Нестационарные процессы эмиссии электронов и фотонов С полупроводников в энергетически неоднородном состоянии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ЛЬВОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ¡'¿ШНИ ИВАНА ОРАНКО

На правах рукописи

НЬЧЕПОРЩЮ АНАТОЛИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

УДК 537.533.2

НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЭМИССИИ ЭЛЕКТРОНОВ И ФОТОНОВ . С ПОЛУПРОВОДНИКОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНОМ СОСТОЯНИИ

01.04,07 - физика твердого тела ' .

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Льг.оь - 1^1

Работа вшюлнена па кафедре силовых установок детателышх аппаратов Харьковского авиационного института имени Н.Е. Чуковского»

Научный руководитель - кандидат физико-математических

наук, старший научный сотрудник В.Т. СОТНИКОВ.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

ЛЗАНЮЮ Л.И.,

кандидат физико-математических наук, доцент ШКИЛЬКО А.М.

Ведущая организация: Рижский технический университет,

г. Рига.

Защита состоится " 3 " (р ¿Ь^ЫЛЯ 1992 г. в часов

на заседании специализированного совета Д.068.26.05 при Львовском государственном университете им. И. Франко по адресу: 290005, г. льбов-5, ул. Ломоносова, 8-а, Большая физическая лаборатория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Львовского государственного университета им. И. Франко, г. Львов, ул. Драгоманова, 5. _

Автореферат разослан " ¿0 " дМЯ^^Я 199 -( г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физико-математических '

наук, профессор ¿^Х П0Л0ВИНК0 И.И.

I ОЕШЛЯ Х/^АКТЕРЖТЖЛ РАБОТЫ

' ' I

. Г,; I

".......Актуальность темы. Б настоящее время эмиссионные явлеяпя

очень широко используются для наследования поверхности твердых тол. В полупроводниках ваянуа, во многсм определяащуп, роль а их свойстпах играют различные дефекты, Особо чувствительны i: характер различных дефектов к их концентрациям электронные свойства полупроводников. Поэтому ну сто хоросо представлять себе физику образования различных дефектов, их миграции и взаимодействия Друг С ДРУГОМ II С электропил! ПрСЗОДЩХСТК.

Экзоэлектронная эмиссия (ЭЗЭ) является одним из наиболее чувствительных л перазрушаюьих методов обнаружения и исследояа-ния поверхностных и обьем;&х дефектов. Термосткмулиролшшая эк-зоэлектронная эмиссия (ТСЭЭ) представляет собсП современна;} структурно-чувствительны?, метод изучения хфисталлнческнх тс;:, относительно просто реалпзус.муй экспериментально. ЭЭЭ уке используется в исследовательской драктддо достатсчпо пироно, особенно тол, где деузктообразовапг.з связано с деформированием материалов пдд их радиационной обработкой; разработали высокочувствительные? радиационные термеэкзоэлектронные дозиметры. Однако более широкому использовании ТСЭЭ для решения научных л техкичь- •', circa задач препятствует то обстоятельство, что ЭЗЭ вследствие слогностп и многогранности - явлении,. механизма которого установлены не до конца, па практике использувтся многочисленные ыо-д?ля, достаточно хорошо объясняющие только те или кипа экспериментальные флкти. Слабо исслодоваяа связь ТСЭЭ с рядом других параллельно лрогекаапах я полупроводника процессов. Подманив количества пли у сало лис лишняя экспериментальных фадтсроа, усд-лшзакпшх неоднородное энергетическое оостояндэ твердых тел, вводят и рао смотре икз повыо связи мозду протекающими в нагреваемом

полупроводнике процесоащ! и ЭЭЭ и поатоау моаат помочь лучшему пониманию известных оффоктов и вия£ить новые.

Цель работы состояла в исследовании механизмов ТСЭЭ, ооо-бенио в тан называема* "дислокационных" панах, при влиянии на нее электрического поля, пропускания тока, неразноввсности фо-нонноя подсистомц изучаемого полупроводника, внутренних упругих напряжения.

Для достижения поставленной цели:

1. Спроектирована и изготовлена установка, позволяющая ис-• пользовать комплексный подход при изучении дефектнооти полупроводников методом ТСЭЗ.

2. Исследовалось влияние электрического поля па ТСЭЭ а параллельно протекающие объемные и поверхностные процвооы, происходящие в нагреваемом полупроводнике.

•3. Методами оптического поглощения исследовалось терыооти-ыулированпое оптическое поглощение в ХпЗо,

4. Проведены исследования эмиссии заряженных частиц, происходящей под воздействием ультразвуковых колебаний, о полупроводников. Исследоаались энергоспвктры эмиосии.

5. Методами регистрации экзоэлектронов, фотонов, поверхностного потенциала, изменений контактной разности потенциалов, массспектрометрии и оке-спектроскопии исследовались процессы, протекающие как а объеме, так и на поверхности твердого тела при его кратковременном нагрево-со скоросп® > 0,5 К/с.

