Структурные эффекты при ионном и лазерном воздействии на полупроводниковые совединения. Исследование методов каналирования ионов в кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОШБРЬСКОЯ РЕВОЛЩШ

; И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ~

' ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИЕЕРСЙГЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА''

ШЯНО-ШЗДШШЬШЙ ИНСТИТУТ ЯДЕН10Я Ф1£ЗШ01 __I

На правах рукописи '

УДК 539.12.04 ; 53б.21<-/ 537.534.35

ЧЕЧЕНИН Николай Гаврилович

СТРУКТУРНЫЕ ШЕШ ПРИ ИИМОМ И ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ССВДИНЕНИЯ. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОЧ КАНАПИРОВАШЙ ИСНОВ В КРИСТАЛЛАХ

01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц 01.04.04 физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ I диссертации на соискание ученой

степени доктора физико-математических наук

Л

Москва 1990

■ Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядераой физики Московского государственного университета : им. М.В.Ломоносова

I

Официальные оппоненты: доктор фкзкка-иатематкчасшх наук профессор РАХШОВ А.Т. , _ (Московский государственный университет ии.М.В.Ломоносова, НИШ!)

доктор физико-математических наук I профессор МОРДКОВИЧ В.Н.

(Институт проблем технологии ыакроэлектро-, ники АН СССР)

доктор физико-математических наук профессор ШЛАРОВ Ф.й. : (НИИ прикладных физических проблем

им. А.М.Севченко при Белорусском государственном университете)

Ведущая организация: Институт металлургии иы.А.А.Байкова

Запрета диссертации состоится "_"_ 1990 г.в__час.

на заседании Специализированного совета по ядерной и атошой физике при Московском государственной университете им.М.В.Ломоносова (Д-053.05.42).

Адрес: Москва, 119899, НШЯФ МГУ, 19 корпус, ауд.2-1Б. ' С диссертацией моян о ознакомиться в библиотеке НИШЙ МГУ

Автореферат разослан " " 1990 г.'

Ученый секретарь Специализированного совет?, доктор физико-математических наук, профессор

Е.А.Романовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ионно-пучковые я лазерно-пучковые мето-

i

получает все более широкое распространение для получения необ-содимых свойств металлов и полупроводниковых материалов. Так, ион-. !ая имплантация является одним из важнейших направлений развития :ехнологиЯ микроэлектроники, с которым связывается уменьшение ■ иола технологических операций, высокая степень надежности выход^-1ЮС параметров после калДой из операций,• максимальная степень ав-, 'оматизации процессов, ¿обеденная до уровня так называемой "беэ-11ДНОЙ" технологии и, кар следствие, высокий уровень выхода год- ¡ шх изделий. Неотъемлемым этапом.в этой цепочке является отжиг ¿труктурных нарушений, сопровождавших ионяуч имплантации. Широ-:ое развитие в настоящее время получили различные методы термичес« toro отжига, импульсного отжига. Среди-них особое место, занимает !мпульсный лазерный отжиг, на который возлагалось много нвдежц 'виду локальности воздействия, высокой степени контролируемости 1ространстйенннх, временных,.мощностмых, оптических и других важ-гых характеристик импульсного воздействий.

Большинство экспериментальных и теоретических исследований, фоведенЯых к настоящему времени по проблемам ионного и лазерного юздействия на полупроводники, относится к кремни*, как лидируч-(ему материалу электроники. В данной диссертации рассмотрение ограничивается полупроводниковыми соединениями группы А^В® и SiC- . íto большой ¡¡ласе достаточно широко используемых и весьма перспек-'ивннх материалов. Наиболее, популярным из них является арсенид;. ■ал л иг, обладаний весьма благоприятным сочетанием свойств. На то основе можно изготовлять микроволновые диоды-варакторы, тран-исторн, диады излучв.тельные, перокяглащ'ие, туннельные, иняек-

ч

ционные лазеры, солнечные Йатареи, "СВЧ-приборы, параметрические

усилители.- Цнтеградьные схеш на основе ¿аАз имеет большое

<

преимущество во сравнении с .кремниевыми в двух областях: в СВЧ-техншсе и оптической электронике. Большой интерес представляют . влектролчэминесценише свойства: р-п. переходов широкозонннх материалов £&Р и' $¿0 , Низковольтные точечные источники света в зависимости от характера примесей могут излучать в зеленой, желтой, оранжевой и ¡фасной, а на основе $1С и , в фиолетовой областях спектра.

Воздействие излучения как ионного, так и лазерного на соединения обладает более богатым спектром эффектов, чем на монэатои-ные полупроводники. Исследованы же эти эффекты недостаточно полно. В частности в полупроводниковых соединениях сравнительно слабо изучены: -

- Механизмы генерации и взаимодействия структурных дефектов, процесс формирования разупорядоченного слоя при ионном и лазерном воздействии;

- Пространственная локализация внедренной примеси и ее взаимодействие с дефектами;

- Трансформация дефектов при термическом и лазерном воздействии, условия отжига дефектов, перераспределение примесных атомов при таких воздействиях.

Исследования по этим направлениям весьма актуальны и для формирования физической картины ионных и лазерных воздействий и для технологических'применений ионных и лазерных пучков. Возможности в исследовании структурных и композиционных перестроек в кристаллах значительно распшшлись с возникновением и развитием

ядернофизических методов. К таким методикам относится резерфор- ' довское обратное рассеяние (PCP) и POP в сочетании с каналирова-

нием иойов (РОРКИ). Метод» POP и РОРКИ обладает рядом несомненных-

■

достоинств, среди которых на первое место можно бьшо бы выделить возможность получать количественную информация, одновременно, о массовом и структурном распределениях по глубине образца, не разрушая при этом образец. Уникальны возможности метода РОРКИ в плане локализаций примесных атомов в решетке кристалла^ Результаты,; полученные в диссертации, преимущественно бьшй получены методами POP и РОИП.

