Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Гора [11] исследовал кристаллы и-Si (р»11 Ом-см). Облучение проводилось в вакууме (10~4 мм рт. ст.)
104 ДЕФЕКТЫ В АТОМАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 4
импульсами длительностью 5—50 мкс с частотой повторения 1500 Гц. Контакты изготовлялись напылением олова па облученную п противоположную стороны образца. Вольт-амнерныо характеристики (рис. 4.4) описывались коэффициентом выпрямления, который проходил через максимум по мере накопления дозы облучения.
Рис. 4Л. а) Вольт-ампершле характеристики Si-днода, облученного электронами (— 50 кэВ) в импульсном режиме потоками (Ф,см“*2) :7-ю^ (-О'» 4-10’6 {2). б). Коэффициент выпрямления в зависимости от потока электронов (длительность импульса указана на кривых) [11].
Смещение максимума колоколообразпой кривой, описывающей зависимость коэффициента выпрямления от дозы, объяснено автором как результат влияния мощности потока электронов, свидетельствующий о наложении на измеряемый эффект процесса отжига акцепторных центров радиационного происхождения.
Отжиг уровней дефектов, ответственных за инверсию типа проводимости Si, инициировался облучением пластин интенсивным (более чем на рис. 4.4) потоком электронов (5 • 1015 см-2 • с~‘).
Необходимо отметить, что для /(«порогового радиационного эффекта характерной является энергетическая зависимость. Эффект выпрямления вольт-аштерной характеристики был выражен значительнее для электронов с энергией 50 кэВ (рис. 4.4, б), чем 75 и 100 кэВ. В последнем случае даже при больших дозах облучения инверсия типа проводимости не наблюдалась.
Для объяснения результатов была предложена модель, согласно которой электроны с энергией 50—100 кэВ, рас-
ДОПОРОГОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В Ge И Si
105
сепваясъ упруго на атомах поверхности, передают им энергию 4 эВ, достаточную для пспареппя Si (энтальпия испарения равна 3,62 эВ). Возникающие при этом неравновесные вакансии мигрируют в приповерхностные слои Si, связываются в комплексы с примесными атомами и образуют стабильные радиационные дефекты, локализованные вблизи поверхности. При облучении потоком высокой интенсивности акцепторные центры отжигаются и инверсия проводимости исчезает [11]. Отметим, что в рамках модели [11] энергетическая зависимость эффекта выпрямления пе получила своего объяснения.
Кривов и Маляиов [12] наблюдали долговременную релаксацию проводимости в Si и Ge при облучении рентгеновскими квантами, которые имели эффективную энергию hv ==12 до 90 кэВ (УРС-70, /=16 мЛ, U =
= 37 кВ, и РУН-200, / = 4мА, U =110—180 кВ). Измерялась удельная проводимость, концентрация и подвижность носителей во время и после облучения. Изменение сопротивления, связанное с уменьшением подвижности неравновесных носителей тока, приведено па рис. 4.5. После снятия пучка параметры пластин восстанавливаются при комнатной температуре. Кинетика восстановления описывается характеристическим временем, равным 3 ¦ 103 с для Ge и 5 • 102 с для Si. Наблюдается зависимость эффекта от уровня легирования материала: величина параметра при одинаковых условиях опыта была больше в высокоомных образцах, чем в иизкоомных.
Для интерпретации результатов использовано представление о радиационно-стимулироваииом развале присутствовавших в материале до облучения комплексов дефектов, сопровождавшемся образованием заряженных Центров, которые и оказывают влияние на подвижность носителей.
t, мин
Рис. 4.5. Изменение концентрации носителей тока п и удельной проводимости о в u-Si при воздействии рентгеновскими квантами допороговой энергии [12 J.
106 ДЕФЕКТЫ В АТОМАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 4
Релаксация темповой проводимости Ge, облученного мягкими рентгеновскими квантами, описана Гринштей-ном, Петровским, Фпстулем и Шуйским [19J. Наблюдаемые изменения п-Ge связаны не с релаксацией электронной подсистемы кристалла, а с перестройкой атомов, входящих в сложные ассоциированные дефекты (биографического происхождения).
Рис. 4.6. Температурная зависимость характеристического времени т релаксации проводимости и кинетика изохронного отжига n-Ge после облучения рентгеновскими квантами. Кривые: 1—для стадии, описываемой уравнением т, = 0,2 ехр (0,07 эВ/йГ), и 2—уравнением т2=0,8 ехр (0,12 яВ/ 1кТ)\ з и 4 соответствуют изотермическому отжигу при Тотж = 288К и
182 К [19].
В [19] исследовались чистые монокристаллы и-Ge, полученные методом Чохральского в потоке аргона и имевшие разностную концентрацию Ад — Ж, « 3 • 1010 см-3. Облучение проводилось на установке ДРОН-1.5. Использовалось медное /Га-излучение (U = 35 кВ, 1 = 20 мА) со средней энергией квантов 8 кэВ. Температура облучения 180 К. Температура измерения менялась в интервале 182—288 К. Время облучения 10 мин. Увеличение ?0бл не приводит к росту da/dt (рис. 4.6).
Для выяснения природы наблюдаемой релаксации проводились контрольные опыты с освещением образцов белым светом. Интенсивность освещения выбиралась из условий равенства величине, на которую меняется проводимость при освещении и облучении рентгеновскими квантами. В последнем случае процессы релаксации