Научная новизна работы состоит в тон, что с применением комплекса взаимодополняющих методик:

I. Впервые обнаружено и исследовано явление поглощения поверхностях примесных атомов в объемных слоях твердого тела (нестационарный массоперенос) при кратковременном нагреве его со скоростью > 0,5 К/с, сопрововдаемоа эмиссиями электронов (ЭЭ) и

фотонов Ш). Показано, что эти явления обусловлены вза;::.'.^ вием неравновесных фононов, инжектируемых а-образец, е котс^ ^ вследствие нелинейности градиента температуры созданы и подлаживаются внутренние напряжения, вызывающе изгиб, с электронпс и фононной подсистемами, кристаллической решеткой, объемными и поверхностушмн примесными атомами.

2. При исследования влияния внешнего электрического поля на эмиссионную активность энергетически неоднородного полупроводника впервые установлен эффект термической обратимости вксокоте-.' пературных пиков ТСЭЭ в присутствия поля.

3. Впервые установлен тензоэлектроэмиссионный эффект -уменьшение ТСЭЭ с полупроводникового образца,. содержащего реннне упругие напрякеняя (ВУН), приложением к объему послед.;-" электрического поля и повышение ТСЭЭ с образца, при отсутст.: ВУН. ■

Практическая пенность работы заключается в возмозьэстл использования трех обнаруженных эффектов в дальнейших фундамент,;.-... ных исследованиях и разработках ноеых технологических приемов:

- на основе явления нестационарных процессов массопереноса (диффузии), эмиссии фотонов и электронов при больших скоростях нагрева разработан и защищен авторским свидетельством эффективный низкотемпературный способ легирования полупроводников;

- тензоэлектроэмиссионныЯ эффект мояет быть использован,как показано автором, для бесконтактного определения наличия ВУН в твердых телах, повышения чувствительности метода ТСЭЭ при контроле дефектов л них, а ,также в радиационной дозиметрия;

- эффект термической обратимости ТСЭЭ под действием электрического поля - для однозначной идентификации дислокационных пиков в полупроводниках.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Нестационарные процессы поглощения поверхностных примесных атомов в объемных сдоях твердою тела при его нагреве со скоростью, большо 0,5 К/с, сопровождаемые ЭЭ и ЭФ, возникают вследствие взаимодействия инеоктируемых в тело, введенное нагревом в энергетически неоднородное состояние о изгибающими ВУН, неравновесных фононов с его электронной и фононной подсистемами, дефектами кристаллической реватки, примесными атомами.

2. За формирование высокотемпературных пиков ТСЭЭ ответственно термоактивируемоо движение дислокаций и механизмы образо-. в алия их заряда.

3. Изменение интенсивности экзоэмисспи, термическая воспроизводимость высокотеыпературшх пиков ТСЭЭ без возбуждения при нагрове и охлаждении с одинаковым направлением градиента температуры, перемена механизма формирования этих пиков происходят вследствие усиле{шя энергетически неоднородного соотояния полупроводников приложенном электрического поля к их объему или поверхности, ннжокцией неравновесных носителей заряда, что сопровождается изменениями динамики заполнения ловушек, фонон-элодх-ронного взаимодействия, подвижности или условий взаимодействия

с адатома'.!и дислокаций, термоактивированно выходящих на поверхность.

4. Тензоэлектроэапсспошшй эффект - снижение интенсивноотп ТСЭЭ с полупроводников о ВУН при налоЕании на та электрического поля, увеличивавшего эмиссию с отожженного полупроводника - возникает воледствие уменьшения подвижности делокализованных электронов или дислокаций в полупроводниках с ВУН под воздействием электрического поля.

Апробация. Материалы диссертации докладывались и обсувда-лиоь на следующих конференциях, семинарах и симпозиумах: ХУШ Всесоюзной lii'Hвзреипни по эмиссионной электронике (МоскваД981) ;

У Всесоюзной маввузовекоЯ п,-т. конференции (Харьков, 19с .0; 1У Всесоюзном семинаре "Вторичная ионная и ионно-фотонная о . • спя" (Харьков, 1983); XIX Всесоюзной конференции по эмиссиошт электронике (Ташкент, 1984); 17 Всесоюзном симпозиуме "Зязо-элолтронная эмиссия л ео применение" (Тбилиси, 1985); X Юбилейном Вспт^пцпч симпозиуме по механоэмнссии твердого тала (Ростов па-Дону, 1986); I Всссспзпсм н.-т. семинара "Низкотемпературное легирование полупроводников и многослойных структур электронпг' (Устинов, 1987); УШ ВсесоозноЯ конференции "Взаимодействие п-них частиц с твердим тело?.?" (Москва, 1987); XX Всесоюзной кос ронцяп по эмиссионной электронике (Кков, 1987); 7-Я Всесопэго'; моrayзовокой п.-т. конференция (Харьков, 1987); симпозиума "Эшссия С позорхиостл ПО Л? ПРОВОДНИКОВ, 3 ТОМ ЧИСЛО ОЛЗОЭ-íiCV (Львов, 1989).

