Примесные состояния ионов группы железа в алмазоподобных полупроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

1 Ло®

одскии государственный университет

им. Н. И. ЛОБАЧЕВСКОГО

На правах рукописи

ДЕМИДОВ Евгений Сергеевич

ПРИМЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ ИОНОВ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА В АЛМА30П0Д0БНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Специальность 01.04.10 — физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Новгород, 1994

Работа выполнена в Нижегородском государственном университете им. Н. И. Лобачевского.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор В. Ф. Мастеров,

доктор физико-математических наук, профессор С. И. Рембеза,

доктор физико-математических наук Д. И. Тетельбаум.

Ведущая организация — Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, С.-Петербург.

Защита состоится 22 июня 1994 г. в н часов на заседании специализированного совета Д 063.77.03 Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского по адресу: 603600, Н. Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3, НИФТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского.

Автореферат разослан «_ 19 > «¿^м_ _ 1994 г.

Отзывы направлять по адресу: 603600, Н. Новгород, ГСП-34, пр. Гагарина, 23, корп. 3, НИФТИ.

Ученый секретарь специализированного совета Д 063.77.03, доктор физико-

математических наук, профессор • Е. В. Чупрунов.

ОШМ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Дкосзркщпя посзяаэна ксслздоватпэ ккогозарядных глубоких центров, еэеодщых прс/есями группы гэлеза с незаполненной 3d -оболочкой в гшазошдобкшс полупроводниках.

Актуальность теки, А-казоподобнне полупроводники с приме ся-iffl пзраходных элзыаитсв группы жалеза привлекательны в качестве объекта Есслэдоваипя при решении гроб лама глубоких центров в кристаллах при апробировании различных микроскопических полходов для описания повеления многозлектронной системы с сильным взаимодействием. Зонная Структура этих полупроводников детально исследована н хорош количественно описана. Для многих из них в связи с шнрокюш' перспективами практического применения была достигнута наибольшая степень •чистоты и совершен;тва кристаллов. Зарядовым состоянизи примесных 3d -ионов возможно управлять в широких пределах путея контролируемого легирования кедккии гршеся-

введение« в кристалл других дефектов. Начинав с пионерских работ Лэзвлга а Вудбери, рядом исследователей, как зарубежных, так и в извей стране, была показана высохшая эффективность пркканэшш техники элэктроштого парамагнитного резонанса (ЭПР) в сочэташш с оптзчэ спели п другкш! иэтоделт исследования дет дяэ-нтщикацав злзктронних состояний и других свойств 3d -прЕзесеР в гфпсталдах.

К параду еэтшнэнея пастояиэЯ работа (конец соаигееятах ходов) суээстсэнно возрос практический интерес к приаесям группы сэлзза в связи с простотой технологии получэння с примесями группа жаяэза подуизолнрушас А3В5, необходимых для создания СВЧ приборов в кикросхеа, а таетз другими вааннаи свойствами 3d-прз-■:зсой в кремнии, соэязяенжях А В®, А2В6. Однако, несмотря на вэеьма бояькоэ число работ, опубликованных к тому времена, необходимые для этого экспериментальные данные были еще отрывочны и противоречия. Oía не позволяли получить достаточно я снуй картину з закономерностях в ЭЕзргзтичэскса спектре уровней перезарядки 3 d -прикосе?. Микроскопическая теория, несмотря на определению успехи, до сих пор не позволяет предсказать положение уровней перезарядки 3 d -примесей с точностью, сравнимой с экспериментальной. Из опыта было известно, что 3 d -примеси обладают высокой ш^бузяонной подвижно с TbD. способны образовывать комплекса с другими дефектами. Для практического применения компенсированных по-

лупроводников и для того, •чтобы результаты исследования свойств 3 с{ -центров меньше зависели от дредистории приготовления образцов, необходимо было систематическое исследование, релаксационных процессов в твердой растворе 3 А -примесей. Исследования распада твердого раствора хрома или жалэзв в кремнии Милевеким Л.С. с сотрудниками показала высокую эффективность применения техники ЭПР для изучения кинетики релаксации. Однако ке было систематически исследовано низкотемпературное камплэксообразование 3<1-приаесей с мелкими примесями или друг с другом и влияние- внешних воздействий, например, ионного облучения кристаллов, которое уне начало широко применяться в пленарной полупроводниковой технология. Не было ясности в возбужденных состояниях 3 с) -центров и их роли в статистика электронов в полупроводнике с примесят грушш железа.

Цель работа, направленная на углубление представлений о свойствах примесей группы железа, состояла в

- систематическом исследовании на примерах хрома и железа в кремнии и соединениях А3В> основных характерных процессов в релаксации твердого раствора 3 Л -примесей при околокоынатных температурах;

- ксследовании влияния на эти процессы температуры и внешнего воздействия - ионного облучения полупроводника;

- изучении на примерах тех за примесей особенностей примесного энергетичэс-ого спектра и, в частности, возбужденных состояний 3 А -ионов в кристалле; :

- анализе и систематизации литературных данных экспериментального и теоретического исследования 3 с1 -примесей в алмазопот лобных полупроводниках, резкое возрастание потока которых совпало по времени с началом выполнения работы.

Для продвижения в указанных направлениях использовался,как и в кандидатской диссертации автора (КЦ) ("Пршесные состояния ионов переходных элементов в кремнии г арсенщге галлия", Горький, 1974), комплекс экспериментальных методов, включая электронный парамагнитный рег^нэнс (ЭПР) в сочетании с измерениями эффекта Холла и электропроводности, фотоЭПР и ряд других методов. И а начала выполнения этой работы была предприняты усилия по существенному усовершенствования техник ЭПР и эахЕекта Холла, технологии

-5- ...

легирования кристаллов примесями хрома или железа, устранив влияние фона и других неконтролируемых глубоких прдаесей. Изучение влияния ионного облучения на кристаллн с примесями группы жалеза определилось также спецификой направления несладовакгй нашей лаборатории, руководимого одним из пионеров ионной имплантации, чл.-юрр. РАН, проф. Павловым П.В.

Научная новизна

1. На примерах примесей трона и железа в кремнии показано, что имеется чвпфэ канала релаксации 3 ^ -примесей в кристаллах, в основном определязадпс этот ггродасс: комплэксообразование мея-узельной 3 «I -примеси с вакансиями и вероятным образование« замещающей доли примеси; объединение 3 А -примесей в комплэкен; комплэксообразование с мелкой акцепторной приыесьв - бором; преципитация 3 с/ -примеси. Показано, что при комнатках и бодее низких температурах имеет место весьма быстрая релаксация дефектной системы и в таких полупроводниках, как арсвгада галлия и германия, в которых 3 с( -принеси преимудественно замораживаются после высокотемпературного легирования в положении замещения.

2. Впервые с использование« 3 с1 -примесей как свидетелей перестройки дефектной системы и техники ЭПР, электрических измерений подтверждено дальнодействушее влияние ионной имплантации аргона на перестройку системы точечных дефектов кристалла. В зависимости от характера отклонения система от равновесного возможно в результате ионного облучения кристалла как ускорение комп-лзксообразования 3 6 -примеси с другими дефектами, так и разрушение комшэксов. Эффект дальнодействия няблидался как в кремнии с преимущественным размещением 3 с! -примесей в виде Ме; , так и в соединениях А В- и с пренмувественнни полоз^кием Зс( -примеси в виде Ме£(А). Вероятной является акустическая природа эффекта дальнодействия.

