случайным, а действительно есть следствие активации доминирующих дефектов в решетках обоих кристаллов.

Температура отжига (температура активации движения либо трансформации) дефекта в решетке сверхпрочного полупроводника не является строго определенной величиной. Поскольку температура отжига определяется энергией межатомного взаимодействия дефекта с атомами окружающей решетки, то она может быть заданным образом изменена путем изменения этого межатомного взаимодействия. Наиболее очевидный метод такого изменения - это модификация решетки, окружающей дефект, путем введения примесных атомов и радиационных дефектов. Эффективным в этом плане является введение атомов благородных'газов. В алмазах, имплантированных гелием или ксеноном, термостабильность оптически активных азотсодержащих дефектов (например, центр 575 нм), увеличивается более чем на 200 К, что указывает на увеличение энергии связи азота с алмазной

решеткой в результате добавления взаимодействия между атомами благородных газов и азота.

Увеличение энергии ионного облучения также может значительно увеличить термостабильность образующихся при этом дефектов. В этом случае эффект объясняется дополнительным взаимодействием имплантированной примеси со специфическими дефектами, создаваемыми высокоэнергетичными ионами. В алмазе увеличение энергии имплантации ионов азота с 80 кэВ до 60 МэВ приводит к возрастанию температуры образования азотсодержащих центров НЗ с 1100 К до 1800 К. В кубическом нитриде бора термостабильность центров ИС в области, максимума электронного торможения ионов ксенона достигает 1500 К.

Наиболее интересным следствием изменения энергии междефектного взаимодействия в ионно-облученных сверхтвердых полупроводниках является миграция примесей и дефектов вдоль треков высокоэнергетичных ионов. Примесные атомы либо дефекты, попавшие в зону треков, оказываются в существенно ином дефектном окружении по сравнению с тем, которое имеет место в обычном ионно-имплантированном слое. Будучи в центральной части трека, эти дефекты окружены большим количеством вакансий и, следовательно, энергия их связи с решеткой должна быть существенно ослабленной. При сравнительно небольшой температуре дефекты становятся подвижными в рыхлой вакансионной среде. Попадая на периферию трека, дефект оказывается окруженным сильно' сжатой решеткой, содержащей избыточное количество атомов. В этом случае дефект выталкивается из зоны повышенной плотности и, следовательно, также становится подвижным при сравнительно невысоких температурах. Миграция дефектов внутри трека наиболее наглядно была продемонстрирована на примере перераспределения в алмазе атомов гелия по трекам ионов ксенона. Выталкивание примесных дефектов из зоны треков было также показано, причем как в алмазе (уход азотсодержащих дефектов из зоны треков при отжиге в облученных медью и ксеноном образцах), так и в кубическом нитриде бора (перераспределение после отжига центров СС2).

Заключение

Представленная • в работе совокупность экспериментальных результатов показывает, что метод люминесценции является весьма информативным при исследовании ионно-имплантированного алмаза и кубического нитрида бора. Данные, полученные с применением этого метода в разных реаимах, позволяют составить довольно полную картину состояния примесно-дефектной структуры в ионно-облученном слое и понять механизмы её образования.

Процессы дефектообразования в сверхпрочных полупроводниках при имплантации ионов обычных энергий и возникающая при этом дефектная структура качественно во многом аналогичны тому, что имеет место в традиционных полупроводниках (например, в кремнии). Специфическое влияние плотной решетки сверхпрочного полупроводника (алмаза) проявляется лишь на поведении атомов благородных газов, которые теряют свою химическую инертность и ведут себя как обычные химически активные примеси.

Численное моделирование методами МО ЛКЛО атомной и электронной структуры точечных дефектов в алмазе, выполненное впервые в настоящей работе систематически на целой группе примесных и собственных дефектов, оказалось весьма эффективным средством при установлении атомной и электроной структуры дефектов различных типов, формирующих ионно-имплантированнук область.

Плодотворным, в плане исследования структуры оптическ» активных дефектов, явилось также изучение чувствительности к температуре и деформациям решетки оптических центров, связанных с точечными дефектами, и введение понятия "мягкости" оптичес^ активных дефектов. Измеряя "мягкость" дефекта, можно очень простым образом сделать предположение о вакансионной или междоузель-ной его природе.