Публикации. Основное содержание дпссортации отражено г пачатннх работах, пз которых 12 тезисов доклада, 13 cTvrr" авторское свидетельство.

Структура п обьем. ррботи. Диссертация состоит из вводе четырех глав и заключения (150 стр. машинописного текста, сущоп, списка литературы, включающего 339 названий).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ '

Во введении обоснована актуальность работу, сформулированы цель и основные защищаемое положения, указана ее научная новизна и практическая данность, излагается структура диссертации и краткое содераание но главам.

В перво'г главе приведен аналитический сбзор литературы, в которой теоретически и Експариментально изучалась ТСЭЭ. йняелены основные закономерности этого язлонил, рассмотрены влияние на

ТСЭЭ изменений на поверхности и связь ее с дефектностью объема. Проанализированы, механизмы ТСЭЭ. Они удовлетворительно объясняют появление только отдельных пикон £ спектрах ТСЭЭ. Распространить любой из механизмов на весь диапазон существования ТСЭЭ нельзя. Это говорит о сложности явления. Для пиков, расположенных вблизи высокотемпературного поднятия эмиссии в спектра::, ответственным за эмиссию экзоэлектронов считается дислокационный механизм.

Показало, что интенсивность и форма пиков спектра ТСЭЭ, ее информационная глубина зависят от вида возбуждения, в результате которого в исследуемом образце появляются внутренние электрические поля. Однозначной связи мекду изменениями работы выхода, поверхностного потенциала и ТСЭЭ не установлено. Влияние скорости нагрева на пики ТСЭЭ доказано экспериментально, однако-оно такие неоднозначно.

Рассмотрены особенности протекания процессов, в гом числе процессов переноса заряда, в. энергетически неоднородных системах, которой является и образец при получении спектров ТСЭЭ вследствие односторонности нагрева. Такой нагрев сопровождается появлением градиентов температуры, внутренних электрических полей и напряжений. С повышением температуры образца после процессов опустошения ловушек, миграции и преобразования дефектов в температурном поле происходит термостимулированное движение дислокаций, сопрововдающееся радиоизлучением. Внутренние электрические поля оказывают на все процессы, протекающие в образце, свое Елияние.

На основе анализа литературных данных в заключение обзора сделаны выводы и сформулирована постановка задачи исследований.

Вс гтспо" главе описана экспериментальная установка, созданная с участие?.- автора и позволяла1: реализовать комплексный

подход к изучению процессов, происходящих в полу проз одниковс.". образце при его одностороннем нагреве.

Установка в вакууме Па позволяет:

- измерять в рзжимо счета импульсов экзоэлектронную и экзо-понную эмиссии;

- регистрировать в токовом рзкима эмиссию фотонов;

- методом получения кривых задержки изучать энергоспектр экзоэлектропов;

- измерять изменения поверхностного потенциала;

- методом смещенных вольт-амперных характеристик регистрировать изменения работы выхода эмиттярующей поверхности образца;

- регистрировать изменения элементного состава поверхности образца методом ОЭС, а"состава остаточной атмосферы - массспек?-роматром;

- наносить па изучаемую поверхность термическим распылением различные вещества.

Подробно описана вакуумная камора установки с основными узлами и элементами, приведена ее блок-схема. Описаны методики измерений, использованные при исследованиях, а также методики приготовления образцов (КСб, СзЗ: А/а ,Сё5, ХпБе, йе , 61-монокристаллы; графит поликристаллический).

В третьей главе приведены результаты исследований влияния электрического поля или тока на процессы ТСЭЭ, особенно в так называемых "дислокационных"пиках. В связи с этим проведен сравнительный анализ моделей зонной структуры дислокаций, механизмов движения и формирования электрических зарядов, взаимодействия дислокаций с электрическим полем, обгдх черт мевду тормсста-мулировашшм движением дислокаций и их движением при. деформировании, сопровождаемом дислокационными экзоагассней и люминесценцией. Исследозаны взаимосвязь ТСЭЭ и. электрического поля в

случаях, когда электрическое поле воздействует на объем образца (метод конденсатора) или только на эмиттирующуго поверхность (Э1Ц влияние на ТСЭЭ пропускания электрического тока через образец, а такта остаточных внутренних упругих напряжений (ЕУН) в методе конденсатора.

Основные результаты состоят в следующем. Электрическое поле в методе конденсатора, создаваемое .приложением к его тыльной поверхности потенциала ±, при напряженности >10^ В/м и -11$ (отрицательная полярность) увеличивает, а при + (полокитель- ■ пая) уменьшает интенсивность ТСЭЭ. При этом пик эмиссии смещается в сторону более низких или более высоких температур, соответственно. Пики ТСЭЭ, находящиеся у высокотемпературного нарастания эмиссии, воспроизводятся, уменьшаясь при последовательном термоциклировании, и без возбуждения как при нагреве, так и при. охлаждении о одинаковым знаком градиента температуры.

