Радиационное дефектообразование в кремнии и структурах на его основе в зависимости от уровня легирования и примесного состава тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Для служебного пользования Экз. № -2.

УДК 621.315.592

КУЧИНСКИЙ ПЕТР ВАСИЛЬЕВИЧ

РАДИАЦИОННОЕ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ В КРЕМНИИ И СТРУК ТУРАХ НА ЕГО ОС1ЮВЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УРОВНЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И ПРИМЕСНОГО СОСТАВА

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МИНСК -1999

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко Белгосуниверситета

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Ломако Виктор Матвеевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Доманевский Дмитрий Сергеевич

Оппонирующая организация: Институт физики твердого тела и

полупроводников HAH Беларуси

Защита состоится 21 января 2000 г. В 14.00 часов па заседании совета по защите диссертаций Д 02.01.16 в Белорусском государственном университете (220050, г.Минск, пр. Ф.Скорины 4, Белгосуниверситет, ауд.206, тел. ученого секретаря 226-55-41).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского

i государственного университета.

Автореферат разослан " 0) " декабря 1999 г.

доктор физико-математических наук, профессор Чапланов Аркадий Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор Федотов Александр Кириллович

Ученый секретарь совета по защите диссср' доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным материалом для производства полупроводниковых приборов и ИС является кремний. Развитие полупроводниковой электроники стимулирует совершенствование технологии получения кремния с характеристиками отличными от традиционных. Так наблюдается расширение примесного состава и диапазона уровней легирования кремния от 1012 до Ю20 см"3. Все более разнообразными становятся условия, в которых должны работать полупроводниковые приборы. Развитие космической техники, ядерных энергетических установок, радиохимических производств, исследовательских комплексов требует создания радиационно-стойких полупроводниковых приборов и ИС. В тоже время облучение высокоэнергетическими электронами, протонами, нейтронами вошло в технологию изготовления полупроводниковых материалов и приборов.

В связи с изложенным, изучение влияния радиационных повреждений на свойства материала и активных областей приборов с целью создания радиационно-стойких приборов и ИС является актуальным. Несмотря на достигнутые успехи в этой области, многие вопросы изучены пока недостаточно. Одним из таких вопросов является радиационное дефектообразование в кремнии с высоким уровнем легирования. Изменение зарядовых состояний первичных дефектов, соотношения между концентрациями неконтролируемых и легирующих примесей при повышении уровня легирования, могут привести к существенному изменению механизмов и эффективности образования дефектов.

В последнее время было предложено использовать в радиационной технологии полупроводниковых приборов излучение изотопных альфа-источников. Однако, к моменту постановки работы отсутствовали систематические данные об особенностях образования дефектов, их параметрах и природе при облучении альфа-частицами.

В процессе изготовления практически всех приборов и ИС кремний подвергается высокотемпературным обработкам, воздействию ионных пучков примесных атомов. Это приводит к изменению структурного совершенства исходных кристаллов и может существенным образом влиять на физико-химические процессы, протекающие при облучении. Электрические поля и инжекция носителей в активных областях

приборов также влияют на процессы радиационного дефектообразования. В этой связи наиболее достоверную информацию о радиационной стабильности полупроводниковых приборов можно получить с использованием методик разработанных для p-n-, МОП-структур, являющихся основными активными элементами практически всех приборов. Использование таких объектов исследования позволяет моделировать реальные условия активных областей приборов. К тому же, разработанные методы исследования: емкостная спектроскопия глубоких уровней (DLTS-спектроскопия), измерение генерационного и рекомбинационного времени жизни носителей заряда, C-V-метрия, позволяют проводить надежное измерение изменений электрофизических характеристик полупроводниковых кристаллов при потоках излучений вызывающих незначительное отклонение параметров приборов от исходных.

Связь работы с научными программами. Диссертационные исследования проводились в рамках программ и тем "Рекомбинация-1" ч-"Рекомбинация-3", "Виброн-1", "Вега-2", "Вега-4", "Сигма-1", Сигма-2", Сигма-3", "Антей-Г', утвержденных директивными органами и постановлениями правительства, а также в рамках международного CMS-проекта (CERN).

Цель работы. Экспериментально установить закономерности радиационного дефектообразования в кремнии и структурах на его основе в зависимости от примесного состава и уровня легирования в диапазоне 1012 -г 1019 см"3 при облучении гамма-квантами, электронами, альфа-частицами, нейтронами, протонами, осколками деления 252Cf. Разработать модели описывающие наблюдаемые закономерности. Определить параметры радиационных центров в кремнии с сильным электрон-решеточным взаимодействием

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

- определить энергетический спектр, кинетику накопления дефектов, изменение времени жизни носителей заряда в зависимости от уровня легирования кремния, типа его проводимости и метода получения;

- установить зависимость эффективности образования радиационных дефектов и их стабильность от температуры, сильного электрического поля, инжекции носителей;

- установить закономерности изменения начальной скорости удаления носителей и коэффициента радиационного изменения времени жизни неосновных носителей заряда от уровня легирования и типа образующихся дефектов;

- определить радиационную стабильность границы раздела кремний-диэлектрик для разных методов получения кремния и различного примесного состава.

Объекты и методы исследований. Изучались радиационные изменения электрофизических свойств базовой области п+-р (р+-п)-структур, полученных на основе кремния легированного бором (фосфором) в диапазоне концентраций 1012^4-10'8 см"3 (анализ с учетом литературных данных проводился до Ю20 см°). Исследуемые р-п- и МОП-структуры изготавливались на основе кремния полученного по Чохральскому, зонной плавкой, нейтронным трансмутационным легированием, эпитаксиальным выращиванием. Изучались р-п-структуры, базовая область которых была легирована ве в диапазоне концентраций 21018 + 21021 см"3. Изучались МОП-структуры, диэлектрический слой которых в процессе получения легировался азотом.

С использованием п+-р (р+-п)-структур изучалось радиационное изменение времени жизни неосновных носителей заряда, начальная скорость удаления носителей, энергетический спектр и эффективность введения дефектов. Для МОП-структур изучалось изменение генерационного времени жизни носителей, плотности поверхностных состояний.

Измерение рекомбипационного времени жизни неосновных носителей заряда в базовой области п+-р (р+-п)-структур проводилось по переходным характеристикам при переключении прямоугольным импульсом или синусоидальным сигналом. Параметры дефектов и эффективность их введения определялись методом ВЬТБ-спектроскопии. Разработана установка, позволяющая регистрировать концентрацию глубоких центров 10"3 н- 10"4 см"3 от уровня легирования мелкими примесями. Концентрация Ое в кремнии измерялась методами обратного резерфордовского рассеяния и рентгеновского микроанализа. Профиль легирования и его изменение при облучении в р-п- и МОП-структурах определялся методом второй гармоники. Генерационное время жизни носителей измерялось методом линейной развертки с использованием МОП-структур. Плотность

поверхностных состояний рассчитывалась на основе измерений высокочастотных и квазистатических С-У-зависимостей. Из анализа С-У-зависимостей определялась концентрация основных носителей и ее изменение при облучении. Анализ химического состава слоев диэлектрика проводился методом рентгеновской электронной спектроскопии.

Радиационные дефекты вводились облучением гамма-квантами 60Со, электронами с энергией 7 МэВ, быстрыми реакторными нейтронами и моноэнергетическими с Е=14 МэВ, протонами с Е=660 МэВ, осколками деления (М,=80 а.е.м. с Ег=80 МэВ и М2=130 а.е.м. с Е2=60 МэВ), альфа-частицами изотопных источников 2|0Ро с энергией 4.7 МэВ (длина пробега в кремнии 20 мкм).

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем.

¡.Методом емкостной спектроскопии впервые проведены систематические исследования энергетического спектра радиационных дефектов в зависимости от уровня легирования кремния п- и р-типа. Установлено, что энергетический спектр основных дефектов не зависит от уровня легирования. Показано, что в диапазоне уровней легирования 5 10!4-И0п см наблюдается перезарядка вакансий, приводящая к изменению эффективности образования стабильных вакансионных комплексов. Установлен полный спектр энергетических уровней вакансии в кремнии.

2. Проанализированы механизмы аннигиляции первичных дефектов в кремнии. Установлено, что в слабо легированном кремнии (концентрация примесей < 1015 см"3) первичные радиационные дефекты в основном уходят на стоки или рекомбинируют на них. Технология получения исходного кремния (зонная плавка, по Чохральскому, нейтронное трансмутационное легирование, эпитаксия) практически не определяет эффективность ' аннигиляции первичных дефектов. Показано, что легирование кремния изовалентной примесью германия вплоть до 21021 см"3 не влияет на скорость введения стабильных комплексов и, соответственно, эффективность аннигиляции первичных дефектов.

3.Установлено, что в сильно легированном кремнии (концентрация примесей >1019 см"3) характер радиационного дефектообразования существенно изменяется - аннигиляция первичных дефектов практически отсутствует, а скорость удаления носителей равна скорости введения смещений. С учетом этого, предложен экспериментальный метод

определения энергии необходимой только для разрыва связей атома в решетке и равной пороговой энергии образования первичных смещений в сильно легированном кремнии.

4.Впервые проведено систематическое изучение влияния точечных радиационных дефектов и областей скоплений дефектов на изменение электрофизических свойств кремния с высоким уровнем легирования. Показано, что при введении точечных радиационных дефектов (РД) в сильно легированном кремнии изменение времени жизни неосновных носителей заряда определяется введением комплексов в состав которых входят атомы легирующих примесей (Р, В), а изменение концентрации равновесных носителей определяется переводом атомов легирующих примесей в неактивное состояние путем вытеснения их в междоузлия.

В отличие от дивакансионной модели, характерной для слабо легированного кремния, для сильно легированного кремния предложена примесная модель ядра области скопления дефектов (ОСД), как примесно-дефектной области не имеющей потенциального барьера на границе матрица-ядро и свойства которой могут быть описаны как свойства совокупности точечных дефектов.

5.Установлено, что технология получения исходного кремния не влияет на радиационную стабильность границы раздела БнБЮг и базовой области р-п-структур. Впервые показано, что легирование БЮг азотом в процессе высокотемпературного окисления существенно снижает эффективность генерации поверхностных состояний и скорость изменения генерационного времени жизни носителей заряда при облучении.