Наиболее интересными и важными с точки зрения будупип применений ионно-имплантированных сверхпрочных полупроводнике! явились результаты по высокоэнергетичной ионной имплантации, энергетический критерий которой для алмаза и кубического нитриде бора выл установлен как 0,5 МэВ/а.е.м. Образующаяся лр1

выеокоэнергетичной ионной имплантации дефектно-примесная структура качественно отлична от той, которая образуется при имплантации ионов обычных энергий. Роль радиационных дефектов в модификации облучаемой матрицы здесь оказывается определяющей. Особенно это касается специфических радиационных дефектов выеокоэнергетичной ионной имплантации - треков. Появление треков приводит к формированию таких необычных образований в ионно-облученном слое, как области высокого давления и каналы ускоренной миграции примесей и дефектов. В противоположность случаю ионной имплантации с обычными энергиями, когда сопутствующее облученуио дефектообразование, как правило, считается паразитным эффектом, образующаяся после облучения высокоэнергетичными ионами дефектная структура, несомненно, является конструктивной физической основой разработки новых ионно-лучевых технологий полупроводниковых структур. В этой связи примесное легирование при выеокоэнергетичной ионной имплантации, вероятно, окажется лишь малой частью будущего применения этого метода.

Новые физические эффекты, возникающие в сверхпрочных полупроводниках, подвергнутых имплантации высокоэнергетичных ионов, уже сейчас позволяют предложить совершенно необычные пути создания электронных структур. Например, одним из возможных приборов будущей твердотельной микроэлектроники является транзисторная структура с размерами в несколько десятков' нанометров (см. рис.). Возможность существования такой структуры отнюдь не является Фантастической, поскольку все этапы её изготовления обоснованы действительно существующими эффектами, представленными в данной работе и известными из литературы. Предполагаемый транзистор нанометровых размеров изготавливается в кристалле сверхпрочного полупроводника и состоит из трех близко расположенных одиночных треков. Методом трековой миграции центральные части треков легируются при повышенной температуре электрически активной примесью. Если в качестве полупроводниковой матрицы выбран алмаз, то это может быть хорошо известная примесь бора, порождающая р-тип проводимости. Недавно было показано, что в диэлектрическом алмазе переход алмаз р-типа - диэлектрический алмаз обладает инжектирующими свойствами, и можно осуществить

токоперенос в диэлектрическом алмазе между двумя областями р-типа. Этот инжекционный ток управляется электродом, расположенным между областями р-типа. Структура, состоящая из трек легированных бором треков в алмазе, представляет собой миниатюрный аналог такого прибора. Алмазы, в которых может возникнуть инжекция дырок из области р-типа в диэлектрическую область, должны обладать определенным дефектно-примесным составом, причем здесь существенным является невысокое содержание примеси азота, который обычно всегда присутствует в алмазах в довольно большой концентрации. Избавиться от излишнего азота в диэлектрических промежутках между областями р-типа поможет эффект ускоренной миграции вдоль треков. Очистка алмаза от примеси азота как раз будет происходить наиболее эффективно между близко расположенными треками, где решетка находится в наиболее сжатом состоянии. Для того, чтобы легированные области с размером в несколько нанометров могли существовать достаточно долго, диффузия примеси в них должна быть чрезвычайно малой. Ясно, что ни один традиционный полупроводник здесь не может быть использован. Диффузия бора, например, в кремнии на расстоянии 10 нм при температурах ~ 800°С произойдет всего лишь за одну минуту. Это означает, что применение сверхтвердых

полупроводников, имеющих минимальные скорости диффузии примесей, при создании нанометровых структур является принципиальным.

Основные выводы

1. Показано, что люминесценция является эффективным методом исследования ионно-имплантированных алмаза и кубического нитрида бора, позволяющим получать информацию о дефектном и примесном составе, пространственной структуре, электрон-фононном взаимодействии и механических искажениях в решетке, а также электронных и структурных параметрах дефектов различных типов в облученной ионами области.