3. По отклонению от закона Кври в температурной зависимости парамагнетизма примесных 3 А -ионов железа или хрома, ваблвдав-моку техникой ЭПР, и сопоставлению с даннши аффекта Холла надежно установлено существование возбужденных состояний центров замещения Ре^бз) в арсешше и фосфгае галлия, центров внедрения Ре; в $юсвше галшя и кремнии, Сг- в кршиш. Воэоужпекные состояния Еге связаны с внутренними переходами в 3 с/ -оболочке

привесного центра. Предполагается электронный переход иеяиу состояниями малого радиуса 3 d -оболочка и водоролоподобнши состояниями Кона-Латтинджера принеси. Предложена физическая модель, в которой гигантские эффективные кратности вырождения возбужденных состояний объясняются наведение« мягких резонансных фо-нонных мод кристалла из-за ослабления силовых постоянных кристалла около дешзкта при его возбуздении. Аналогичный эффзкт воз--кохен и при перезарядке дефекта-

4. Выведена статистика электронов на дефектах с учетом в адиабатическом приближении изменения фонтанного спектра кристалла при. возбуждении или перезарядке дефекта. В приближении -образного пика ^оконного резонанса статистика позволяет хорошо описать вше указанные отклонения от закона Кзрл и температурную за-влсшость концентрации дырок в G^As:Fe . Предложенная фазпчэс-кая модель позволяет понять природу сильного. температурного еджп-га вверх или вниз активационннх процессов с энергией электронных переходов,», не связанных с обменах с разрешенными зонами кристалла,»^.

5. В развития наблюдений Халдейна и Андерсона, Borsa в Грановского, Зангера и с учетом экспериментальных данных, накопленных к настоящему времени, выведено единое универсальное сэ-нейство кривых уровней перезарядки примесных 3 с/ -ионов в алзазо-подобных полупроводниках. Уровни перезарядка отсчетн-вазотся относительно вакуумного нуля элактрОЕОВ. На aso сэыэйстео

Enri4(Z) после исключения расдешэния щдаталшчзсяш полай с хорошей точностью укладывается достоверные экстарвгзнтальвэ определенные акцепторные и дозорные уровни в узкозонных и виро-' козонных соединениях А3В5 (orluSb добаР ), A2? (CáSe ), кремнии и герыании для пршесей внедреяияи заметания. ч^ян» коаентоы, отличающим настоящий подход, является учет слоистого строения 3 d -оболочки. Секейство позволяет предвидеть калиевое охлопывание уровней перезарядки, случаи образования центров с отрицательной корреляционной энергией, электронного резонанса с разрешенными зонами кристалла с 3 d -пршесями.

Положения, выносшне на защиту

I. Б кремнии имеется чэтыре канала релакеалии, в основном определяющих этот процесс: комплвксообразование меяузельной

3 А -примеси с вакансиями ж вероятный образованием замещавшей дола црамесн; комплэксообразование о мелкой акцепторной при-аесьй - бором; преципитация 3 с/ -примеси. При |50мватзнх и более низких температурах пмеэт место весьма быстрая релэкоация дефектной системы и з таких полупроводниках, как ар се пил галлия н германий, в которых 3 с< -пршеси преимущественно замораживаются после высокотемпературного легирования в подозрении замещения.

2. Впервые с использование« 3 А -цриыесей как сввдетелзй перестройки дефектной ала тени и о шкоцьэ техники ЭПР, элвктри-чзских иачзрекпй подтверждено далънодейстзующее влияние ионной хшиантацаи аргона на перестройку система точечных дефектов кристалла. 3 зависимости от характера отклонения системы от равновесного вэзлгозно в результате ионного облучения кристалла как ускорение Еогдмэясообразованяя 3 с( -пршеси с другом дефектами, . так и разруаенпэ комшвксоз. Эффект дальнодействия имеет место как з кремнии с преимулествеюшм разведением 3 с( -ириггесей в вида Мед » гак и в соединениях А 35 £лА& ж 1п Р с преимущественны* положением 3 с/ -примеси в нидеМе^М). Вероятной является акустическая природа эффекта дальнодействия.

3.7 3 с! -примесей, -как Ме5 , гаки , в соединениях А^В5, М&1 з кремнии существуют возбужденные состояния, связанные с переходом электронов из существенно локализованной Зс< -оболочки в состояния большого радиуса Кона-Латтиндагара. Большой статистический вес этих состояний связан о возникновением мягких фопонннх мод кристалла.

4. Ензэдено единое универсальное.семейство кривых уровней перезарядка примесных 3 -ионов а алмазодадобных полутроводни-ках. На это семейства (2*) после исключения расщепле-

ния крпсталли42скем полем с хорошей, точностна укладывается наиболее достоверннз экспериментально опредедвнше акцепторные и донорные уровни в узкозошшх и широкозонннх соединениях А В (от доб-аР ), А2В® (Со1£е ), кремнии и германии для

примесей внедрения и завещания. Ватным моментон, отличавшим настоящий подход, является учат слоистого строения 3 Ы -оболочки. Семейство позволяет предвидеть калиевое схлопываяие уровне2: перезарядки, случаи образования центров с отрицательной коррелята энной энергией, электронного резонанса с разрешенным! зонами

кристалла с 3 ¡Л -примесями.

Практическая значимость работа состоит в следующем.

1. Разработана конструкция резонатора с пирокой регулирсехсй связи а кркостат для терцостаткроващш образцов, в агенс для со-вораэнзтзовакжг техники ЭПР-спектроскопки.

2. Разработана и испытана холловская установка с оригинальны;/,и решениями, позволяющими более эффективно организовывать процедуру измерений электрических параметров полупроводников.

3. Выявленные закономерности в релаксационных процессах

и подтверэденный эффект дальнодействия конного облучения необходимо учитывать при изготовлении полупроводниковых приборов.С ш-люцьнз теркодикллрования можно существенно улучшить параметра высоко чистого германия. Дальнодайствувд'-,'. кояныл облучзнпе-ч мояло существенно улучшить параметры голуизолирузщих катер палов АГП, ©П.

4. Результаты исследования возбужденных состояний Зс£такоз позволяют предвидеть существенный температурный-сдвиг вверх ила вниз актчвационних процессов, дана если кет электронного обмена ыеяду дефектом и разрешенными зонами кристалла.

5. Выведенное универсальное семейство, кривых уровнзк шра-зарядки и закономерности кристаллит ского расщэпленяя позволял? прогнозировать электрически активное поведение 3 с\ -примесей з узкозонных к широкозонных ашазоподобных полупроводниках.

6. Продемонстрирована возможность избыточного поглощения СВЧ-мощности примесями переходных элементов в арсениде галлия, связанное о наличием возбузденных состояний 'большим статистическим весом, что ваяно для СВЧ твердотельной электроники.

7. Представляет интерес для пршэнания высокая тензочукхгве-тельностъ кремния с примесью зрома и предсказг :анио возмоншстк еще большего эффекта с другая! иршвсшн.

•ПичныЗ вклад автора в получение результатов, изломанных в диссертации, состоит в следующей.

Большинство экс гориментальннх исследований было вндолкеко по инициативе и под непосредственным руководством автора-Учпстке автора состояло в постановка задач, осшслении полученных результатов, их интерпретации и обобщении Г1,3-10,12,13,14,16,17, 18,20-25, 27,22,30,32]. В частности, в работе [14] автором било предложено использовать 3 Ы -примеси как свидетелей сукестпова-

ния эффекта дальнода5ствид при ионном облучении. В работе [2] тахнологич2С1йя часть эксперимента выполнена Чурикки С.А. а Кулаковым С.И., намерение ЭПР н обсувдение результатов проделаны автором. В ргботэ fI5] автор участвовал з обсуждении подучгшок результатов. Работы £11,19,26,29,32] полностью выполнена автором. В работа принимали участка студенты старших курсов при выполнении ш курсовых и диплданнх работ под руководством автора. Автор предложил тематику исследований и методы, шлоязнныа э их основу. Он возглавлял разработку техники ЭПР, ь^фузиоЕнуа технологии рэгирования 3 d -пршесягш, разработал и изготовил хол-ловскуа установку.

