Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
При изучении кристаллов алмаза, полученных из шихты, содержащей As, установлено, что влияние этой примеси на полупроводниковые свойства образцов устойчиво проявляется только при одновременном присутствии в шихте Ti и технологических добавок, обеспечивающих скорость роста кристаллов не более 1,7- 10~3 м/с. Очевидно, такие условия, при которых формируются практически безазотные кристаллы (см. гл. 18), и способствуют образованию в них электрически активных дефектов с участием атомов мышьяка. Легированный мышьяком в процессе роста алмаз обладает м-типом проводимости и удельным сопротивлением тіри 300К от IO7 до IO9 Ом • м. На образцах с большим сопротивлением определить тип проводимости известными способами ие удается. На рис. 168 наблюдаются отчетливая корреляция между сопротивлением кристаллов и содержанием легирующей примеси в шихте, а также слабая анизотропия проводимости пирамид роста <111> и <100>. На температурных зависимостях сопротивления кристаллов м-типа проводимости имеются пологие участки, соответствующие энергии активации 0,008—0,03 эВ в низкотемпературной области и 0,25—0,58 эВ в высокотемпературной, что также можно объяснить наличием примесной зоны.
На отдельных образцах, легированных As, наблюдаются элект-
200К. Такие эффекты обычно связывают с рассеянием свободных носителей заряда при температурах, отвечающих переходу от примесной проводимости к собственной. Однако переход в алмазе от проводимости через мелкие уровни к проводимости через глубокие, когда энергия активации увеличивается на 2—3 порядка, формально повторяет модель перехода от примесной к собственной проводимости в полупроводнике. Рассеяние свободных носителей заряда, обеспечивающее сильную зависимость их подвижности от температуры, происходит в данном случае, по-видимому, на ионизированных примесях и других дефектах, концентрация которых в изучавшихся образцах значительна.
Кристаллы с электронной проводимостью имеют существенно большее сопротивление по сравнению с образцами р-типа, легированными бором, при одинаковом содержании соответствующих примесей в шихте. Так как сильного различия в глубине залегания. 458
ремумы на кривых
интервале температур 100— Рис. 169. Вольт-ампериые характеристики ^/!-переходов, полученных наращиванием р-слоя на часть поверхности затравки гатила (J), п-слоя на часть поверхности згтравки р-типа (2) и п-слоя на всю поверхность затравки р-тч-па с последующей механической раскороткой перехода (3)
!,IO4A
4
3
2
-90 -70 -50 -30 -<0
30 50 70 V, В
донорных и акцепторных уровней Hfe наблюдается, то разница в сопротивлении, по-видимому, обусловлена ограниченной возможностью вхождения доиорной примеси As в решетку алмаза. Учет основных факторов взаимозаместимости (электроотрицательное™ и эффективного атомного радиуса) позволяет заключить, что для BhNb отличие от As выполняются условия для изоморфного замещения атомов углерода в решетке алмаза.
Действительный анализ особенностей примесного состава, электрофизических и оптических характеристик легированных As монокристаллов алмаза [25] позволили предположить, что атом As располагается в междуузлии в дивакаисии (uAsu). При этом реализуется структурно-примесный дефект, образующий миогозаряд-ный доиорный центр. Как уже отмечалось в гл. 6, электрически активный центр, связанный с As, проявляет термическую стойкость до 1770 К. Этот факт хорошо согласуется с рассматриваемой моделью центра. Действительно, температура отжига одиночных вакансий в алмазе соответствует температуре, при которой становится заметной агрегация .парамагнитного азота, осуществляемая по механизму диффузии. Электрически активный многозарядный центр типа yAsu, видимо, также меняет конфигурацию под действием температуры с образованием более стабильного электрически нейтрального дефекта.
Изучавшиеся р—n-переходы были получены путем наращивания на полупроводниковый синтетический алмаз одного типа проводимости алмазного слоя противоположного типа проводимости. Полупроводниковые слои толщиной (0,1—0,2) • Ю-3 м обладали сопротивлением IO6—IO9 Ом-м в случае легирования As и IO4— IO6 Ом-м при введении в шихту бора. Установлено, что р—п-пе-реходы обладают ярко выраженными выпрямляющими свойствами в диапазоне напряжений от —100 до +100 В (рис. 169), а коэффициент выпрямления достигает величины 5-Ю4.
Выпрямляющий эффект несколько слабее для р—п-переходов, полученных наращиванием n-слоя на затравку с р-типом прово-
459 димости. Это связано с появлением примеси бора в среде кристаллизации в результате предварительного растворения затравочного кристалла. Следует также отметить влияние на характеристики р—n-перехода способа его раскоротки.
Большие значения напряжения отсечки (30—40 В) можно объяснить высоким последовательным сопротивлением слоев (особенно n-слоя), а также большой высотой потенциального барьера, возникающего в р—n-переходе на алмазе.
Изучение оптических свойств полупроводниковых монокристаллов показало, что край полосы поглощения при скорости их роста не более 1,7- Ю-3 м/с соответствует диапазону длин волн от 240 до 350 мм и зависит от типа и концентрации примеси. В ИК спектрах кристаллов, легированных бором, наблюдались полосы поглощения с максимумами 2,3—2,8 мкм, которые связывают с одиночными атомами бора, а также системы полос 7,8 и 7,4 мкм, обусловленные примесью азота в комплексной и парамагнитной формах соответственно.
