Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Ярко выражено взаимодействие радиационных дефектов, возникающих при нейтронном облучении, с «биографическими» дефектами. Этот вопрос подробно обсуждается в гл. 4.
3.5. ОТЖИГ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ
Под отжигом в узком смысле понимают термическую необратимую диссоциацию рассматриваемого дефекта. В эксперименте большинство методик избирательны. Например, изменение зарядового состояния дефекта приводит к исчезновению в нем спектра ЭПР. В эксперименте это фиксируется как исчезновение, отжиг дефекта. Отжиг предполагает, что с уве-
96
личением температуры и времени отжига концентрация дефектов должна уменьшаться. В экспериментальных работах термин «отжиг» понимается более широко: это изменение (увеличение или уменьшение) концентрации дефектов. Поэтому иногда для отжига, сопровождающегося увеличением числа дефектов, вводят понятие «отрицательный, или обратный, отжиг». Таким образом, отжиг охватывает следующие процессы: 1) термический распад дефекта; 2) движение дефекта как единого образования на сток; 3) присоединение одного из компонентов пары Френкеля к существующему дефекту (укрупнение дефекта или аннигиляция на центре); 4) отрыв одной из составляющих дефекта и необратимый уход ее на сток. Как правило, экспериментаторы имеют дело с достаточно стабильными при температуре измерения дефектами и сами измерения проводят через минуты, а то и часы и дни после окончания облучения. Однако для работающих приборов и схем, обладающих подчас очень большим быстродействием, важна кинетика перехода простейших первичных дефектов в устойчивые комплексы. В ряде работ [98—101] кинетика становления стабильных дефектов изучалась на приборных структурах после воздействия короткого импульса электронов или нейтронов.
Хотя первичные дефекты при комнатной температуре термически неустойчивы, образование комплексов дефектов с примесями и друг с другом требует конечного времени. Например [100], для взаимодействия вакансии кремния и междоузельно-го кислорода с образованием устойчивых А-центров при 300 К в кремнии р-типа требуется время порядка 1.0"2 с. В материале гс-типа этот процесс протекает намного быстрее вследствие меньшей энергии активации отрицательно заряженной вакансии и заканчивается примерно через 10-7 с.
Эффекты нестационарного отжига (т. е. отжига, происходящего вслед за выключением пучка облучающихся частиц) при облучении электронами маскируются наличием ионизации [100]. После спада ионизации наблюдаются только стабильные дефекты.
Особый интерес из-за отсутствия мощной ионизации представляет изучение отжига после облучения кремния импульсом быстрых нейтронов [98—101]. Длительность импульса нейтронов 50—100 мне. Эксперименты проводились на солнечных элементах и транзисторах.
Эффект выражался коэффициентом отжига, представляющим собой отношение числа дефектов в какой-то момент времени t к концентрации стабильных дефектов, т. е. к— А^л/Устаб. По определению, этот коэффициент больше или равен единице. На рис. 3.19 показана зависимость коэффициента отжига от времени для транзисторов, облучавшихся при разных температурах. Отчетливо видна сильная температурная зависимость: с понижением температуры растет коэффициент отжига.
7 Заказа 777 ..... 97
10~4 Ю"г' 10° 102
Время, с
Рис.' 3.19. Зависимость коэффициента отжита от времени транзистора 2М914 при различных температу-
Рис. 3.20 ~ Дозовая зависимость температуры отжига й-центров [102].
гией активации 0,3 зВ, а в /г-ти-
пе — ОД эВ. Исследование зависимости характеристик отжига в транзисторах от уровня инжекции показало, что повышение его ускоряет ОТЖИГ. '
Спустя 1000 с после окончания импульса можно считать, что остались лишь стабильные при комнатной температуре дефекты. Об отжиге простейших комплексов дивакансий, Е- и Л-центров, точнее об их температурной стабильности, уже говорилось (см. § 3.2 наст, главы). Здесь укажем на некоторые факторы, которые могут изменить температуру отжига того или иного комплекса. Наиболее важный — доза облучения. В работе [1021 показано, что увеличение дозы у-квантов увеличивает температуру отжига Л-центров (рис. 3.20). Авторы не объясняют, чем вызвана зависимость температуры отжига Л-центров от дозы у-квантов, но в качестве возможного объяснения приводят следующую гипотезу: Л-центр, образующийся вблизи какого-либо дефекта, например дислокации, отжигается при низких температурах, а тот Л-центр, который возник в ненарушенной области кристалла, имеет существенно большую температуру отжига. При малых дозах А-центры образуются преимущественно вблизи крупных дефектов и имеют малую температуру отжига. С увеличением дозы в общей концентра^ ции Л-центров все большая доля приходится на ассоциации! образованные в ненарушенной области кристалла, т. е. Л-центры с большой температурой отжига.
Эта гипотеза нашла подтверждение в работе [103], где показано, что Л-центры, образованные вблизи поверхности крис|
талла, отжигаются при 200—220°С. В кремнии, содержащем малую концентрацию кислорода, наблюдается повышение температуры отжига дивакансий с увеличением дозы бомбардиру ющих частиц. Но объяснение здесь другое. Затяжку отжига объясняют одновременным действием двух процессов —• отжига (распада) дивакансий и образования новых дивакансий при объединении двух вакансий. Второй процесс дает заметный вклад только при наличии дополнительной подпитки объема вакансиями, например, за счет распада еще каких-то вакан-сионных комплексов. Об эффективности «подпитки» вакансиями объема электронным пучком и увеличением области стабильности Л-центров уже говорилось (см. § 3.3 наст, главы и [67]).