6.Определены параметры и пространственное распределение дефектов, образующихся в кремнии при облучении альфа-частицами изотопных источников на основе 210Ро. Изучено влияние инжекции носителей, сильного электрического поля и температуры на эффективность образования и спектр радиационных дефектов. Установлено, что в сильном электрическом поле наблюдается уменьшение эффективности введения РД. Обоснована и показана возможность применения изотопных альфа-источников в радиационной технологии производства полупроводниковых приборов.

Изучено распределение, эффективность введения и параметры дефектов в кремнии и на границе раздела Б^вЮг при облучении частицами массой ~ 100 а.е.м. и энергией до 100 МэВ. Установлено, что

при таком виде облучения, изменение электрофизических свойств кремния определяется введением областей скоплений дефектов. Проведена оценка параметров указанных ОСД.

7. Обнаружены и исследованы центры в кремнии, симметрия которых зависит от зарядового состояния. Предложен метод определения энергий активации эмиссии и захвата носителей для центров с сильным электрон-решеточным взаимодействием, основанный на измерении зависимостей амплитуды пика емкостного спектра от времени заполнения и температуры.

Впервые обнаружена структурная перестройка центров в кремнии, которая может быть описана кинетикой колебательных химических реакций. Предложена модель таких центров.

8. Впервые проведены систематические исследования концентрации активных комплексов и рекомбинационных свойств базовой области р-п-структур в диапазоне уровней легирования от 1012 см"3 до 41018 см"3. Установлены зависимости времени жизни носителей заряда от уровня легирования, температуры и предложены аналитические модели для их описания.

Научное и практическое значение работы. Научная значимость работы заключается; в установлении закономерностей и особенностей описывающих существенное изменение характера радиационного дефектообразования при переходе от слабо легированного кремния к сильно легированному кремнию - переход от низкой скорости введения дефектов в слабо легированном кремнии см" ) к предельной,

равной скорости введения первичных смещений в сильно легированном кремнии (> 1019 см"3); в установлении особенностей влияния примесного состава (ве, N3 на эффективность аннигиляции и образования дефектов в кремнии и структурах на его основе; в экспериментальном доказательстве существования колебательной реакции в кремнии в результате процессов самоорганизации в системе дефектов при их структурной перестройке; в установлении закономерностей радиационного дефектообразования в кремнии при облучении альфа-частицами изотопных источников.

Практическая значимость заключается в разработке физических основ применения изотопных источников альфа-частиц в радиационной технологии для управления параметрами и диагностики пленарных

полупроводниковых приборов, а также при моделировании процессов радиационного дефектообразования.

Полученные экспериментальные зависимости времени жизни носителей заряда от уровня легирования базовой области (1012-*-4'1018 см"3), температуры (78+300 К) и уровня возбуждения (10 "2+10') могут быть использованы в технологии изготовления полупроводниковых приборов. Установленные закономерности изменения электрофизических свойств границы раздела БьБЮг при легировании ее азотом были использованы при разработке и изготовлении радиационно-стойких приборов.

На основании экспериментальных результатов по радиационному изменению времени жизни и концентрации носителей были разработаны и изданы справочные данные по радиационной стойкости кремниевых р-п-структур, используемые при прогнозировании радиационной стойкости приборов и ИС.

Настоящая работа является обобщением результатов исследований процессов радиационного дефектообразования, проводившихся под руководством и при непосредственном участии автора по темам: "Вега-2" (1981 -г- 1983 гг.), "Вега-4" (1983 + 1985 гг.), "Сигма-1" -г "Сигма-3" (1983 +1990 гг.), "Антей-1" (1986 + 1990 гг.), по госбюджетным НИР "Рекомбинация-1" * "Рекомбинация-3" (1976 ч- 1990 гг.), "Виброн-1" (1990^-1995 гг.). Результаты указанных НИР внедрены в ряде организаций и предприятий.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Установленные закономерности и модели аннигиляции первичных радиационных дефектов, изменения скорости введения дефектов и рекомбинации носителей заряда в базовой области р-п-структур на основе кремния в диапазоне уровней легирования 10,4+1019 см"3, описывающие изменение характера дефектообразования, в частности, переход от низкой скорости введения дефектов (4+5% от скорости введения первичных смещений) в слабо легированном кремнии (1014+1015 см"3) к предельной, равной скорости введения первичных смещений, в сильно легированном кремнии (> 1019см"3).

2. Метод определения энергии, необходимой только для разрыва связей атома в решетке и равной пороговой энергии образования первичных смещений в сильно легированном кремнии, основанный на сопоставлении

эффективности введения первичных смещений и скорости удаления носителей в сильно легированном кремнии.

Метод определения энергий активации эмиссии и захвата носителей для центров с сильным электрон-решеточным взаимодействием, основанный на измерении зависимостей амплитуды пика емкостного спектра от времени заполнения и температуры.

Экспериментальное доказательство существования колебательной реакции в кремнии в результате процессов самоорганизации перестройки дефектов.

3. Установленные закономерности влияния легирования германием (1018 4- 2102' см"3) на исходное совершенство базовой области кремниевых р-п-структур и изменение при облучении ее электрофизических свойств, доказывающие усиление темпа рекомбинации носителей заряда при концентрациях германия свыше 2 1020 см'3 и независимость эффективности аннигиляции первичных радиационных дефектов при малых потоках облучения и температуре 300 К от степени легирования кремния германием.

4. Модель уменьшения эффективности введения поверхностных состояний на границе кремний-двуокись кремния при облучении и, соответственно, эффективности радиационного изменения генерационного времени жизни носителей, при легировании границы раздела БЬБЮг азотом, основанная на учете перераспределения связей кремний-кислород и кремний-азот в переходном слое.

5. Установленные закономерности радиационного дефектообразования в кремнии при облучении альфа-частицами изотопных источников, в частности, соответствие энергетического спектра основных радиационных дефектов спектру дефектов вводимых другими видами частиц, линейная кинетика накопления дефектов, определяющее влияние точечных дефектов на компенсацию кремния и изменение времени жизни носителей заряда, существенное влияние электрического поля и инжекции носителей на эффективность введения дефектов, однородное распределение радиационных дефектов на глубине пробега, что позволило обосновать физические основы и экономическую целесообразность применения изотопных источников альфа-частиц для управления параметрами полупроводниковых приборов и моделирования процессов радиационного дефектообразования.

Личный вклад соискателя. Содержание диссертации отражает личный вклад автора. Он заключается в постановке задач исследований (в некоторых случаях совместно с В.М.Ломако), в непосредственном участии в проведении экспериментальных работ вместе с коллегами, самостоятельной разработке аналитических моделей описывающих полученные результаты.

Апробаиия работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: 2-ое Межотраслевое совещание по использованию радиационных методов в технологии производства полупроводниковых материалов и приборов (Обнинск, 1979); 2-ое Всесоюзное совещание по глубоким уровням в полупроводниках (Ташкент, 1980); Всесоюзная конференция "Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах - 80" (Баку, 1980); 1-ая Всесоюзная конференция "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1982); Всесоюзная конференция "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом" (Минск, 1984); Всесоюзная конференция "Состояние и перспективы развития микроэлектронной техники" (Минск,

1985); Всесоюзное межотраслевое совещание "Некоторые вопросы надежности и устойчивости полупроводниковых материалов и структур к воздействию внешних дестабилизирующих факторов" (Душанбе, 1984); Всесоюзная конференция "Новые экспериментальные методы в радиационной физике полупроводников" (Ереван, 1985); Всесоюзная конференция "Физические методы исследования поверхности и диагностика материалов и элементов вычислительной техники" (Кишинев,

1986); 8-ая Всесоюзная конференция "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом" (Москва, 1987); Всесоюзная конференция "Ионно-лучевая модификация материалов" (Черноголовка, 1987); научно-техническая конференция "Радиационная физика твердого тела" (Минск, 1989); Зсесоюзная научно-техническая конференция "Радиационная технология з производстве ИС" (Воронеж, 1988); 7-ая Международная конференция 'Microelectronics - 90" (Минск, 1990); 4-ое межотраслевое совещание-:еминар "Проблемы создания полупроводниковых приборов и ИС стойких : воздействию внешних факторов" (Винница, 1989); 5-ый межотраслевой еминар "Проблемы создания полупроводниковых приборов, ИС и РЭА на к основе стойких к ВВФ" (Москва, 1991); 3-я Всесоюзная конференция

"Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1991); Республиканский семинар "Радиационная физика полупроводников" (Киев, 1978-Я 989); Всесоюзный семинар "Радиационные дефекты в полупроводниках" (Новосибирск, 1980 4- 1989); Международное совещание "International warkshop on radiation damage in silicon" (USA, Oak Ridge, 1991); Международное совещание "Some aspects of CMS project designe" (Minsk, 1994); Международная конференция "Radiation effects on semiconductors materials, detectors and devices" (Italy, Florenci, 1996), 2-ой Международной конференции "Взаимод. излучений с тверд. Телом. ВИТТ- 97" (Минск, 1997); IX Межнациональное совещание "Радиационная физика твердого тела", (Севастополь, 1999); 3-я Международная конференция "Взаимод. излуч. с тверд, телом. ВИТТ-99"(Минск, 1999).

Опубликованность результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 76 печатных работах, которые составляют 448 страниц. Материалы диссертации опубликованы в следующих изданиях: справочник - 1, брошюры и препринты - 4, статьи в журналах и сборниках - 52, тезисы докладов на совещаниях и конференциях - 19.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 88 рисунков, 18 таблиц, библиографии из 275 наименований и имеет общий обьем 253 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В общей характеристике работы излагается актуальность темы исследований, сформулирована цель, новизна и практическая значимость работы. Сформулированы основные положения выносимые на защиту.