При воздействии на ЭП образца электрического поля, создаваемого внешним отрицательным потенциалом с напряженностью > 10^ В/м регистрировался с помощью ВЗУ, настроенного на регистрацию электронов, пик эмиссии. Температурное положение пика соответствовало высокотемпературному пику в методе конденсатора, аналогично которому пик эмиссии воспроизводился с меньшей интенсивностью р при охлаждении с неизменным знаком градиента температуры. С повышением скорости нагрева и потенциала — увеличивалась' интенсивность эмиссии и он сыещалоя в сторону более низких температур. При критических комбинациях скорости нагрева и 11$ интенсивность эмиссии резко возрастает, происходит пробой вакуумного промежутка меаду образцом и внешним электродом. При постоянной температуре ЗП, соответствующей области существования пика, эмиссия длительна (часы), снижается медленно. Эмиссии сопутствует свечение, изменяющееся практически синхронно.

Термоциклирование вызывает уменьшение интенсивности эмиссии, расплывание и перемещение пика е сторону более высоких температур с наложением на высокотемпературный подъем эмиосии.

Анализ полученных данных позволил сделать вывод, что ответственно за формирование высокотемпературных пиков эмиссии термостимулированное движение дислокаций. Дислокации в неоднородном температурном поле, созданном односторонним нагревом, движутся к более холодной ЭП и выносят к ней электрический заряд. С изменением температуры образца этот заряд изменяется пикообразно вследствие изменения как количества подвижных дислокаций, так и их зарядов, независимо от направления процесса. Это подтвервдасг как исследования радиоизлучения, сопровождающего термостимулированное движение дислокаций, так и синхронность высокотемпературных пиков ТСЭЭ и термостимулированного оптического поглощения лазерного излучения при нагреве и охлаждении.'

Без влияния электрического поля ТСЭЭ с образца возникает только после его предварительного возбувдения, при котором заполняются электронами соответствующие поверхностные и подповерхностные ловушки. Механизм эмиссии, очевидно, - оже-процесс, усиленный полем выносимого дислокациями к ЭП заряда.

Электрическое поле в методе конденоатора значительно увеличивает этот заряд, в результате чего становится возможной ТСЭЭ с невозбуаденной ЭП как при нагреве, так и при охлаждении. Во в тором случае под воздействием электрического поля, созданного потенциалом -115 , с ЭП проиоходит эмиссия положительных ионов под

*

влиянием .акустических импульсов, сопровождающих выход дислокации па поверхность. Электрическое пола снижает барьер для эмиссии ионов, а в пролетном пространстве происходит перезарядка ионов, отрицательные ионы регистрируются ' ВЗУ-6. Увеличение давления в вакуумной камере повышает регистрируемый сигнал. Энергия актига-

цаи процесса при охлаждении вишо» чем при нагреве.

Исследованиями влияния электрического поля на полупроводниковые образцы с предварительно созданными в них внутренними упругими напряжениями (ВУН) установлено явление'тензоэлектро-вмиссионного эффекта: электрическое поло, создаваемое'потенциалом , которое в возбувданнон образца без ВУН повышало ЭЭЭ, в образца с ВУН сникало ее во всем температурном диапазоне до максимума дислокационного пика. Па скате атого пика включение поля увеличивало эмиссию, а в максимуме после включения поля наблюдалось рззкое уменьшение эмиссии, затем всплеск. Это свидетельствовало о релаксации ВУН под влиянием движения дислокаций и подтверадало дислокационный характер атого пика. Тензоэлепгро-эмисоионный эффект отражается не только в ТСЭЭ, но и в псола-эмисоии, в фотоэмиссии. Он наблюдался в соединениях А{Ь7 ,А2{$6' окисленных № , Ве, Го.

В пиках ТСЭЭ нодислокационной природы снижение эмиссии происходит вследствие уменьшения подвижности электронов при рассеянии на деформационном потенциале в электрическом поло. В отое-женном кристалле преобладает рассеяние на пьезопотениаале, что сопрововдается увеличением эмиссии при налоэвзнии на кристалл электрического поля. В "дислокационных" пиках за падание эмиссии отвечает нелинейное повышение тормозящего действия точечных дефектов и примесей на двинуищеся дислокации, происходящие вследствие того, что при-одном и том '.и электрическом поле в кристаллах о ВУН заряд дислокации значительно больше, чем в отоккенных,а, следовательно, больше и падение скорости дислокаций.

Обнаружено, что пропускание постоянного дока через полупроводниковый образец во время снятия спектров ТСЭЭ сопровождается повиионием эмиссии, если направления двигения электронов и фо-

ионного потока противоположны, и уменьшением, если фонолы и электроны двинутся в одинаковом направления. Это явление объясняется большей эффективностью элентрон-фононных взаимодействий и увеличением, вследствие этого, заполнения локальных центров захвата электронов. Электроны, идущие по потоку фононов, оказывают в приповерхностпой зоне рассеивающее воздействие на дзлокализованные а ловушек электрона и снижают ТСЭЭ. Электрическое полз, накладываемое на образец для пропускания токаев этом случав снижает концентрации дырок, у ЭП.

