Взаимодействие электрически неактивных примесей с собственными дефектами в кремнии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КЛИНГЕР Павел Михайлович

УДК 621.315.592

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ НЕАКТИВНЫХ ПРИМЕСЕЙ С СОБСТВЕННЫМИ ДЕФЕКТАМИ В КРЕМНИИ

(специальность 01.04.10 - физика полупроводников и

диэлектриков)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена в Московском институте тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова и Физико-технической инотитуте им. А.Ф.Иоффе АН СССР.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор В.И.ФИСТУЛЬ.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор И.А.АБРОЯН, кандидат физико-математических наук Р.Ф.ВИТМАН.

Ведущая организация: Институт физики Латвийской АН.

11 _

Защита состоится " " Од 1991 г. в ■ часов на заседании специализированного совета К 063.3d.I6 при Ленинградском государственном техническом университете по адресу: 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печать» учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

научно-технической

1991 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛИГУ.

2Я О

Автореферат разослан " " "

Ученый секретарь

специализированного совета К 063.33.16, какд.физ.-мат.наук

О.А.ПОДСВИРОВ

- 3 -

Общая характеристика работы

Актуальность томи. Монокристаллический кремний является сегодня основным материалом твердотельной электроники. Основные электрические, оптические, термические и другие свойства приборов, изготовленных на бснове кремния, определяются структурными несовершенствами его кристаллической решетки, которые могут быть созданы посредством радиационного воздействия.

К настоящему времени установлено, что большинство экспериментально наблюдаемых радиационных дефектов в кремнии представляет собой комплексы первичных радиационных дефектов - вакансий (V ) и собственных межузельных атомов ( I ) - с атомами примесей находящихся в кристалле. Именно эти комплексы определяют важнейшие электрофизические свойства кристалла. Среди примесей, входящих в стабильныо радиационные дефекты в кремнии,выращенной по методу ЧохральскогоССа-«^") .основную роль играют электрически неактивные фоновые примеси, такие как углерод и кислород. Несмотря на значительный объем имеющихся экспериментальных данных,ряд важных особенностей взаимодействия этих примесей с собственными дефектами в кремнии остается недостаточно исследованным. Б частности, это касается влияния условий облучения на процессы дефек-гообразования. Облучение высокоэнергетическими частицами, наряду с созданием первичных радиационных дефектов, генерирует неравновесные носители заряда, концентрация которых определяется условиями оолучення (интенсивностью и энергией). В свою очередь, концентрация неравновесных носителей заряда определяет зарядовые зсстояния радиационных дефектов и темп перезарядок, а, следовательно, скорость рад^ацнонко-стимулирекшной миграции зоря/.он-

_ li _ .

ных дефектов и эффективность комплексообразования с участием примесных атомов.

В-последнее время значительно усилился интерес к изовалент-ному легированию кремния с целью оптимизации его свойств. Такая изовалентная примесь, как германий, будучи электрически неактивной, обладает практически неограниченной растворимостью в кремнии и может существенно влиять на процессы дефектно-примесного взаимодействия. Детальные исследования таких процессов необходимы с целью получения сведений о роли дефектов структуры (деформации кристаллической решетки, микроструктура и энергетический спектр) в изменении свойств кристалла.

Актуальность решения рассмотренных задач обусловлена как . необходимостью получения информации о влиянии примесей на процессы радиационного изменения электрофизических свойств кристаллов кремния, так и практически потребностью в оптимизации условий облучения и повышения стабильности материала.

Цель работы заключалась в решении следующих задач.

1. Исследование влияния энергии бомбардирующих электронов на процессы аннигиляции и разделения пар Френкеля в кремнии.

2. Изучение зависимости эффективности введения примесно-де^ектиых комплексов в от условий электронного облученш (энергия, интенсивность). Выяснение роли электрических неактив-пых фоновых примесей в механизме таких зависимостей и формирование соответствующих модельных представлений.