В первой главе изложены результаты исследований и анализа электрофизических свойств базовой области и границы раздела исходных р-n- и МОП-структур. Представлены данные о влиянии состава атмосферы (Н2, N2, Ог) термоактивационного отжига р-п-структур и технологии их изготовления (имплантация, диффузия) на эффективность образования, энергетический спектр термодефектов и время жизни носителей заряда в базовой области. Показано, что только один тип термодефектов с энергетическим положением Ес-0.51 эВ и с минимальной концентрацией вводится в базовую область n-типа при формировании р-п-перехода

ионным легированием с последующим термоактивационным отжигом в атмосфере Ы2 + 10% О2. При этом время жизни неосновных носителей заряда составляет ~10° с.

Исследовано влияние уровня легирования базовой области р-п-структур п- и р-типа на структурное совершенство базы, процессы рекомбинации неосновных носителей заряда. Получены экспериментальные зависимости времени жизни носителей в диапазоне 78 + 300 К от концентрации легирующих примесей бора, фосфора (от 1012 см"3 до 4Т018 см"') в базе диффузионных р-п-структур. Показано, что время жизни неосновных носителей заряда (тП1Р) обусловлено рекомбинацией на собственных структурных дефектах, которые вводятся в процессе термообработки. Обнаружено, что при концентрации легирующих примесей в базовой области р-п-структур равной и более 1017 см"3 характер температурной и инжекционной зависимости времени жизни неосновных носителей отличается от поведения т„,р в слабо легированных образцах. С понижением температуры время жизни носителей в образцах с высоким уровнем легирования возрастает независимо от типа проводимости базовой области и уменьшается с ростом уровня возбуждения. Указанные явления описаны аналитически в рамках модели прилипания неосновных носителей на мелких компенсирующих примесях В и Р, соответственно. Изучено влияние легирования ве в диапазоне концентраций 2'1018-г2'1021 см"3 на рекомбинационные свойства и структурное совершенство базовой области кремниевых р-п-структур, полученных эпитаксиальным выращиванием. Показано, что введение германия в эпитаксиальный кремний в концентрациях Ю18+1020 см"3 снижает плотность микродефектов более чем на порядок. В то же время сам Се как в эпитаксиальном кремнии, так и кремнии полученном по Чохральскому не принимает участия в образовании электрически активных комплексов.

20 3

Установлено, что введение ве в Б! в концентрациях выше 2 10 см приводит к генерации дислокаций несоответствия, которые являются эффективными центрами рекомбинации неосновных носителей заряда.

Проведено сравнительное изучение однородности распределения электрофизических характеристик (удельного сопротивления и времени жизни носителей) для низкоомного нейтронно-легированного кремния (НЛК) и кремния полученного по Чохральскому. Показано, что для низкоомного НЛК характерна более высокая однородность радиального

распределения удельного сопротивления (<1 %) по сравнению с кремнием полученным по-Чохральскому (3^-5 %). Установлено, что неоднородность распределения времени неосновных носителей для низкоомного НЛК составляет ~2(ЬкЗО %. Это существенно отличается от аналогичной величины для кремния полученного по Чохральскому, для которого неоднородность распределения времени жизни неосновных носителей составляет ~3+5 раз. Сделано заключение о перспективности применения низкоомного нейтронно-легированного кремния для создания фотоприемных матриц с переносом заряда.

Определены электрофизические свойства и химический состав границы раздела 81-8102, легированной азотом. Установлено, что насыщение границы раздела азотом не приводит к ухудшению ее электрофизических свойств. В приповерхностной области атомы азота не проявляют себя как активные доноры и не изменяют концентрации основных носителей. Показано, что замещение кислорода азотом при преобразовании 8Ю2 в 511ЧХ0У не приводит к образованию генерационно-рекомбинационных центров и не способствует генерации поверхностных состояний. Это позволяет использовать диэлектрические слои 81ЫХ0У в технологии полупроводниковых приборов.

Вторая глава посвящена изучению механизмов и эффективности аннигиляции первичных радиационных дефектов в кремнии в зависимости от примесного состава и уровня легирования.

Анализ кинетических уравнений в случае прямого и непрямого механизмов аннигиляции первичных радиационных дефектов в совокупности с экспериментальными данными эффективности образования стабильных комплексов в зависимости от скорости генерации первичных смещений позволили заключить, что в слабо легированном кремнии (п0, р0 < 1015 см"3) первичные дефекты в основном (> 95 %) уходят на стоки или аннигилируют на них. Менее 5 % первичных РД принимает участие в образовании стабильных комплексов. Изучено влияние легирования кремния германием с целью создания дополнительных центров аннигиляции первичных радиационных дефектов. Установлено, что при малых степенях компенсации 81 радиационными дефектами, введение ве в концентрациях 2'1018-ь 2 102' см"3 не влияет на энергетический спектр РД, их кинетику накопления, радиационное изменение времени жизни неосновных носителей заряда. На

основании этого делается вывод, что на начальных потоках облучения (степень компенсации К < 0.7) атомы ве практически не влияют на процессы аннигиляции первичных РД в 81. Проведены оценки сечений захвата первичных РД атомами германия. Также установлено, что легирование кремния германием не влияет на процессы отжига и перестройки стабильных радиационных дефектов.

Исследование методом нестационарной емкостной спектроскопии параметров вводимых радиационных дефектов при облучении гамма-квантами 60Со, электронами (Е=7 МэВ) позволило установить, что энергетический спектр РД в кремнии определяется введением А(У-О)-, Е(У-Р)-центров, дивакансий С\У), комплексов связанных с углеродом (С; -С5, С-О-У) и комплексов связанных с бором (В-У). Указанные комплексы определяют начальную скорость удаления носителей в кремнии с уровнем легирования п0, р0 < 1015 см"". С увеличением уровня легирования, как в п-, так и р-кремнии, наблюдается уменьшение эффективности введения дивакансий, А-центров, углерод-кислород-вакансионных комплексов, что обьясняется изменением вероятности образования указанных центров вследствие изменения зарядовых состояний вакансий. В рамках предложенной модели рассчитанные зависимости эффективности введения вакансионных комплексов и дивакансий с ростом уровня легирования хорошо описывают экспериментальные результаты при положении энергетических уровней вакансии Ес-0.24 эВ в п-кремнии и Е^0.19 эВ в р-кремнии. Предполагается, что указанным уровням соответствуют переходы V2" —» V" в п-кремнии и V" V0 в р-кремнии. Показано, что возможное изменение неравновесной стационарной концентрации вакансий с ростом уровня легирования практически не влияет на положение энергетических уровней вакансии. Анализ полученных результатов в совокупности с литературными данными позволил определить полный спектр энергетических уровней вакансии в кремнии: V2" V" (Ес-0.24 эВ); V -> V" (Е.+0.19 эВ); V0 У+ (Е¥+0.05 эВ); У+ —> У2+ (Еу+0.13 эВ).

Установлено, что не смотря на рост эффективности введения Е-центров в п-кремнии и комплексов (В-У) в р-кремнии с увеличением уровня легирования, при п0 (р0) > 1017 см"3 скорость удаления носителей в кремнии не определяется образованием наблюдаемых комплексов и более чем на порядок превышает эффективность введения центров. В тоже время

скорость удаления носителей в п- и р-кремнии растет с увеличением уровня легирования как 5п (5р) ~ Т^2'3 при по(р0) > 1016 см"3 и при уровнях легирования п0 (р0) ^ Ю19 см"3 наблюдается ее насыщение. Оценки показывают, что предельная величина скорости удаления носителей в сильно легированном п- и р-кремнии практически равна скорости введения первичных смещений. Установлено, что в сильно легированном кремнии скорость удаления носителей практически не зависит от температуры. Методом емкостной спектроскопии установлено, что энергетический спектр основных радиационных дефектов не зависит от уровня легирования. Также и при изучении радиационного изменения времени жизни носителей заряда не обнаружено введения новых центров в сильно легированном кремнии по сравнению со слабо легированным. Анализ указанных результатов, в совокупности с литературными данными, позволяет заключить, что в сильно легированном кремнии скорость удаления носителей обусловлена переводом атомов легирующих примесей (В, Р) в неактивное состояние. Предполагается, что в кремнии с высоким уровнем легирования междоузельные атомы вытесняют атомы легирующих примесей из узловых положений.

В соответствии с современными теоретическими представлениями экспериментально определяемая величина пороговой энергии образования первичных смещений Е^ задается произведением вероятности смещения выбитого атома на сечение образования смещений, и не является "чистой" энергией необходимой для разрыва связей в решетке. В этом случае экспериментально определяемая величина зависит от примесного состава и уровня легирования кремния. Уменьшение эффективности аннигиляции первичных РД с ростом уровня легирования кремния должно также уменьшать величину Е^- Отсутствие аннигиляции в сильно легированном кремнии дает возможность оценить величину пороговой энергии, необходимую только для разрыва связей атомов. Проведенные в работе оценки, основанные на сопоставлении эффективности введения первичных смещений и скорости удаления носителей в сильно легированном кремнии, дают величину Е(1=11 -^13 эВ.

В третьей главе представлены результаты исследований свойств и эффективности образования радиационных дефектов в базовой области р-п-структур и на границе кремний-двуокись кремния в зависимости от метода получения исходного кремния, уровня легирования и примесного

состава, вида и энергии бомбардирующих частиц. Представлены результаты влияния вводимых РД на изменение времени жизни носителей заряда.

Установлено, что метод получения исходного кремния (зонная плавка, вытягивание по Чохральскому, эпитаксиалыюе выращивание, нейтронное трансмутационное легирование) не определяет эффективность изменения времени жизни носителей в базовой области р-п-структур при облучении гамма-квантами, электронами, альфа-частицами, нейтронами. Эффективность введения комплексов зависит от метода получения р-п-перехода и уровня легирования базовой области. Показано, что радиационное изменение времени жизни носителей заряда в п- и р-кремнии определяется введением таких комплексов как А- , Е-центры и дефектами с уровнями Еу+0.35 эВ, Ес-0.27 эВ, соответственно. При концентрации носителей п0 (р0) > Ю16 см"3 коэффициент радиационного изменения времени жизни неосновных носителей заряда к\к в п-кремнии определяется введением Е-центров, в р-кремнии - введением дефектов с уровнем Ес-0.27 эВ. Обнаружено значительное уменьшение величины ктк при Т< 100 К и низком уровне возбуждения в сильно легированных диффузионных р-п-структурах по сравнению с этой величиной при 300 К. Экспериментальные результаты инжекционной и температурной зависимостей ктк в сильно легированных р-п-структурах аналитически описаны в рамках модели прилипания неосновных носителей заряда. Получены экспериментальные зависимости ктк от уровня легирования п- и р-кремния в диапазоне 1014 -г 41018 см'3 и проведено их аналитическое описание для случаев введения изолированных комплексов и областей скоплений дефектов. Показано, что различие зависимостей скорости удаления носителей заряда и коэффициента радиационного изменения времени жизни носителей заряда от уровня легирования при различных видах облучения можно использовать для идентификации вида образующихся дефектов - точечных радиационных дефектов или областей скоплений дефектов.