Аггообпщтя работы

Основные результаты работы докладывались на Ш совещании по исследованию арсеяпда галлия, Томск, 1975, на П Всесоюзно;.! совещании со глубоким уровням в полупроводниках, Ташкент, 1980, на У Всесоюзном совещании по Ессяэдозашго арсешада галлия, Томск, IS82, на X Есесоззной конференция по шпдрозлектронике, Тагарог, 1982, sa I Всесоюзном семинаре "Низкотемпературное легирование полупроводников и щюгослойшх структур", Устинов, I9S7, на Всесоюзной .конференций "йонко-лучзвая модификация материалов", Черноголовка, IS87, на Л Всесоюзной конференции по физико-хигичв-скич осноззм легирования юлуцроводниковых материалов, Моекв?, 1988, еэ П Всосоизпой конференция "йонно-лучевая модификация материалов", Каунас, - ISS3, га IX ВсесоазноЯ конфэрэнщи то взаимодействию атомных тстяц о твердым талом, Москва, IS39, на Всесоюзном гостояяном Еаучно-твхяичэском семинаре "Шзкотемхвратурннэ технологические процессы з электронике", Иазвск, 1990, на XXI Всесоюзном совещании m взаимодействии зяряяешмх частиц с кристаллом, Москва, Ш7, 1991, на Всесовзной конференции "Йонно-лучэ-вая модификация полупроводников и других материалов электронной техники" Новосибирск, 1391, на Проблеском семинаре "Физика и техника полупроводниковых материалов и приборов", С.Петербург, 21 ноября I9SI г., Первой Национальной конференции "Дефзкты э полупроводниках", С.Петербург, 1992; на постоянном семинаре И® РАН, H .Новгород, 1992, т.е. на Г5 конференциях, совещаниях или семинарах. На них было представлено 19 докладов.

Публикации

Основное содер^ние диссертации опубликовано в 33 работах, из которых 12 - в академических журналах, I - в ведоствекком журнале, 2 - в межвузовских сборниках, I - авторское свидетель^ стбо на изобретение, 17 - в тезисах Бсесоазнчх конференций, Совещаний ш семинаров.

Структура.-и-ойьвм диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литература й приложения. Объем диссертации 319 страниц машинописного текста, включая 57 рисунков-, ТА таблиц, приложение и 272 ссылки на Ли=-тературные источники.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение еосвящэко общей характеристике работа. Обоснован; актуальность $ёмн, сформулирована цель работы, охарактеризован ее новизна, практическая ценность работы, приведены основше » ложения, гаяосймые на защиту, структура и содержание глав диссертации.

В-пйгшЬй .глзве приводится аналитический обзор литературы. Кратко рассмотрена наиболее приблизившаяся з количественном со гласий с экспериментом «гироскопическая теория Зо/-центров в полупровэдникахв той ее части, которая потребуется для дальне шего обсуждения. Приведена сводка данных по энергетическим уро ням перезарядки Зо( -ионов в узкозоееых и широкозонных алмазош добных полупроводниках А3В'5, широкозонных А%6, этемщи к гер мании до конца 1992 г. с кратким комментариев» их надаЕноста.Пс ведены экспериментальные данные по кристаллическому расщеплет) 3 с/ -состояний, необходимые для анализа эксперимента з двух последних главах работы. Рассмотрены важные для понимания природ 3 с! -центров в кристаллах .возбужденные состояния, не связанные внутренними переходами в 3с1 -оболочка. Приведены данные по я? фузии, растворимости, комшкясообразоЕакЕВ и стабильности твет дого раствзра, в основном, для хрома и Еелэза в кремнии и кекс торых соединениях А"В" - примесей и полупроводников, экспериментально исследовавшихся в настоящей работе. В конце кратка рассмотрены вопросы дальнодействувшего влияния ионного облуче: полупроводников на систему дефектен кристаллов далеко за зоно;

- п -

гормокекия ионов. Из анализа литературных данных сделает елэдую-цие выводы.

1. Применимость теории кристаллического поля (ТКЩ в ^нога но логической модели Лвдвяга-Вудбери и ряд экспериментов свзде-гелъствупт о том, что волнозне 3d-функции примесных ионов группы гелеза в кристалле в значительной мере сохраняет атсмноподоб-ные свойства, несколько менее локализованы (скорее, локализованы в пределах первой координационной сферы в кристалла) по сравнении со свободами иония. Главное, что должна объяснить теория это группировка зяэргетггязских уровней перезарядки примесных конов около 5-7 эВ ниже вакуумного нуля электронов с интервалами

в десятые доли зВ при большой 5-14 эВ энергии кулоновского отталкивания. электронов. Это то, что отличает их от свободных попов со сравнительно равномерным, с интервалами i»20 зБ заполнением энергетической шкалы потенциалами ионизации. Характерной также для примесных 3d -ионов является близость первых акцепторных уровней-перезарядки отгасптельво вакуумного нуля в GaAs и GaP или первых докорных урОВЕЭЙ в ряде шрокозоншх А2вб.

2. Теория ХалдеЭна-Андерсона-^Флёрова-Киюоика в количественных реализациях Зангзра с сотрудниками или Билэра-О.Андерсона даёт Еаялучшео среди разках иикроскопичвских подходов согласие

с экспериментом. Однако расхоздениэ с опитом ещё велико. Недостатками теории являются, по-видимому, во-первых, преувеличение роля гибридизации 3d -состояний с кристаллическими к цренебреже-нпэ цоляризацгокшми вкладами кристалла. Во-вторых, как и в рас-чэтах в приближениях Сеттера, датадас такта сушетвенное расхождение, с опытом дог сюбодккх ионов, исползоваяо слишком грубое приблйЕенпа однослойного или, в спик-ограначвнком случае, двухслойного строения 3d -оболочки.

3. При экспериментальной идентификации зарядовых сг->тояний и определения подоэкия пргаесншс уровней перезарядки дефектов наиболэз нздёзвнгй являются данные, в которых при управлении уровнем Фертн прослеживалось с помощью ЭПР изменение зарядового состоялся 3d -попа.

4. До сих пор ещё слишком мало данных о кристаллическом ргс-юплешга 3d -состояний. Закономерности в параметре кристалличэсг EDio расташззкия Д прослеживаются лишь для ионов замещения tf^(A) в иирокозонных соединениях А3В5 и А2В6. Почти нет данных а.величава этого параметра в других зарядовых состояниях в

этих соединениях. Совсем нет данных для 3 с? -ионов в крсмкпл к гериании.

5. К началу выполнения настоящей-работы, 1фоме наших попыток: не исследовались возбужденные состояния 3 сГ-ионов, не связанные с переходами внутри 3 d -оболочки или дефект- разрешенная зона кристалла- К настоящему времени появился ряд экспериментальных свидетельств существования возбуждений из локальных состояний

3 с( -оболочки в состояния большего радиуса, какие возникалт,например, кэ 4 s -состояний примесных ионов -непереходных элементов Такие возбуждения ранее (КД> мы пытались обнаружить .го.отклопзнп от закона Кюри-в ЭПР яелеза или хрома в кремнии и арсешие таллия

6. По релаксационных свойствам твердого раствора 3 d -примесей в полупроводниках к началу выполнения настоящей работы имелись, в основном, данные .Милевского Л.С. с сотрудниками по распаду раствора хрома или железа и взаимодействия, этих при«сей с вакансиями или кислородом в кремнии. Не было систематического исследования вклада комплексоо.бразования 3 d -центров, с мелкими примесями или друг с другом, хотя еще Людвигом и Вудбери был установлен (Такт существования комплексов хрома с бором или комглэк-са из четырех атомов марганца- Не исследовалась низкотемпературная релаксация твердого раствора 3 d -примеси в соединениях влияния внешних облучений: на релаксацию'системы дефектов полупроводника с примесями группы железа.

В связи со сказанным были сформулированы вышеприведенные составляющие цела работы.