2. Введено и • обосновано феноменологическое понятие "мягкости" оптически активного дефекта, отражающее чувствительность электронной структуры этого дефекта к

температуре (температурная мягкость Бт) и механическим деформациям решетки (деформационная мягкость Бр). Экспериментально установлено, что "мягкие" дефекты, чувствительность которых к температуре и упругим напряжениям выше чувствительности идеальной решетки, являются вакансионными, а "жесткие" - междоузельными. Граничные величины Бр и Бт, разделяющие "мягкие" и "жесткие" центры в алмазе и кубическом нитриде бора, определены как: Б® = 1x10 К ,

3° = 0,4х10"',г Па"1 .

3. Экспериментально обнаружено сложное расщепление бесфононных линий оптических вакансионных центров в ионно-имплантированном алмазе при больших одноосных деформациях, которое не может быть описано в рамках линейной теории пьезоспектроскопии Каплянского-Рунсимена-Дэвиса. Предложено объяснение эффекта как проявления структурных Фазовых переходов решетки алмаза вблизи вакансий при деформациях.

4. Экспериментально исследовано поведение оптически активных центров в иочно-имплантированном алмазе, проведен численный квантово-химический расчет предполагаемых моделей соответствующих дефектов. В результате:

а) установлено, что:

- центр с бесфононной линией 575 нм обусловлен дефектом," состоящим из вакансии, связанной с ближайшим к ней междоузельным атомом азота в тетраэдрическом междоузлии по оси <100>;

- неон, ксенон, цинк, хром, серебро, таллий и цирконий являются оптически активными примесями, порождающими в видимом диапазоне центры Мессбауэровского типа, наиболее характерные из которых имеют бесфононные линии 716 нм (N0), 811,5 нм (Хе), 518 нм (2п), 741 нм (Сг), 398,5 нм (Лв), 614 нм (Т1).

б) подтверждено, что:

- центр СН1 с бесфононной линией 741 нм обусловлен нейтральной вакансией и является глубоким акцептором;

- центр с бесфононной линией 638 нм обусловлен азотсодержащим дефектом, представляющим собой одиночный замещающий атом азота, связанный с ближайшей к нему вакансией;

- центр ИЗ с бесфононной линией 503,2 нм обусловлен дефектом, состоящим из двух соседних замещающих атомов азота, связанных с двумя вакансиями в молекулярную структуру (V-N-N-V)TPAHe ;

- центр N3 с бесфононной линией 415 нм обусловлен азотсодержащим дефектом, состоящим из трех ближайших замещающих атомов азота в плоскости (111), связанных с вакансией по оси <111>;

- гелий является оптически активной примесью в алмазе, порождающей люминесцентные центры Мессбауэровского типа в спектральном диапазоне 500-580 нм;

- центры с бесфононными линиями 484 нм и 885 нм обусловлены никельсодержащими дефектами замещающего типа;

в) предположено, что:

- центр ТВ12 с бесфононной линией 470 нм обусловлен дефектом, представляющим собой двойную пару Френкеля;

- В-полоса (максимум интенсивности на длине волны 770 нм) обусловлена сложным собственным многовакансионным дефектом, в составе которого содержатся также мехдоузельные атомы углерода;

- центр Н4 с бесфононной линией 496 нм обусловлен дефектом, по атомной структуре аналогичном структуре центра ИЗ, но связанного с пластинчатым азотным кластером;

- центры с бесфононными линиями 389 нм и 441,5 нм обусловлены азотсодержащими дефектами междоузельного типа.

5. Экспериментально показано, что атомы инертных газов в решетке алмаза проявляют химическую активность наравне с атомами других элементов.

6. Впервые обнаружены и исследованы в кубическом нитриде бора оптические центры Мессбауэровского типа, в том числе и радиационного происхождения, и предложены структурные модели соответствующих дефектов:

- центр GC1 с бесфононной линией 700,6 нм порожден дефектом, включающим в свой состав вакансию азота и атом некоторой технологической примеси;

- центр GC2 с бесфононными линиями 759,3 и 765,5 нм порожден дефектом, включающим в свой состав .вакансию бора и атом некоторой технологической примеси;

центр 0С4 с бесфононной линией 854 нм порожден дефектом, включающим п спой состав вакансию бора и атом некоторой технологической примеси;

- центр К с бесфононной линией 655 нм порожден дефектом междоузельного типа, содержащим атом некоторой технологической примеси;

- центр 5 с бесфононной линией 493 нм порожден сложным дефектом, в состав которого входят примесные атомы, вакансии и неждоузлия;

- центры ПС1, ПС2, ПСЗ и НС4 с бесфононными линиями 545, 577, 642 и 668 нм соответственно порождены парами Френкеля с различным взаимным расположением вакансий и междоузельных атомов;

- центр С с бесфононной линией 591 нм порожден сложным радиационным дефектом, в состав которого входят вакансии азота.

