Метастабильность оптической поляризации ядерных моментов в легированном кремнии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НШ ФИЗИКО-ТЮСНИЧЬШЙ ИНСТИТУТ им. Л. Ф. ИОФФЕ

на правах рукописи

ПОЛОВЦЕВ ИГОРЬ СВЯТОСЛАВОВИЧ

УДК 539.2 : 548.4

МЕГАСТАВЙЛЬНОСТЬ ОПГГИЧЭСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЯДЕРНЫХ МОМЕНТОВ В ЛЕГИРОВАННОМ КРЕМНИИ

(специальность 01.04.10 - физика полупрокодников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в визико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

ьедущий научный сотрудник оаграев Н.Г.

Официальные оппонента:

доктор физико-математических ваук Титков " .Н. кандидат физико-математических наук Ильин В.А.

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный технический университет.

Защита^оиссертации состоится «/У » 199^.

в^_час.на заседании специализированного совета К 003.23.02

по защите диссертаций ва соискание ученой степени кандидата физико- математических ваук при Физико-техническом институте им.А.О.Ис^фэ по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул, 26.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института.

Автореферат разослав

Учений секретарь совета К. Ср. N. Н.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Методика оптической поляризации ядерных моментов (ОПЯ) позволяет изучать динамическую поляризацию ядер и ядерную спин-релеточную релаксацию в полупроводниках при оптической накачке в широком диапазоне магнитных полей. Исследования образцов монокристалляческого крамния показали, что неравновесные по сшшу свободные электроны ыв дают заметного вклада в ОПЯ. В ходе оптической нгшчки сначала в результате сверхтонкого взаимодействия с оптически ориентированными электронами, захваченными на пркмоспыо центры в кремнии, поляризуются окружающие дефект ядра Затем поляризация

распространяется на весь объем кристалла за счет ядерной спиновой диффузии, время которой зависит от концентрации парамагнитных дефектов и достигает в слаболегированных монокристаллах кремния десятков часов. Поэтому изучение СЕзрхте того взаимодействия ядер решетки с электронами, локализованными на примесных центрах, долговременных процессов спин-решеточной релаксации ядер решетки в условиях ядерной спиновой диффузии даёт возможность исследовать свойства точечных дефектов с мелкими и глубокими уровнями.

В свою очередь,било обнаружено, что при изменении спинового или зарядового состояния глубокие примесные дефекты в полупроводниках тунпелируют в решетка мезду положениями, характеризующимися различной симметрией. Вероятность тугашхлровашя цэнчра, определяемая величиной энергетического барьера между зарядовыми состояниями, шкет быть мала, что приводит к долговременному характеру процессов перезарядки точечных дефектов и проявляется в мвтастабшьном поведении электрофизических. и оптических свойств легирования, полупроводниковых кристаллов. Кроме того, метастабильнш мохэт быть зарядовое состотше глубокого центра, возникающее в результате оптической перезарядки и не исчезающее после выключения света накачки, что индуцирует допол1штельную проводимость на постоянном токе (регзШег^ проводимость) и изменение времени жизни неравновесных носителей. Поэтому в ходе оптической накачки монохроматическим светом можно стимулировать как метастсЗилъноэ. гашение, так и регенерацию парамагнитных

состояний дефекта.

Таким .образом, методику ОПЯ целесообразно использовать для изучения долговременных процессов перезарядки парамагнитных состояний примесных центрор которые могут оказывать существенное влияние на распространение поляризации ядер в решетке кристалла, поскольку время перезарядки глубокого дефекта часто сравнимо со временем ядерной спиновой диффузии.

Кроме примесей и других точечных дефектов, ОПЯ позволяет исследовать протяженные дефекты, такие как квазиодномершэ цепочки дислокационных оборванных связей (ДОС), возникающие в пластически деформированном кремнии. В процессе исследования образцов пластически деформированного кремния методом ЭПР возник вопрос о сооотношении реконструированных н переконструированных цепочек ДОС, формируемых в различных условиях пластической деформации и последуюрего термического отжига. Данная поблема также может быть решена с помощью методики ОПЯ, позволяющей исследовать ядерную сшш-рвшегочную релаксацию в _ широком диапазоне магнитных полей как при оптическом облучении пластически деформированных монокристаллов кремния, тше и после выключения вета накачки.