Изучены особенности дефектообразования в сильно легированном кремнии при введении областей скоплений дефектов. При облучении нейтронами наблюдается незначительное возрастание скорости удаления носителей с увеличением уровня легирования как п-, так и р-кремния в области 10й < п„ (р0) < 10!8 см"3. Для кремния с уровнем легирования п0 (р0)

« 1018 cm"j скорость удаления носителей составляет -10 % от величины скорости введения смещений. В тоже время, при введении точечных дефектов в кремний с таким уровнем легирования, скорость удаления носителей практически равна скорости введения смещений. Такое различие между скоростью удаления носителей и скоростью введения смещений в сильно легированном кремнии облученном нейтронами обьясняется наличием потенциального барьера на границе матрица-ядро области скопления дефектов.

Установлено, что при nu(p0) > 1019 см"3 скорость удаления носителей в кремнии облученном быстрыми нейтронахми практически равна эффективности введения смещений. Показано, что одновременно с этим имеет место уменьшение величины коэффициента радиационного изменения времени жизни носителей заряда. Сделано заключение, что эффективное взаимодействие первичных РД с атомами легирующих примесей в сильно легированном кремнии приводит к формированию "примесного" ядра ОСД, в отличие от "дивакансионного" для слабо легированного материала. При концентрации легирующих примесей > 1019 см"3, потенциальный барьер на границе ядро ОСД - матрица практически отсутствует и дефектная область проявляется как совокупность точечных дефектов. Параметром, характеризующим природу области является отношение концентрации дефектов в ней к концентрации примесных атомов. В этом случае, в отличие от "дивакансионного" ядра, как высокоомного включения, "примесное" ядро ОСД можно рассматривать как совокупность точечных дефектов без потенциального барьера.

В рамках предложенной модели дефектообразования в сильно легированном кремнии оценена концентрация дефектов в ядрах ОСД, вводимых быстрыми нейтронами (~1019 см0), и установлено, что разделение вакансий и междоузельных атомов в ядрах происходит не более чем на 40 А при радиусе ядра 150 А.

Изучено влияние инжекции неосновных носителей заряда на комплексообразование в кремнии. Показано, что перезарядка первичных дефектов при облучении с инжекцией неосновных носителей приводит к изменению скорости введения радиационных дефектов, соответственно величины кД а также существенно влияет на характер взаимодействия первичных радиационных дефектов с остаточными дефектами структуры.

Впервые изучено дефектообразование в кремнии и на границе БьБЮг при облучении осколками деления ядер 2з2С£ В распределении дефектов по глубине образца наблюдается два пика, соответствующих пробегам легких ( с массой 80 а.е.м. и энергией 80 МэВ) и тяжелых ( с массой 130 а.е.м. и энергией 60 МэВ) осколков. Определены эффективность введения и параметры основных РД в п- и р-кремиии. Установлено, что спектр основных радиационных дефектов при облучении осколками деления практически не отличается от спектра дефектов, образующихся при других видах облучения. Особенности термического отжига образующихся РД, позволяют заключить, что закономерности изменения электрофизических свойств кремния, облученного осколками деления, можно описать только с учетом локализации дефектов в областях скоплений. Анализ экспериментальных данных позволил оценить параметры ОСД: размер ядра ~103 А, эффективность введения областей см" . Однако, большие удельные ионизационные потери энергии (-103 эВ-А"1) при облучении осколками деления, не сопровождаются увеличением плотности поверхностных состояний на границе раздела БЮ2 и величины заряда в диэлектрике вплоть до потоков 108 см"2. При таких потоках компенсация обьема материала достигает 20%. Изменение электрофизических характеристик МОП-структур при облучении осколками деления связано с деструкцией ее приповерхностной области.

Установлена эффективность изменения времени жизни неосновных носителей заряда в кремнии при облучении осколками деления. В результате определены экспериментальные закономерности изменения к," от уровня легирования кремния и проведено их аналитическое описание. Делается заключение, что изменение рекомбинационных свойств кремния облученного осколками деления 252С{ определяется введением областей скоплений дефектов.

Изучено влияние примесного состава и технологии получения на радиационную стабильность высокоомного кремния при облучении нейтронами. На начальных потоках облучения коэффициент радиационного изменения рекомбинационного времени жизни носителей заряда ктк практически не зависит от метода получения исходного кремния (зонная плавка, по Чохральскому), типа проводимости базовой области и уровня легирования в диапазоне от 2-10'2 см" в р-Б^ до 7- 1012 см"3 в п-81. Величина кхк не зависит от фирмы производителя исходного кремния.

Эти результаты свидетельствуют о том, что исходное структурное совершенство и примесный состав кремния практически не влияют на эффективность изменения рекомбинационных свойств базовой области р-п-структур при облучении нейтронами. Показано, что экспериментальное определение коэффициента радиационного изменения генерационного времени жизни носителей ктс дает возможность рассчитать коэффициент радиационного изменения избыточного тока р-п-структур без учета влияния поверхностных эффектов. Экспериментально определено, что кхк/ кт° »1 и практически не зависит от вида облучения. Показано, что ОЬТБ-спектроскопию можно использовать для изучения характера распределения дефектов по кристаллу и определения параметров областей скоплений. Анализ зависимости положения уровня Ферми при облучении кремния нейтронами позволил заключить, что для исключения инверсии типа проводимости базовой области р-п-структур необходимо обеспечить введение примесных комплексов с энергетическим уровнем в верхней половине запрещенной зоны. При этом, скорость введения указанных комплексов должна быть сравнимой или большей, чем скорость введения амфотерных СгС5-центров. Для достижения этого предлагается проводить подлегирование зонного кремния кислородом.

Изучено влияние технологии получения исходного кремния (НЛК, Чохральский) на радиационную стабильность границы раздела БьБЮг. Установлено, что эффективность введения поверхностных состояний, эффективность изменения генерационного времени жизни носителей и изменения порогового напряжения МОП-структур облученных гамма-квантами 60Со не зависит от метода получения исходного кремния.

Приводятся результаты изучения влияния легирования границы раздела кремний-диэлектрик азотом на ее радиационную стабильность при облучении гамма-квантами 60Со. Показано, что скорость удаления носителей в приповерхностной области одинакова как для структур, прошедших нитридизацию, так и без нитридизации и не зависит от метода получения исходного кремния (НЛК, Чохральский). Насыщение границы раздела кремний-диэлектрик азотом изменяет характер дозовой зависимости плотности поверхностных состояний и существенно уменьшает эффективность их генерации. Подавление эффективности введения поверхностных состояний в нитридизованных МОП-структурах приводит к уменьшению скорости деградации генерационного времени

жизни носителей. Показано, что закономерность деградации генерационного времени жизни носителей определяется суммой его обьемной и поверхностной составляющих. Для структур, прошедших нитридизацшо, изменение т8 с дозой облучения определяется практически только обьемной составляющей. Это обеспечивает различие в величинах кг° для структур, прошедших нитридизацию и без нее, более чем на порядок. Методом рентгеновской электронной спектроскопии определено, что распределение азота, кислорода, углерода и кремния по глубине структур, прошедших нитридизацию и без нитридизации, имеет практически одинаковый характер. Проанализировано изменение энергии связи переходов для Ои, N1,, 812р по глубине структур с нитридизацией и без нитридизации. Разница энергий переходов в области слоя БЮ2 для структур без нитридизации и прошедших нитридизацию коррелирует с изменением энергии Ы^ пика при переходе от соединений с участием кислорода (N02, 812М20) к соединениям, не содержащим кислород (ЫН3, Последнее свидетельствует о том, что в структурах, прошедших нитридизацию, основная доля азота не участвует в связях с кислородом. Сделано заключение, что причиной уменьшения эффективности генерации поверхностных состояний в нитридизованных МОП-структурах при облучении является уменьшение числа деформированных связей 81-0 за счет образования соединений 81МХ0У.

Четвертая глава посвящена изучению свойств радиационных дефектов при облучении кремния альфа-частицами изотопных источников 210Ро. Проведено сравнение рассчитанной функции распределения первичных смещений по глубине ЦЕ, х) в кремнии с экспериментальной зависимостью распределения скорости удаления носителей при облучении неколлимированным пучком альфа-частиц с энергией 4.7 МэВ. В отличие от коллимированного облучения, функция ЦЕ, х) является монотонно убывающей по глубине кристалла и не отражает реального распределения стабильных радиационных дефектов. Экспериментально и аналитически оценено изменение времени жизни носителей заряда с потоком облучения. Показано, что при выполнении условия Ьп(р) > 21^ (Еп(р) - диффузионная длина носителей заряда; 21^ - длина пробега альфа-частиц) наблюдается суперлинейный рост радиационного изменения времени жизни носителей с потоком частиц, обусловленный наличием двух областей рекомбинации. Анализ результатов изучения распределения скорости удаления носителей

по глубине кристалла и радиационного изменения времени жизни неосновных носителей показывает, что при облучении кремния неколлимированным пучком альфа-частиц наблюдается практически однородное введение стабильных РД в области 0.1 < x/R < 0.8. С учетом природы образующихся дефектов оценена длина диффузии вакансий в п-кремнии (по=1014 см"3) как Lv < 1 мкм.