7. Предложен и экспериментально обоснован энергетический критерий пмсокоэнергетичной ионной имплантации для алмаза и кубического нитрида бора как Е > 0,5 МэВ/а.е.м., физической основой которого является достижение и превышение скоростью иона скорости электронов на глубоких оболочках атомов мишени.

8. Экспериментально показано, что принципиальным отличием дефектной структуры п алмазе и кубическом нитриде бора, возникающей после высокоэнергетичной ионной имплантации, является пространственная неоднородность, основным проявлением которой является многослойность и наличие специфических макродефектов -треков.

9. Предположено, что трек высокоэнергетичного иона- в сверхтвердом полупроводнике представляет собой протяженный макроскопический дефект, имеющий трубчатую структуру. Центральная часть трека характеризуется большой концентрацией вакансий и имеет атомную плотность на 10-20Я; меньше, чем плотность регулярной решетки. Центральная часть трека окружена более плотной оболочкой с повышенной концентрацией междоузельных атомов.

10. Экспериментально показано, что специфическими эффектами высокоэнергетичной ионной имплантации в сверхтвердых полупроводниках, обусловленными треками, являются образование локальных областей высокого давления, быстрая миграция примесей и дефектов, каналирование части имплантируемых высокоэнергетичных ионов по трекам, а также большие неоднородные механические напряжения в решетке.

11. Обнаружено глубокое проникновение радиационных дефектов в сверхтвердых полупроводниках при высокоэнергетичном ионном облучении, происхождение которого связано с протеканием ядерных реакций в случае облучения легкими высокоэнергетичными ионами и с распространением деформационных волн в случае облучения тяжелыми ионами.

сто*

Рис. Транзистор нанометровых размеров на алмазе. Показаны три трека, легированных бором, представляющие собой области стока истока и затвора.

ТАБЛИЦА

Величина мягкости центров в алмазе и кубическом нитриде бора

Центр ! 5Р | 5т Модель соответствующего

!х1012 | х10с дефекта

Обозна -|Бесфононная линия : [Г1а-1] ! [К-Ч

чение ! нм! И , зВ 1 | 1 1

АЛМАЗ: идеальная решетка

Ей 225 5,5 0, 36 1

(ЗИ! 741 1 ,673 4,5 4,29 нейтральная вакансия

НЭ 503,2 2 ,464 4,9 1,16 УН-гУхрлнс.

Н4 496 2 ,500 4,5 0,56 УНгУтрднс. + Иа

63В 1 ,943 4,1 N7

N3 415 О ,933 3,5 Ь'.эУ

яиз 429 2,890 3,5 нейтральная вакансия

439 2 ,824 3,5 0,3 азотсодержащий дефект

539 2 ,301 3,4 0,33 азотсодержащий дефект

430 о ,884 3,3 нейтральная вакансия

490,7 2 ,527 1,6 ЫгУ

575 2 , 156 1 , 3 2,32 V + Ыт

ЗН 5 03,5 2 ,463 0,8 VC2Vтpямc.

ТИ12 470 п ,638 0,76 1,04 УССнЬУ

736 1 ,685 <0,1 кремнийсодержащий дефект

441,5 п ,809 <0, 1 междоузлие (Ю

339 3 , 187 <0,1 0,44 междоузлие (И)

511,5 п ,424 0,54 междоузельный собственный

509 п ,436 0,56 междоузельный собственный

311,5 1 ,523 3,9 ьаканс.ксенон содерж.деф.