. Цель*> работы является,исследование структурных и композиционных перестроек, возникатафта в полупроводниковых соединениях группа и Siô при йоачоы и лазерном воздействии, исследовАнме ■ пространственной Локализаций внедренных атомов, структурных нарушений в решетке кристаллов, формирование аморфных приповерхностных слоев. В задачу входило также исследование трансформации цефектов и поведения примесных атомов в образцах при термическом « лазерном отжиге. Одновременно ставилась задача совортенствова-гая метода РОРКИ для структурных н композиционных исследований кристаллов. . '

На.учная новизна работы. Впервые детально исследован как экспериментально, так и теоретически, эффект взаимной экранировки цепочек flIOj в кристаллах, Приводяс^9 к асимметрии выхода рассеянных частиц при симметричных отклонениях оси flioj 'от на-, давления пучка в плоскости, (110). Установлена область наблюдения зтого эффекта. Исследованы осцилляции выхода POP,- затухатецие с глубиной рассеяния.

Рал работал метод исследования пространственной локализации

£

л с

примесных атомов в решетке соединений AB, основанный на эффеет взаимной экранировки цепочек [HOj . Метод имеет ряд преимущес

I ' ' • - . .

по сравнению с традиционными методиками и впервые реализован для локализации имплантированных атомов üi- , Sa , Sf в faP и

faJJj .

Впервые детально исследован процесс формирования структурного слоя в Sit при воздействии ионов и ? широком

диапазоне флуэнсов ионов методом Р0РЮ1. Исследовано изменение ело евой концентрации структурных дефектов, относительного выхода в минимуме спектра за диком дефектов, повреждающей спасфности ионоЕ

в StC

, а .также толщины раз упорядоченного слоя See с ростом фяуанса конов (а* ж № . Получека критические значения флуэнсов, соответствующе образованию аморфного слоя в Sic. Показано, что повреждающая способность ионов в SiC* ие является константой.! Она максимальна при флуэнсах в области перехода в аморфное состояние, где она превышает величину, предсказываемую теорией линейных каскадов в несколько раз.

УЬт^ловлено, что возможность восстановления резупорядоченного слоя SIC- путем кратковременного высокотемпературного отжига (КВТ зависит от флуэнса Ф имплантированных ионов. При имплантации с флуэнсами меньше 1фитического < происходит практически полное восстановление структуры разупорядоченного слоя. При Ф ? $ КВТО приводит либо к уменьшению толщины аморфнаованного слоя, либ к рекристаллизации с большой концентрацией остаточных дефектов. Аналогичные дозовые зависимости остаточных концентраций дефектов наблюдались и при "горячей" имплантации. Проанализирован тип оста точных дефектов. Обнаружено, что структурные перестройки при КВТО

а также при "горячей" имплантации приводят к доминирование про- .. тяженнмх дефектов^ Исследовано перераспределение пршесньж атомов при КВТО. Обнаружено, что если концентрация примесных атомов не превышает предел равновесной растворимости в кристалле (/V; <Л$), то профиль практически не изменяется при КВТО. Если же /V/ то КВТО приводи» к перераспределению примесных атомов и уменьшении слоевой концентраций (к испарению) прикеся.

Впервые исследовано воздействие импульсов эксимерного лазера на имплантированный и йеш.этл актированный дарбнд кремния. Установлено, что это воздействие не приводит к восстановление структуры раэупорядоченного слоя. ¡Наоборот, при достаточно болывой ллЬтнос-ги энергии импульса генерируптся дополнительные дефекты. Интенсив-цефе.стообразованиэ происходит и в . неимплантированном образце $¿6 при плотности энергии ЛВ 0.5 Дж/см2.

Впервые было показано, что воздействие мои?»ого лазерного импульса приводит к плавление приповерхностного слоя облучаемого .'Частка поверхности карбида кремния. Обнаружено, что при плотное-ги энергии ЛВ У/й 1,4 Дж/см^ стехиодатричесжй состав®припо-:орхносгном слое нарушается таким, об разом, что поверхность або-'ацается кремнием и гаслородом, ;

Нсследованм зависимости структурных и коипээицконннх наруше-:ий в кристаллах от плотности энергии 20-20 не импульсов кеиуерного (в £а,Р ) и рубинового {ъ&иЬ, 1л.Р, лаэе-

01!. Обнаружена ьорреляция структурных и композиционных нарушений одной стороны, и плотности давления настроит« паров при тем-ературе плавления, с другой стороны.

Проведено систематическое исследование лазерно-1шдуциропЕИного ^«¡чГйГ'брв.эорьни.ч я я £а-Р п зависимости от ориен-

тации поверхности кристаллов, Впервые методом РОРКИ показано, что структурное нарушения в 6йЛ$ после облучения импульсами 20 но) рубинового лазера максимальны при ориентации поверхности ; параллельно (III) и минимальны при ориентации (100), \ . ;

Впервые обнаружено, что облучение поверхности АьР импульсам^ неполяризованного излучения экеимерного лазера приводит в некоторых случаях к образований поверхностной структуры типа регулярно • расположенных пятен, ямок, точек, либо 9 веде линейных волн, 0б-: наружены и исследованы отклонения от стехиометрии как внутри особенностей (пятен), так и мезду ними, ; _ .. .

Научная и практическая значимость работы. Детально исследовав, эффект взаимной экранировки цепочек < Н0> э структурах иарухекы затухающие с глубиной осцилляции в спектрах Р0Рч обусловь ленные фо ну сиро ванными последовательными столкновениями частиц с идентичными цепочками fllöj в соседних плоскостях (110). Эти эффекты обогащает представление о движении потока частиц в режиме ось-плоскостного перехода при каяалировании. На базе этих эффектов разработан метод асимметрии для определения местоположения примесных атомов в кристаллах Этот метод используется для локализации пространственного распределения примесных атомов и кt Перестройки в соединениях А®. "¡' !