Во второй главе описана экспериментальная техника.Представ лены результаты модернизации отечественного 3 см'ЗПР-спектрометр Э ПА-3.1, позволившие совместить компактность спектрометра с высокой чувствительностью на уровне лучших отечественных и зарубежны спектрометров с возможностью записи линии эир-поглоданкя, ее пер вой и второй производных, что. необходимо было для более точного учета §ормы линий ЭБР и определения .числа парамагнитнкх центров в образца. Это особенно было важно при исследовании возбужденных состояний 3 d - .энтров по отклонению от, закона Кари в температур ной зависимости ЭПР. Спектрометр построен по гомодкккой схеме с отражательным, резонатором, связью его с СВЧ трактом через гир-

куля тор к балансной схемой СВЧ-детектора на двойном Т-мосте. Разработанный нами васокодобротный трехмодовый ТЕ^ резонатор позволял одновременно записывать спектр эталона и исследуемых образцов и обеспечивать оптамальнув связь резонатора о СВЧ-схе-ыой с помощью спепиальных.заслонок в широких пределах, что позволяло исследовать как слабо, так и сильно цроводяшие кристаллы. Паразитное излучение из отверстий ввода образца или эталона подавлялось отрезками запредельных волноводов. Применение спощгать-шго. кркостата позволяло производить намерения в интервале температур 77-400 К при малом расходе жидкого азота с использованием электронного блока поддержания температуры образцов. Отработана методика записи фото-ЭПР с вводом в резонатор луча С0г лазера., бесконтактшх. измерений СВЧ проводимости на частоте 9. ГГц.

Сучэтом лучлих достижений в техника измерения электропроводности и постоянной Холла разработана установка, позволяйся отдалять эти величины для образцов о удельным сопротивлением от единиц-до ^ 1011- 1Сг2 Он.си в переменном 50 Гц магнитном голе. Применение оригинальной несимметричной схемы подвода тора к образцу позволило обеспечить автоматическое электронное поддержание виртуальною нуля образца и тем самым подавить синфазные тмехи на входе высокочувствительного■дифференциального усилителя. Это и болыкзэ . входное сопротивление измерительной части схемы ,часто позволяло, быстро проводить измерения с прижимными вольфрамовыми зондами к образцу, т.е. без нарушения его поверхности, затрат времени на изготовление контактов, горегреьа кристаллов при кх вжигании. Измерения проводились по 4-х зоото-вой схеме с разделением сигналов по постоянному я переменному току, пропорциональных,: соответственно,, удельному сопротивлении и' постоянной Холла образцов.

4-х-гондоЕая схема применялась такяе при измерении объемного тензорезистивкого эйекта в кристаллах кремния с примесями хрома или железа.

Показано, что использование в качества геттера дополнительной навески алюминия шесте с источником примеси при диффузионном легировании хромом или железом кремния или железом арсенкда галлия позволяет эффективно избавиться от неконтролируемого проникновения посторонних примесей. Описаны технология диффузионного легирования, режимы ионного облучения аргоном о энергией 40 кэВ и дозами до 2.1(РсаГ2.

В третьей главе тзассмогшнн низкотемпературная релаксация и эффект дальнодействия при ионной имплантации в алмазоподобннх полупроводниках с 3 d-примесями. Первая половина главы посаяпэна релаксационных эффектам,наиболее подробно исследованным з кремни с примесями хрома или железа в кристаллах с разлачнпми плотность-дислокаций, содержанием кислорода и уровнем .*эгирования мелкими акцепторной (бор) или донорной (фосфор) примесями. Наблздались в кристаллах с помощью ЭП? число центров внедрения CrJ или Fe^ , полоящние уровня Ферми из измерений эффекта Холла, форма преципитатов при распаде раствора просвечивающей электронной микроскопией. Вначале рассмотрена низкотемпературная релаксация до точки перевала около 400 К, до которой комплексообразовашм дефектов преобладает, а выше - резко ускоряется распад твердого раствора.

При комнатной температуре релаксация твердого раствора грома в кремнии с примесью бора протекает по трем каналам: I) коыя-лексообразование меяузельного хрома Сц с вакансиями и образование замещающею грома Сгь с акцепторным уровнем - 0,4 эВ.; 2) комплексосбразозание «еяузельного хрома с бором и образование комплексов Cr* ß$ и 3) распад твердого раствора хрома с выделением новой фазы - самый медленный процесс с постоянной враче ни около ПО суток (в крпсталлах с плотностью'дислокаций 5.I03-I04 см-2, КДБ-7,5,2.I015 см-3). Процесс релаксации резко ускоряется в кристаллах с повышенной плотностью дислокаций, способствующих как образовании центров Сг^ . так и ускорению распада твердого раствора.

Аналогично происходит релаксация твердого раствора гздеза. Но кроме образования Ге^б3 , Fes и распада проявляются комплексы (F&i){, с уровнем Ес— 0.55 эВ. Состояние кристаллов с уровнем Серки около Ес - 0,55 эВ - середины запрещенной зоны (как у вдезльно чистого кремния) стабильно при комнатной темпера туре по крайней мере в течение 20 лет. В кристаллах исходных п-тиза с примесью фосфора релаксация происходит чорез распад твердого раствора. Стабилизация уровня Форели около £с - 0,29 эВ в кристаллах Kf или ЕКЭ после быстрой закалки свидетельствует о ток, что межузельное железо имеет акцепторные уровень сс -0,22 эВ, что подтверждается и кинетикой релаксации кремния с жэлезем и бором.

Эксперименты при температурах выше комнатной показала, что

- Г5 -- + _ + _

реакция Cr^ + Bs Cr^ Bs может идти как в прямом, так и в обратном направлении в зависимости от характера отклонения от рашовесного состояния системы дефектов при данной температуре. Постоянная времени п-р инверсии типа проводимости кристаллов КИБ-^7,5 : Сг измеячется по закону Т= exp f- ф /к 7") с CLÙ = 6,15.10"® с, Q = 0,83 эВ. Замещавдве положение хрома с уровнем £е - 0,4 зВ Еесьма стабильно до 543 К, когда практически все комплексы хром-бор распадаются..

Исследование кинетики распада твердых растворов хрсаа пли яелеза в кремнии при температурах до 563 К показало, что этот процесс плохо описывается из вестгот простым соотношением

н стандартной активационной заглсимостью от температуры

+ о

для концентрации парамагнитных центров Нп или Fec . Па-

раметры м , Q , Vc сильно зависили от содержания бора, кислорода, диалог, а гай в кристаллах. Значения. Q были существенно нгаэ, чем наблюдались в зависимостях коэффициента диффузии от температуры. Более определенные значения параметров удалось получить, учитывая преципитации на цилиндрических Стяг I) и сферических (т»1,5) центрах распада с помощью более сложных выражений:

а/г<Гх- t/Tj, 0,3Nno >Nn

где T., и изменяются с температурой с энергиями актг-зации, соответственно, Q1 - I эВ и = 0,13 эВ для хрома в кремнии к Î?y = 0,9 эВ и Ql = 0,25 эВ - для железа в кремнии. Значения

£7у у.ороао согласится с извесгнши величинами- энергии активации высокотемпературной диффузии, т.е. соответствуют диффузия в объеме кристалла. Вклад с тя 1,5 и fi, возрастает с ростом содержания бора и кислорода и, видимо, соответствует выделениям на включения йора и кислорода. Включения сферической формы наблюдалась в элакт-ронном микроскопе. Вклад с m = I и &г свидетельствует об ускоренной диффузии вдоль дислокаций кристалла. Одной из причин ускорения может быть расщепление 3 d -состояний полем упругих напря-гх.*нпй дислокации и понижение активационного энергетического барь-

ера.