3. Исследование особенностей образования дивакансий в C"L-fu при различных условиях облучения.

k. Выяснение особенностей взаимодействия изовалентной при-

- 5 -

меси германия с радиационными дефектами в кремнии.

5. Разработка иеразрушающвго метода экспресс-контроля ра-. диационных дефектов в сильнокомпенсированных полупроводниках, электрические измерения которых представляют значительные трудности.

Научная новизна

1. Обоснован и разработан неразрушающий емкостной метод контроля глубоких центров в сильнокомпенсированных полупроводниках, который был применен для исследования радиационных дефектов в кремнии.

2. Установлено, что для Ог-$1 всегда существует диапазон интенсивности облучения электронами с энергиями 1+7 Мэ^, в котором эффективность образования кислородосодержащих комплексов (А-, К-центры) зависит от интенсивности.

3. Показано, что эффективность введения дивакансий в зависит ст энергии бомбардирующих электронов в диапазоне 3*7 НэВ и не зависит от интенсивности облучения, что говорит о доминирующей роли механизма первичной генерации в образовании дивакансий.

Установлено, что аффективный "выход" первичных радиационных дефектов (т.е. отношение числа разделившихся- пар Френкеля к их общему количеству) в п- не увеличивается с ростом энергии бомбардирующих электронов от I до 7 МэВ. Показано, что в этом случае радиус аннигиляции пари Френкеля существенно превышает среднее расстояние ыезду ее компоненгами.

5. Обнаружено, что образующиеся при низкотемпературной (78 К) гамма-облучении п-кремния, легированного примесью гер-

- 6 -

«ания, комплексы [^Сге^О обладают только одним акцепторный состоянием. Их свойства и поведение определяются неоднородностью упругих напряжении в кристалле п- обусловленных введенном атомов германия в решетку и скоплением их в кластеры различного размера. Показано, что наличие примеси бге уменьшает объективность дефектообразования в кремнии в случае гаима-облу-ченин при кимнатной температуро.

Практическая значимость

1. Полученные результаты по влиянию условий электронного облучения (энергия, интенсивность) на эффективность образования различных дефектов в крешши могут быть использованы в научных исследованиях и разработках методов радиационной технологии, а также при прогнозировании скорости дефектообразования и оптимизации тока элоктронного пучка.

2. Данные исследований взаимодействия примеси бе с собственными дефектами в могут найти применение в технологии изо-валентного легирования с целью повышения радиационной стабильности кремниевых кристаллов и приборов на их основе.

3. Разработанный метод определения параметров глубоких центров в с1'.льнокомненс:;рованных полупроводниках моает быть широко использоьан для неразрушаюцего экспресс-контроля радиационных дефектов и компенсирующих примесей, в том числе и в промышленных условиях.

Положения, ъкносимые на зацкту;

I. Разработанный неразрушащнй метод контроля глубоких центров в енлънокомпенсированных полупроводниках, основанный на измерении 'геипе^атурных зависимостей емкости и активной проводи-

- 7 -

¿ости при фиксированной частоте тестового сигнала, обладает рл-!\ои преимуществ по сравнению с ранее известными методиками: экслрессность, возмозшость определения концентрации глубоких 1внтров наряду с их энергетическим уровнен, отсутствие специ-1ЛЫ1ЫХ контактов. Метод может приценяться для исследования ра-доационных дефектов в полупроводниках, сильнокомленсировашшх зб лучением.

2. Для , облученного электронами с энергиями 1+7ЫэВ, всегда существует диапазон значений интенсивности облучения,

(котором эффективность введения кислородосодержащих комплексов 1ависит от интенсивности. При этом скорость образования Л-цент-юв и п- уменьшается, а скорость образования К-центров в н увеличивается с ростом интенсивности в соответствующем 1иапазоне. Такие зависимости объясняются моделью, основанной на (адиационно-стимулированном взаимодействии моиузелышх атомов глерода с дефектами викансионного типа и атомами кислорода.