В диссертации исследовано пространственное распределение имплантированных атомов In. , Sri и SS в и fo*A?. Эти результаты представляет ценность, поскольку' они получен« методом «.симметрии, являющимся прямым методом исследования локализации * Примесных атомов. Данные по локализации Jfl , S4 в &Ри AJfU BoJ/j в АьЛг, в частности, использованы в качестве опорных для идентификации линий в Мессбауэровских спектрах в данной сиатемв (г.Вайер и др., '1983). Данные по Sa в представляет ин-

герес в плане поведения аморфной примеси при больших дозах им- ■ . тлантации.; ' ' j

В диссертации представлены результат« исследования ИВ на кристаллы широкощелового полупроводникового соединения1 SlC в модификации 6Н, облада-пщего рядом весьма интересных, с точки зрения юлупроводниковой электроники и оптоэлектроники, физических свойств, 'езультаты исследования дефектообразоЕйния при ИВ ионов и югу* быть использованы для развития представлений о механизмах генерации структурных дефектов и формирования разупоргсдоченных ¡лоев в полупроводниковых соединениях на различных этапах накопле-

(ил флуэнса ионов, для ой*ммизаций режимоЬ ионной имплантации при

' 1

издании нужных полупроводниковых свойств. ' i

Результаты по исследование КВГО, "горячей" имплантации и да- ■ ернэго воздействия на имплантированные и разупорядочение слои

SiC могут быть использованы для развития представлений о транс-ормации, структурных перестройках дефектов в указанных процессах, также при разработке технологических режимов модификаций электро-иэических свойств ■SiC . ,

Исследование структурных и композиционных карканий а припо-эрхнсстном слое полупроводниковых кристаллов Группы (fixP, G&Jh , IflP и I/lJf 5 и

Sit ори воздействия лазерных кч-^льсов с длительность"!) 20-100 не Привело к обнаружения ряда . >вых эффектов. Эти эффекты могут послужить основой для развития гаи чес лес представлений о процессах, приоодязра к дефектообразо-1нит) в полупро в о дн и то з кх соединениях при лазерном воздействии. ' юме того, материалы, представленные в диссертации могут быть пользованы для разработки технологических режимов модификации бктро;]яэических споЯств соединений А В и

4LC .

Научные положения и результаты, вьяосимые на защиту:

1. Результаты экспериментального и теоретического исследования эффекта взаимной экранировки цепочек <110 > в кристаллах

2. Метод исследования пространственной локализации примесных

Ч Я

атомов в решетке соединений А В , основанный на эффекте взаимной экрадировки цепочек <110> . Результаты исследования местоположения примесных атомов 1/% , Хг , в (г&Р и

3. Результаты исследование процесса формирования структурно-дефектного слоя в при ИВ ЛВ* и &1* . Вывод о доминируй щей гомогенном механизме дефектообразования в при №

и и важной роли в формировании раэупорядочоиного слоя про- |

тяженных дефектов декаяалируощего типа. Вывод об уменьшении критической плотности энергии с толщиной раз упорядочениего слоя.

4. Результаты исследования структурных нерест-роёк дефектов.в ¿¿С , перераспределения имплантированной примеси при КВТО, "горячей" имплантации и воздействии наносекунд-ных импульсов зкекмерного лазера. Вывод о зависимости степени восстановления кристаллической структуры образцов ¿¡¿С- , имплантированных ионами Лё* и * путем КВТО или при "горячей" имплантации от флуэнса ионов.

5. Вывод о •плавлении приповерхностного слоя облучаемого участка поверхности Л-С при воздействии импульсами э (-химерного ла-вера б нормальных внешних атмосферных условиях.

6. Результаты по исследованию структурных и стехиометричес-ких нарушений в А^В® и в зависимости от плотности энергии лазерных импульсов с длительностью 20-30 не. Пороговые значения плотности .энергии Л8 для интенсивного деЛегТообразованил в ука- • занных соединениях. Корреляция мевду величиной структурной раз-

упорядоченности в соединениях и плотностью давления насыщенных паров при температуре плавления. •

7. Результаты по исследование зависимости структурного раз-упорядочения при: ЛВ от кристаллографической ориентации поверхности образца. Результаты по Исследование поверхностных структур, образующихся на поверхности f<XP при воздействии импульсов экеимерного лазера.

в. Вывод о доминировании термического механизма дефектообразо-еания в полупроводниковых соединениях при плотности энергии ЛВ, бяизкой илч превышающей энергии плавления приповерхностного слоя, и о конкуренции атермиче!ских процессов при малой плотности энергии импульсов.

Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались На IX (Лион, Франция, 1981 г.), XI (Вашингтон, США, 1935 г.), ХЛ (Окаяма, Япония, 1967 г.), Ж(Орхус, Дания, 1939 г.) Международных конференциях по атомным столкновениям в твердых телах, УП (Вильнюс, 1983 г.) и IX.(Люблин, Польша, 1988 г.) Международных конференциях "Ионная ишлантеция а полу-, проводниках, и других материалах", Международной конференции по модификации материалов с помощьч ионных пучков (Токио, Япония, 1938 г.), на I (Новосибирск, 1937 г.), П (Окаяма, Япония, 1986 г.) и Ш (Таикент, 1988 г.) Советско-японских симпозиумах по физике взаимодействия заряженных частиц с твердым телом, ХП (1933 г.), Ш (1984 г.), ХУ (1985 г.), ХУ1 (1335 г.), ХУЛ (1907 г.), ОТ (1983 г.) Всесоюзных совещаниях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (г.Москва), на ХП (г.Москва, 1985 г.) Всесоюзной /:сн*еренции по когерентной и нелинейной оптике, на 3-ей к 4-эй отраслевых конференциях "Псочмвленная технология к обору-