В четвертой главе приведены результаты исследований влияния на полупроводники скорости одностороннего нагрева, нестационарных процессов массопереиоса, эмиссий электронов и фотояоя, сопровождающих такой нагрев, если скорость нагрева выше пороговой. Рассмотрены возмошше механизмы этих процессов.

В исследованиях различных 'авторов'по окислению металлов было отмечено явление, названное термическим окислением подповерхностных слоев металлов при быстром нагреве: адсорбированный кислород при быстром нагреве образцов уходил с поверхности вглубь материала, а ож.е-сигнал от поверхности становился близким к сигналу от чистой поверхности.

Поэтому о помощью ОХ бил проведен цикл экспериментов по изучении влияния скорости нагрева на элементный состав поверх-' ностей поликристаллов Во и Си, монокристаллов 2пБе (ПО), (III), СсМО^ШЭ^ЯпУ/О«, (НО). Установлено, что лагрп образцов со скоростью 0,5 К/с при начальных температурах от азотных до комнатных не сопровождается существенными- изменениями элементного состава исследуемых поверхностей. Однако при'нагреве о ^>0,5 К/с а оне-спектрах образцов происходят резкие изменения, которне кожпо интерпрбтировать только как поглощение поверхностных примесей (в данном олучае кислород, а для Си- ртуть)

объемными слоями образцов, т.к. вакуумметр не показывал изменения давления в вакуумной камере, а массспектрометр - изменения состава остаточной среда. Последующее травление образца Си освобождало Н^ , которая наблюдалась визуально на поверхности образца.

Изменение элементного состава эмиттирующих поверхностей образцов сопровождалось в начальный момент нагрева в диапазоне температур Тноч + (30+50 К) интенсивными пиками "самовозбувдающихся" эмиссий электронов (ЭЭ) и фотонов (ЭВ). Нарастание эмиссий крутое, спад - пологий. С повышением £ растут ЭЭ и ЭФ. При последовательном термоцкклировании происходит, в зависимоети от материала образца, или увеличение ЭЭ и»ЭВ, о выходом на насыщение, или на спадание до нуля. Облучение образцов рентгеновским излучением сопровождается увеличением интенсивности ЭЭ-и ЭВ. Наличие нарушенного слоя на ЭП вызывало ускорение поглощения поверхностной примеси. Снижение начальной температуры образцов до азотной приводит к усилению процессов поглощения, увеличению интенсив ноотей ЭЭ и ЭФ.

Если перед нагревом о 0,5 К/с в образцах имелоя первоначальный градиент температуры, то, независимо от его знака, нарастание ЭЭ и Э® более крутое, чем в случае УТн„ч= 0* Рост ЭЭ и Эф в этом сдучае начинается, когда еще не начала изменяться температура тыльной стороны образца.

Спектры ТСЭЭ, снятые с образцов после проведения операции поглощения примесных атомов, существенно отличаются от спектров, полученных до поглощения. Отличия появляются и в спектрах ТСЛ: спектр ТСЛ кристалла ХпЭ, на поверхность которого был напылен 1п после операции поглощения (£>= 2 К/с) стал характерным для 2п$ , легированного индием.

Процессы мзссопереноса и сопровождающие его ЭЗ и 32 обна-

ружены в широком классе материалов - в металлах, полупроводниках, диэлектриках, что свидетельствует об общности этого явлепи. для всех твердых тел.

Расчеты распределения температур по толщине образца при его нагреве с разными скоростями показали увеличение отклонения его от линейного с ростом ^ . С этим отклонением связаны и термоупругие напряжения (ТУН) в образце: чем оно больше, тем выше и ТУН. Исследования по тензоэлектроэмиссионному эффекту в процессе быстрого нагрева (р>0,5 К/с) подтвердили наличие ТУН в образцах.

Показано, что из механизмов диффузии, имеющих место в высоко- и низкотемпературной диффузии, наиболее вероятен вакаясион-ный, т.к. в образце с градиентом температуры по его толщине возникает чпоток вакансий, направленный от тыльной к змиттиругхцей по верхности, который усиливается с ростом вследствие увеличения 7Т и ТУН. На процесс диффузии по вакансионному механизму оказк вают влияние электрическое поле, величина потока носителей зарядов, концентрация диффузанта. Подвижные дислокации повышают скорость насыщения образца диффузантом пропорционально их плотности, причем вклад дислокационной диффузии увеличивается со снижением температуры.

Отмечено, что ускорение диффузии в низкотемпературной области под воздействием излучений допороговой энергии связано с образованием дефектов (френкелевских пар - ФП) при распаде электронных возбуждений. К образованию ФП может привести и захват носителей зарядов локальным искажением кристаллической решетки, 'возникшем в результате тепловой флуктуации а колебаниях последней. Упругие напряжения облегчают действие-электронно-теплового меха-, и/.зма создания и преобразования дефектов. Рекомбинация э^.оитонов,' электронов и дырок, захват носителей заряда сопровождается скачком атома или иона из одного положения в решетке в другое, т.е.