Не 5 60(синтет.) о ,214 1 ■ 1 гелий содержащий дефект

536 2 ,313 1,53 гелий содержащий дефект

500 (природный)2 ,214 1 , 21 гелий содержащий дефект

5 56 п ¿. ,230 1, 05 гелий содержащий дефект

532 2 ,331 1, 1 гелий содержащий дефект

613 о , 023 3 таллий содержащий дефект

54 2,2 п ,287 0,2 азот, междоузлие

536 ' 2 ,313 0, 49 междоузлие

393 , 5 3 , 112 серебросодержащий дефект

43 4 2 ,562 1 дефекты, содержащие

в В 5 1 , 401 замещающие атомы никеля

54 1 2 .392 < 0,2 междоузельные никелъ-

602 о , 000 < 0 ,2 содержащпе дефекты

НС, 716 1,732 >5 неон + V

КУБИЧЕСКИЙ НИТРИД БОРП:

ОС1 7 0 0 , 6 1 ,770 1, 93 примесь + Ун

002 759 , 3 1,633 1,72 примесь + У в

СС4 854 1,452 з! 27 примесь + Уп

НС1 545 2,281 1,93 пара Френкеля

НС2 576 2,151 6,72 пара Френкеля

578 2, 146 0,72 пара Френкеля

КСЗ 623 ,7 1 , 988 2, 15 пара Френкеля

С 591 2, 099 2,9 ваканеионный кластер

к 655 1, 594 0,51 междоузельннй дефект

4 Э 3 2,515 >5,5 сложный примесный дефект

Основные публикации по теме диссертации

1. Гиппиус Я.Д., Вавилов B.C., Зайцев A.M., Ушаков В.В. Люминесцентные исследования иоино-имплантироваиных алмаза и арсенида галлия/Труды 2-го советско-американского семинара по ионной имплантации, Пущино, 1979. Изд. СО АН СССР, Новосибирск, 1979. С.11-21.

2. Зайцев A.M. Изучение ионно-имплантированных слоев алмаза методом катодолюминесценции/Краткие сообщения по Физике ФИАН. 1979. Н 12. С.12-15.

3. Зайцев A.M., Гиппиус А.А., Вавилов B.C. Люминесценция азотсодержащих примесно-дефектных комплексов в ионно-имплантированных слоях природного алмаза//ФТП, 1982. Т.16, N 3. С.397-403.

4. Gippius А.А., Vavilov V.S., Zaitaev A.M., Zhakupbekov В.S.// Physica. 1983. V.116B. P.187-192.

5. Гиппиус А.А., Зайцев A.M., Вавилов В.С.//Краткие сообщения по физике ФИАН. 1979. N 12. С.18-23.

6. Гиппиус А.А., Зайцев A.M., Копанёв В.Д.//ПТЭ. 1982, N 4. С.226-227.

7. Вариченко B.C., Добринец И.А., Дравин В.А., Зайцев A.M. Катодолюминесценция ионно-имплантированных монокристаллов оксида бериллия//ЖПС. 1989. Т.51, N 2. С.218-224.

8. Вавилов B.C., Гиппиус А.А., Зайцев A.M., Спицын Б.В. и др. Исследование катодолюминесценции эпитаксиальных пленок алмаза//ФТП. 1980. Т.14, N 9. С.1811-1814.

9 . Гиппиус А.А., Зайцев A.M., Вавилов B.C. Катодолюминесценция алмаза, связанная с дефектами и примесями, вводимыми при ионной имплантации/Труды Междунар. конференции по радиац. эффектам в полупроводниках и родственных материалах. Тбилиси. 1979. С.419-423.

10. Гиппиус А.А., Зайцев A.M., Вавилов B.C. Образование, отжиг и взаимодействие дефектов в ионно-ииплантированных слоях природного алмаза//ФТП. 1982. Т.16, N 3. С.404-411.

11. Varichenko V.S., Zaitsev A.M., Melnikov A.A., StelmachV.F. Luminescence of diamond implanted with high energy carbon ions//Int. Conf. Energy Pulse and Particle Beam Modification of Materiazla, Dresden, GDH. 1987. P.566-568.

12. Вариченко B.C., Дидык А.Ю., Зайцев A.M., Кузнецов Б.И. и др. Дефектообразование в алмазе при высокоэнергетичной ионной имплантации//Препринт ОИЯИ Р14-88-44. Дубна. 1988. 12 с.

13. Зайцев A.M., Гиппиус А.А., Вавилов B.C. Подпороговое дефектообразование в природном алмазе//Письма в ЖЭТФ. 1980. Т.31, N 3. С.181-184.