дование ионной имплантации" (Таллин, 1984 г. и Нальчик, 1988 г.), на Всесоюзной конференции по радиационной физике и химии ионных , кристаллов (Рига, 1Ш6 г.)-, на 23-ем Всесоюзном семинаре по моделированию на ЭВМ радиационных к других дефектов в кристаллах (Одесса, 1385 г.), на Всесоюзном семинаре по взаимодействиям ионных пучков с ^томами и поверхностью твердого тела (Новгород, ; 1986 г,), на Всесоюзной конференции "йонно-лучевая кодификация кодификация материалов" (Каунас, 1989 г.), на Х1У семинаре * "Радиационная физика полупроводников" (Новосибирск, 1989 г.). ' | Публикации:" По теме диссертации опубликовано 36 научны? работ. Объем и структура диссертации. Диссертация ишгет общий объем 303 стр., содержит 122 рисунка и V таблиц. Список литературы содержит 314 наименований. ■ " _

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность теш исследования, основные цели работы, указана научная новизна, научная и практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов, а также перечислены основные положения и результаты, выносимые автором на защиту, описана структура и дано кратпое содержание диссертации. Заканчивается введение сведениями об апробации материалов диссертационной работы.

В первой главе изложены основные принципы использования эффекта каналирования для изучения структурных нарушений в монокристаллах. Анализируются возможности диагностики типов дефектов методом Р0РЮ1. Описывается экспериментальная установка по исследование образцов методом РОРКИ и комплекс программ для анализа - . экспериментальных спектров на ЭВМ.

г*

' Во второй главе описывается методы, используете для определения местоположения примесных атомов в решетке полупроводников 3 5'

типа А В. . Дан краткий обзор методов, основанных на эффекте каналирования, ставших традиционными. Излагается суть эффекта

О ft

взаимной экранировки цепочек < П0> в структурах типа А В . Эффект обусловлен попарным расположением А-.и В-цепочек <г И0>. Такое, расположение приводит к преимущественному рассеянию вблизи, поверхности на атомах А, скажем, при положительных углах наклона' f , и на атомах В -jnpn симметричных отрицательных угла*, - ^ Установлено, что асимметрия выхода POP при симметричных углах Наклона ft наблюдается js интервале ^=0.8-2.0 ¡^ , где jfy -критический угол Лкндхарда и на глубинах рассеяния, меньших длины установления статистического равновесия Линдхарда. Обнаружено, что при определенных условиях (энергия частиц, угол наклона) в спектрах наблюдаются быстро затухающие с глубиной осцилляции выхода POP е противофазе на А к В подрешетках структуры А3В5 и в противофазе. для симметричных углов наклона кд одном компоненте. На основании оффекта взаимной экранировки,цепоче;с «ЛОраэрабо-T8H метод определения местоположения замещающей фракции примесных атомов в соединениях А^Вр (метод ¿симметрии). йтисываются эксперименты и приводятся результаты исследования локализации примесных атомов 1л , S/t , SS а кристаллах ¿Q.P й ¿hJfo . Установлено, что f.'Totw In преимущественно располагаются в узлах ■ <Й2--под-релетет, атомы efif- и узлах Р - или сДС-подрекетки, а атомы tJVz в £q.A? преимущественно занимают ¿а. -узлы. В при с имплантации 2 -Ю^сч-^ и температуре ¡«¿плантации 400°С атода Jя. проявляют свойство й^отерности и заселят Р-узлк и ¿гг. -.-злы примерно с равной вероятностью.

Третья глава посвящена проблеме формирования разулорядоченных

слоев в кристаллах карбида кремния при воздействии ионов галлия

)

И алйминия. Приводятся и анализируются данные по распределение дефектов, генерируемых ионами по глубине образца. Обсуждается ■ роль эффекта захвата ионов в режим каналирования в формировании профиля распределения дефектов и профиля примесных атомов. Захват ионов в режим каналирования при имплантации приводит, к уширенот как профиля имплантированной(примеси, так и профиля структурных нарушений. Если же ионная имплантация производилась вдоль низкоиндексного кристаллографического направления <0001? , то пучок разделялся на фракции. Одна из них - каналсроьанная - про- , никала на глубину, существенно превмиасцуо проецированный пробег ионов в аморфном веществе. Кристалл при этом подвержен существенно более слабым структурным нарушениям.

Исследованы изменения слоевой концентрации структурных дефектов и относительного выхода о минимуме спектров за пиком дефектов с ростом флуэнсов ионов

. Обнаружено, что участок резкого подъема в этой зависимости приходится на интервал приведенных флуэнсов «8=0.15-0.60 сна (смещений-на-атом). В системе приведенных флуэнсов нани данные хорошо согласуется с имеющимися литературными данными по воздействия других ионов на ¿¿С , Получено, что амортизация наступает при ¿.«1.0 сна, что соответствует критическим значениям флуэнсов ионов 0 кэВ -Ю14см~2, ¿а/40 кэБ - « М014см~2, кэВ

ТЛ 9

1,6-10* см" . Исследована зависимость повреждающей способности Ионов (количество наблюдаемых смещенных атомов на один ион) в Ли? от фяуэнса^^и ¿Ь- . Показано, что повреадашщая способность не .является константой. Она максимальна при флубнсах

приближающихся к-критическому значению , где она превышает в несколько раз величину, предсказываемую теорией линейных каскадов.

Полезная информация о типе доминирующих дефектов получена из сопоставления изменений слоевой концентрации смещенних атомов (¿/"¿)sl и относительного выхода в минимуме, , спектра POP

в режиме каналирования. Таким методом било установлено, что при внедрении ионов возникают не только точечные дефекты типа смещенных атомов или их комплексов, но и протяженные дефекты деканали- . рующего типа.