Наблюдалась релаксация при комнаткой температуре электрических свойств в арсениде галлия с примесью железа преимущественно в состоянии Ге2 (А) . Через 5 дней после диффузии-и закалки уровень ?ерыи в кристаллах сместился от середины запрещенной зоны к уровню железа £ъ_ + 0,52 эВ. Также наблэдалась релаксация электрктеских свойств высокочистого германия при термоцикли-. роваюги от 77 К до 300 К. В этом полупроводнике ЗЫ-примеси также преимущественно находятся в положении замен»ник. За^10 щи лов далось повысить подшяность электронов и понизить концентрацию электронов почти в 2 раза. Вероятно:" причиной.изменения свойств германия может быть перераспределение точечных дефектов, среди которых возможна примесь меди, которач, как известно, имеет очень малую энергию миграции я?0,18 эВ, :

Во второй части главы 3 впервые с помощью техники ЗПР и использования подвижных 3с/-цримесей как свидетелей подтвержден факт существования делькодействующето влияния зонного облучения аргоном поверхности кристалла на; перестройку дефектной системы на расстояниях в сотни микрон за зоной тормокакня иопоа аргона. Наибольшее количество экспериментов проводилось также на кремнии. Облучение А* влияет как на комплексообразовакие мебельных хрома или железа с бором, смещая реакцию в ту или иную сторону, в зависимости от исходного отклонения от равновесного состояния, так и ускоряет распад твердого раствора. .Вероятной причиной эффекта дальнодействия является воздействие штока Кононов, генерируемых из зоны тормояения ионов аргона. Зонсны к упругие колебания зфисталла модулируют частоту перескока и опор- . гко кигравди межузельных 3 с( -ионов или экзргжэ сеязи комплексов. Из-за нелинейно? экспоненциальной зависимости коэффициента диффузии или константы взаимодействия кокиле кс-з от этих параметров происходит ускорение дийгузии или распада комплексов. Акустическая природа дальнодейстЕИя подтверждается увеличением эййекта с ростом плотности ионного тока при одинаковой дозе, а также наблюдение.'' ускорения комплексообразования при химическом травлении кремния или механической шшйовке кристаллов.

Конное облучение при достаточно больших дозах > 10^ аГ^ влияет тага® и на киннтику распада в объеме кристалла, укенксга число бор-кислородных центров пресипитации к изменяя дкелокагмон-ный вклад в кинетику распада. Факт дальнодействующей пересгро*'кк

дислокационной системы согласуется с ранними аналогичными наблюдениями Павлова П.В. с сотрудниками. Непосредственно под зоной торможения. ионов аргона образуются дискообразные центры преципитации, связанные с генерацией дислокационных петель.

Эффект дальнодействия наблюдался и в соединениях А3В5, где 3d-примеси преимущественно располагаются в узлах Ме±(А) . Ис-: слещовались полуизолирующкй арсенид галлия, обычно получаемый компенсацией хромом, и полуизолируюащй (Тос&д индия, компенсированный та .газом. В ряде марок АГП происходили практически полезные возрастания подвижности электронов и уиеныззкие разброса параметров образцов из разных частей слитка при облу^внии иона»«! аргона (£ = 40 кэВ, J1 = 10*®- I0*7 см-2, плотность ионного тока ГО13- IG^ см"~2с~~). Существенное снижение разброса в электрических пар а/, страх происходило и в образцах СИП, вырезанных из разных частей слитка.

Не исключена и "некеханическая" природа эффекта дальнодействия. Свидетельством тому является наблюдавшееся нами каталитическое действие облученной ионами углерода поверхности никеля на. расстояниях до 200 mi:í ка рост алмазной <Тязы углерода, идентифицированной с помощью техники ЭПР и рентгенографии

В четвертой главе рассмотрены результаты исследования возбужденных состояний , некоторые уровни перезарядки хрома ила ".олззп в кремнии, арсениде и фосфиле галлия и объемная тен-зочувстЕительность кремния с,примесью хрома.

С учетом изменения ширины и формы линий ЭПР исследованы температурные зависимости концэнграции парамагнитных центров в основном состоянии -л) в арсениде и фосфиде галлия,

Fe¿ в крем ют. и фосфэдз галлия, Cr¿ в кремнии с одновременным контролем концентрации и типа носителзй тока по данным эффекта Холла. Анализ этих зависимостей показал, что наблюдаемое отклонение от закона Кюри в Nn(T) не связано с обменом электронами меяду дефектом и какоР-лпбо из разрешенных зон кристалла, а вызвано термическим переходом примесных 3d -ионов в возбузденнне состояния. Экспериментальные зависимости Ип(Т) хорошо укладываются на криЕые, вычисленные из статистики электронов на дефекте с двумя возбужденными состояниями

Энергии возбуждения (0,025+0,04) (0,11-0,19) эВ.

Причем кратности выровдения возбужденных состояний доходят до гигантских величин « Ю5, что, очевидно, вз возможно объяснить в рамках чисто электронной модели дефекта с небольшим числом локализованных на нем электронов. Предложена физическая модель, согласно которой при переходе дефекта в возбужденное состояние из-за изменения (ослабления) скловых постоянных кристалла в окрестности дефекта в фононном спектре истаяла возникает кваз^-локальный резонансный пик с частотой^. В адиабатическом приближении выведена статистика электронов с учетом изменения спектра фоноков. Экспериментальные зависимости хорошо,описываются выведенным распределением в приближении & -образной формы пика в:-да

с одной энергией возбуждения = 0,013 - 0,095 эВ с частотой

с-1 для Ме- в54 и баР и^ (0,5-1,5).1013с~1 для \iG-iP . Полученные энергии возбуждения значи-

тельно меньше тех, что следует ожидать для внутренних переходов в 3с1 -оболочке, исходя из типичных величин кристаллического расщепления (0,3-0,8) эВ. Поэтому предполагается, что возбуждения связаны с переходом электронов в более делокализованное состояние Кона-Латтинджера, какие возникают у примесных ионов непереходных элементов с незаполненными только 5 ,р -вношними. оболочками. При этом 3 с/ -оболочка оказывается орбитально . вырожденной, что способствует смягчению силовых постоянных кристалла по ток же причине, что при возникновении инверсии в кривизне зависимости потенциала от смещения ядра 3с/-иона в эффекте Яна-Тел-лера.

Такая же модель с изменением фононного спектра.кристалла,, как при возбуждении, так и при перезарядке, использована для вы-» вода на основе большого канонического распределения температур-, ной зависимости концентрации дефектов в определенном зарядовом состоянии для случая достаточно большого вклада обмена дефекта' с разрешенными зонами кристалла. Эти зависимости позволили-устранить несоответствие, возникающее при использовании обычной чисто электронной статистики для объяснения изменею!я°температурой концентр?, или дырок в ярое шло галлия с прш осью железа и уровнем Ферта около уровня железа £„.+0,52 эВ, наблздавшееся ранее Хейсти и Кронинш. Уточненное положение уровня железа есть

0,53 эВ. При переходе железа в зарядовое состояние образуется еще более низкочастотный пик около 4. 1012 о"1,

чем при возбуждении Яг5+М) .

Существование рассмотренных выше возбужденных состояний подтверждается ИК гашением С02 лазером с энергией квантов

йг 0,1 зВ спектра ЭПР в арсениде галлия и наблюдением

избыточной по отношению к низкочастотному значенз® СВЧ проводимости арсенида галлия с примесью железа. Избыточное поглощение росло с ростом температуры, что, возмонно, связано с поглощением квантов СВЧ излучения при переходах кезду выбранными подуровнями возбужденного состояния с большим статистически.! весом.

Кроме того, в этой глава приведены данные исследования распределения по глубине кристаллов фосфща галлия полной концентрации железа из данных радиоактивных измерений методом меченый атомов железа , парамагнитных центров и парамаг-

нитных центров л®леза с ^ -фактором 2,133 (известный В-спектр ЭП? железа). Показано, что В-спектр принадлежит ыежузельннк центрам кеда за Ге[ ~ЗЫ& , с почти горизонтальным распределением по глубине на уровне (7,5-7) .10*® саГ3. В то время как распредег ление Ге^ Сба) спадает от 1,6 ЛО^7 у поверхности Д04.5.1016 в середине кристалла и практически повторяет распределение полной кон^нтрашш железа. Эти результаты согласуются с известными предетавлениями о диссоциативном механизме диффузии примеси. С другой стороны, они говорят о практически полной электрической активности: яелеза в наших кристаллах фосфида галлия. Подобное обстоятельство было установлено нами ранее для яелеза в арсениде галлия ( КД. ).