14. Gippius А.А., Zaitsev A.M., VavilovV.S. Subthrehold defect formation in natural diamond//Mater. II Int. Conf. on Defects and Rad. Effects in Semiconductors. Iapan, Kyoto. 1980. P.121-125.

15. Зайцев A.M., Ульяшин А.Г., Хусейн Али Hyp. Оптический центр с бесфононной линией 575 нм в алмазе//Сверхтвердые материалы. 1991. N 1. С.18-24.

16. Denisenko A.V., Varichenko V.S., Zaitsev A.M., Filipp A.R., Laptev V.A., Martynov S.A., Varnin V.P., Teremetskaja I.G. Spectroscopic study; of diamond epitaxial film3//Materials of the First Int. Seminar on Diamond Films. Ulan-Ude, June 30 -July 6, 1991. P.8-9.

17. Зайцев A.M., Вавилов B.C., Гиппиус А.А. Катодолюминесценция алмаза, связанная с примесью крем1;ня//Краткие сообщения по Физике. ФИАН. 1981. N10. С.5-9.

18. Вавилов B.C., Гиппиус А.А., Дравин В.А., Зайцев A.M., Жакупбеков Б.С. Катодолюминесценция природного алмаза, связанная с имплантированными примесями//ФТП. 1982. Т.16, N11. С.1996-2000.

19. Ткачев В.Д., Зайцев A.M., Ткачев В.В. Оптическая активность инертных газов в алмазе и эффект "давления матрицы" при ионной имплантации в полупроводниковые кристаллы//Материалы 7-й Всесоюзн. конф. "Взаимодействие атомных частиц с тверды+м телом". Изд. МРТИ. Минск. 1982. с.7-8.

20. Tkachev V.D., Zaitsev A.M. , Tkachev V.V. Chemical Activity,, of Noble Gases in Diamond//Phys.Stat.Solidi (Ъ). 1985. V.129. P.129-133.

21. Ткачев В.Д., Зайцев A.M., Ткачев В.В. Эффект "давления матрицы" и оптическая активность инертных газов в алмазе// ДАН БССР. 1985. Т.29, N5. С.

22. Ткачев В.Д., Зайцев A.M., Ткачев В.В. Химическая активность атомов инертных газов в алмазе и эффект "давления матрицы"// ФТП. 1985. Т.19, N 5. С.

23. Tkachev В.D., Zaitsev A.M., Tkachev V.V. Some behaviour percularities of helium and neon atoms in ion implanted diamond//Materials of Working Meeting on Ion Implantation in Semiconductors and Other Materials and Ion Beam Devices. Dalatonaliga. Hungary. 1985. P.87-88.

24. Ткачев В.Д., Шипило В.Б., Зайцев A.M. Катодолюминесценция кубического нитрида бора//ФТП. 1985. Т.19, N5. С.795-798.

25. Tkachev V.D. , Shipilo V.D. and Zaitsev A.M. Cathodoluminescence of Cubic Boron-Nitride: Moasbauer-Type Spectra//Phya.Stat.Solidi(b). 1985. V.127. P.K65-K67.

26. Ткачев В.Д..Шипило В.Б., Зайцев A.M. Оптический аналог эффекта Мессбауэра в кубическом нитриде бора//ДАН БССР. 1985. N4. С.27-30.

27. Зайцев A.M., Мельников А.А., Стельмах В.Ф. Катодолюминесценция радиационных дефектов в кубическом нитриде бора// ФТП. 1987. Т.21, N6. С.1101-1105.

28. Zaitaev A.M., Melnikov А.А., Shipilo V.В., Shishonok Е.М. Cathodoluminescence of Electron Irradiated Cubic: Boron Nitride//Phys.Stat.Solidi(a). 1986. V.94. P.K125-K127.

29. Zaitsev A.M., Melnikov A.A., Stelmakh V.F. Radiation defects in ion-implanted cubic boron nitride//Materiala of Working Meeting on Ion Implanted in Semiconductors and Other Materials and Ion beam Devices. Balatonaliga, Hungary. 1985. P.96-97.