Кроме того, методика ОПЯ позволяет исследовать процессы распада твердых растворов, кластеризации и распределение дефектов в объеме кристалла, что мокет бить использовано для контроля за образованием геттерируюцих микродефектов, ответственных за возникно&эние мелких и глубоких точечных центров при различных условиях термообработки монокристаллов кремния.

На основании вышеизложенного может быть сформулирована цель настоящей работы, которая состояла в изучении с помощью методики оптической поляризр'тии ядерных моментов (ОПЯ) долговременных спин-зависимых процессов перезарядки метастабильных глубоких дефектов, а такие - идентификации моделей точечных и кваэиодноыйрных дефектов, индуцированных в ходе процессов пластической деформация и термообработки мон&кристаллов кремния.

В задачи нестоящей работы входило изучение следующих вопросов:

- исследование кинетики долговременных спин-зависимых процессов перезарядки метастабильных глубоких дефектов в кремнии с

помощью методик ОПЯ, фото-ЭПР и фотопроводимости в условиях предварительной монохроматической накачки.

- идентификации моделей метастабильных глубоких примесных центров в кремнии: двойного акцептора цинка, двойного донора марганца и амдотерных дефектов железа и золота.

определенно ' соотношения реконструированных и нероконструировашшх цепочек ДОС в пластически деформированном кремнии па основании данных исследования ядерной сшш-решэточной релаксации в условиях ядерной спиновой диффузии.

- исследование возмохностой использования методики ОПЯ для контроля образовчния точечных и микродефектов на различных стадиях трехступенчатого генерирования монокристаллического кремния.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые исследована кинетика долговременных спин-зависюих процессов с помощью методик оптической поляризация ядерных моментов (ОПЯ), фото-ЭПР, в такнэ - изменений фотопроводимости и рега1э1еп1 проводимости в условиях предварительной монохроматической накачка в легированных монокристаллах кремния.

- последования ОПЯ, фото-ЭПР и фотопроводимости в условиях анизотропного аффекта Штарка, индуцированного внешним электрическим полем, позволили определить симметрию различных зарядовых состояний метастабильных глубоких примесных центров в кремнии: двойного акцептора цинка, двойного донора марганца и вмфотерных дефектов келеза ы золота.

- на основании данных исследования ядерной сшш-рететочноя релаксации в пластически деформированных монокристаллах кремния установлено, что нереконструированию квазиодномерные цепочки дислокационных оборванных связей (ДОС) существуют кшс в отсутствие светового облучения, так и при оптической накачке.

- методика ОШ сделала возможным контроль процессов образования точечных дефектов и микродофектов на различных стадиях трехступенчатого генерирования монокристаллов кремния.

Защищаемый положения.

I. Обнаружен" зф|<Гкт Аномального исчезновения оптической

поляризации ядерных моментов (ОПЯ) при длительной оптической накачке монокристаллов кремния с глубокими дефектами, который сопровождается резким возрастанием времени спин-рошеточной релаксации. Показано, чтб подобное поведение ОПЯ и ядерной спин-решеточной релаксации обусловлена фотодиссоциациой одно лектронных парамапштннх состояний глубоких дефектов, тупнвлируювда при перезарядке между позициями различной симметрии ь решетке кремния.

2. Результаты исследований тушения и регенерации ОПЯ, фото-ЭПР и фотопроводимости, а также возникновения и исчезновения регв^егй проводимости свидетельствуют о том, что в ходе долговременной оптической перезарядки глубокие дефекты туннелируют в решение кремния глевду положениями, характеризующимися различной' симметрией (С3у- С2у- В2(1). Бри этом, симметрия зарядовых состояний может изменяться в условиях анизотропного линейного и квадратичного аффекта Штарка, индуцированного внешним электрическим полем.

