Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Комплекс из трех вакансий возникает в результате отжига облученного кремния при Т > 420 К и исчезает при Т > 550 К [15, 25].
Ассоциации из четырех вакансий бывают, двух конфигураций: планарные и непланарные [22, 26—28]. Дефекты этого типа существуют в двух зарядовых состояниях: нейтральном (Si—РЗ [26]) и однократно отрицательно заряженном (Si—S2 [28]). Спектр ЭПР-сигнала Si—РЗ исчезает к 450 К. При этих же температурах наблюдается появление непланарной тетравакансии, которая отжигается при Т ^ 570 К.
Пятивакансионный комплекс (Si—Р1) возникает при облучении кремния нейтронами и ионами [29—31]. Наблюдается в однократно отрицательно заряженном состоянии. Возникает после отжига при Т '^> 400 К, стабилен до температур ~720 К.
В работе [25], исходя из анализа спектров ЭПР, предполагается существование комплексов, содержащих большее количество вакансий. На рис. 3.8 схематично изображены области устойчивости вакансиошшх коми-лексов.
Комплексы вакансий с прнмес-ными атомами. В облученных кристаллах кремния тг-типа, но- \ лученных методом зонной плавки в вакууме, обнаружены сигна- і лы ЭПР, связанные с комплексом вакансия -|-донорная примесь * (Ж-центр). Первой была постро-єна модель для комплекса вакан- | сия + фосфор [32]. Затем Я-цент- 1
'? , неплин,
400
800
Т, К
Рис. 3.8, Температурная стабильность комплексов из вакансий в кремнии.
78
Рис. 3.9. Температурная стабильность комплексов вакансия — кислород в кремнии.
Рис. 3.10. Температурная стабильность дефектов из междоу зольных атомов
кремния.
ры обнаружены и в кремнии* легированном мышьяком и сурьмой, ^-центру принадлежит акцепторный уровень Ес — — (0,43 ± 0,03) аВ. Скорость введения комплекса увеличивается с ростом ковалентного радиуса примеси [33]. Темнература отжига ^-центра зависит от типа донора и составляет 400, 440 и 460 К соответственно для донорной примеси фосфора, мышьяка, сурьмы. Энергия активации процесса отжига комплекса вакансия фосфор 0,96 эВ. Обычно отжиг интерпретируется как термическая диссоциация комплекса, но авторы [34] считают, что происходит диффузия комплекса как единого образо-ния на сток. Обнаружены комплексы, состоящие из вакансии и примеси III группы [35, 36], но эти дефекты не столь хорошо изучены, как ^-центры. По спектрам ЭПР идентифицированы комплексы вакансия -[-олово [37], вакансия -{-германий [38].
Первым в облученном кремнии идентифицированным комплексом является ассоциация вакансия -|- кислород (А-центр) [39, 40]. Этот комплекс вводит в запрещенную зону акцепторный уровень 2?с—0,17 эВ. Дефект наблюдается в кремнии п- и р-типов проводимости при температурах, когда вакансии подвижны. Цептр стабилен до температур 600—650 К. К настоящему времени идентифицированы низкотемпературные модификации Л-центра, а также комплексы, включающие более чем один атом кислорода или более чем одну вакансию [28, 41—43]. Как правило, чем сложцее комплекс, тем при более высокой температуре он отжигается (рис. 3.9).
В кремнии р-типа проводимости доминирующим дефектом является ТГ-центр. Известно, что в состав этого дефекта входят вакансии и кислород. Лишь в последнее время предложена модель Я’-центра. Он состоит из углерода + кислорода -{- дивакансии [15].
Таким образом, если посмотреть на таблицу Менделеева, то оказывается, что зафиксированы комплексы вакансий со всеми ближайшими «соседями» кремния.
Междоузельные дефекты. При объяснении первых экспериментов 144, ч5] предполагали, что если облучать при достаточно низкои температуре, то простейшие дефекты будут «заморожены». Поднимая затем температуру, можно зафиксировать начало движения дефекта. Эти представления оказались верны для вакансии. Что же касается междоузельных атомов, то все исследователи пришли к единодушному мнению: они подвижны по крайней мере в процессе облучения, при очень низких температурах вплоть до 0,5 К [46]. Все идентифицированные комплексы относились к вакансионным. Вставал вопрос' где же междоузельные атомы?
Видимо, наиболее определенно о собственно междоузельных дефектах в кремнии заговорили после интерпретации результатов по внутреннему трению в имплантированном бором кремнии 1ч/—4У]. Авторы считают, что междоузельные атомы кремния могут находиться в трех зарядовых состояниях: однократно отрицательно заряженном, когда уровень Ферми расположен выше Лс~0,4 эБ, однократно положительно заряженном, когда уровень Ферми ниже Ер -Ь 0,4 эВ, и в нейтральном. Энергия Г™ °Т заРяЛ°вого состояния и составляет ~ 0,35; 6,35; 1,5 эВ [то] соответственно для отрицательно, положительно заряженных и нейтральных междоузлий. Примерно в одно время появились работы, в которых сообщается о расшифровке спектров, принадлежащих междоузельным дефектам,—• это прежде всего сдвоенные междоузельные атомы (центры Р6, Во, Ло) 1о0 5т]. Описанные междоузельные дефекты имеют различную температурную стабильность (рис. 3.10).
I з примесных междоузельных дефектов первым был расшифрован спектр сигнала ЭПР, связанный с междоузельным алюминием А1++[40, 55]. Отмеченные дефекты стабильны до 200 С. Нагрев выше 200°С приводит к уменьшению концентрации междоузельного алюминия и появлению дефектов А1 4-т~ * (алюминий в узле -)- алюминий в междоузлии). Качественно такая же картина наблюдается при облучении кремния, легированного бором и галлием. Положение энергетических уровнен междоузельной примеси неизвестно. :
