Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
облучении, являются дефекты решетки типа "вакансия - внедрение". Они
образуются главным образом в результате упругих взаимодействий быстрых
частиц и смещенных атомов (ионов) с регулярными атомами (ионами)
кристаллической решетки. Максимальная энергия, передаваемая быстрой
частицей регулярному атому при упругом столкновении, как это следует из
нерелятивистской механики, равна [17]:
ЕТХ = АЕх Л = АМ1М2/(М1 + M2f, (38.1)
Еи Мх - энергия и масса быстрой частицы, Е2, М2 - энергия и масса атома
отдачи. Учет релятивистских поправок в случае облучения электронами (Мг =
т) дает:
ртах __ 2Ej (Е] -1-2тс2)
2 ~ М^ •
Если энергия i?(tm)ax окажется больше пороговой энергии Ed [22], необходимой
для смещения атома из регулярного узла в междуузлие, то частица способна
произвести нарушения в решетке. Характерные значения энергии Ей лежат в
пределах ~ 10-30 эв. В табл. II приведены экспериментальные значения Ed
д"я некоторых полупроводников [16].
При облучении нейтронами и тяжелыми заряженными частицами с энергией Ех>,
1 Мэе, как следует из (38.1), Е(tm)ах ^ Ed. В этом случае первично смещенный
атом способен вызвать каскад вторичных и последующих смещений *). Оценку
средней плотности смещенных атомов Nd, возникающих при наличии таких
каскадов, можно произвести по формуле [20]
Nd = IvodNvt, (38.3)
*) Строго говоря, важной для развития каскада является не максимальная
?(tm)ах, а средняя Кг энергия первично смещенных атомов, зависящая от их
энергетического распределения. В частности, при облучении нейтронами Е2 =
?(tm)ах/2 = АЕг/2, при облучении заряженными частицами (протонами,
дейтронами, a-частицами) А'2 = Edln [18]. i
38.2)
§ 58) ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ РЕШЕТКИ 163
где ad - поперечное сечение упругих столкновений, приводящих к смещениям,
v - среднее число смещенных атомов на одно первичное смещение, t - время
облучения. Вид Gd существенно зависит от физического механизма упругого
взаимодействия. Это может быть кулоновское (экранированное или
пеэкранированпое) взаимодействие
Таблица II
Энергия смещения Ed в полупроводниках
Полупроводник Смещенный атом Энергия смещения 9e
Ge Ge 14,5
Si Si 15,8
GaAs / Ga 8,8
(As 10,1
CdS /Gd 7,3
IS 8,7
заряженных частиц с ядрами регулярных атомов, взаимодействие типа твердых
шаров, например, при нейтронном облучении. Численные значения (Т<* для
нейтронов с Ех 1-2 Мае не превышают нескольких барп (1 барн = _ Ю"24
см2). Для заряженных частиц они заметно выше [18]. Значение v, входящее в
(38.3), оценивалось различными авторами [20, 22, 25]. Согласно [20]:
v(E2) = 1 при Ей < Ег < 2Ed,
v(E2) = E2l2Ed при 2Ed < Е2 < Еи (38.4)
v(E2) = Et/2Ed при Ег > Et.
Значение Et определяется формулой (37.1) и соответствует энергии, выше
которой преобладают пеупругие столкновения, приводящие к ионизации.
Значение v(E2) в области 2Ed < Ег < Et, необходимо усреднить по
энергетическому распределению первичпо смещенных атомов: Е(tm)Х
v=4 J v(E2)(da/dE2)dE2, (38.5)
b'd
где do/dFJ2 - дифференциальное сечение упругого рассеяния. Аналитические
выражения da/dE2 и а для 11*
Ю4
РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ ГГЛ. 13
различных механизмов упругого рассеяния ввиду их громоздкости мы не
приводим, их можно иайги в [18, 19]. Из (38.5) для v при этом можно
получить следующие выражения [18]:
- (AEj2Ed (нейтроны),
{[1 + \n{i\Exj2Ed)]l2 (протоны, дейтроны, а-частицы).
(38.6)
Видно, что кулоновское взаимодействие заряженных частиц с ядрами ведет к
менее развитому каскаду, чем упругие столкновения типа твердых сфер,
характерные для нейтронной бомбардировки. Еще мепее развитым является
каскад при электронном облучении. В этом случае средняя энергия первично
смещенных атомов лишь незначительно превосходит Ed, и каскад практически
пе развивается. С другой стороны, по этой же причине электронная
бомбардировка ведет, как правило, к образованию точечных дефектов
"вакансия - внедрение" в "чистом" виде, т. е. доля сложных макродефектов
в этом случае ничтожна.
Жесткое электромагнитное излучение (гамма-квапты) также способно вызывать
разупорядочепие кристаллической решетки. При этом непосредственная
передача энергии гамма-квантов ядру (ядериый фотоэффект, ядер-ный эффект
Комптона и т. д.) малоэффективна [19].
Основной механизм воздействия гамма-квантов па твердое тело состоит в
образовании быстрых фото- и комп-тоновских электронов, а также
электронно-позитропных пар, которые и ответственны как за ионизационные
эффекты, так и за появление дефектов решетки. Плотность радиационных
структурных дефектов, возникающих при гамма-облучении, оценивается но
формуле [15]
Nd = iydNvt, (38.7)
где 1У - плотность потока гамма-излучения, - эффективное сечение смещения
под действием гамма-квапта. Для гамма-квантов с энергией Е<10 Мэе а2~10~
2fi- 10"24 сж2 [26 ]. Соответствующие длины пробега (cr^iV,,)-1 ~ ~ 102-
104 см; в то же время, как и в случае электронной бомбардировки, первично
смещенные атомы не обладают достаточной энергией для последующих