Исследована экспансия разупорядоченного слоя вглубь кристалла в диапазоне фдузнсов более чем на два порядка превышающих критическое значение аморфизации. Обнаружено, что толщина разупорядоченного слоя заметно превосходит проецированные пробеги ионов. Частично это объясняется захватом в режим каналирования, кфрый происходит даже при ионном внедрении в случайном направлении. Полностью, однако, захват; в режим каналирования изменение толщины разупорядоченного слоя с ростом флуэнса объяснить не может. Анализ этих данных приводит к выводу о том, что критическая плотность выделенной в упругих столкновениях энергии,j соответствующая переходу в раэупорядоченное состояние не является постоянной величиной, она достаточно резко падает с ростом толщины разупорядоченного слоя.

На основании полученных экспериментальных данных проанализированы механизмы структурного дефектообраэования в SLC. при ионном воздействии. С ростом флуэнса процесс проходит три этапа: первичное накопление дефектов, образование разупорядоченного

Тй

(аморфного) слоя, экспансия аморфного слоя вАлубь кристалла. Анализ показывает, что при воздействии легких и средних масс ионов, включая на первом этапе доминирует гомогенный

механизм, при котором, однако, формируется не только простые де-

)

фекты рассеивающего типа, но и протяженные дефекты деканалирупцего типа. На втором этале происходит ускоренное разрушение кристаллической структуры и образуется структура "аморфный слой* -

I

переходный слой - кристалл", в которой протяженные дефекты сконцентрированы в переходном слое. На третьем этапе аморфный слой распространяется вглубь образца за счет трансформации части переходного слоя в аыорфнуо фазу и регенераций переходного слоя за счет кристаллического . ; •

В Четвертой главе обсуждается проблемы восстановления структура' разулорядочеяных ионным воздействием слоев. В качестве исследуемого материала взят ;-мрбид кремния. Анализируотйя возможности кратковременного высокотемпературного отжига ,, "горячей" им-пл&нтациц. импульсного лазерного отжига. Рассматривается одновременно кап стрз'.стурнь'е изменения в результате отжига, так и изменения в концентрации и профиле распределения югплантированных атомов. В описываемых исследованиях установлено, что структура рсзупорядоченного слоя восстанавливается путем термического отжига полностью, если доза имплантации, Ф , ионов не превышает критическую дозу еморфиэации, . Восстановление структура с высокой концентрацией дефектов в слсе или уменьшение толщины раэулорядочечного слоя наблюдалось при более высоких дозах имплантации

Исследуется перераспределение примесных атогов при КВТО, Показано, что если концентрация лоимесяых атомов ( £й. ) не

.. превшает предел' равновесной растворимости ( /Y¿ < Л^ ), то ■ профиль практическ ие изменяется. Если же /V¿ , то КВТО

приводит к перераспределение примесных атомов и уменьшение слоевой концентрации. Предложена модель, в которой предполагается, что:а) равновесная растворимость зависит от концентрации дефектов в слое (минимальна для соверпенного кристалла и максимальна' в аморфном образце); б) коэффициент диффузии Taicace минимален для кристаллического и максимален для разупорядоченного SlC ; в) рекристаллизация сопровозцдается движением границы раздела "кристалл-аморфая (дефектная) зона" к поверхности образца, диффузией примеси.и ее испарением с поверхности.

Исследование структурных и композиционных перераспределений образцов SiC ( ) при КВТО показало, что и примеси и де-

фекты могут при высокотемпературном отжиге концентрироваться в областях с повышенным содержанием ростовых дефектов.

В этой жо главе описываются эксперименты и анализируется результаты воздействия неносекундник импульсом эксимерного лазера XtC¿ i Jt =308 нм, Vu =30нс на'имплантированные образцы <SiC • Обнаружено, что такое воздействие не приводят к восстановление разупорядоченного слоя ■SiC . Наоборот, при достаточно больной плотности энергии импульса генерируется дополнительные дефекты. Интенсивное дефектообразовалие происходит и на неимплантированном образце при достаточно высокой плотности энергии ЛВ ( WíI.C Дж/см2) установлено, что дефектообраэование связано прежде всего с малой длительностью ЛВ.

Лазерное воздействие на <S¿C ( ) приводило к существенному перераспределение в профиле , начиная с W^0.5 Да/см2. Оценка коэффициента диффузии дйе» величину J) в 7,5 «КГ® f см2-с, хярактерн'/п для диффузии в жидком состоянии. Это свидетель-

ствует о плавлении при ЛВ карбида кремния, материала, не имеющего точки плавления при нормальном давлении в равновесных условиях. Приведенные в четвертой главе результаты свидетельствует о плавлении при ЛВ неимплантированного SíC .

Пятая глава диссертации посвящена проблеме дефектообразования ■ в неимплантировенных кристаллах и I/uMf) при

импульсном лазерном воздействии. В ней анализируется .условия возникновения структурных и стехиометрических нарушений и их взаимосвязь при ЛВ на эти материалы. Установлено, что дефектообразование е этих материалах происходит при плотностях' энергии ЛЗ ¡сак меньших, тал и больших энергии плавления. Но интенсивное дефектообразование, как правило, происходит в том случае, когда плотность

»

Виергии в импульсе приближается и превышает порог плавления облучаемой поверхности. Установлено, что в послеплавильной области плотности энергии ЛЬ сопровождается значительными стехиометричес-кими нарушениями в приповерхностном слое образцов {&1Р,1л-Р, <S¿C ); на поверхности формируется слой, обогащении?* летучей компонентой (фосфором, кремнием), под ним - металлическим коютонентом (галлием, индием). Сопоставление интенсивности и дефектообразования для различных образцов привело к выводу о том, что струотурные и стехиометрические нарушения тем сильнее, чем выше плотность наенценнме паров материала при температуре плввления.