совершается элементарный диффузионный акт. Рекомбинация может существенно влиять на коэффициенты диффузии различных примесей, значительно уменьшая энергию активации диффузия и повышая ее скорость.. Барьер для диффузии, например, в ОаР и ОаДв уменьшается на величину, примерно равную энергии захвата на уровень диффундирующего центра, являющегося центром рекомбинации.

Н модели механизма рекомбинавдонно-стимулированной диффузии Винещого и Чайки причиной скачка атома при захвате свободного электрона является неадиабатичность движения электрона относительно перемещаемого атома.

Сравнительный анализ явлений нестационарного массопереноса при быстром ( р> 0,5 К/с) нагреве и рекомбинационно-стимулиро-ванной диффузии говорит о сходстве механизмов ускорения диффузионного процесса. Инициирующим фактором в процессах нестационарного массопереноса, ЭЭ и ЭФ является поток неравновесных фо-нонов (НВФ), пнЕектируемых подложкой в кристалл. Тако'; вывод позволяют сделать факты быстрого роста Ш, ЭЭ, ЭФ при нагреве образца от азотных температур (когда в начальный момент еще не меняется температура образца), резкого их спада при выключении нагревателя, хотя температура образца и продолжает увеличиваться. Связь процессов поглощения поверхностных примесей объемными слоями образца (т.е. нестационарного, массопереноса), ЭЭ, Э5 с НВФ подтвервдает экспериментально установленный факт исчезновения этих явлений при создании в подложке ВУН (напр.закалкой), что. меняет спектр НВФ инвестируемых подложкой в кристалл. НВФ вызывают рождение в образце неравновесных электронов, дырок, свободных экситонов, усиливают локатьные колебания, способствуя образованию £>Д как за счет выброса атома или иона из узла, так и за счет скачка последних при захвата.неравновесного носителя, ар-разделяет комлокентк 5П . Непременным условием протека-

нил процессов диффузии является наличие изменяющегося градиента температуры по толщине образца и обусловленных им ТУТ!, изгиб образца. В температурном поле вакансии дрейфуют к ЗП, создавая -мощный неравновесный поток,. а пркмесныа атомы вглубь образца -происходит рекомбинациоино-стимулированная диффузия, индуцированная неравновесными фонолами.

В ЭЭ могут давать вклад три механизма:

- механизм, описанный Герасимовым А.Б., Теркиным М.М. и Церцвадзе A.A., по которому ЭЭ происходит вследствие передачи электрону, захваченному на дефект энергии, выделяющееся при аннигиляции вакансии или экситона;

- оке-процесс, возникающий при безызлучательно" рекомбинации захваченного на уровень дефекта электрона при трансформация дефекта под влиянием НВФ;

- механизм фононного увлечения электронов.

Э$ монет происходить вследствие диссоциации под влиянием ЙВФ локализованных на дефектах экситонов или рекомбинации электронов под тем ке влиянием на центрах излуча-гельной рекомбинации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Односторонний нагрев твердого тела создает в нем энергетически неоднородное состояние. Приложение к телу электрического воля, пропускание через него электрического тока или инфекция в него НВФ усиливает эту неоднородность и вызывает появление новых эффектов, проявляющихся в ЭЭ и Э5. ■

2. Пики ТСЭЭ, локализованные в области высокотемпературного нарастания эмиссии, связана с термоактивируемым движением дислокаций.

3. Наложение электрического пЬля на объем полупроводника при его нагреве сопровождается {Лявлением высокотемпературного пика

ТСЭЭ и его термической воспроизводимостью при охлаждении с тем же знаком градиента температуры, что и при нагреве, без предварительного возбуждения полупроводника.

4. Изменение уровня ЭЭЭ, положения максимума высок отемпера-турного пика Тт в случае приложения электрического поля к объему полупроводника, термическая воспроизводимость пика определяются взаимодействием электрического поля с.заряженными подвипш ми дислокациями, его влиянием на заряд дислокаций.

5. Приложение электрического поля к заземленной ЭП образца при его нагрева приводит к появлении в области существования дислокационных пиков ТСЭЭ пика, термически воспроизводимого при охлаждении и обусловленного эмиссией положительных ионов, происходящей при термоактивируемом выходе дислокаций на поверхность. Электрическое поле понижает барьер для эмиссии ионов. ЭЗ) повторяет пик эмиссии ионов.

6. Влияние на ТСЭЭ пропускания постоянного электрического тока через образец зависит от взаимного направления потоков электронов и фононов, что увязано с разной эффективностью элект-рон-фононных взаимодействий и динамикой заполнения ловушек электронов. "

7. Если электрическое пола увеличивает ЭЭ в отожженном полупроводнике, то в образце о ВУН оно уменьшает ее (тензоэлектро-эмиссионный эффект). Это связано со снижением подвижности или электронов при рассеянии на деформационном потенциале, или диод каций вследствие сильного увеличения их заряда.