При облучении кремния альфа-частицами с энергией 4.7 МэВ, основной вклад в образование дефектов дают атомы с малой энергией отдачи. Соответственно, изменение электрофизических свойств материала обусловлено введением изолированных комплексов. Установлено, что энергетический спектр основных РД, вводимых в п- и р-кремний, практически не отличается от спектра дефектов, вводимых при облучении гамма-квантами, электронами. Установлена кинетика накопления дефектов в п- и p-Si и их термическая стабильность. Показано, что в p-Si отжиг основных компенсирующих центров при Т=400 С не приводит к полному восстановлению времени жизни неосновных носителей заряда, которое наблюдается только при 540 °С. Экспериментально установлены концентрационные зависимости начальной скорости удаления носителей в п- и p-Si при облучении альфа-частицами. Показано, что характер этих зависимостей аналогичен случаю облучения электронами и, соответственно, подтверждается выше сделанное заключение, что изменение электрофизических свойств кремния, облученного альфа-частицами с энергией 4.7 МэВ, определяется введением изолированных радиационных дефектов.

Получены экпериментальные зависимости коэффициентов радиационного изменения времени жизни носителей в п- и p-Si от уровня легирования (1014< По (р0) < 41018 см°) при облучении альфа-частицами. Анализ изменения рекомбинационных свойств кремния при облучении альфа-частицами также подтверждает определяющее влияние точечных радиационных дефектов на изменение времени жизни носителей.

Исследовано влияние сильного электрического поля (Е=104-й05 В см"1) на скорость введения и пространственное распределение дефектов в p-Si при облучении альфа-частицами. Эффективность образования стабильных РД в сильном электрическом поле при 300 К существенно ниже чем вне поля. Уменьшение эффективности введения дефектов пропорционально величине поля в диапазоне 104-105 В см' . Обсуждаются возможные

механизмы уменьшения эффективности образования РД в сильном электрическом поле. Впервые обнаружено, что при 300 К в кремнии, легированном бором, наблюдается инжекнионный отжиг дефектов с энергетическим уровнем Ес-(0.1410.04) эВ. Введение указанных РД наблюдается только при облучении атьфа-частицами. Предполагается, что для их образования необходима высокая скорость генерации первичных смещений. Облучение при 300 К не приводит к образованию инжекционно-отжигающихся дефектов в области сильного поля. Установлены температурная стабильность указанных РД и зависимость скорости их отжига от уровня инжекции. Показано, что эффективность образования инжекционно-отжигающихся РД возрастает с увеличением концентрации бора. Установлено, что понижение температуры облучения от 300 до. 78 К приводит к тому, что и в области сильного электрического поля наблюдается эффективное образование инжекционно-отжигающихся дефектов. Проведено спектроскопическое изучение перестроек РД в и влияния на них инжекции неосновных носителей и сильного электрического поля. Установлена схема перестроек РД вводимых при 300 К и обсуждается их природа. Исследовано влияние сильного электрического поля на энергетический спектр и эффективность введения РД при температуре облучения 78 К. Установлено, что в сильном электрическом поле не наблюдается введения дефектов с уровнем Еу+0.13 эВ, которые относят к вакансиям. Последнее обьясняется отжигом вакансий в результате изменения их зарядовых состояний V0 —> V2" за счет захвата электронов, генерированных в ионизационных процессах.

Показана возможность управления динамическими и статическими параметрами транзисторов при облучении альфа-частицами изотопных источников. Делается заключение о целесообразности и экономичности использования изотопных альфа-источников в радиационной технологии изготовления планарных полупроводниковых приборов.

В пятой главе изложены результаты исследований свойств центров в кремнии с сильным электрон-решеточным взаимодействием. Проанализированы зависимости Аррениуса при изучении термоэмиссии носителей с центров в методе емкостной спектроскопии. Установлено, что определение энергетического "положения уровней" возможно для центров, не имеющих барьера для захвата носителей. Наличие барьера у центров может служить свидетельством существенной электрон-

решеточной связи. Изменение энтропии центров, при переходах из одного состояния в другое, может интерпретироваться как изменение их симметрии.

Определены параметры центра, являющегося ловушкой неосновных носителей в п-Б1, с энергией термоактивации Еу+0.34 эВ. Указанному центру соответствует энергетический уровень Еу+0.27 эВ, а сечение захвата является температурно-активируемым с энергией ДЕ=0.07 эВ. Методом нестационарной термоэмиссионной емкостной спектроскопии изучено образование и свойства В-центров, образующихся в п-81 после облучения и последующего термического отжига. Впервые обнаружено, что независимо от вида облучения, отжиг исследуемых образцов при 380 °С приводит к образованию В-центров, концентрация которых в 1.5: 2.0 раза превышает концентрацию известных радиационных комплексов, образующихся после облучения. Область температурной стабильности указанных центров составляет (320+420) °С, энергия активации эмиссии носителей составляет Ес-0.26 эВ, а величина барьера для захвата электронов ДЕ=0.12 эВ. Изучено образование В-центров при различных видах облучения и зависимости от дозы облучения. Предполагается, что образование В-центров является результатом термической активации дефектов междоузельного типа. Предложен метод определения энергий активации эмиссии и захвата носителей для центров с сильным электрон-решеточным взаимодействием, основанный на установлении зависимостей амплитуды пика емкостного спектра от времени заполнения и температуры.

В зависимости от степени заполнения центров электронами, изучена термоэмиссия носителей с центров в п^, дающих пики 0.12 и 0.18 эВ. Установлено, что они соответствуют одному и тому же центру с различной А и В-конфи1урацией. Определен энергетический барьер, разделяющий А и В-конфигурации данного центра как 0.15 эВ. Область термического отжига центра определена как 200-г250 °С. Анализ конфигурационных перестроек данного центра показывает, что он является комплексом С; - С5 и эффективно образуется в кремнии с низким содержанием кислорода. Изменение зарядового состояния комплекса сопровождается его релаксацией и изменением симметрии.

В кремнии с высоким содержанием кислорода при Т>373 К наблюдается перестройка центра из А1 состояния с энергией

термоэмиссии Ес-0.18 эВ в А2 состояние с энергией термоэмиссии Ес-0.34 эВ. Детальное изучение взаимной термической перестройки центров с энергиями термоэмиссии Ес-0.18 эВ и Ес-0.34 эВ позволило установить циклический характер перестройки. Предложена аналитическая модель для описания колебательной реакции перестройки дефектов и высказано предположение о природе подвижной компоненты, определяющей изменение структуры (или симметрии) центра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведены комплексные исследования радиационных изменений электрофизических свойств кремния и структур на его основе при введении изолированных дефектов и областей скоплений. Установлены закономерности влияния уровня легирования и примесного состава на эффективность образования и аннигиляцию радиационных дефектов. С использованием ОЬТЗ-спектроскопии определены свойства центров в кремнии с сильным электрон-решеточным взаимодействием.

Основные результаты проведенных исследований сводятся к следующему:

1. Установлено, что в слабо легированном кремнии (концентрация примесей < 10ь см"3) при 300 К основная доля (более 95 %) первичных радиационных дефектов уходит на стоки или аннигилирует на них. Показано, что легирование кремния германием в широком диапазоне концентраций (от 1018 до 2 1021 см"3), приводящее к изменению времени жизни носителей заряда за счет генерации дислокаций при концентрации германия свыше 2'Ю20 см"3, не изменяет скорости введения стабильных радиационных дефектов и, соответственно, эффективности аннигиляции первичных радиационных дефектов. Последнее доказывает, что атомы германия в кремнии не являются эффективными центрами аннигиляции для первичных радиационных дефектов при малых потоках облучения и температуре 300 К.

Методом емкостной спектроскопии глубоких уровней впервые установлено, что энергетический спектр основных радиационных дефектов в кремнии не зависит от уровня легирования и определяется А-, Е-, С) - С5-центрами, дивакансией, дефектами с энергетическими уровнями Ес-0.27 эВ и Еу+0.35 эВ. Указанные основные дефекты определяют

скорость удаления носителей и изменение рекомбинационных свойств в слабо легированном кремнии при облучении [9, 11, 12, 33, 43, 46, 52, 54, 55,71,72].

2.Установлено, что в сильно легированном кремнии (концентрация примесей >1019 см'3) характер радиационного дефектообразования существенно изменяется. Показано, что в сильно легированном кремнии аннигиляция первичных радиационных дефектов практически отсутствует, а скорость удаления носителей равна эффективности введения смещений и не определяется введением выше указанных дефектов. Предложена модель дезактивации легирующих примесей при облучении сильно легированного кремния при 300 К - междоузельные атомы кремния вытесняют атомы легирующих примесей из узловых положений.

Обоснован метод экспериментального определения энергии, необходимой только для разрыва связей атома в решетке, основанный на сопоставлении эффективности введения первичных смещений и скорости удаления носителей в сильно легированном кремнии. В рамках механизма упругого взаимодействия оценена ее величина (11-^13 эВ) и показано, что она является пороговой энергией дефектообразования в сильно легированном кремнии [6, 19, 28,47, 67, 76].

3. Установленные закономерности уменьшения эффективности образования А-центров, дивакансий, дефектов с уровнем Еу+0.35 эВ с ростом уровня легирования описаны на основе модели изменения зарядовых : состояний вакансий. Установлен полный спектр энергетических уровней вакансии. Показано, что переходам вакансий V2"

V" и V'-> V0 соответствует положение уровней Ес-0.24 эВ и Еу+0.19 эВ, соответственно, а диффузионная длина вакансий в слабо легированном кремнии п-типа при 300 К составляет < 1 мкм [7, 13, 20, 48].

4. Установлено, что при уровнях легирования п0 (р0) > 1018 см"3, процессы рекомбинации носителей заряда при облучении определяются введением дефектов в состав которых входят атомы легирующих примесей, а именно, в кремнии п-типа - введением Е-центров, а в кремнии р-типа - введением дефектов с уровнем Ес-0.27 эВ. Впервые обнаружено уменьшение эффективности радиационного изменения времени жизни неосновных носителей заряда в сильно легированных р-п-структурах при Т < 100 К.

Указанное явление описано в рамках модели прилипания неосновных носителей заряда на мелких компенсирующих примесях бора и фосфора.

Установлено, что характер поведения концентрационной зависимости коэффициента радиационного изменения времени жизни носителей определяет вид образующихся нарушений - точечные дефекты или области скоплений дефектов [8, 14, 23, 26, 29, 51, 57].