3. Данные изучения фотопроводимости в условиях предварительной накачки монохроматическим светом показывают, что наличие кремния в твердых растворах 311_хСех приводит к ослаблению метастабдилных свойств ' изолированных глубоких дефектов, которое стимулируется увеличением властичности решетки кремния.

4. В результате исследования ядерной спин-решеточной релаксации в пластически деформированном кремнии, обнаружено, что переконструированные квазиодаомеряые цепочки дислокационных оборва пых связей (ДОС) существуют как в отсутствие светового облучения, так и при оптической накатав.

5. Но данным ОПЯ установлено, что увеличение толщины окисла, снижение температуры диффузии легирующей примеси и оптимизация интервала температур в цикле трехступенчатого генерирования приводят, при сохранении эффективности генерирования, к уменьшению концентрации мелких и глубоких точечных дефектов, индуцированных геттерирупцими микродефэктами.

Достоверность полученных результатов подтверждается их воспроизводимостью при исследовании большого количества образцов, а тглив - хорошим соответствием мэаду данными, полученными с

помощью различных современных экспериментальных методик.

Научная и практическая значимость работы определяете., примэнёшём мотодики оптической поляризации ядерных момонтов (ОПЯ) совместно с фото-ЭПР, фотопроводимостью и persistent проводимостью . ,ля изучения долговромотшх спил-завискмнх процессов в лвпровашом 1фемшга и заключается в опредологап: симметрии зарядовых состояний глубоких дефектов, а такяэ для контроля за образованием молюа и глубоких точеч1шх дефектов на различных стадиях трохступончатого гсттерирования.

Апробация результатов работы. Результата проведенных исследования докладывались на" "Всесоюзной конференции по физико-имичоскш осповам логировшшя полупроводниковых материалов" (Москва, 1933), "Всесошной научной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках" (Ташкент, 1Э89), "V Всесоюзном совеща-яи по материаловедению и физико - химическим осповам получения лепфовашшх монокристаллов кремния" (Москва, 1990), "Национальной конференции по дефектам в полупроводниках" (Салкг-Пето^.бург, 1992), а также - на 15- ой и 16 - o.t Международных конференциях по дефектам в полупроводниках (Будапешт - 1988 (Венгрия), Беслехем - 1991 (США)).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав ~ заключения. Натериал изложен на 231 страницах машинописного текста, включает 82 рисунка, и список литературы из 102 наименований.

В первой главе на основе рассмотрения механизма возникновения оптической поляризации ядерных моментов (ОПЯ) показано, что, регистрируя ОПЯ с помощью классического Я MP, могаю изучать свойства примесей, структурных точечных и квазкодноморних дефектов. В §1 продемонстрировано, что поляризация ядор!шх моментов может быть достигнута путем насыщения электронно-ядерных flip-flop (эффект Оверхаузера) и llip-xilp переходов (solid -эффект). Описаны способы создания неравновесной поляризации электронов в ходе оптической накачки: I) циркулярно поляризованным светом а продольном магнитном поло; 2 Деполяризованным светом (оптический аналог эффокта Оверхаузера). В §2 показано, что сгопень поляризации свободой« и связагашх 'электронов определяется свойствами полупроводника:

величиной спин-орбитального расщепления в валентной зоне, спин-фоношшм взаимодействием в зоне проводимости, а также -шириной спектра и интенсивностью света накачки. Рассмотрен процесс возникновения поляризации магнитных изотопов ядер решетки кристалла в ходе сверхтонкого взаимодействия с поляризованными электронами, захваченными на примесные центры (§3). Отмечено, что свободные электроны не дают заметного вклада в ОЛЯ. Показано, что направление ядерной намагниченности определяется вкладом в ОПЯ диполь-дипольной и контактной составляющих сверхтонкого взаимодействия. При этом, доминирующий! вид сверхтонкого взаимодействия определяется степенью локализации волновой функции епектрона на примесном центре. ,В кристалле, содержащем мелкие донорше примеси, ОПЯ обусловлена копхактным сверхтонким взаимодействием, в то время как' глубокие дефекты ответственны за поляризацию ядер решетки, возникающую при дипль-диполыюм ;заимодействии. На весь объем кристалла ядерная намагниченность распространяется за счет ядерной спиновой диффузии (§4). Отмечено, что время ядергой спин-решеточной релаксации зависит от концентрации примесных центров, ответственных за ОПЯ. В §5 показано, что из кинетики поведения степени поляризации РПШ со временем оптической накачки можно получить зависимости РП(1СВ -интенсивность света накачки); Т1(1св), Р(Н0), ^(Н0), которые дают информацию о степени компенсации образца, энергии ионизации и концентрации примесных центров.