В конце, главы на основе анализа данных при разных температурах в кремнии с примесью хрома и раз же.; содержанием мелких акцепторов бора показано, что хром в положении внедрения не имеет второго доноркого уроЕпя выше Ец- -н 0,09 эВ. При уровне Ферми до этой энергии и выше наблюдался спектр ЭПР Сг* - . Вероятно, второй доноршй. уровень «екузельного хрома располагается у самого потолка валентной зоны кремния или да:;:е чуть итоге него. Близостью этого уровня +/2+ к краю валентной зоны и большим кристаллическим расцеплением уровня + /2 4- объясняется наблюдавшаяся нами на 2-3 порядка более высокая объемная тензочузствительность р-кремния с хромом по сравнению с келогкрованнши этой примесью кристаллами, но с такой яа кошзентрацией дырох.

В пятой главе в развитии наблюдений Халдейнв и Андерсона, , Вогла и Барановского, Зангера и с учетом экспериментальных дак-нюс, накопленных к настоящему времени, выведено едпноеуниверсал* ное семейство кривых уровней перезарядки примесных 3 d -иоков в алмазоподобных полупроводниках. Ванными моментами, .отличающими ■'. настоящий подход, являются: 1) учет не запрещенного симметрией ' (вследствие тождественности электронов) слоистого строения 3d * оболочки с почти полной экранировкой от пояя ядра каждого после'1 дующего присоединяемого к 3d -оболочка электрона предыдущими й: 2) предположение, что пршесные 3 cJ -ионы сохраняют атомкоподоб* нке волновые функции.несколько расширенные вследствие поляризацй о иной экранировки ляазмой кристалла (в основном, электронами верхней валентной, зоны) кулоновского взаимодействия 3 d -электронов с ядром 3d -примеси и друг с другом. На основе атомного гамильтониана с учетом кулоновского и обменного взаимодействий подобраны вначале аналитические выражения, аппроксимирующие с погрешностью <10 % экспертентальныэ потенциалы ионизации Б„ свободных ионов до 11-го потенциалаионизацииэлемев

яов от калия до рубидия. Эти выражения имеют ввд

Еп —Ej + (п-0(Ъп-ЧА) 4- O(n-S) £ГЛ„ (I)

& ~ D при числе электронов в 3-*/-оболочке 5, 9 = I при п > 5, энергия взаимодействия электрона с ядром с атомник номером 2,

• (2)

_ -1

=+ exp(-1(Zb94y/-io } , (з)

, Eje dg= 1,86 эВ, Hi+n , где Nc - номер потенциала ионизации» Параметры кулоновского Ип и обменного Зп взаимодействия соотносятся как

=г/„(4)

и определяются выражением

(5)

п, ч к

0Í¿ определяется формулой (3) с заменой , параметр

небольшой неполноты экранировка

К . (6)

Для свободных понов эффективное число электронов остова — быля постоянны.! и равные 17 .

Для примесных ионов наиболее • надежные экспериментальные уровни перезарядки ("2) . в ряде; ал/.азоподобных полупроводников после исключения вклада кристаллического растепления Зс( -состояний укладываются на семейство кривых,, в которые трансформируются (1-6), если эти уровни отсчитывать относительно вакуумного нуля электрона и внести следующие изменения. Параметры £ы ,

> уменьшаются в раз, где рассматривается как

эффективная диэлектрическая проницаемость. Квадратичная зависимость учитывает ослабление з г^ раз кулоновского взаимодействия и во столько же раз - разбухания 3 сЬ -волновых функций. Кроме того, эти три параметра и в кристалле, естественно, зависят от перетекания заряда валентных электронов при изменении заряда 3 Ы -иона, будучи связанными выведенными на основе анати-за данных опыта соотношениями

^■¡>-2-2-«-, (8)

где номер ионизации = 1,2,... для первой, второй и т.д. до-норной ионизации, Не = О, -I, ... - для первой, второй и т.д. акцепторной -ионизация,' П-ъ- - число электронов, отданных на образование ковалентннх связей; Л = 0,5, 0 дляЛЦ и = I для

На выведенное семейство кривых (1-9). при.использовании значений параметра кристаллического расщепленая Л , близкого к тем величинам, что известны из опыта, с хорошей точностью укладываются. наиболее достоверные экспериментальные акцепторные и донор-ные уровни, в узкозопннх и тапро ко зонных соединениях А" В® до£,зР ), Л2В6 ), в крекгаи и германии для 3 Л -примесей внедрения к замещения:. Семейство позволяет прэдв'лдеть сгжпываниэ уровней перезарядки при изменении 2, и сторону калия (калиевое

схлошвание уровней), случаи образования центров с отрицательной корреляционной энергией, электронный резонанс 3 с? -состояний с разрешенными зонами кристалла около их краев, что может привести к интересным эффектам в явлениях электронного переноса. Поскольку семейство оказалось единым для голуцроводников-от почти металлов до почти диэлектриков, такие же закономерности следует ожп-дать и для 3 о< -ионов в других конденсированных системах .Подтверждением этому является близость к одной из кривых семейства зависимости от атомного номера работы выхода в переходных металлах группы железа. Поэтому выведанные закономерности могут быть полезны и для понимания природы ферромагнетизма или высокотемпературных сверхпроводников.

В сеязи с этим ваяно отметить, что энергия как свободного, так и примесного 3 с/ -иона в зависимости от числа заголнения не есть парабола, как у Хаббарда, а является монотонной, близкий к кубической кривой. Парабола Хаббарда использовалась в некоторых теоретических работах для объяснения особенностей ферромагнетизма или переменной валентности. Группировка и пересечение уровней Еп в выше рассмотренной феноменологии, как предполагается,

происходит за счет, в основном, шляризацяоиного перетекания валентных электронов кристалла при изменении заполнения 3 с1 -оболочки. Это проявляется в зависимости от■>

В предпоследнем разделе главы 5 представлены результаты попытки осуществления следующего шага в самосогласованной процедуре численного анализа наиболее надеиных уровней перезарядки Зс/ -ионов внедрения в кремнии, но с вариацией параметра кристаллического расщепления А ,в зависимости от атомного номера и заряда 3 с1 -иона. Результаты показаны на рис. I и 2. Как видно, удается с весьма высокой точностью подогнать расчетные и экспериментальные уровни при регулярных к качественно объяснимых изменениях на рис. 2. Такие кривые могут быть следствием, например .конкуренции роста Л из-за роста дипольной поляризации соседних атомов кристалла и спадом Л из-за меньшей протяженности оставшихся заполненных электронами 3 с1 -состояний с ростом заряда 3Л -иона.

Рие. А. Уровни перезарядки М-ионов внедрения Уев крайний. Точки 1, 2 - на^ёзно определённее экспертя-ыентаяьзо Г - акцепторные, 2 - доаорнае уровня, 3, 4

прецполагаеиыа о данной перезарядкой экспертаентазь-но опрэцэлённые 3 - акцепторные, 4 - дояонав уровяи-Тонкий ломаные лия?гя этобра-ззззт хо^ ра^чётнях нерас-цеплённчх уровней, толстаз - рассчётнчх с учётом кристаллического расцепления на рис. 2,

Рис. 2. Параметр расцепления кристалличёскик полем состояния Зй-ионов Де^ в креиник в различных варядоЕШс состояниях. Сплошное кривые - результат раесчёта с яспояьзованиен наиболее нэдёхк?к экспериментальных уровней на рис. Л. , пунктирные - пред-волагаекчй ход изменения Д «

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ШВОЛЫ

1. Представлена полезные для практики результаты усовершенствования техники ЭПР и измерений эффекта Холла. Установлена высокая эффективность использования навески металлического алши-ния в качестве геттора посторонних примесей при диффузионном насыщении объёма кристалла заданной 3d -примесью.