3. Доминирующую роль в образовании дивакансий при облучении электронами с энергиями 3+7 играет процесс исрвичнои

'операции, что подтверждается экспериментальным фактом зависи-ости скорости образования дивакансий от энергии электронов и ее независимости от интенсивности облучения.

* При облучении п- (рй) электронами с энергиями 1+7 !.!эВ адиус аннигиляции пары Френкеля существенно превышает средне?; асстояние между ее компонентами. На это указывает рассчитанный, сходя из максимальных значении скорости образования л-центроь, флективный выход первичных.радиационных де^ши-ои (дол,: разд.-— пшихен пир Френкеля), который не увеличивается с ростиУ

- 8 -

гни бомбардирующих электронов от I до 7 МэВ.

5. При низкотемпературном (78 К) гамма-облучении п-креиния, легированного изовалентной примесью германия, образуются комплексы СбеУ], обладающие одним акцепторным состоянием. Энергетические уровни этих коиплексов распределены в цолосе ^ -

- (0,1Й6 + 0,080) эВ. Кинетика и температура отжига коиплексов Сбе\/] зависят от концентрации бе в кристаллах п-Легирование германием уменьшает эффективность дефектообразова-ния в п-$1(0?) в случае гамма-облучения при комнатной температуре.

6. Кинетика образования и отжига комплексов

такле принадлежащий им спектр энергетических состояний обусловлены образованием в кристалле кремния примесных германиевых кластеров различного размера и вызванной этим неоднородностью упругих напряжений.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции по низкотемпературным процессам в электронике (г. Ижевск, 1990 г.)» на Всесоюзном семинаре по моделированию дефектов в твердых телах (г.Одесса, 1990 г.), на Всесоюзном совещании "Кремиий-90" (г. Москва,1990г.)

и научных семинарах лаборатории локальных состояний в легированных полупроводниках ФТИ им. А.Ф.Иоффе АН СССР, кафедры -физики и химии твердого тела МИТХТ им. Ы.В.Ломоносова и кафедры физики диэлектриков и полимеров ЛГТУ.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 7 работах, перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Вве-

- 9 -

дения, пяти глав, Заключения и списка цитируемой литературы из 167 наименований. Всего 168 стр., включая 31 рисунок и 6 таблиц.

Содержание работы

Во иведении обоснована актуальность Teuuj сформулированы цель работы, научная новизна полученных результатов, приводятся положения, в-носимые на защиту, и кратко излагается подержанно диссертации.

Первая глава посвящена обзору литературы по свойствам и ирироде радиационных дефектов в кремнии и влиянию условий облучения на эффективность дефектообразояания. Анализ литературных данных позволяет отметить важность влияния возбуждения электронной подсистемы кристалла на процессы образовании радиационных дефектов. Имеющиеся модели, объясняющие зависимость эффективности образования дефектов в кремнии от интенсивности облучения, сводятся, в основном, к двум альтернативным подходам. Первостепенное значение отводится либо первичным процессам, когда влияние уровня возбуждения электронной подсистемы (т.о. зависимость от интенсивности) определяется воздействием на эффективность аннигиляции или разделения пар Френкеля, либо вторичным, когда изменение уровня возбуждения электронной подсистемы изменяет барьер для образования вторичных дефектов. Сделан вывод о неприменимости первого подхода для электронного облучения i.p-.'UMMi с ¿ровней легирования ^ 10*® см~^ при комнатной температуре в обычно используемом диапазоне плотностей тока. В этой связи особенно важна роль атомов электрически неактивных примесей (участвующих в образовании вторичных дефектов) ь механизме влияний услови.1 облучения на процессы накопления

- 10 -

дефектов в кремнии. Отмечается практически полное отсутствие экспериментальных данных по этому вопросу для энергии бомбардирующих электронов в диапазоне J*7 МэВ, используемом в ряде промышленных ускорителей.

Обсуждается также влияние изовалентного легирования на радиационные свойства кремния. Отмечена возможность взаимодействия атомов с собственными дефектами и необходимость детального исследования таких процессов при низкотемпературном облучении.