Исследовано дефектообразование на образцах с различной ориентацией поверхности. Изучалось Л8 импульсов рубинового лазера на кристаллы. бяЛг с ориентацией (ICO), (НО), (III) и ЛВ импульсов зкеимерного лазера на &Q-P с ориентв'дичш (100) и (ПО). Оказалось, что ЛВ приводит к значительно более --чраженному дефек-

«образованию в (Ilj) ¿&Р по сравнению с (100) fä-P . В fa4s ;наиболее заметные изменения также наблюдались для кристаллов с ориентацией (III), де^ектообразование в (I00)4tiv& носило промежуточный характер и было минимальным в случае (П0> fß-Лг .

Приводятся данные электронно-микроскопических исследований поверхности fa-P после лазерного воздействия импульсаш экси- ' мерного лазера. Эти данные свидетельсвуют о появлении поверхностной структуры в виде регулярно расположенных пятен, ямок, точек, либо в виде линейных волн. Эти структуры были исследованы методом микрозондирования, и были обнаружены отклонения от стехиометрии

б&Р как внутри особенностей (пятен), так и мезду ними. Отклонения от стехиометрии нарастают с увеличением плотности энергии ЛВ. '

Анализ приведенных фактов приводит к выводу о том, что при плотности энергии ЛВ, близкой или превшаюгцей энергию плавления, доминирует термический механизм дефектообразования, в котором процессы испарения компонентов из расплава и закалки при охлаждении определяют структурные и композиционные неруления. При малой плотности энергии импульсов существенный вклад дают атермические механизмы. ' j

В заключение сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ I. Летально исследован как экспериментально, так и теоретически эффект взаимной экранировки цепочек <110 > в плоскости [lI0| в кристаллах На основании этого эффекта разработан метод

определения местоположения замечающей фракции примесных атомов

в соединениях аЧ5 (метод асимметрии).

2. Метод асимметрии впервые был испольэойан для локализации имплантированных атомов в кристаллах соединений А^В5. Исследовано местоположение атомов 1п , чГ/г < в кристаллах

I

и . _ ' . .-

3. Исследован процесс формирования структурно-дефектного слоя; в при воздействии пучком ионов

и о энергиями 40

<

и 90 кэВ в широком диапазоне флуэнсов. Исследованы распределения ^ по глубине имплантированной примеси и скоррелированные с ними распределения структурных нарушений в кристалле $1 С- , роль эффекта каналирования в формировании этих распределений. Исследованы изменения слоевой концентрации структурных дефектов и относительг ного выхода в мдаимуке спектра за пиком дефектов с ростом флуэнск ионов

М+ и; . Получены критические значения флуэнсов Ф&

соответствучшие амортизации . Исследована зависимость г/ов^

^йособности ионов в $¿0 от флуэнса ионов Показана что повреждающая способность возрастает при приближе- . нии флуЬнсов к критическим значениям . Установлено, что

при внедрении ионов возникает не только точечные дефекты типа смещенных атомов или их комплексов, но и протяженннв дефекты декан алирупщег о типа.

4. Обнаружено, что толщина раз упорядоченного ело я&С заметно превосходит проецированные пробеги ионов. Анализ роста этой толщину с увеличением флуэнса приводит к выводу о том, что критическая плотность выделенной в упругих столкновениях энергии, соот-ветсвутщая переход)' в раз упорядоченное состояние, не является постоянной величиной, она достаточно резко падает с ростом флуэн-

са (или толщины разрпорядочешгого слои),

• . 5. Установлено, что эффективность кратковременного высокотемпературного отжига имплантированных образцов $№■ зависит от степени разупорядочения имплантированного слоя, довы имплантированных ионов. Полное восстановление наблюдалось при дозах имплантации , меньших критический дозы аморфиэации . ' Восстановление структуры с высокой концентрацией дефектов в слое или уменьшение толщины разупорядоченного слоя наблюдалось при <5олев высоких дозах имплантации Ф? ^ .

6. Исследовано перераспределение примесных атомов при КВТО. Показано, что если концентрация примесных атомов не превышает предел равновесной растворимости, то профиль практически не изменяется. В противиом случае КВТО приводит к перераспределение примесных атомов и уменьшения слоевой концентрации. Предложена модель, качественно описывающая перераспределение примесных атомов при КВТО. Обнаружено, что и примеси, и дефекты при КВТО мигрирует в области с повышенным содержанием ростовых дефектов.

7. Впервые было показано, что воздействие моцнйго лазерного импульса приводит к плавление приповерхностного слоя облучаемого участад карбида кремния, материала', не имеющего трчки плавления при нормальном давлении в равновесных условиях. Воздействие лазерными импульсами наяосекундной длительности не приводит к восстановление раз упорядоченного слоя . Наоборот, при достаточно большой плотности энергии импульса генерируются дополнительные дефекты.

8. Обнаружено, что ДБ идаульсами ¡наяосекундной длительности на неимплантированные образцы соединений группы Л^В® и 31 С. приводит к структурным я стехиометри"ьским нарушениям. Исследована зависимость структурных и стехиометрических нарушений-от

плотности энергии лазерного импульса. Особен^ интенсивно процесс дефект о обрел о вания протекает 'при плотности энергии импульса, приближающееся к порогу плавления облучаемсиЧ поверхности. При этом поверхность, как правило, обогащена наиболее летучим компонентом соединения фосфором, кремнием. Установлено, что структурные и стехиометрическяе. нарушения тем сильнее, чем выше плотность насыщенных паров материала при температуре плавления.