2. На примерах примесей хрома и деле за в кремнии с помошып техники 3IiP, электрических измерений и других методов проведено систематическое исследование процессов низкотемпературной (293573 Ж релаксации твердого раствора 3d -примесей в кристаллах. Показано, что тлеется четыре канала релаксации, в основном опре-деляэчщх этот процесс: комплексосбразовакие межузельной 3d -примеси с вакансиями и вероятным образованием замещающей доли щшме-си, комплексообразование с мелкой акцепторной примесью - борем, образование комплексов из 3d -ионов((Pe¿преципитация 3d -принеси ( распад твердого раствора ). .

3. Показано, что з кремыи акцепторный уровень замеегаюввго хрома есть EQ-0,4 эВ, у Ссг- нет второго;дошрного уровня выше В^+0,09 зВ, у Ре;, имеется акцепторный уровень Ео-0,2Э эВ.

4. Установлено,, что состояние полуизолирудщето кремния, компенсированного з-злазем , с уровнем Фэрми около середины запрещённой зоны стабильно при Т =293 К в течении. 20 лет.

5. Показано, что при комнатной и более, низких температурах имеет место весьма быстрая релаксация дефектной системы и в так-ких полупроводниках как арсенид галлия и германий, в которых

3d -примеси находятся преимущественно в узлах кристалла.

6. Впервые с помощью техники ЭПР и электрических измерений оонаружено дальнодейстзуищее влияние ионной имплантации аргона в кремний на перестройку системы точечных дефектов кристалла. 3d - примеси использовались в качестве свидетелей перестройки дефектной системы. Вероятной является акустическая природа эффекта дальнодействия.

7. Показано, что в зависимости от характера отклонения сис--т-eau от равновесного еозмоото в результате ионного облучения кристалла как ускорение хсмплексообразовашш 3d -претеси с другими дефектам и, та к и разрушение комплексов. Ионное облучение ускоряет распад твёрдого расавора 3d -примеси в кремнии.

8- Эффект дальнодействия шее? место как в кремнии с преимущество ешк размещением 3 -цримесей в виде М^, так и в соединениях е1пР с ггоевгдаственни! шлоевеезы -принеси в в

9. Эффект дальнодействия при ионгой ишкантадии аргона позволяет существенно улучшить однородность параметров образцов полуизолируиших арсенида галлия ифосфида ивдия, компенсированных 3 о! -элементами, в А1Л бозмоено увеличение подвижности адв-ктронов.

10. Бо отклонении от закона Кэри в температурной завкскго-сги парамагнетизма примесных 3 с? -конов ее лаза щш хрома, наблюдаемому техникой ЭПР, и сопоставлению с дашши эффекта Холла надежно установлено существование возбужденных состояний ¡нитроз замощения в арсенкяе в фосдзие галлия, титров внедрения в фосфиде галлия и кремнии, С^ в кремнии. Возбужденные состояния не связаны с внутренними переходами в

3 с! -оболочке примесного центра. Прадголагается электронный переход между состояниями малого радиуса 3 с^ -оболочки и водородо-годобннми состояниями Кона-Латгкщзвра примеси.

11. Предложена фазичаская модель, в которой гигантские "эффективна кратности вырождения Еозбувденвах состояний объясняются наведением иягкнх резонансных йошншх код хфисталла из-за ослабления сиговых еостояшнх кристалла окало дефекта при ого возбузсениЕ. Авшюгеченй ъЗйакт возмоеэя в щш перезарядка дефекта-

12. Выведена статистика электронов ка дефектах с учзтоа в адиабатическом щж6лееэшш изменения фэнонного спектра кристалл: при возбугкониЕ или Ееразарядке дефекта. В приближении Б' -образного шка фоЕошюго резонгнса статистика позволяет хороио описать вкшеуказаннна отклонения от закона Кюри и темшратуркуа зависимость коншнтрацги дырок.в .Предлэгшнгшяфизическая моде.ть позволяет понять природу сильного температурного сдвига вверх или вниз активацЕОНных процессов с энергией электронных переходов,'«, не связанных с обменом с разрезанными зонами кристалла, » кТ.

13. Обнаружено дополнительное го отвэшшт к низкочастотному СВЧ поглощение кристаллов арсенида галлия с пркмесш взла-за, которое связывается с возбузгенякки состояниями центров на-

лаза, -что 2азно дам СМ звэрдслелъеой электроники. 3+

14. Обнарукено зменьшаяке интенсивности ЭПР в арсенидз галлая излучейзйм COz лазера, которое связывается с оптически стгаужрозак®;.'. переходомa1-»s этих центров з ВОЗбуЖ-дейтвэ состоййя.

15. Показейо, что спектр ЗПР примесных центров геле за с

о -фа.чторсм 2,133 пранадлгяит ме-тузельному состоянии примеси

16. Обнаружено уЕэлячэкие на яза порядка объемной тензочув-сТЕительносй! гоемния с щяаесь» хрома, которые объясняются на основе выведенных нами закономерностей в уровнях перезарядки и кристаллическом. расщзгоззяга состояний 3d -примесей в кремнии.

17. В развитии наблюдений Халдейка и Андерсона, Вогла и Барановского, Зангера и с учетом экспериментальных данных, накопленных к настоящему времени, Ешвздено единое универсальное семейство кривых уровней перезарядки привесных 3 с/ -ионов в алмазолэяобяых полупроводниках. Уровни перезарядки отсчитываются относительно ваку^'кого нуля элзктронов. На это семейство (Z) после исключения расщепления кристаллически годам с хорошей точностыз укладываются наиболее достоверные зкспэра,!gнталько определенные акцепторные и донорные уровни з уз ко зонных и широкозонных ссзднпзкиях А^В5 (отГпЗбдоСлР), А2Вб ( CVSe ), кремнии и германии для примесей внедрения и замещения. ВаяЕйгмоментом, отличаяцим настоящий подход, является

' учзт слоистого строения 3 à -оболочки. Семейство позволяет предвидеть калиевое схзшиваниэ урогней перезаряд;«:, случаи образования центров, с отрицательной корреяшюнвой энергией, электронного резонанса с разрепешша зонами кристалла с 2à -примесями.

18. Показано, что эяэргая так свободных, так и примесных

3 d -ионов в зависимости от электронного заполнения не есть парабола Хаббарда, а явжетая монотонной, йлкзяой к кубичесяой кривой. Это важно для иной, там ранее, интерпретации шременяой валентности ияв кагнвтизма переходных элементов г гоютясярован-ных аля молекулярных сгстемах.

СШ5С0К ПУБЛИКАЦИЙ Ш 7ЕНЕ ЩЗСЕРТАШ I. Доброхотов O.P., Декидсч P.C., Павлов O.S., Взскяг Н.В.

/Блаяше писяоьггг<К :-:а яозъйсчие -гертческаа: дефекте« g коно-

кристаллах С® ц <li ff ъ ed.: Физика полупроводников и полупроводниковая электроника, Кзд. Саратов.ун-та, 1981, с.44-48

2. Демидов Е.С., Кулаков С.К., Чурин С.А. / ЭЦР-спектры алмазов, вкращеннкх на никеле, облученном ионами углерода // Нерганиче ские материалы,. 1931, т.17, # 7. С. 1307-1308

3. Демидов B.C., Ежевский A.A. /Глубокие уровни железа в арсенале галлия // Тез.докл. П Всесоюзного совещания по глубоким урозням в полупроводниках, Ташкент, I980#. C.I3I-I32

4. Демидов Е.С., Егевский A.A. / Криостат для исследования. ЭПР при температурах 80-400 К // Зав .лаборатория, I9SI. Т.47.