Б заключении литературного обзора формулируются основные задачи, решаемые в диссертации.

Во второй главе рассмотрены методические вопросы. Описана методика приготовления образцов и контактов с ними. Подробно рассмотрена техника гамма-облучения при различных температурах и облучения быстрыми электронами при различных значениях энергии и интенсивности потока.

Основным методом исследования являлись изморения температурных зависимостей коэффициента Холла и электропроводности в интервале 20+300 К с помощью автоматизированной системы на базе ИВК МЕРА-60. Использовался гелиевый газовый криостат со встроенным соленоидом и полупроводниковыми термометрами. Детально рассмотрены методы определения концентраций легирующих примесей, компенсирующих центров, а также соответствующих энергетических уровней на основе уравнения электронейтральиости.

Особо выделен случай сильной компенсации проводимости, реализующийся при больших дозах облучения. Отмечаются значительные трудности, возникающие при электрических измерениях таких

- II -

высокооиных образцов и последующем анализе данных. В этой связи дается сравнительная характеристика ряда известных методов исследования глубоких центров в высокооиных полупроводниках. Сделан вывод о необходимости разработки альтернативного метода, который, не требуя специальных контактов, позволил бы провести экспресс-контроль компенсирующих центров в высокооиных образца/ после измерения на них коэ<М>ициепта Холла. Такой метод подробно описан в пятой главе.

Третья глава посвящена исследованию влияния условий электронного облучения па эффективность дефоктообразования в

Исследовались кристаллы , с концентрацией фосфора

см"-5 и р- $1 ,с концентрацией оора см-3.

Степень концентрации до облучения не превышала 10)5. Проводилось импульсное облучение электронами с энергиям в диапазоне = = 5*7 МэВ (п- ) и = МэВ (р- ). Длительность

импульса составляла 4 мне, частота следования импульсов 400 Гц (для Е"е= 3 МэН - 200 Гц). Температура облучения не превышала 50°С. Зависимости скорости введения дефектов ( ^ ) от интенсивности в импульсе ( Лцмл ) исследовались в интервале = = 5« Ю*"5 Экспериментальные результаты показали, что в п- доминирующим процессом при всех использованных значениях интенсивности потока электронов с Ер = 3+7 НэВ является образование А-центров (уровень Н'с- 0,17 зВ). Крине того, образуется дизакаисии ( Е"с - 0,^3 эЬ и Ес~ 0,'»0 о?-)) причел их концентрация ни в одном случае не превышала 25.1 ог ксгщс:г:'р:1-ции А-центров. В р- ь резулу.'ате эссхсроисого ог.лучс.:;:я наблюдалось образование К-ценгро» ( ЕГ^ + О, С-1 эЮ дива как-

- 12 - .

сий ( + 0,21 эВ). Следует отметить, что результаты прове-

денного для сравнения гамма-облучения аналогичных образцов п-$1 и при комнатной температуре (в п- образование А-

центров с Ч^ в р- образование К-цснтров и

дивакансий с ^ ^ 2-10"5 см-1 и »д, =>• 310~5см"1) совпадают с литературными данными и позволяют сделать вывод о типичности исследованного нами материала.

При исследовании п- $1 оказалось, что скорость введения А-центров но зависит от интенсивности вблизи границ исследованного диапазона Зимп , тогда как в промежуточном интервале наблюдается уменьшение ^ с ростом -Зц^- Отметин, что при увеличении энергии бомбардирующих электронов наблюдается сдвиг участка уменьшения сторону больших значении Лимп •

С ростом величины значения ^ возрастают, достигая ~ 0,5 см"* при Е:^ = 7 МаВ (на нижней границе исследованного диапазона интенсивности). Анализ зависимости ПР°~

веден с учетом радпациоино-стиыулиронашюго движения межузельных атомов углерода С^ (ооразующихся в результате реакции *-» С- )ХЧ на что указывалось в /I/. Тогда уменьшение может быть обусловлено радиациоцно-стимулировашшм взаимодействии атомов С» с А- центрами и свободными вакансиями. При этом возможны реакции вида

т.е. происходит отхмг А-центров. Отсутствие зависимости в начале диапазона интенсиьности связано со сравнительно низким уровнем возбуждения электронной подсистемы, и, как следствие.

