Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
ДОПОРОГОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В InSb
171
сталлах p-типа возникают простые пары Френкеля. Наблюдаемое при Т= 293 К увеличение разности концентрации донорных и акцепторных центров (Na — NJ в мо-нокристаллпческих и пленочных образцах re-типа связано с процессами комплексообразования, в результате которых происходит перевод (компенсация) части акцепторных центров в электрически неактивное состояние с освобождением захваченных ими электронов.
Оценка сечения дефектообразования в пленках InSb дает значение порядка 0,5 барп, а в монокристаллах
0,08 барн. Эти данные указывают на то, что структурные несовершенства исходной решетки играют немаловажную роль в допороговой дефектообразовании [52]. Вероятно, здесь определенная роль принадлежит примесям, в том числе и неконтролируемым, концентрация которых значительно больше в пленках, чем в монокристаллах [75].
В [51] была проведена оценка сечешш дефектообразования с учетом реализации механизма типа Варли в кристаллах InSb. Оказалось, что экспериментальное значение на несколько порядков меньше, чем расчетное, для сечения генерации простых пар Френкеля. С другой стороны, в InSb в допороговой области энергий основным процессом является связывание атомов донорной и акцепторной примесей в электрически пеактпвпые комплексы с первичными дефектами. Основываясь на этих фактах, авторы [51] высказали предположение о том, что пары Френкеля в регулярных узлах решетки аннигилируют, а стабильный дефект может возникать только в том случае, если пара Френкеля рождается вблизи атома примеси. При этом атом примеси станотштся электрически неактивным, а скорость образования таких комплексов пропорциональна концентрации атомов примесей. В таком предположении совпадение расчетного и экспериментального сечений дефектообразования оказывается хорошим.
Согласно [51, 74] рождение дефекта происходит лишь при непосредственном участии атома примеси. Облучение производит ионизацию глубокой оболочки собственного атома (или иона) вблизи атома примеси, обладающего положительно заряженным остовом и большим радиусом гв состояния «внешнего» электрона, гв а (а — межатомное расстояние). Как и в [20], предполагается, что
172 ДЕФЕКТЫ В БИНАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 5
оже-процесс приводит к многократной ионизации. При этом возникает пара положительных ионов («выделенная» пара). Кулоновское отталкивание может привести к выходу одной из компонент этой пары из узла.
В табл. 5.2 показано, в каких случаях может реализоваться такой ионизационный механизм дефектообразования; прочерки в таблице относятся к случаям, когда ионизация не может привести к созданию дефекта. Из табл. 5.2 видно, что в атомарных полупроводниках образование дефекта может происходить только в результате возникновения «выделенной» пары, при ионизации собственного атома вблизи донорной примеси. В бинарных соединениях при ионизации собственного атома вблизи атома донорной примеси также образуется «выделенная» пара и возможно образование дефекта. Однако в бинарных соединениях возможно образование дефекта и при ионизации примесного атома, как донорного (случай 6, табл. 5.2), так и акцепторного (случай 10). При этом образуется не «выделенная» пара, а «выделенная» группа из пяти катионов, включающая примесный.
Выход из узла любого иона, входящего в состав «выделенной» пары или группы из пяти положительных ионов, приводит к изменению энергетического спектра электрона в запрещенной зоне, т. е. к изменению электрической активности примесного атома. В принципе, при действии описываемого примесного ионизационного механизма возможно образование дефектов многих типов, таких, как, например, междоузельный примесный атом + + вакансия, близкая пара Френкеля + примесный атом замещения, междоузельный собственный атом + комплекс «вакансия — атом примеси замещения» и т. д.
Для того чтобы примесный ионизационный механизм дефектообразования был эффективен, требуется выполнение двух критериев — энергетического и временного.
Энергетический критерий определяет величину энергии Е„ кулоновского взаимодействия между компонентами «выделенной» пары или группы; этот критерий имеет вид Ек ^ Ed. Здесь Ed — энергия, необходимая для смещения иона из узла в междоузлие в описываемом процессе.
Временным критерием является условие, что время локализации заряда т;, возникающего при оже-процессе, больше, чем эффективное время смещения иона из узла
§ 31 ДОПОРОГОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В InSb 173
в междоузлие т. Этот критерий имеет вид
Т[ = т (#);
он определяет радиус R сферы (включающей ионы), внутри которой смещение иона из узла успевает произойти за время г, в результате ионизации оболочки.
Авторы [51, 74] отмечают, что если возможно образование одновременно «выделенных» пар и «выделенных» групп, то действие «выделенных» пар должно быть более эффективным, т. е. для «выделенных» пар величина za (эффективный заряд иона) должна быть больше, чем для «выделенных» групп. Однако возможны такие случаи, когда «выделенные» пары вообще не образуются (например, в материалах, легированных акцепторными примесями). В этих условиях возможно обнаружение действия «выделенных» групп (см. случай 10, табл. 5.2). Интересно, что, поскольку тi зависит от ширины щели между подвалентным уровнем и валентной зоной, эффективность «выделенных» групп может быть различной в зависимости от химической природы атома, ионизация которого приводит к появлению «выделенной» группы. В частности, в антимониде индия (см. ниже) наблюдается участие акцепторной примеси германия (в узлах сурьмы) в образовании дефектов, но не обнаруживается введения дефектов в регулярной решетке. Это можно рассматривать как указание на то, что дефекты образуются в результате появления «выделенных» групп. Центрами таких групп являются ионы германия, в которых прошел оже-процесс (т. е. в этом случае т< > т), и не образуются, когда центрами групп являются ионы сурьмы (т. е. при ионизации