С .42-43 '

5. Демидов Е.С., ЕжевсккР. A.A., Карзаноз В.В. / Гэттерирувщие свойства А £ при диффузионном легировании С Si A s элементами группы. лоз а // Б сб.: Тез .докладов 5 Всесоюзного совещания по исследованию арсеннда галлия, Томск, 1382. С.29-30

6. Легатов S.C., Ежевский A.A. / Длинноволновое инфракрасное гашение спектра сПР глубоких центров тлеза в арсениде галлия // В сб. тезисов докладов X Всесоюзной научной кошер. по ыик роэлектронике, Таганрог, IS82, с.36-39

7. Демидов Е.С., ЕжезскиЕ A.A., Карзанов В.В. / СВЧ-поглошенге арсенцда галлия, связанное с возбужденными состояниями примес: железа в арсеккде галлия // В сб.тезисов У Всесозз.совещания по исследованию арсенкда галлия, Томск, I9S2. C.53-S1

8. Демидов Е.С., Ежевский A.A., Карзанов В.В./Высоючувствительные датчики давления на основе кремния с примесью зромэ //

В сб: Тезисы докладов X Всесоюз.конференцииш микроэлектронике Таганрог, 1982, с. 39-40

9. ДемидоЕЕ.С., Ежевский A.A., Карзанов В.Б. /Низкотемпературна релаксация перзешенното твердого раствора // Б кн.: Активиру емые процессы технологии микроэлектроники, Таганрог, 1984.

С. 134-142 . '

10. Демидов Е.С., Ежевский A.A., Карзанов В.В. / Возбужденные состояния иона Ге* в арсениде и фосфдде галлия ff STD, 1983. Т.17, в.4, с. 661-663

11. Демидов Е.С. / Изменение фонокного спектра^кристаяда при тезчическом зозбуяденки примесных коков R? вCsAi и ff ЗГТ. IS85. Т.27, в.6. С.1896-1898

12. Демидов E.G., Ежевский A.A.. Карзанов В.Б. / Высокая чувствительность кремния с примесью хрома к всестороннему давлени

// В сб.: Физика полупроводников и полупроводниковая электроника, Изд. Саратов,ун-та, Саратов, 1986. C.7-I0

13. Демидов S.C., ЕлвбскиА A.A. / Теркичзское возбуждение Ре" в £зР // ФТП, 1285. Т.19, в.9. C.I626-IS32

14. Павлов П.З., Демидов Е.С., Зорина Г.З. / Дальнодействутадее ускорение юмплаксообразования зэлзза и хрома с бором в кремнии при ионной имплантации аргона // ФТП. I9S7. T.2I, в.6. С. 984-988

15. Начунеев Ю.А., Павлов П.В., Ладоннчзв Г.В., Демидов Е.С., Пятов 'Д. В., Гусев A.B. / Способ обработки германия // Авт .свидетельство Ж 1385663, заявка ИХ АН СССР В 4063773 от 28 апреля ISS6 г.

16. Демидов Е.С., Карзаков В.В. / Релаксация электрофизических свойств растворов хрома и железа в кремнии при комнаткой температуре // В кн.: Низкотемпературное легирование полупроводников и полупроводниковых структур микроэлектроники. Таз.докл. I Всесоюзного семинара, Устинов, 1987. С.92

17. Демидов S.C., Карзаноз В.В., Зорина Г.В., Павлов П.В. /Влияние конкой бомбардировки на объемные электрофизические свойства кремния, легированного аз .газом и хромом // Зоб.: Иокно-лучэвая модификация материалов. Тез.докл. Всесовзн. кояф., Черноголовка, 1987. С.125

18. Павлов П.В., Демидов Е.С., Карзанов В.В. / Влияние ионной бомбардировки на кинетику расцада твердого раствора хрома в кремнии //В сб.: Шестая Всесовз.конференция по физ.-хям. основам легирования полупроводниковых материалов. Тезисы доклад.. М.; Наука, 1988. С.214-215

19. Демидов Е.С. / Изменение фоконного спектра кристалла при возбуждении и перезарядке fi? т вG-aAs // ФТТ, 1988. Т.ЗО.

B.6. C.I836-I838

20. Демидов Е.С., ¡-^арзанов В.В., Павлов П.В. / Влияние плотности ионного тока при иишштациа на эффект дальнодействия в кристаллах кремния с пршесьп железа // 4ТП. 1989. Т,23, в.З.

C.548-550

21. Павлов П.В., Демидов Е.С., Карзанов В.В. / Изменения в кинетике распада твердого раствора хрома з гоемник,обусловленные дальнодэ£стБушяк влиянии ионной бомбардировки // В сб.: Уюкно-лучгъ^ч модификации материалов. Тез.докл. Зсесоюз.

конф., Каунас, 1989, с. 200

22. Павлов П.В., Демидов Е.С., Карзанов В.В. / Эффект дальнодействия в кристаллах кремния, легированного железом, в зависимости от доза и интенсивности облучения ионами аргона // В сб.: Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Матер. П Всесоюз.конф., М., 1989, Т.2. С.84-86

23. Павлов П.В., Карзанов В.В., Демидов Ё.С, / Зффэкт ударной волны в кристаллах StiFe при химическом травлении ионно-нзгушэнного слоя // В сб.: Взаимодействие атомных частиц с твердым телок. Материалы И Всесош.конф., М.,1989,т.2.С.218

24. Карзанов В.Б., Павлов П.В., Демидов Е.С. /Влияние ионной бомбардировки на кинетику распада. твердого раствора хрома в 1фемнш5 // «ГО, IS89. Т.23, в.XI. С.20&4-2066

25. Демидов Е.С., Карзанов В.В., Кудрявцева Р.В., Куприянов Е.В. /Распад твердых растворов хрома и ®елеза в фемнии // В сб.: Низкотемпературные технрлогические процессы в электронике. Тез .докл. Всесоюзного научно-технич.постоянного семинара, Ижевск. I9S0. С.70

26. Демидов S.C. / Поляризационный механизм формирования d -состояний примесных ионов группы железа в адаазоподобннх полупроводниках // Тезисы докладов Всесовз.постоянного научно-технич. семинара "Низкотемпературные технологические процессы в электронике", йхзвск, 1990. С.70

27. Павлов П.В., Декетов Е.С., Карзанов В.В. / Эффект дальнодействия в голуизолирувдих полупроводниках £a4s и In Р при облучении ионами аргона // Тез.докл. XXI Всесоюзного совещания по взашод.заряженных частиц с кристаллом., Ц,, 1991, С.94 ' .

28. Павлов П.В., Кашашв В.В., Демвдов Е.С. / Дальнодействук-гое влияние ионной бомбардадзовки на процесс преципитации примесей хрома * железа в кремнии // Тез .докл. кокф."'Лонно-лучввая модификация полупроводников и других материалов плекгронной техники", Новосибирск, 1991. СЛШ

¿9- Диков E.G. / Поляризационная трансформация потенциалов ионизации 3 с* -конов в юс примесные уровни в алмазоподобных полупроводниках // ФТТ, 1992. Т.34, в.1. С.37-48

3G. Павлов П.В., Демидов Е.С., Карзанов Е.В. / Эффект дальнодействия в полуизолирувших полупроводниках G-S As и Jnp при облучении ионами аргона // ЯЛ; 1992- Т.26, в.6. C.III8-II50

31. Демидов B.C., Карзаноз В.В. / 0 второй дошртоа уровне иеэдоузельного хрома в {фемнии // ФШ, 1992. Т.26, в.9. С. 1656-1659

32. Демидов Е.С. / Поляризационный механизм образования примесных центров с отрицательной корреляционной энергией и калиевого схлопнвания уровней 3d -переходах элементов в алма-зоподобных полупроводниках // В сб.: Тез. докл. Первой Национальной конференции "Дефекты в полупроводниках", С.Петербург, 1992. С.106

33. Павлов IL.B., Карзанов В.В., Демидов Е.С./Далънодействуигоэ влияние ионной бомбардировки на систему дефектов в монокри-сталлачвскоц кремггла // Высокочистые вешзства, 1993, $ 3. С. 31-37