х) С^ - атомы углерода в узлах, 0- - межузелыше атомы кислорода.-

- 13 -

слабым влиянием интенсивности на миграцию . В то же время при больших значениях Зимп( 3^МП~Ю15 см"ао"ь, конец диапазона), как показывают наши оценки, достигается уровень ионизации (концентрация неравновесных носителей заряда) ДИ^Ю^ем"®, при котором значительную роль начинает играть оже-рекомби-нация. В результате происходит "насыщение" скорости радиационно-

стимулированной миграции , что и приводит к появлению участка

На основании полученных нами экспериментальных данных был оценен эффективный "выход" ( О ) первичных радиационных дефектов (ПРД) в п-^н , т.е. доля от общего числа генерированных компонентов пар Френкеля, которую составляют V и I , участвующие в образовании вторичных дефектов. При этом было учтено, что образование А-цвнтров в пашем эксперименте является доминирующим процессом. Тогда » где - эффективная скорость образования пар Френкеля, - максимальная скорость образования А-центров при данном значении Е^ (для исключения влияния "отжига" А-центров при изменении ЛЙМП ). В результате наших оценок оказалось, что при увеличении энергии бомбардирующих электронов от I до 7 !.1эВ эффективный "выход" ПРД не увеличивается, а даке несколько уменьшается (аналогичны;1, характер нсскт зависимости ^ ^Цв^ » рассчитанные игши по экспериментальным данным ряда других авторов). Мы объясняем полученный нетривиальны;! результат следующим образоы. Доля разделившихся пар Френкеля определяется соотношением среднего расстояния между компонентами пары Френкеля и радиуса ее аннигиляции, обусловленного упругим взаимодействием. Среднее расстояние мекду компонентами пари

- 14 - •

Френкеля ( Г^ ) слабо увеличивается с ростом Нс /2/, а радиус упругой аннигиляции ( Г^ ) является константой материала. Поэтому тот факт, что 6 не увеличивается с ростом , можно объяснить сущоственным превышением радиуса ^ над расстоянием ^ . На это указывают и значения 9 , не превышающие 0,20, что означает аннигиляцию более 80£ от общего числа генерированных пар. При выполнении соотношения ^^^о практически весь прирост количества пар, вызванный ростом Ев , придется на область внутри .

Результаты экспериментов с р- ^с показывают, что скорость образования К-центров увенчивается с ростом Зймп • При этой величина ^ при = ^ примерно в два раза превышает соотьстствующое зпаченио при = ¡,1эВ. Максимальное полученное нами значение ^ (для Е"е = ^>,6 Мзъ при максимальной Лимп ) составило ~0,08 см"*. Хорошо известно, что в состав К-центров входят ыежузелыше атомы углерода. Поэтому рост мы объясняем радиационным ускорением их взаимодействия с атомами 0, ( С + О' —1\ ), подоено тому, как это было сделано

/1

для случая их взаимодействия с Л-цснтрами в п- • Обращает на себя внимание резкое увеличение ^ при Зимп 10*5см~^с~*, . когда (ом. вг.ше) должно наступить ограничение радпационно-стнму-лированной миграции С- оже-рекокбинацией. Тог факт, что нзеы-цения роста ^ не наблюдается, свидетельствует, видимо, об образовании, наряду с К-центрами, дополнительных радиационных дефектов с у;ьсш!я:.ш;близко расположенными от + С,36 эЗ.