5. Для сильно легированного кремния предложена примесная модель ядра области скопления дефектов, как совокупности точечных дефектов без потенциального барьера, в отличие от дивакансионной модели ядра области скопления, как высокоомного включения, характерной для слабо легированного кремния.

Впервые показано, что формирование потенциального барьера на границе матрица-ядро и отсутствие эффективной диффузии междоузельных атомов кремния из ядер областей скоплений дефектов приводит к низкой скорости удаления носителей в кремнии с уровнем легирования п0 (р0) < 1019 см"3 при облучении нейтронами. Установлено, что при уровнях легирования п0 (р0) > Ю19 см"3, скорость удаления носителей практически равна эффективности введения смещений при облучении кремния нейтронами [59, 66].

6.Впервые установлено, что при облучении альфа-частицами с Е=4.7 МэВ компенсация кремния и изменение времени жизни-неосновных носителей заряда в основном обусловлены введением точечных дефектов. Показано, что энергетический спектр основных радиационных дефектов соответствует спектру дефектов, вводимых другими видами частиц, а кинетика их накопления, при малых степенях компенсации, носит линейный характер. Изучено влияние температуры, электрического поля и инжекции носителей на эффективность введения и стабильность дефектов в кремнии. Показано, что в сильных электрических полях наблюдается уменьшение эффективности введения радиационных дефектов, а в кремнии р-типа инжекция носителей приводит к отжигу дефектов. Установлено, что облучение кремния альфа-частицами изотопных источников приводит к однородному распределению дефектов по глубине пробега.

Эти результаты позволили обосновать физические принципы применения изотопных источников альфа-частиц в радиационных технологических процессах для управления параметрами

полупроводниковых приборов и моделирования процессов радиационного дефектообразования. Показана экономическая целесообразность практического применения изотопных источников альфа-частиц в радиационных технологических процессах [2, 3, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 24, 25,30,32,38,45, 70].

7. Впервые установлены закономерности дефектообразования в кремнии и на границе кремний-диэлектрик при облучении осколками деления 252С{ (частицы с массой ~ 100 а.е.м. и энергией до 100 МэВ). Определены эффективность введения и параметры основных радиационных дефектов в кремнии п- и р-типа. Установлено, что закономерности изменения электрофизических свойств кремния, облученного осколками деления, можно описать только с учетом локализации дефектов в областях скоплений. Показано, что несмотря на большие ионизационные потери энергии (~103 эВА"1) при облучении осколками деления, дефектообразование на границе 81-5102 определяется упругими потерями [42, 49, 50, 56,61,75].

8. Установлено влияние технологии получения исходного кремния (нейтронное легирование, по Чохральскому), примесного состава границы раздела на исходные электрофизические свойства границы раздела кремний-диэлектрик и их изменение при облучении. Показано, что радиационная стабильность границы раздела Б1-8Ю2 определяется ее состоянием и не зависит от исходного материала. Установлено, что процесс нитридизации границы раздела приводит к уменьшению эффективности введения поверхностных состояний и изменения генерационного времени жизни носителей при облучении. Предложена модель снижения эффективности введения поверхностных состояний на границе кремний-диэлектрик при легировании ее азотом, основанная на перераспределении связей кремний-кислород и кремний-азот в переходном слое [31, 34,41, 53, 60, 63,73, 74].

9.0пределены параметры центров в кремнии п-типа с сильным электрон-решеточным взаимодействием. Предложен метод определения энергий активации эмиссии и захвата носителей для центров с сильным электрон-решеточным взаимодействием, основанный на установлении зависимостей амплитуды пика емкостного спектра от времени заполнения и температуры.

Экспериментально показано, что процессы самоорганизации в системе дефектов при их структурной перестройке могут приводить к возникновению колебательной реакции в твердом теле [35, 37, 39, 44, 65, 68].

Ю.Изучены электрофизические свойства базовой области р-п-структур в широком диапазоне уровней легирования мелкими примесями бора и фосфора, изовалентным германием. Установлена зависимость времени жизни неосновных носителей заряда от уровня легирования базовой области р-п-структур в диапазоне концентраций 1014 4- 41018 см'3 и температуры 784-300 К. Показано, что минимальное количество активных термодефектов в базовой области р-п-структур образуется при их формировании в азотной среде. Из анализа однородности распределения концентрации и времени жизни носителей заряда обоснован вывод о перспективности использования нейтронно-легированного низкоомного кремния при создании фотоприемных матриц с переносом заряда.

Установлено, что радиационное изменение времени жизни неосновных носителей в базовой области р-п-структур, как при введении точечных дефектов, так и областей скоплений, определяется уровнем легирования и практически не зависит от технологии получения исходного кремния (зонный, по Чохральскому, эпитаксиальный, нейтронно-легированный).

Полученные данные по радиационному изменению концентрации и времени жизни носителей заряда отражены в справочнике по радиацирнной стойкости р-п-структур на основе п- и р-кремния [1, 4, 5, 10, 27,36,40,58,62,64,69].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Радиационная стойкость материалов. Справочник./ ВНИИ Электронстандарт, - спецфонд НИИ ПФП им. А.Н Севченко, - 1982. -кн. 3. - инв № 404. - С.97-146.

2. Голубев Н.Ф., Кучинский П.В., Латышев A.B., Ломако В.М., Прохоцкий Ю.М. Радиационные процессы в микроэлектронике. Часть 1. Физические основы и применение радиационно-термических процессов в технологии биполярных микроприборов. / НИИТЭХИМ.- М., 1991.44 с. (Химическая промышленность. Серия. Радиационная химия и технология. Радиационная стойкость.)

3. Голубев Н. Ф., Кучинский П. В., Латышев А. В., Ломако В. М., Прохоцкий Ю.М. Радиационные процессы в микроэлектронике. Часть 2. Применение радиационных процессов в технологии кремниевых диодов, МОП-приборов, приборов из GaAs и при диагностических испытаниях./ НИИТЭХИМ -М., 1991.-35 с. (Химии, промышленность. Серия. Радиационная химия и технология. Радиационная стойкость.)

4. Kuchinskil P.V., Lomako V.M. Radiation damage in neutron-irradiated high-resistanse silicon. // Radiation damage in silicon. International Work shop. / Ouk Ridge. National Laboratory USA.- 1991.- P. 1- 30.

5. Radiation hardness of silicon detectors for collider experiments. / Kuchinskii P. V., Lomako V.M., Shumeiko N.M. et. al. - Dubna., 1995,- 39 . p.- (Preprint./ Joint Institute for Nuclear Research.; E14-95-97).

6. Gubskaya V.I., Kuchinskii P.V., Lomako V.M. Defect formation in heavily doped silicon upon irradiation.//Radiat. Effects.-1981- V.55,Nl-2.-P.35-38.

7. Gubskaya V.I., Kuchinskii P.V., Lomako V.M. The effect of the vacancy change state on the radiation defect formation in silicon.// Phys.Stat.Sol.(a). - 1984. - V.85.N.2. - P.585-590.

8. Kuchinskii, P. V., Lomako V.M. The effect of thermal and radiation defects on the recombination properties of the base region of diffused silicon p-n-structures.// Sol. St. Electron. - 1986. - V. 29, N. 10. - P. 1041-1051.

9. Kuchinskii P.V., Lomako V.M. On the mechanism of primary radiation defect annihilation in Si.// Phys.Stat.Sol.(a).-1987.-V.102, N.I.- P. 653-658.

10.Kuchinskii P.V., Petrunin A.P., Savenok E.D., Shumeiko N.M. The effect of impurities on the silicon detectors radiation hardness. // Nuclear Instrum. and Methods in Phys. Research. - 1997. - V.388, N.3. - P.375-378.

11. Kuchinskii P.V., Lomako V.M. A temperature regulater for the range 77 to 340 K.//Cryogenics. - 1977.-V. 17, N.5. - P.303-304.

12.Кунинский П.В., Ломако B.M., Петрунин А.П. Измеритель постоянной времени релаксации заряда для емкостного спектрометра. // Приборы и техника эксперимента. - 1980. -N.3. - С. 215-216.

13.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Влияние зарядового состояния первичных дефектов на комплексообразование в кремнии п-типа.// Физ. и техн. полупр. - 1980. - Т. 14, N.2. - С. 323- 326.

14.Кучинский П.В., Ломако В.М. Рекомбинация носителей заряда в сильно легированных кремниевых р-п-переходах.// Электронная техника, Материалы, - 1981,-N. 9. - С. 30 - 33.

15.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Особенности радиационного дефектообразования в кремнии при альфа-облучении./'/ Вопросы атомн. науки и техн. Сер. Физика рад. поврежд. и радиац. материал. - 1981. - N.2(16). - С.8.

16.3вягин В.И., Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Радиационные дефекты в п-кремнии, облученном альфа-частицами.// Физ. и техн. иолупр. - 1979.-Т.13, N.1.-0. 171 - 173.

17.Звягин В.И., Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Применение радиоизотопных источников альфа-частиц для контроля и управления временем жизни носителей заряда в полупроводниковых приборах.// Электрон, техника. Сер.2. Полупр. приборы. - 1978. - N.8. - С.102-106.

18.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Исследование радиационных дефектов в кремниевых р-п-переходах при альфа-облучении.//Физ. и техн. полупр-1981.-Т. 15, N.2.-0.421- 422.

19.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Дефектообразование в сильно легированном кремнии при облучении.// Физ. и техн. полупр. -1982.-Т. 16, N.1.-0.93- 97.

20.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. О распределении дефектов при облучении кремния неколлимированным пучком альфа-частиц.//Журнал техн. физики. - 1984. - Т. 54, N. 10. - С. 2066 - 2068.

21.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М.,Петрунин А.П. О возможности идентификации дефектов в полупроводниках. // Физ. и техн. полупр. - 1985. - Т.19, N.3. - С. 532 - 534.

22.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако ВлМ. Образование и термическая стабильность радиационных дефектов в р- кремнии, облученном альфа-частицами. // Физ. и техн. полупр. - 1986. - Т.20, N.6. -С. 1055 - 1059.

23.Кучинский П.В., Ломако В.М. Радиационное изменение времени жизни неосновных носителей заряда в кремниевых р-п-структурах в зависимости от уровня легирования.// Сб. ст. "Технолог, быстр, силовых полупр. прибор." Таллин. "Валгус". - 1984. - С. 143-147.