В §6 обсуждаются метастабильные свойства глубоких центров. Рассмотрены глубокие дефекты с различной степенью компенсации кулоновскего отталкивания низкосимметричными искажениями решетки, которые описываются в рамках модели глубокого дефекта с немонотонной зависимостью константы злектрон-колебагельного взаимодействия (ЭКВ) от числа электронов на центре. В ходе оптической накачки монохроматическим примесным сватом можно стимулировать как возникновение, так и последущую диссоциацию метастаоильного двухвлектронного состойся глубокого дефекта, сопровождающиеся соответствующим изменением концентрации одноэлектронного парамагнитного состояния, ответственного за ОПЯ. Сделан вывод о целесообразности использования методики ОПЯ, совместно с фото-ЭПР и фотопроводимостью для исследования

метастабилышх дефектов в кремнии в условиях разутых длин воли и времен предварительной монохроматической оптической накачки.

В §7 рассмотрены возмокности методики ОПЯ по изучении квазиодномерних цепочек дислокационных оборванных связей (ДОС) в пластически деформированном кремнии. Показано, что методика ОПЯ путем сравнения ьремэн ядерной спин-решеточной релаксации как при оптической накачке (Т^), так и по^ле ее выключения (Т|), может ответить на вопрос о соотношении нереконструированных цепочек ДОС непосредственно в ходе пластической деформации.

в §8 обсуждаются возможности методики ОПЯ по изучению распада твердых растворов, кластеризации и распределения дефектов в объеме кристалла. Сделан вывод о том, что с помощью заьисимостей Рп(I), Т1 (Н0), РШ(Н0) можно определять размеры и конгэнтрацшо геттерируодих микродофектов и индуцированных ими точечных мелких и глубоких центров на различных стадиях трехступенчатого генерирования.

В заключении главы сформулированы цель и задачи настоящей работы.

Во второй главе содеркитса описание экспериментальных метода ОПЯ (§1), фото-ЭПР (§2) и фотопроводимости (53). Кроме того, приведены характеристики образцов кремния, легированных глубокими примесяш золота, келеза, цинка и марганца в ходе высокотемпературной диффузии (§4). Приведена схема установи! для оптической накачки образцов как циркулярно поляризованным, так и неполяризованным светом. ОПЯ регистрировалась по усилению сигнала ЯМР с помощью радиоспектрометра со скрещенными кэтушками методом быстрого адиабатического прохождения . Описаны установки длЛ осуществления предварительной монохроматической на..ачки при исследовании образцов методами ОПЯ, фото-ЭПР и фотопроводимости.

В экспериментах по ОПЯ для каждого значения величины магнитного поля (Н0), длины волны и длительности предварительной оптической накачки строилась зависимость Рп от времени оптической накачки (1:), из которой определялись Р^ и Т[р а такко зависимость Р^ Г(Н0), Т,- Г(Н0), Р^» Г(1п») и Т,- 1(Ьу) (где Пу - энергия монохроматического света предварительной оптической накачки). Кроме того, определялись зависимости величины сигнала ЭПР параматгшого примесного центра, фотопроводимости и

оптически индуцированной проводимости при постоянном напряжении, сохраняющейся длительное время после выключения света накачки (persistent проводимость) от времени и анергии света предварительной монохроматической накачки.

В третьей главе приведены результаты изучения с помощью методика ОПЯ долговременных реакций перезарядки глубоких дефектов железа, золота и цинка в кремнии.