9. Установлено, что наблюдаемое структурное раэупорядоченяе при ЛВ существенно зависит от кристаллографической ориентации Поверхности образца. Так в и Р&Р око каксикально для кристаллов vi ориентацией (III) и шнималько в случае ориентации (НО).

На поверхности 6й Р , облучаемой неполяризованньш излучением »нсимернсго лазера обнаружена я исследована структура в виде регулярно расположенных пятен, ямок, точел, либо в виде линейных

ВОЛН. ,1

10. Анализ приведенных в диссертации результатов приводит ic . выводу о foK, что при плотности энергии ЛВ, близкой или превышающей энергия плавления, доминирует термический механизм дефекто-образования, в котором процессы испарения ютяонантов из расплава к аак&яки при охлаждении определяет композиционное к структурные неругения. При малой плотности энергии игаульсов в дофектообразо-всшие слчос»ванный шзюд могут давать атермичесиие механизмы.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I. Aaderaen J.U., O^ecbenla W.G., Shane Z.H. Location of Impurities in compounds,by asynmetry of channeling dips. Appl.Phya, ''Lett,, 19B1, V.39, »0.9, p.758-760. 2a Andersen J.IT., 0 bee hen la N.G., Zheng Z.H. Asymmetry af depth oscillations for <110> channelipg in GIF. - Nuol.Xnstr. and Math., 1962, v.194, P,129-132. s '

3, Чеченин Н.Г., Аццерсен Я.У,, Марш Б.Б.^Влияние прицельного ■"' параметра в ион-атомных столкновениях на форму'лунки ¡сана-

лирования. Тезисы докладов ХП ВС 5ВЗЧК, 1982, Изд-во МГУ, с.47. 4« Чеченин Н.Г.,Андерсен Й.У.-, Тимошников D.A., Цанг Ц.Х.; Опре-- деление положения примесных атомов в кристаллах GaP и GaAa по асимметрии выхода обратного резерфордовского рас- • ' сеяния. Труды ХП BCSB34K, 1983, Изд-во.ШУ, с.183-187,

5. Чеченин Н.Г., Андерсен й.. Цанг Ц.Х., Местоположение примес- ,

' о с

ных атомов олова в соединениях типа А В . -Тезисы докладов УП Мендунар.кокф. "Ионная имплантация в полупроводниках и других материалах", Видьнис, 1983, с.158-159.

6. Andersen J.U., Ohechenin N.G., Timoahnikov "Tu.^., Zhang Z.H. The location of substitutional foreign atoms in GaAs by asya-uatry of hackscattering yield near <110> . -jfiad.Eff., 1984, v.83, No.1-2, p.91-97.

7. Бурдель К.К., Чеченин Н.Г. Диагностика поверхностна слоев

с помощью ¡саяалирования. - Тезисы докл. Бсесопз.совец.- семинара молодых ученых. Ужгород, 1985, с.251-251.

8. Бурдель К.К., Джвдкоев М.С..Зенков D.B., Каикаров П.К., Платоненко В.Т., Попов В.К. Лморфизацип поверхностных слоев фосфида галлкя при воздействии излучения эксимерного лазера,-Тезисы до:л. ХП. Всесо»8'. конф. по ..огер. и нелин.оптике., И., 1935, е.ЗШ-389,

с*

9. Игнатьев A.C., Петрова Л.Г., Чеченин Н,Г. ¡Методы реэерфор-.довского обратного рассеяния и электронной оже-спектроско-пки в исследовании структур. - Тезисы докл. ХУ Всесосз. совещ. по физике взаимод.заряг.частиц с кристаллами, МГУ, 1985, с.151. , ' ; '

10. Игнатьев A.C., Ятис A.A., Петрова А.Г., Буркова К.Е., Чече-нин Н.Г. Резерфордовское обратное рассеяние для калибровки . методов электронной оже-спектросиопии и вторично-ионной -масс-спестроыетрии. - Тезисы доил, ХУ Всесооз."совещ. по физике взаимод.'заряж.частиц с кристаллами, ИГУ, 1985, с.150, llj Чеченин Н.Г. Имплантация олова в Д^В^. Соотношение зал:ещао-' цих фракций впл и Siгв • Материалы Х1У Всесото. совещ. по физике взаимод. заряж.частиц с кристаллами, 1985, с.132-136. ' ' , . ."".••■

12. Туликов АЛ., Куликаускас B.C., Похил^ Г.Ш, Сиротиннн Е.И., Чеченин Н.Г. Исследование и контроль ионно-^легировалных слоев методом резерфордовского обратного рассеяния. -Электронная техника, серия 7, I9S6, вып.1(134), с.75-81.

t.

13. Бурдель Н.К., Варанкин П.В., Макаров В.Н., Оядельников А.Э., Суворов A.B., Чеченин Н.Г. Поведения галлия и мьшьяка в карбиде кремния при ш.плантации и термическом отжиге. - Материалы ХУ Всесота. совещ. по физике взашод .заряж.частиц с кристаллами, МГУ, 1986, С.Н5-И7.

14. Oheclwnin N.S., Bourdelle K.K., Йвпкот lu.V., КавЬкагот P.K. and Tullnov A.?. Channeling study of laser-induced damage In . GeP. - Nuclioter. end liatb., 19Ö6,i V.B13, p.503-505. ■

15. Чеченин Н.Г., Бурдель К.К., • Дияджоев М.С., Зешсов О.В.,

Каш «аров П.К., Плотоненко В.Г., Попов В.К. Исследование инду-• цированных лазерным облучением повреждений в

с п0-

; : моцьч каналировакия, - ]{зв. ЛН СССР, сер.фиэ., 1986, .т.50, Я 4, с.812-815.