24.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Влияние сильного электрического поля на скорость введения и пространственное распределение радиационных дефектов в кремнии.//Письма в журнал техн. физики. - 1985. -К 5. - С. 309 - 311.

25.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Пространственное распределение нарушений в п- и р-кремнии, облученном ионами Не.// Материалы Всесоюз. конф. "Взаимод. атомных частиц с тверд, телом". Минск. 1984.-С. 47-48.

26.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Рекомбинационные свойства, энергетический спектр и кинетика накопления дефектов в кремнии при облучении ионами Не.// Материалы Всесоюз. конф. "Взаимод. атомных частиц с тверд, телом". Минск. 1984. - С. 53-54.

27.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. О влиянии методов получения кремния и способов изготовления р-п-структур на радиационное дефектообразование.// Сб. ст. "Технология силовых полупровод, прибор.". Таллин, "Валгус". 1987. - С. 96-99.

28.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Влияние уровня легирования на процессы аннигиляции и введения радиационных дефектов.// Сб.ст. "Некотор. вопросы надежн. и устойч. полупр. матер, и структур к возд. Внешн. дестаб. факторов". Душанбе. 1986. - С. 46-52.

29.Кучинский П.В., Ломако В.М. Изменение рекомбинационных свойств базовой области кремниевых р-п структур облученных электронами, гамма-квантами 60Со.// Сб.ст."Некотор. вопросы надежн. и устойч. полупр. матер, и структур к воздейст. внешн. дестаб. факторов". Душанбе. 1986.-С. 37-42.

30.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Влияние электрического поля на образование радиационных дефектов в р-кремнии при облучении альфа-частицами. // Сб.ст."Некоторые вопросы надежн. и устойч. полупр. матер, и структур к воздейст. внешних дестабилизирующих факторов" Душанбе. 1986. - С 53-56.

31.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. О радиационной стойкости нейтронно-легированного кремния.//Сб.ст."Некоторые вопросы надежн. и устойч. полупр. матер, и структур к воздейст. внешних дестабилизирующих факторов". Душанбе. 1986. - С. 91-94.

32.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Инжекционно-ускоренный отжиг дефектов в р-кремнии, вводимых при 78 - 330 К в электрическом поле.//Физ. и техн. полупр.- 1986.- Т.20, N.4.- С.740- 742.

33.Кучинский П.В.,Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Влияние кислорода на энергетический спектр и кинетику накопления радиационных дефектов

в базовой области кремниевых р-п-структур.// Известия ВУЗов. Физика. - 1987.-N.36.-С. 121-122.

34.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П., Немцев B.C. Электрофизические свойства границы раздела Si-Si02, сформированной при комнатной температуре.// Микроэлектроника.- 1988. - Т. 17, N.2. -С. 180-182.

35.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Конфигурациопно-бистабильные дефекты в кремнии.// Письма в журнал эксперим. и теорет. физики. - 1986. - Т.43, N. 9. - С. 423-425.

36.Кучинский П.В., Ломако В.М., Тиснек Н.И., Суриков И.Н. Анализ применимости нейтронно-легированного кремния при разработке радиацинно-стойких матриц ФППЗ.// Спецэлектроника. - 1986. - Сер.4, N. 1,-С. 41-45.

37.Кучинский П.В., . Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Емкостная спектроскопия радиационных ловушек неосновных носителей в п-кремнии. // Физ. и техн. полупр,- 1987. - Т. 21, N. 8. - С. 1471 - 1473.

38.Кучинский П.В., Ломако В.М. Свойства дефектов образующихся в кремнии при облучении ионами гелия с энергией 4.7 МэВ.// Материалы 8-ой Всесоюз. конф. "Взаимод. атомн. частиц с твер. телом". М. 1987. -С. 168 - 170.

39.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Колебательная реакция перестройки дефектов в кремнии.// Письма в журнал эксперим. и теоретич. физики. - 1987. - Т.45, N.7. - С. 350 - 352.

40.Кучинский П.В., Ломако В.М., Тиснек Н.И., Суриков И.Н. Исследование низкоомного нейтронно-легированного кремния.// Спецэлектроника. - 1988. - Cep.8,N.i. - С. 21-24.

41.Кучинский П.В., Ломако В.М., Тиснек Н.И., Суриков И.Н. Радиационная стойкость биполярных и МОП-структур на основе ядерно-легированного кремния.//Спецэлектроника. - 1987. - Сер.8, N.3. -С. 34-35.

42.Баранов И.А., Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П., Цепелевич С.О., Шахлевич Л.Н. Пространственное распределение и энергетический спектр радиационных дефектов в кремнии облученном частицами с М=100 а.е.м. и энергией 100 МэВ.// Ионно-луч. модифик. материалов. Черноголовка. ОИХФ. 1987. - С. 137.

43.Кучинский П.В., Ломако В.М., Рутковский И. 3., Шахлевич Л.Н. О влиянии германия на образование электрически активных дефектов в кремнии. // Физ. и техн. полупр. - 1988. - Т. 22, N. 4. - С. 634 - 637.

44.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. О природе дефектов с уровнем Ес -0.18 эВ в кремнии.// Физ. и техн. полупр. - 1988. - Т. 22, N. 7.-С. 1213-1218.

45.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Инжекпионная, электрополевая и термическая перестройка радиационных дефектов в р-кремнии.// Физ. и техн. полупр. - 1989. - Т. 23, N. 9. - С. 1625 - 1628.

46.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Энергетический спектр дефектов и радиационное изменение времени жизни неосновных носителей заряда в базовой области р-п-структур на основе нейтронно-легированного кремния.// Сб.ст. "Вопросы создания радиационно-стойких полупр. приборов и ИС". М., ЦНИИ "Поиск". 1988. - С. 46-48.

47.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Влияние уровня легирования на процессы аннигиляции и введения радиационных дефектов в кремнии.//Сб.ст. "Вопросы создания радиационно-стойких полупр. прибор, и ИС". М., ЦНИИ "Поиск". 1988. - С. 48-55.

48.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Влияние температуры облучения и электрического подя на образование и стабильность вакансионных дефектов в р-кремнии. // Физ. и техн. полупр. - 1991. - Т. 25, N. 3. - С. 448 - 454.

49.Баранов И.А., Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П., Цепелевич С.О., Шахлевич Л.Н. Дефектообразование в кремнии облученном частицами с массой 100 а.е.м. и энергией до 100 МэВ. 1 .Спектроскопия дефектов.//Физ. и техн. полупр. - 1990. - Т.24, N.4. -С.731-735.

50.Баранов И.А., Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П., Цепелевич С.О., Шахлевич Л.Н. Дефектообразование в кремнии облученном частицами с массой 100 а.е.м. и энергией до 100 МэВ. 2. Изменение рекомбинационных свойств.// Физ. и техн. полупр. - 1991. -Т. 25, N. 1.-С. 73 - 75.

51.Кучинский П.В., Ломако В.М. Деградация времени жизни неосновных носителей заряда в р-н-структурах на основе кремния при облучении высокоэнергетическими ионами гелия и протонами.// Радиац. технология в произодстве ИС. Воронеж, 1988. - С. 59 - 60.

52.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Радиационное изменение электрофизических свойств р-п-структур на основе кремния легированного германием. // Радиационная технология в произодстве ИС. Воронеж, 1988. - С. 71 - 72.

53.Кучинский П.В., Ломако В.М., Немцев B.C., Петрунин А.П. МОП-структуры сформированные при комнатной температуре. Электрофизические свойства и их изменение при облучнии.//Радиац. технолог, в произодстве ИС. Воронеж, 1988. - С. 194 - 195.

54.Кучинский П.В., Ломако В.М., Троянова Г.Н., Шахлевич Л.Н., Яшин К.Д. Эпитаксильные слои кремния легированные германием.// Материалы 7-ой Международной конференции "Microtlectronics-90". Минск, 1990. - Т.1. - С. 100 - 101.

55.Кучинский П.В., Ломако В.М., Троянова Т.Н., Шахлевич Л.Н. Влияние легирования германием на структурные и электрофизические свойства эпитаксиальных пленок кремния.// Высокочистые вещества. - 1989 - N. 6 - С. 186 - 188.

56.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П., Шахлевич Л.Н. Изменение электрофизических свойств р-п- и МОП-структур на основе кремния при облучении осколками деления.// Проблемы созд. полупр. прибор, и ИС стойких к возд. внешн. фактор. Тезисы докл. 4-го межотрасл. семинара. Винница.1989, - С.8-9.

57.Кучинский П.В., Ломако В.М. Влияние уровня легирования на изменение времени жизни носителей заряда в р-п-структурах на основе кремния при облучении альфа-частицами и протонами.// Проблемы созд. полупр. прибор, и ИС стойких к возд. внешн. фактор. Тез. докл. 4-го межотр. семинара. Винница. 1989. - С. 2 -3.

58.Кучинский П.В., Ломако В.М., Маслеников И.Н., Тиснек Н.И., Шахлевич Л.Н. Влияние условий получения перехода на электрофизические свойства базовой области р-п-структур на основе кремния.// Электронная техника. Сер.4. - 1991. - N. 4. - С. 20-22.

59.Кучинский П.В., Ломако В.М. Особенности дефектообразования в Si с высоким уровнем легирования при облучении нейтронами.// Пробл. созд. полупр. прибор., ИС и РЭА на их основе стойких к ВВФ. Тезисы докл. 5-ого мсжотраслев. семинара. М., 1991. - С. 69.

60.Кучинский П.В., Патракеев С.П., Петрунин А.П., Немцев B.C., Суриков И.Н. Изучение химического состава и характера связей на границе

раздела кремний-диэлектрик в зависимости от особенностей технологии изготовления МДП-структур.// Проблем, созд. полупр. прибор., ИС и РЭА на их основе стойких к ВВФ. Тезисы докл. 5-ого межотраслев. семинара. М., 1991. -С.110.

61.Кучинский П.В., Шахлевич Л.Н. О поведении времени жизни неосновных носителей заряда при термическом отжиге п-кремния, облученного осколками деления.// Тезисы докл. 3-ей Всесоюз. конф. "Физические основы надежности и деградации полупр. прибор." Кишинев. 1991. - Т.1. - С. 58.