При исследовании образцов Si<Au> (§1) было обнарукено, что величина Рп зависит от длины волны света накачки. Оптическая накачка циркулярно поляризованным светом с широким спектром стимулировала эффект аномального уменьшения Рп с увеличением времени облучения образца, тогда как при облучении кристалла мехзонным циркулярно поляризованным светом увеличение Рп со временем накачки описывалось экспоненциальной зависимостью Рц <* Pm(1 - exp(t/T1)). При исследовании кинетики изменения Рп в условиях предварительного монохроматического облучения примесным светом обнаружены спектральные интервалы света накачки, приводящие к уменьшению Рд со временем облучения и одновременно к росту Tj. Кроме того, существуют спектральные интервалы света накачки, которые стимулируют последующее восстановление Рц и Tj. Полученные результаты ооьясняются в рамках модели глубокого дефекта с немонотонной зависимостью константы ЭКВ от числа электронов на центре, согласно которой предварительная оптическая накачка светом с hy = Ij (где Ij- энергия одноэлэктронной ионизации центра) стимулирует процесс:

D° + bvd. ) D+ + е _ .

1 ■ 2D° + livCT. ) D+ + D~ (1 )

D + 2e 1

ответственный за ^ассоциацию парамагнитного одноэлектронного состояния D°(Au)° (D+ - пустое, D~ - двухэлектронное состояния), что проявляется в увеличении времени спин-решеточной релаксации Tj. Возникающее двухэлектронное парамагнитное состояние приводит к уменьшению Рш 3î, счет резкого снижения времени жизни фотовозбувденшх электронов вследствие фотоиндуцированной ©же -рекомбинации. Последующая оптическая накачка светом с to> = Eg -Ij стимулирует обратный процесс:

В4" + - -» 0° + ь 0" + л -» в0

В+ В" + Ь>(Ев -!,)■♦ 2В°,(2)

в ходе которого восстанавливается концентрации одноэлектронного парамагнитного состояния, что проявляется в уменьшении Т^ синхронно о ростом Рш.

В §2 аналогичные процессы исследовались в кремнии, легированном железом. Обнаружен аффект аномального уменьшения Рш со временем опгической накачки светом с широким спектром. Кроме того, обнаружены спектральные интервалы света предварительной монохрсматичосксй некачки, в условиях которой стимулировалось как тушение, так и последующая регенерация сигнала ЭПР парамагнитного состояния Ре°, также объясняемые в рамках вышеописанных процессов (I) и (¡3).

При исследовании образцов 31<йг> (83) обнаружено, что оптическая поляризация ядер 2931 в слабых магнитных полях обусловлена сверхтонким диполь-дишльным взаимодействием о однокрг.тно заряженными глубокими центрами цинка, тогда как в сильных магнитных полях определяющий вклад в 0Ш дает контактное взаимодействие магнитных изотопов решетки кристалла с мелкими донорами фэсфера. Кроме того, в слабых магнитных полях обнаружено аномальное уменьшение Рд с увеличением времени оптической накачки, которое также связано с вышеописанной фотодиссоциацией парамагнитного состояния глубокого центра цинка (I).

В заключении главы сделан вывод о том, что для уточнения симметрии поз1Щий зарядовых состояний глубоких дефектов необходимо доплнительно использовать другие методики, например, фотопроводимость, в условиях различных длин волн и времен предварительной монохроматической накачки, а также - варьирования величиной внешнего анизотропного электрического поля.

В четвертой главе с помощью метода фотопроводимости в условиях внешнего электрического поля, ориентированного вдоль кристаллографических осей, решалась задача определения месторасположения и соответствующей симметрии зарядовых состояний примесных глубоких центров в решетке крэмлия ($1). Исследовалось влияние длины волны сьсга предварительной монохроматической накачки на спектры фотопроводимости и Еэлэткяу регз^еги

проводимости.