30. Зайцев A.M., Мельников A.A., Дравин В.А., Стельмах В.Ф. Катодолюминесценция ионно-имплантированного кубического нитрида бора//Сверхтвердые материалы. 1989. N2. С.12-19.

31. Мельников А.А., Зайцев A.M. Катодолюминесценция кубического нитрида бора, облученного ионами никеля//Материалы III Всесоюзного совещания по физике и технологии широкозонных полупроводников. Махачкала. 1986. С.85-86.

32. Shipilo V.B., Zaitaev A.M., Shishonok Е.М., Melnikov А.А. Cathodoluminescence of anneald cubic boron nitride//Phys. Stat. Solidi (a). 1986. V.95. P.K29-K33.

33. Filipp A.R., Tkachev V.V., Varichenko V.S., Zaitsev A.M., Chelyadinskii A.H., Kluev Yn.A. Diffusion of implanted Nickel in Diamond//Diam. and He1. Mat. 1992. V.l. p. 271.

34. Zaitsev A.M. High Energy Ion Implantation into Diamond and Cubic Boron Nitride//Mat. Sci. and Eng. 1992. Bll. p. 179.

35. Зайцев A.M. Высокоэнергетичная ионная имплантация в полупроводники//Поверхность. 1991. N 10. С.5-26.

36. Зайцев A.M. Ионная имплантация в полупроводники со сверхпрочной ковалентной связью/В кн. "Алмаз в электронной технике", под ред.Б.Б.Кваскова. М.: Энергоатомиздат. 1990. С.211-227.

37. Шипило В.Б., Шишопок Е.М. , Зайцев A.M., Мельников А.А., Олехнович А.И. Влияние барической обработки на спектры катод»люминесценции сфалеритного нитрида бора//ЖПС. 1988. Т.49, N3. С.448-454.

30. Shlpilo V.B., Shishonok E.H., Zaitsev A.M., Melnikov A.A., Olechnovich A.I. Influence of high pressure on cathodo-luminescence of cubic boron nitride//Phys. Stat. Solidi(a). 1988. V.108, N 1. P.431-436.

39. Вариченко B.C., Дидык А.Ю., Зайцев A.M., Кузнецов В.И., Скуратов В.А., Стельмах В.Ф., Шестаков В.Д. Влияние высоко-энергетичного ионного облучения на люминесцентные свойства алмаза/Сообщения ОИЯИ. 1986. N 14-86-411. 7 с.

40. Komarov F.F. , Burenkov A.F. , Konoplyanik G.G., Varichenko

V.S., Zaitsev A.M., Kozyuchits N.M., Karpovich V.V. Interaction of high-energy ion beams with crystals//Nucl.Instr. and Meth. in Phya.Ees. 1990. V.B48. P.439-443.

41. Мельников А.А., Зайцев A.M., Шилов А.Я., Курганский В.И., Вариченко B.C., Стельмах В.Ф. Полупроводниковые структуры р-типа на природном алмазе//В кн.:Алмаз в электронной технике. М. Энергоатомиздат. 1990. С.228-238.

42. Burenkov A.F., Varlchenko V.S., Zaitsev A.M., Komarov F.F. et. al. Depth Distribution of defect3 and Impurities in Diamond and Cubie Boron Nitride after High Energy Ion

Implantation//Phys.Stat.Solidi(a). 1989. V.115. P.427.

*

43. Zaitsev A.M., Varichenko V.S., Melnikov A.A., Stelmakch V.F. Luminescence of cubic boron-nitride implanted with high energy ions//Material of Int. Conf. "Energy Pulse and Particle Beam Modification of Materials". 1987. Dresden. P.563-565.

44. Varichenko V.S., Zaitsev A.M., Stelmakh V.'F. Spatial, distribution of impurities and defects introduced in diamond by high energy ion implantation//Phys. Stat. Solidi (a) .1986. V.95. P.K123-K127.

45. Zaitsev A.M., Varichenko V.S., Stelmakh V.F. Defect production in diamond by high energy ion implantation/ Materials of Working Meeting on Ion Implantation in Semiconductors and other Materials and Ion Beam Devices. Balatonaliga, Hungary. 1985. P.98-99.