Рассмотрено ьлиян;:с условий электронного .»лучения на скорость сбраз1 мнил дг.ракалеп;! для Сп- и р-тшшз. /ста-

- 15 -

новлеио, что,как в л-^1 , так и в р-$С, скорость введения дивакансий ( ) не зависит от интенсивности облучения электронами с энергиями от 3 до 7 МэВ. С ростом энергии электронов величина ^ увеличивается по закону, о'лизкому к линейному. Эти результаты свидетельствуют о доминирующей роли первичной генерации дивакансий облучением в процессе их образования. Сечение образования дивакансий при их прямой генерации не зависит от интенсивности и определяется только энергией электронов. К тому хе вероятность процесса типа V+^/~*V2 в мала, так

как концентрация кислорода, являющегося стоком для вакансий, превышает концентрацию последних в рассматриваемых условиях облучения, на несколько порядков.

Б четвертой главе представлены результаты исследования процессов взаимодействия изовалентной примеси германия с собственным дефектами в кремнии.

Исследовались монокристаллы п- ( Сг )« легированные фосфором и германием. Концентрация фосфора составила ~(1+2)*

см"^. Концентрации фонових примесей (по данным ИК-погло-

Т7

щения) составили: кислорода - (ь+11)«10 см , углерода -- (0,7+1,1)' Ю^см"^. облучение гпина-квантами проводилось при Т = 7Й К и Т= 300 К (соответствующие интенсивности соста-

гр ^о _т тр _р _т

вили ~ 1,3*10 см '"с А и ~1,6*10 см с ). Облученные образцы подвергались изохронному отжигу в интервале Т = 100 ♦ + 300 К с шагом 20 К И длительностью 10 мин.

Установлено, что эффективная энергия активации теидерц'^р-ной зависимости концентрации электронов И ( Т ) в кристаллах уХ^Йе^» облученных при 78 К, существенно увеличивается с

- 16 -

ростом дозы облучения. Максимальное полученное нами значение составило ~Б0 мэВ при исходной величине мэВ (последняя

соответствует энергии ионизации фосфора при наличии упругих напряжений, связанных с введением атомов бе в решетку). Отые-тии, что при Т >100 К. кривые и.(Т ) для исходных и облученных образцов практически совпадают. Анализ показал, что наблюдаемый эффект обусловлен образованием набора компенсирующих акцепторных уровней, распределенных в полосе — Е^- (и,046 + + 0,080) эВ. Откиг при комнитной температуре приводит к полному восстановлению электрических параметров облученного кристалла. Поскольку действительное распределение образовавшихся акцепторных уровней по энергиям в полосе неизвестно, для дальнейшего описания процессов образования и отжига дефектов введена величина относительного, изменения эффективной энергии активации

£= —223!—Ё£. Гд0 Е - эффективная энергия активации К. (Т ), Ер - энергия ионизации фосфора. Исследования кинотики образования дефектов при облучении показали, что при

Т7 — ?

больших дозах облучения ( ^ 10 см ) наблюдается тондонция к насыщению роста величины £ . Следует отметить, что ввиду узости энергетической полосы уровни в ней могут принадлежать только одному акцепторному состоянию.

Результаты изохронного отжига дефектов в кристаллах ¿г^йе, облученных при 76 К, свидетельствуют о зависимости кинетики

отжига от концентрации Се в образцах. Так, если при Мце= 4'Ю^см^отжиг происходит в две стадии, то при

2'Ю^см"^ он становится практически одностадийным. С ростом ^Се введенные дефекты становятся менее стабильными: уменьшение температуры полного отжига составляет несколько де-

- 17 -

сятков К. В соответствии с этими данными рассматриваемые акцепторные центры но обнаружены при облучении п- бе> при Т = = 300 К, а также кристаллов п-$! той же омности, не содержащих бе (как при 300 К, так и при 78 К). Во всех этих случаях наблюдалось образование Агцентров, причем при облучении ( Т = = 300 К) наличие германия в образцах существенно ( ~ в пять раз) снижало скорость дефектообразования.