В кремнии, легированном марганцем (£3), гшком (§2) и келезоы (§4), обнаружены спектральные интервалы предварительной монохроматической накачки, стимулирующей процесс фотодиссоциации парамагнитного одноэлектронного сотоякия (hv = Ij ) (I ), который приводит к возникновению метастабкльного состояния, уменьшающего время жизни неравновесных носителей, что проявляется в тушении фотопроводимости и возникновении отрицательной persistent проводимости. Кроме того, при исследовании центров железа в кремнии обнаружен дополнительный канал тушения фотопроводимости, связанный с тем, что вследствие компенсации кулоновского отталкивания низкосимметричными искажениями решетки уровень коррелированного электрона амфотэрного дефекта формируется из волновых функций L - долины зоны проводимости и лежит выше X -минимума (в зоне проводимости). В этих условиях становится возможным фотостиыулированный захват электрона на одноэлектронное состояние с образованием мэтастабильногс двухэлектронного состояния:

D0 +■ hv(-/0) + е -» D~ , (3)

что также приводит к возникновению отрицательной persistent проводимости и тушению фотопроводимости. Последувдее облучение образца светом о энергией hv = (12 - энергия двухэлектронной ионизации дефекта) стимулировало двухалектронную фотодисоциацшо глубокого центра , проявляодуюся в регенерации сигнала фотопроводимости и исчезновении отрицательной persistent проводимости. Регенерация фотопроводимости наблюдалась также при последующей оптической накачке светом с hv » Е^ - ïj, стимулируюцей восстановление концентрации парамагнитного одноэлектронного состояния (см.процесс (2)).

Следует отметить, что спектральные интервалы тушения и регенерации фотопроводимости коррелировали с вышеописанными процессами, наблюдавшимися с помощью методик ОПЯ и ЭПР.

Обнаружено, что одноэлектронное парамагнитное состояние центра цинка нестабильно в решетке кремния и может давать вклад в фотопроводимость только после предварительной оптической накачки светом о энергией hv - Eg - Ij (2). Подобное поведение дефекта цинка обусловлено negative - U свойствами д фекта, вследствие

чего Zn~ - состояние спонтанно диссоциирует на пустое и двухэлектронное соотояния.

На основании рассмотрения модели глубокого дефекта с немонотонной зависимостью константы ЭКВ от числа электронов на центре показано, что индуцированные внешним электрическим полем линейный и квадратичный эффекты Итарка приводят к изменению позиций зарядовых состояний глубокого центра в решетке кремния (без изменения холловских энергий), что проявлялось в экспериментах ло исследованию кинетики процессов оптической перезарядки примесных центров цинка, железа и марганца в кремнии. В условиях анизотропного внешнего электрического . поля, направленного вдоль оси till], наблюдалось изменение энергетических интервалов тушения и регенерации фотопроводимости: области тушения трансформировались в области регенерации и наоборот. На основе данных по изменению энергии оптической и термической перезарядки, полученных как в анизотропном электрическом поле, так и в его отсутствие(данные ОПЯ, фото-ЭПР), построены объемные схемы адиабатических потенциалов зарядовых состояний центров золота, данка и марганца. ' Это позволило определить положенно зарядовых состояний амфотерных дефектов, двойных доноров и акцепторов в решетке кремния: двухэлектронные состояния в отсутствие ■ электрического поля удовлетворяют C3v -симметрии, тогда как одно электронное и пустое характеризуются С2~7 и D2d~ симметрией, соответственно. Установлено, что в случае двойных доноров и акцепторов волновые функции фонового и коррелированного электрона формируются из резных долин зоны проводимости.

Исследования формы спектральной зависимости тушения и регенерации фотопроводимости в Sl<Fe> р-тша показывает, что она монет существенно изменяться вследствие фотостимулированного пиннинга уровня Ферми б$лизи поверхности кристалла.

На основе исследования образцов Sl^Ge^,, легированных цинком и марганцем (55), продемонстрировано, что вероятность перезарядки глубокого дефекта зависит от величины энергетического барьера, разделяющего различные зарядовые состояния, которая определяется эластичностью решетки кристалла и может изменяться варьированием процентного содержания германия.

В пятой главе рассматривается проблема идентификации спектра ЭПР, обусловленного нереконструированными цепочками ЦОС.