16. Бурдель К.К., Дитрих Т., Калкаров П.К., Чеченин Н.Г. Свойства' дефектов, генерируемых при импульсном лазерном воздействии

' •на . - Тез. докл. ХУ1 Всесопз.совещ. по физике взаимод.

i ( . заряж.частиц с кристаллами,.ИГУ, 1986, с.165. Г/. Кяшкаров П.К., Бурдель Ii.К., Дотджоеа М.С., Зенков D.B., Платоненко В.Г., Попов В.К., Чеченин Н.Г. Генерация дефектов в приповерхностной области фосфида г&ялия при воздействии из' лучения эксимерного лазера. - Поверхность. 5из., хим., мех., 1986, $ 9, с.III-II4.

18. Бурдель К.К., Каякаров П.К., Чеченин Н.Г. Структура и термическая устойчивость дефектов, индуцированных в

СаР

лазерным излучением. - Тезисы до£ел. ТУ Всесовд. конфер. по рздиац. физике и химии'ионных кристаллов. Рига, Изд-во И5 АН Латв.ССР, 1986, с. 162-IS3. • '

19. Бурдель К.К., Макаров В.Н., Сувбров A.B., Чеченин Н.Г. Структурные перестройки в карбиде кремния при имплантации галлия

и отжиге. - Моделирование на ЭВМ структурночувствительннх свойств кристаллических материалов. Л-д, Пэд-во ЭТИ, 1986.

20. Бурдель К.К., Дитрих Т., Чеченин Н.Г. Свойства дефектов, генерируемых при импульсном лазерном воздействии на £аР .

'- $из. и хим. обраб. материалов, ,1987, Р 2, с.25-27.

21. Бурдель К.К., Макаров В.Н., Суворов А.В.^Чеченин Н.Г. Исследование структурных ¡перестроек nSlC{ JLi ) с .помощи каналирования, - Материалы ХУ1 Всесо^з. совещ. по,физике взаимод.заряж. частиц с кристаллами, ЗЛУ, 1987, с. 184-185.

22. Бурдель К.К., Кашкаров П.К., Тимошенко B.C., Чеченин Н.Г. . Исследование лазерно-индуцироваккого дефеюгообразования

2л А'

и JnM методом каналирования. - Тозие.м доа. ХУШ Всесоад.

t

совещ.по физике взаимод.заряд.частиц с кристалла),д. МГУ, 1988 с. 155.

23. Дитрих Т., Чеченин Н.Г. Образование структур- пятен, кратеров : и волн на Поверхности £clP ■ при импульсном лазерном воз-

I

действии. - КТФ, 1388, т.58, в.8, с.1537-1538. !

*

24. Емельянов В.И., Наикаров П.К., Чеченин Н.Т., Дитрих Т. Образование периодических структур дефектов на поверхности' полупроводников-при импульсном лазерном обручении. - STT, ■ ■ 1988, т.30, вып.8, с.2259-2263. ! ,

25. Tulino-v A.F., Bourdelle К.К., Chechenin H.oj, Kashkarov P.E. and Siimova A.I. OhanneliBg study of the orisntational dependence of laser-induced damage in GaAs and Go?. - Hucl.Instr., and Metti., 1988, -V.B33, p.84A-847.

26. Tullnov A.P., Ohechenin H.G., Bourdelle K.K., Макают V.M. and Suvorov A.V. SIC aaorphlzatlon as a result of Ga+ implantation. - Nucl.Iostr. and Uetb., 1988, V.B33, p.788-791.

¿7, Бурдель K.K., Вараншш П.В;, Макаров В.Н., Суворов А.В., Чеченин Н.Г. Структурные и кошозииионныо перестройки в карбиде кремнйя, вызванные ионной имплантацией галлия А высоко-текперктуриым отжигом. - ФГТ, 1983, т.30, г..2, с.629-632.

íQ. Бурдель К.К., Ахрзнов A.C. . Макаров В,Н., Поройков A.D.,

Суворов A.B., Чеченин Н.Г. Плавление карбида кремния при воздействии наносекундных импульсов эксимерного лазера. - Письма ■ в Ш, 1983, т. 14, в.13, C.I207-I2II.

!9. Суворов A.B., Бурдель К,К., Макаров В.Н., Чеченин Н.Г. Иссле-' довамиа дозовой зависимости толщин ашрфизаЕашых слоев в S10 при имплантации ионов Ga+, - Int.donf. on ion Implantat, in semlcond. and other taster,, Abstracts, 1983, Lublin, Poland, P.156. . '

I0.'Бурдель K.K., Дитрих Т., Кеакаров П. К., Чеченин Н.Г. Исследование расслоения фос|ида галлия" под воздействием лазерного излучения методами обратного рассеяния и оже-спектроскопии.-Поверхность, Физ, Хим.Мех,, 1983, № б,-с.139-141.

¡I, Suvorov A.V., Bourdelle K.K., Obechenin H.Ö., Makarov V.U. . Studies of amorphous layer formation in SiO under Ga+ bombardment. - Phy3,gtat.sol.(a) , 1989, v.a112, p.707-714,

2. Туликов A,4., Чеченш.-Н.г., Бедняков A.A. и др. Оборудование и методы, используемые в НШШ мгу для модификации и контроля свойств полупроводниковых и других материалов. - Препринт нжш мгу, м., igas, .'.' 88-55/76, с.24. ¡

3. Воронов В.А., Затекин В,В., Похил Г.П., Фрейдин С.Г., Чеченин Н.Г. Комплект программ обработки спектров обратного рассеяния.- Тезисы докл. У Всесооз. семинара по автоматизац. исследований в ядерн.физике и сыежн. областях. Ташкент,JAH, 1988, с.144,

4. Затекин В.В., Чеченин Н.Г. Анализ спектров обратного рассеяния на многослойных мивенях. Инф.б'ол. Алгоритм и программы, Изд-во ВНТИЦентра, 1989, 10, с."^регистр.» 50380001336.