Образовавшиеся в результате облучения при 78 К кристаллов <р1сбе> акцепторные центры были идентифицированы как комплексы Г(зе\'] по следующим соображениям: I) из исследований ЭПР в облученном Уоткинсом показало, что атомы Сгё в ^с являются эффективными ловушками для вакансий при низких температурах, а образующийся комплекс ^еУД в п~ г»*- является акцептором; 2) рассматриваемые центры не обнаружены нами в кристаллах, не содержащих ; 3) принадлежащая этим центрам энергетическая полоса свидетельствует об их вакансионной природе и связанной с этим чувствительностью к упругим напряжениям, которые вызывают "размазку" по энергии ионизации.

Рассмотрен вопрос о происхождении энергетической полосы уровней, связанных с центром £ . Сделан вывод о том, что

образование такой полосы связано со скоплением примесных атомов бе в кластеры различного размера. Вызванные этими кластерами упругие напряжения в решетке будут варьироваться.по величине и различным образом искажать уровень комплекса ^^^ , что и приведет к "размазке" уровня в полосу. Данные изохронного отжига подтверждают такую интерпретации. Так, с ростом Д^ флуктуации размеров Сь -кластеров уменьшаются и отлиг дефектов, с^я-

- 18 -

занных о ними,происходит на одной стадии. При уменьшении флуктуации в размерах кластеров возрастают, в связи с чем различаются стадии отжига дефектов, связанных с кластерами, условно говоря, "большего" и "меньшего" размеров.

Обсуждаотся судьба вакансий после распада комплексов ^Сге^З . Поскольку при этой не наблюдалось образования А-цент-ров, сделан вывод о возможности захвата вакансий кимплоксами мех-

I»

узельного типа, содержащими атомы углерода (вероятно, К-центра-ии).

Таким образом^ электрические измерении свойств комплекса позволяют сделать важный вывод о неоднородности распределения атомов изоналентной примеси (ае в кремнии.

В пятой главе описан разработанный нами неразрушающий метод экспресс-контроля глубоких центров в сильнокомпонсированных полупроводниках. Метод основин на измерении температурной зависимости емкости ( С ) структуры, состоящей из полупроводника, помещенного между диэлектрических обкладок, сажной особенностью является то, что измерение проводится на одной фиксированной частоте синусоидального сигнала. Из измеренной зависимости С (.Т) рассчитывается зависимость сопротивления полупроводника от температуры • Ь случае сшшюкомленсировинного материала это экспоненциальная функция температуры, дли определенности приводим выражение для п-полупроводнглса, где А/д^ и - концентрации глубоких акцепторов и мелких доноров, соотвстот-венно, причем : Р = й. -^Г

Ьдоеь - сопротивление кристалла до сильной компенсации (например, до облучения), дЕ. - энергия ионизации компенси-

- 19 -

рующих центров. Аппроксимируя указанным выражением полученную из эксперимента зависимость , можно определить величины

и Д/ЛГ , характеризующие компенсирующий глуо'окий центр. Разработанный метод был приионон для исследования радиационных дефектов (А-центров и дивакансий) в » сильнокомпенсирован-

ном большими дозами гамма- и электронного облучения.

В качестве важных преимуществ описанного метода следует отметить: I) экспрессность (требуется только один проход температурного интервала при измерении емкости); 2) повышенная точность, в связи с возможностью использования цифровых мостов переменного тока, работающих на фиксированной частоте; 3) отсутствие специальных контактов. Этот метод можно использовать для проверки результатов измерений коэффициента Холла на тех же образцах. Кроме того, в ряде случаев, из-за трудностей анализа температурных зависимостей концентрации носителей заряда он является единственной возможностью определения компенсирующих центров.

В заключении сформулированы основные розультаты и выводы, сделанные в работе.

I. Для кремния, полученного методом Чохральского и облученного электронами с энергиями 1+? МэВ, всегда существует диапазон значений интенсивности облучения, в котором эффективность введенря важнейших кислородосодерясащих комплексов зависит от интенсивности. Согласно предложенной модели, эти зависимости обус-ловлелы влиянием интенсивности облучения на скорости реакции дефектно-примесного взаимодействия. Особую роль при этом играют межузельные атомы углерода, радиациошю-с'-имулированнос взаико-

- 20 -

действие которых с атомами кислорода и дефектами вакансиониого типа монет изменять концентрации А- и К-центров.