В §1 из зависимостей Рд как от времени оптической накачки, так и от времени после ео выключения определялись соответствующие времена ядерной спин-решеточной релаксации Tj и Т|. Обнаруженное совпадение Tj и Tj свидетельствует о том, что концентрация переконструированных цепочек ДОС не зависит от наличия света накачки. Сделан вывод о том, что нереконструированнне цепочки ДОС возникают в кристалле непосредственно в ходе его пластической деформации.

В §2 описывается применение методики ОПЯ для контроля за характеристиками микродефоктов и индуцированных ими точечных дефектов в различных условиях термообработки монокристаллов кремния. IIa основе анализа зависимостей Р (HQ), Pn(t), Т( (HQ) и T^t) были определены размеры и концентрация микродефектов при различных условиях термообработки и толщинах окисла. Определены энергии ионизации мелких доноров, ответственных за ОПЯ, а также степень их компенсации глубокими точечными дефектами. Сделан вывод о зависимости механизма генерирования от толщины окисла. На основе анализа зависимостей РШ(Н0) и Tj (HQ) обнарукено гигантское сечение захвата неосновных носителей, объясняемое в рамках вышеописанной модели глубокого дефекта. С помощью зависимости РШ(Н0) обнаружены образующиеся в ходе генерирования дефекты тала оборванных связей. Сформулированы предложения по оптимизации интервалов температур и толщин окисла па различных стадиях трехступенчатого генерирования.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Обнаружен эффект аномального исчезновения оптической поляризации ядерных моментов (ОПЯ), сопровождаемый резким увеличением времени спин-решеточной релаксации при длительной оптической накачке образцов кремния, содержащих глубокие • центры цинка, железа и золота. Установлено, что подобное поведение ОПЯ обусловлено фотостимулированнной диссоциацией парамагнитных одноэлектронных состояний глубоких дефектов,

ответственных за ОПЯ. Показано, что фотодассоциация парамагнитных одноэлекгронных состояний приводит к образованию двухэлактрошюго и пустого состояний, что обусловлено метастабилыгостыо реконструированного глубокого дефекта, туннелиругацого при горезврядга швду позициями различной симметрии в решетке кремния.

2. В условиях предварительной оптической накачки монохроматическим светом обнаружены эффекты тушения и регенерации фотопроводимости, а такие - возникновения и исчезновения отрицательной peгai8tent проводимости в кремнии, легированном марганцем, железом и цинком. Данные эффекты объясняются долговременными процессами оптически стимулированной перезарядки центров, в ходе которых дефекты туннелируют в решгтке креЫния между позициями различной симметрии (С3т- С27- Б2(1), что приводит к изменению электрофизических свойств /материалов и времени жизни неравновесных носителей. При этом позиции двухэлектронного (С3? - симметрия), парамагнитного (С2у - симметрия) и пустого

~ симметрия) состояний в решетке кремния шгут изменяться в условиях анизотропного линейного и квадратичного эффекта Штарка, индуцированного внешним электрическим полем.

3. Методом фотопроводимости исследованы образцы твердых растворов кремний-германий разного состава, содержащие изолированные центры цинка и марганца. Обнаружено, что с ростом процентного содержания германия в Сех наблюдается ослабление метастабильных свойств изолированных центров марганца и цшлса, что связано с увеличением эластичности решетки кремния.

4. При исследовании методом ОПЯ процессов ядерной спин-решеточ№й релаксации в пластически деформированных монокристаллах кремния было обнаружено, что нереконструированные квазиодномерные цепочки дислокационных оборванных связей (ДОС) существуют как в отсутствие светового облучения, так и при оптической накачке. Установлено, что роль светового облучения сводится к формированию неравновесных по спину триплетгах центров, которые в ходе сгаш-коррелкроьанного переноса поляризуют отрезки квазиодномерккх цепочек

нереконструированных ДОС. Б, С помощью методики ОПЯ получены данные об образовании мелких и глубоких точечных дефектов на разных стадиях трехступенчатого генерирования монокристаллов кремния. Установлено, что увеличение толщины окисла, снижение температуры диффузии легирующей примеси и оптимизация интервала температур в цикле трехступенчатого генерирования приводят, при сохранении эффективности генерирования, к уменьшению концентрации мелких и глубоких точечных дефектов, индуцированных генерирующими микродефектами и ответственных за снижение времени жизни неравновесных носителей.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Баграев Н.Т., Лебедев А.А., Машков В.А., Половцев И.О. //Самокомпенсация центров железа в кремнии.// ФТГ. 1988. Т.30.