62.Кучинский П.В., Ломако В.М., Троянова Г.Н., Шахлевич Л.Н. Свойства пленок кремния выращенных методом латеральной эпитаксии из газовой фазы.// Кристаллизация из газовой фазы. Харьков. 1992. - Т.1. -С. 192- 193.

63.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П., Патракеев С.П., Суриков И.Н. Влияние нцтридизации на радиационное изменение электрофизических свойств МДП-структур на основе кремния.// Физ. и техн. полупр. - 1993.- Т.27,Ы. 7,- С. 1354- 1360.

64.Кучинский П.В., Петрунин А.П., Савенок Е.Д., Шумейко Н.М. Радиационная стабильность кремниевых детекторов ядерных излучении.// Сб. ст. Современные вопросы оптики, радиационного материаловедения, иформатики, радиофизики и электроники. Минск. 1996.-Т.1.-С. 242-250.

65.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Особенности возникновеия и свойства дефектов в п-81 после облучения и последующего термического отжига.// Физ. и техн. полупр. - 1994. - Т. 28, N. 11.-С.1928- 1936.

66.Кучинский П.В. Дефектообразование в сильно легированном кремнии при введении областей скоплений дефектов.// Тезисы 2-ой Международной конференции "Взаимод. излуч. с тверд, тел., ВИТТ-97", Минск., 1997.-С.91.

67.Кучинский П.В. О пороговой энергии образования первичных дефектов в кремнии. // Труды IX Межнационального совещания. Радиационная физика твердого тела. // НИИ ПМТ МГИЭМ, Москва., 1999,- С.855-859.

68.Кучинский П.В., Ломако В.М., Шахлевич Л.Н. Образование и свойства дефектов в п-кремнии после облучения и последующего термического

отжига. // Сборник докладов VI Межотраслевого семинара "Радиационные процессы в электронике", Москва, 1994,- С.4-5.

69.Кучинский П.В., Петрунин А.П., Савенок Е.Д. Влияние исходных параметров кремния на изменение основных характеристик детекторов при облучении быстрыми нейтронами. // Тезисы докл. Международной конференции "Взаимод. излуч. с тверд, тел.'1, Минск., 1995. - С.60.

70.Звягин В.И., Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М. Физические основы РТП при альфа-облучении. // Тезисы докл. II Всесоюзн. совещ. по использ. радиац. методов в технологии производ. полупровод, материалов и приборов. Обнинск., 1979.- С.16-17.

71.Губская В.И., Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Аппаратура для емкостной спектроскопии локальных центров в барьерных структурах. // Тезисы докл. Всесоюзн. конф. "Физич. основы надежности и деградации полупров. приборов", Кишинев., 1982.- С. 172.

72.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Использование барьерных структур в комплексных методах исследования радиационных дефектов./Лезисы докл. Всесоюз. конф. "Новые экспер. методы в радиац. физике полупр.", ПНИИИНФОРМ, 1985.- С.28.

73.Кучинский П.В., Петрунин А.П. Изменение электрофизических свойств МОП-структур на основе НЛК при облучении. // Проблемы созд. полупр. прибор, и ИС стойких к возд. внешн. фактор. Тезисы докл. 4-го межотр. семинара. Винница. 1989. - С. 20-21.

74.Кучинский П.В., Ломако В.М., Петрунин А.П. Влияние нитридизации на изменение электрофизических свойств МДП-структур при облучении гамма-квантами. // Проблем, созд. полупр. прибор., ИС и РЭА на их основе стойких к ВВФ. Тезисы докл. 5-ого межотраслев. семинара. М., 1991. - С.108-109.

75.Кучинский П.В., Петрунин А.П., Савенок Е.Д. Изменение электрофизических свойств границы раздела Б^Юг при облучении высокоэнергетическими тяжелыми ионами. // Тезисы докл. 2-ой Междунар. конф. "Взаимод. излуч. с тверд, тел.", Минск., 1997. - С.145.

76.Кучинский П.В. Пороговая энергия образования первичных дефектов в кремнии. // Материалы 3-ей Международной конф. "Взаимод. излуч. с тверд, тел,- ВИТТ-99", Минск., 1999. - С.27-29.

РЕЗЮМЕ Кучинский Петр Васильевич Радиационное дефектообразование в кремнии и структурах на его основе в зависимости от уровня легирования и примесного состава.

Ключевые слова: кремний, примесь, уровень легирования, радиационные дефекты, концентрация носителей, время жизни носителей, рекомбинация, р-п-структура.

Обьекты исследований. Изучались радиационные изменения электрофизических свойств базовой области пч-р(р+-п)-структур и границы раздела кремний-диэлектрик МДП-структур, изготовленных на основе кремния полученного по-Чохральскому, зонной плавкой, нейтронным трансмутационным легированием, эпитаксиальным выращиванием и легированного бором (фосфором) в диапазоне концентраций ]012-г4-1018 см"3 (анализ с учетом литературных данных до 1020 см"3).

Цель работы. Экспериментально установить закономерности радиационного дефектообразования в кремнии и структурах на его основе в зависимости от примесного состава и уровня легирования при облучении гамма-квантами, электронами, альфа-частицами, нейтронами, осколками деления 252С£ Разработать модели описывающие наблюдаемые закономерности.

Установлены закономерности описывающие существенное изменение характера радиационного дефектообразования при переходе от слабо легированного кремния к сильно легированному, влияния примесного состава (В, Р, ве, К) на эффективность образования и аннигиляцию радиационных дефектов. С использованием ОЬТБ-спектроскопии изучены параметры центров в п-кремнии с сильным электрон-решеточным взаимодействием. Обнаружена колебательная реакция перестройки центров и предложено ее модельное описание. Установлены закономерности радиационного дефектообразования в кремнии при облучении альфа-частицами изотопных источников. Разработаны и изданы справочные данные по радиационной стойкости р-п-структур на основе п- и р-кремния.

Область применения результатов: радиационная физика полупроводников и технология полупроводниковой электроники.

37

РЭЗЮМЭ Кучынск1 Пётр Ваильев1ч Радыяцыйнае дэфектаутварэнне у крэмнп1 структурах на яго аснове у залежнасщ ад узроуню леправання 1 дамешкавага саставу

Кшочавыя словы: крэмшй, дамешю, узровень леправання, радыяцыйныя дэфекты, канцэнтрацыя носьбггау, час жыцця носьбггау, рэкамбшацыя, р-п-структура.

Аб'екты даследавання. Вывучалюя радыяцыйныя змяненш электраф1з1чных уласщвасцей базавай вобласщ п+-р(р+-н)-структур 1 гратцы раздзела крэмнш-дыялектрык МДП-структур, вырабленых на аснове крэмшя леп'раванага борам (фосфарам) у штэрвале канцэтрацый см

(анашз з улкам л1таратурных даных да 1020 см"3) атрыманага па Чахральскаму, зоннай плаукай, нейтронным трансмутацыйным леправаннем, эштакс1ялы1ым вырашчваннем.

Мэта работы. Эксперыментальна устанавЩь заканамернасщ радыяцыйнага дэфектаутварэння у крэмнп 1 структурах на яго аснове у залежнасщ ад дамешкавага саставу 1 узроуню леправання пры абпраменьванш гама-квантам1, электронам!, альфа-часцщам^ нейтронам», асколкам1 дзялення 252С{. Распрацаваць мадэл1, яюя атсвакшь наглядаемыя заканамернасщ.

Даследаваны заканамернасщ, ягая ашсваюць значныя змяненш характару радыяцыйнага дэфектаутварэння пры пераходзе аб слаба леправанага крэмшя к моцна леправанаму, уплыву дамешкавага саставу (В, Р, Ое , К) на эфектыунасць утварэння 1 аншгшяцыю радыяцыйных дэфектау. 3 выкарыстаннем ОЬТЗ-спектраскапп даследаваны параметры цэнтрау у п-крэмнп з моцным электрон-рашотачным узаемадзеяшхем. Выяулена вагальная рэакцыя перабудовы цэнтрау I прапанавана яе мадэльнае атсанне. Установлены заканамернасщ радыяцыйнага дэфектаутварэння у крэмнп пры абпраменьвант альфа-часцщам1 тзатопных крынщ. Распрацаваны 1 выдадзены даведачныя даныя па радыяцыйнай стойкасщ р-п-структур на аснове гы р-крэмшя.

Галша выкарыстання вышкау: радыяцыйная ф13пса пауправадшкоу 1 тэхналопя пауправадшковай электронт.

SUMMARY Kuchinskii Petr Vasilevich

Radiation defect formation in silicon and structures on its basis depending on a doping level and impurity composition.

Keywords: silicon, impurities, doping level, radiation defects, density of carriers, lifetime of carriers, recombination, p-n-structure.

The object of research. The radiation modifications of physical properties of base region n+-p (p+-n) structures and demarcation a silicon-insulator of MIS-structures manufactured on the basis of silicon obtained on-Chochralsky, floating-zone melting, neutron transmutation doping, epitaxial cultivation and doped by boron (phosphorous) in a range of densities 10l2+ 4 1018 cm"3 (analysis were studied in view of literary datas up to 1020 cm"3) were studied.

The purpose of the work. The purpase of the work is to determine the laws of a radiation defect formation in silicon and structures on its basis depending on impurity composition and doping level at irradiation by gamma quantums, electrons, alpha-particles, neutrons, debrises of division 232Cf. To develop models writing observable laws.

The laws writing an essential modification of character of a radiation defect formation at transferring from feeblly doped silicon to strongly doped, influence of impurity composition (B, P, Ge, N) on effectiveness of formation and annihilation of radiation defects. With usage of a DLTS-spectroscopy the parameters of centres in n-silicon with strong electron-lattice interaction are investigated. The oscillatory reaction of reorganization of centres detected and its model exposition is offered. The laws of a radiation defect formation in silicon are determined at irradiation by alpha-particles of isotopic sources. Designed and the reference datas on a radiation stability p-n-structures on basis n- and p-silicon are published.

The fields of application are: radiation physics of semi-conductors and technique of a semiconductor electronics engineering.