8. Кратковременный нагрев полупроводников и других твердых тел со скоростью £>0,5 К/о сопровождается пиками ЭЭ, ЭФ и поглощением поверхностных примесных'атомов в объемных слоях нагре ваемого образца. Интенсивность'эмиссий возрастает с увеличением ^ л $швени?и начальной температуры.

Т г-

1о

9. ЭЭ, И и поглощение наблюдаются при инжеквди в образец НВФ тогда, когда в нем создан заранее пли появляется при нагреве градиент температуры с нелинейным распределением.ее по толщине, при котором в образце возникают растягивающие и снимающие напряжения, приводящие к изгибу образца. Исследованиямисисполъзовани-ем тензоэлектроомиссяонного эффекта доказано наличие в образце ВУ11 во время ЭЭ. Создание ВУН в теплопроводе (подложке) приводит к исчезновению ЭЭ, Э5 п поглощения.

10. ЭЭ, ЭЗ и поглощение примесных атомов инициируется НВФ при инжекции их в полупроводник, находящийся в энергетически неоднородном состоянии с изгибом, в результате взаимодействия HBS с электронной подсистемой, кристаллической решеткой, примесными атомами в объеме и па поверхности, включающего создание неравновесных вакансий, носителей заряда и экситонов, транспорт последних к-эмиттярующеП поверхности'образца, захват на уровня примесные атомов и рекомбинацию, стимулированную этими захватами и рекомбинацией диффузии примесных атомов по ваканси^нному плп ва-кансионпо-меадоузелыюму механизму.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ РАБОТЫ ОТРАЖЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Гайдуков В.Ф., Добротворскяй С.С., Не^ Доренко A.A. Ис-следованяе эмиссионных свойств коллекторов ТЗЦ//Источн.ппЕяотем-пер.плазмы: Меазуз.сб. - Харькоз: 1!ill, 1976. - C.I57-I60.

2. Нечепоренко A.A., Гайдуков В.Ф. Особенности исследования адсорбция кислорода на сплавах ниобия методом динамического конденсатора /Дез.докл.ХУШ Всесооз.конф.по эмиссионной электроника. -М.: Наука, 1981. - С.95. ' •

. 3. Нечопоронко.A.A., Гайдуков В.Ф. Особенности применения . »года динамического конденсатора для измерения KPП при повышениях температура?: //Источи.и ускорит.плазмы: Магщуп.сб. -Харьков:

ХАИ, 1981. - C.I63-I67.

4. Эмиссия эарягвнпых частиц с поверхности лазерных кристаллов при воздействии ионного и лазерного облучения /В.Т.Сотников, С.С.Добротворский, В.Ф.Гайдуков, А.А.Нечепоренко //Тез.докл. Всееоюз.семинара "Вторичная ионная и ионно-фотонная эмиссия".-Харьков: XI7, 1983. - С.92-94.

5. ГаПдуков В.Ф., £рицан В.А., Нечепоренко A.A. Стабилизация тока пучка электронов при измерениях КРП /Дез.докл.У !."еж-вуз.научио-техн.коиф. - Харьков: ХАИ, 1983. - С.514-515.

6. Нечепоренко A.A., Г&Чдуков В.Ф. Измерение изменений работы выхода материалов с автоматической коррекцией ошибок //Тез. докл.XIX Есесоюз.коиф. по эмиссионной электронике. - Ташкент: -ФАН, 1984, секц.1,2,7. - С.84.

7. Гайдуков В.Ф;, Грицан В.А., Нечепоренко A.A. Измерительный блок для исследования свойств поверхности //Источн.и ускор. плазмы: Мехвуз.сб. - Харьков: ХАИ, 1984. - C.II7-I20.

8. Нечепоренко A.A., Гайдуков В.Ф., Сотников В.Т. Терыостя-мулированные процессы в кристаллах герыаната висмута //Тез.докл. 1У Всесоюз.симп. "¿<зоэлектронная эмиссия и ее применение. -Тбилиси: Тбил.ГУ, 1985. - С.79-80.

9. Нечепоренко А.А.Тстановка для комплексных исследований свойств материалов //Источн.и ускор.плазмы: Иеквуз.сб. - Харьков, ХАИ, 1986. - C.I06-II2.

10. Сотников В.Т., Нечепоренко A.A. Эмиссия заряженных частиц, стимулируемая акустической волной с кристаллов с разным типом электрон-фононного взаимодействия //Тез.докл.Х Юбил.Всесосз. симп. по механоэыкссии а механохимии тв.тела. - Ростов-на-Дону: Рост.ГУ, I98G. - С.15. • .

11. О распределении температур в образцах,-используемых для исследования термостимулированной энзоэлсктронной эмиссии

/А.И.Деребчинский, В.А.Еук, А.А.Нечепоренко, А.А.Титов. //Коточи, и ускор.плазмы: Меквуз.сб. - Харьков: ХАИ, I98S. - C.II6-I20.