B.7.С.2076-2084.

2. Bagraev N.T., Polovtsev I.S. //Reactions of Iron senters In silicon under' optical pumping.// phys.stat.sol.(b) 1988. V.150. P.19-24.

3. Bagraev N.T., MasMcov V.A., Kolchanova N.M., Polovtsev I.S. //Two electron capture In semiconductors with deep defects.// Material Science Forum 1988. V.38-41. P.1361-1366.

4. Баграев H.T., Половцев И.О. //Реакции центров «елеза, индуцированные пиншшгом уровня Ферми в кремнии р-raia.// ФТП. 1989. Т.23. В.9. С. 1643-1645.

Б. Баграев Н.Т., Половцев И.С. //Оптическая самокомпенсация донорных центров железа в кремнии.// ФТГГ. 1989. Т.23. В.6.

C.1098-1100.

6. Bagraev N.T., Polovtsev I.S., Schmalz К. //An ONP Investigation of deep level defects produced by heat treatment at 600° and 000° in Cz-Sl.// phys.stat.BOl.(a). 1989. V.113.

P.233-245.

7. Bagraev N.T., Polovtsev I.S. //Nuclear spin-lattice relaxation In silicon with one-dlmenslonal defects.// Solid.St.Coranun. 1991. V.79. N.2. P.109-111.

8. Баграев Н.Т., Клячкин Л.Е., Маляренко A.M., Половцев И.О., Суханов В.Л. //Генерация и отжиг дефектов при совмещенном генерировании в кремнии п-типа.1. Гвттерирующие микродефекты.// ФТП.19ЭО. Т.24. В.9. С. 1557-1562.

9. Баграев Н.Т., Клячкин Л.Е., Маляренко A.M., Половцев И.О., Суханов В.Л. '//Генерация и отжиг дефектов при совмещенном генерировании в кремнии n-типа. II. Точечные микродефекты, индуцированные генерирующими микродэфектами.// ФГП. 1990. Т.24. В.9. С. I557-IE62.

10. Баграев Н.Г., Половцев И.О., Юсупов А. //Метастабильность оптической поляризации ядерных моментов в' кремнии.// ФГТ.1992. Т.34. B.S. С. 1949-1952.

11. Баграев Н.Т., Ыирсаатов P.M., Половцев И.О., Сирожев У., Юсупов А.' //Метасть&го-чость центров марганца в твердых растворах кремний-германий.// ФТП.1992. Т.26. В.З. С.427-430.

12. Баграев Н.Т.,"Мирсаатов P.M., Половцев U.C., Юсупов А. //Цинк в кремнии: фотоиндуцированные реакции.// ОТПЛ992. Т.26. В.З.С. 481-490.

13. Баграев II.T., Мирсаатов P.M., Половцев U.C., Юсупов А. //МетастаСильность центров марганца в кремнии.// ИТ.1992. Т.34.

B.З. С. 870-878.

14. Баграев Н.Т., Шрсаатов P.M., Половцев И.С., Сироиев У., Юсупов A. //SJ.j_xGez: самокомпенсация двойных акцепторов цинка в твердых растворах кремний-германий.// ФГП.1992. Т.26. В.5.

C.836-838.

15. Баграев Н.Т., Половцев U.C. //Анизотропный Штарк-эффект на глубоком центрэ в кремнии.// Письма в ЖЭТФ. Т.56. B.I.

С.35-39.

16. Bagrae? N.T., Polovtsev I.S. //ONP spectroscopy sf defects In silicon.// Materias Science Forum. 1992 . 7.83-87. P.1135-1140.