2.-Рассчитанный с учетом зависимости скорости образования А-центров от интенсивности облучения эффективный "выход" первичных радиационных дефектов в п-$С(.Св) не увеличивается с ростом энергии электронов от I до V МэБ. Уто обусловлено значительным превышением радиуса аннигиляции пары Френкеля над средним расстоянием между ее компонентами.

3. При облучении 0г-$1 электронами с энергиями от 3 до 7ЫэВ в процессе образования дивакансий доминирует их прямая генерация. Это вытекает из независимости скорости образования дивакансий от интенсивности облучения.

При низкотемпературном (78 К) гамма-облучении п-кромния, легированного изовалентной примесью германия, образуются комплексы > обладающие одним акцепторным состоянием. Их поведение, включая положение энергетических уровней и кинетику от-зкига, обусловлено скоплением примесных атомов бтб в кластеры различного размера и связанной с этим неоднородностью упругих напряжений в кристалле (?е> . При этом практически подавляется образование других дефектов вакансиониого типа. В ходе гам-ма-оо'лученин при комнатной температуре комплексы С^У!] не образуются и наличие примеси (ле существенно понижает скорость де-фсктообразоъанкя в п- .

5. Показана возможность применения разработанного, нами не-разрусьющего емкостного метода контроля глубоких центров ь силь-иоксмпенсг.роьанкнх полупроводниках для определения концентрации :: энергетического положения радиационных дефектов в кремнии. В

- 21 -

ряде случаев использование данного метода позволяет избежать трудностей, связанных с измерением высокоомных образцов извести ными методиками.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Берман Л.С., Клингер П.М., Фистуль В.И. Определение параметров глубоких центров в перекомпенсированном полупроводнике методом температурной зависимости емкости и активной проводимости. - ФТП, 1989, т.23, B.II, C.I947-I95U.

2. Берман Л.С., Клингер П.М., Фистуль В.И. Экспрессный ме-разрушаюций метод контроля глубоких центров в перекомпенсированном полупроводнике. - Зав.лабор., 1990, т.56, в.10, с. 37-39.

3. Клингер П.М., Фистуль В.И. Параметры компенсирующих центров в п-^i , сильнокомпенсированном облучением. - ФТП, 1990, т. 24, в,6, с. III8-II20.

4. Емцев В.В., Клингер П.М., Машовец Т.В., Пиразизлн K.M. Влияние условий электронного облучения на скорость образования А-центров в п-кремнии. - ФТП, 1990, т.24, в.7, с.1209-1212.

5. Емцев В.В., Клингер ¡1.М., Машовец Т.Ь. Влияние параметров электронного облучения на сечение образования собственных дефектов в кремнии. - ФТП, 1991, т.25, в.1, с. 45-49.6. Емцев В.В., Клингер П.М., Миразизян K.M. Зависимость

скорости дефектообразсвания в р-кремнии от интенсивности электронного облучения. - ФТП,' 1991, т.25, в. 3, с.561-564.

7. Берман Л.С., Клингер П.М., Фистуль В.И. Определение параметров глубоких центров в сильноксмпенсг.роьаннои полупроводнике. // Тезисы Всесоюзной конференции по низкотемпературным

- 22 -

процессам в электронике, Ижевск, 1990, о. 125-126.

Литература 1а Song b.W,, Benson B.W., Watkins G.D. New vacancy-related defeot In n-type silicon.- Phys.Rav.B, 1986, v.33, H2, p.1452-1455.

2. Hyatt W.D., Koehler J.3. НеИгш temperature annealing оf eleotron Irradiated n-type Ge.- Phyo.Rev.B, 1971, v.4, N6, P.1903-1916.

РТП ЛИЯФ,зак.414,тир.100,уч.-изд.1. Ij 1^1У-1991г. Бесплатно