12. Сотников В.Т., Нечепоренко A.A. О механизме низкотемпературной диффузии в полупроводниках, стимулированной изменением

■ градиента температуры //Тез.дскл.1 Всесовз.н.-т.семин. "Низкотемпературное легирование полупр. и многосл. структур.электрон". - Устинов, 1987. - С.36.

13. Сотников В.Т., Нечепоренко A.A. Адсорбция поверхностных атомов я ионов при изменении градиента температура в объеме 2п\М34//Тез.дЪкл.УШ Всесопз.конф. "Взаимодействие атом.частиц о тв.телок". - М.: 1937. - С.315-316.

14. Сотников В.Т., Нечепоренко A.A.,'Грицан Б.А. Свечоние я эмиссия4 электронов при поглощении поверхностных атомов, в объеме твердых тел //Письма в ЕТФ. -.1987, - T.I3, й 21.- C.I29I-I296.

15. Сотников В.Т., Нечепоренко А.А". Низкотемпературная диффузия в полупроводниках при изменении градиента температура //Тез.декл. 7 Всесоюз.мегауз.ионф. -.Харьков: ХАИ, 1987. - С.337.

16. Сотников 2.Т., Нечепоренко A.A. Явление нестационарных процессов массопереноса, эмиссий электронов и фотонов, индуцированное изменением градиента температуры в твердых телах /Дез. докл.XX Всесоюз.конф. по эмиссионной электронике. - Киев: Ш АК УССР, 1987. - С.239.

17. О механиаме возбуждения скзоэлектронной эмиссии /В.Т.Сотников, В.А.Жук, 'Э.О.Запечелытк, A.A.Нечепоренко //УФН. - 1988.-Т%33, № 6. - С.909-913.

18. Нечепоренко A.A., Сотникоз В.Т. Миссия электронов из полупроводников под действием электрического поля и термическая обратимость тормостичулирояашшх процессов //Иопнр-плазмоннне ус-тановк:* для i-wcrr -.чес^их п\чей: Мегвуз.сб. - Харьков: XAII,

1-5ГЙ. - C.I5L-1:, •.

19. Сотников В.Т., Нечопоронко A.A. Эмиссия элзктронов и фотонов при поглощении поверхностных атомов серы объемными слоями графита //Йонно-плазмешше установки для технологических делай: Мегазуэ.сб. - Харьков: ХАИ, 1988. - C.I48-I5I.

20. Сотников В.Т., Нечепоронко A.A. Обратимость направления тармостиму лировашшх процессов в шрокозошшх полупроводниках под действием электрического поля //Радиацпоино-стимул.явл. в тв.телах: Иеотуз.сб. - Свердловск: УДИ, 1989, вып.9. - C.I2-I6.

21. Нечепоренко A.A., Ситников В.Т. К механизму термостиму-лировшшой поверхностной ионизации на полупроводниках во внешнем электрическом полз //Лошю-плаэмошшо устройства в технш;е: Мек-вуз.сб. - Харьков: ХАИ, 1939. - С.91-90.

22. Сотников В.Т., Грицая В.А., Нечепоренко A.A. Тепзоэлект роэмиссионный аффект в твердых телах //Письма в ЕТФ. - 1989. -. Т.15, Jj I. - С.15-19.

23. Нзчопорашю A.A., Сотников Б.Т. Зглюсиошю-оптические эффекты и маосопоренос в твердых телах при больших скорости нагрева //Радиационно-стимул.явл.в тв.телах: Меквуз.сб. - Свердловск: УПИ, 1989, вып.9. - С.16-22.

24. Сотников В.Г., Нечепоренко A.A., Грпцач В.А. О природе эмиссионных электронно-оптических эффектов в твердых телах при ииеокции потока неравновесных фонопог. //Тез. докл. си:.:п. "Зилссия

с ЛОВОрХНОСТП.ИОЛуЛрОБОДНГ'.'Щ!, Е том число экзоэ:.;иссия". - Львов, 1989. - С.48.

• 25. Сотников В.Т., Нечепоронко A.A. Влияние внутренних электрических полай и упругих напряжений на торлшчесли активированную дислокационную эк з о эмиссию с шрокозошшх полупроводников //Тез.дг^л.сш.ш. "Эмиссия с поперхности полупроссднш;оЕ, в том 'числе экзоэмписия". - Львов, 1959. - С.76.

26. A.c. 1556434 (СССР).'Сотников В.Т., Нечепоренко A.A. Белая Н.В. Способ легирования полупроводников. От 8.12.1989г.

•Ответственный за выпуск - к.ф.-м.н. Рашкован В.М. Подписано в печать 2!. XI. ^ Формат 60x80 1/16 Сметная печать. Бум.офо.й 2. Усл.пет. л: Тир. 100 экз. Заказ 21/8 Бесплатно

Отпечатано на ротапринте в типографии ХАИ. • • 310084, г.Харьков, ХАИ, ул.Чкалова, 17.