46. Вариченко B.C., Воробьев Е.Д., Зайцев A.M., Лаптев В.A., Самойлович М.И., Скуратов В.А., Стельмах В.Ф. Дефекто-образование в синтетическом алмазе при высокоэнергетичной ионной имплантации//ФТП. 1987. Т.21, N 6. Р.1095-1100. •

47. Erchak D.P., Gelfand R.B., Zaitsev A.M., Penina N.M., Stelmakh V.F., Tolstych V.P., Ulijashin A.G., Varichenko V.S. Point paramagnetic defects in diamond irradiated with high energy ion3//Fhys. Stat. Solidi (a). 1990. V.121. P.C3-72.

48. Вариченко B.C., Дидык А.Ю. , Зайцев A.M., Кузнецов В.И., Кулаков В.М., Мельников А.А., Плотникова С.П., Скуратов В.А., Стельмах В.Ф., Шестаков В.Д. //Сверхтвердые материалы. 1989. N 4. С.5-12.

49. Вариченко B.C., Воробьев К. Д., Зайцев A.M., Мельников А.А., Николаенко В.А., Оганесян Ю.Ц., Стельмах В.Ф. Способ обработки твердотельных оптических излучателей//А.С. СССР. 1937. N1340479.

50. Вариченко B.C., Зайцев A.M., Мельников А.а., Стельмах В.Ф. Области высоких давлений в сверхтвердых материалах, имплантированных ионами высоких энергий//Сверхтвердые материалы. 1989. N1. С.3-8.

51. Вариченко B.C., Зайцев A.M., Стельмах В.Ф., Ткачев В.Д., Челядинский F.H. Камера высокого давления и способ её изготовления/А.с. СССР N 1391696.

52. Nikolaenko V.A., Gordeev V.G., Zaltsev A.M. Bombardment of diamond with carbon ions//Rad. Effects. 1984. V.83. P.11-16.

53. Вариченко B.C., Гордеев В.Г., Зайцев A.M., Николаенко В.A., Стельмах В.Ф. Способ получения легированного азотом алмаза// А.с. СССР. N 1483839. 1989.

»

54. Шипило В.Б., Шишонок Е.М., Зайцев A.M., Мельников А.А. Влияние высоких давлений на спектры катодолюминесценции кубического нитрида бора/ В сб. "Обработка материалов при высоких давлениях". Киев: ИПМ АН УССР. 1987. С.45-48.

55. Varichenko V.S., Zaitsev A.M., Stelmakh V.F. Luminescence in natural Ha diamond implanted with nitrogen ions//Phys. Stat. Solidi (a). 1986. V.95. P.K25-K28.

56. Вариченко B.C., Воробьев Е.Д., Лаптев В.A., Самойлович М.И., Скуратов В.А., Стельмах В.Ф. Дефектообразование в синтетическом алмазе при высокоэнергетичной ионной имплантаци/Препринт ОИЯИ. N 14-85-893. 1986. 12 с.

57. Дидык А.ГО., Зайцев A.M., Карамян С.А. Воздействие быстрых ионов Аг и Хе на монокристалл алмаза//Краткие сообщения ОИЯИ N 4 [37]-89. С.44-49.

58. Вариченко B.C., Дидык А.Ю., Зайцев Д.М., Мельников А.А., Скуратов В.А., Стельмах В.Ф., Шестаков В.Д., Ткачев В.В. Способ легирования твердых тел/А.с. СССР. N 1603858. 1990.

59. Zaitsev A.M. Melnikov А. А., Varichenko V.S., Stelmakh V.F., Fahrner W.H., Burchdrd В., Fink D., te Kaat E.H. High energy ion implantation in superhard semiconductors - new ways of development of superdence electronics//Report on workshop on ion beam applications. HMI Berlin. 17 February 1992.

60. Denisenko A.V., Melnikov A.A., Zaitsev A.M., Kurganskil V.I., Shilov A.J., Gorban Ju.F., Varichenko V.S. P-type semiconducting structures in diamond implanted with boron lon3//Mater. Sci. and EngeneeriiiB, Bll. 1992, 273-277.

Подписано к печати 17.11.1992.__Заказ 724_

Тирах 100 экз. Формат 60x84/16. Объем печ. листов_Л

Бумага II 1.

Отпечатано на ротапринте БГУ. Минск, 220050, ул, Бобруйская, 7.