Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
смещений. Таким
§ 38] ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ РЕШЕТКИ 1G5
образом, гамма-облучение должно вести к более однородному и проникающему,
но значительно менее эффективному, чем корпускулярное, радиационному
повреждению решетки.
Эффективность гамма-облучения неметаллических кристаллов реально может
оказаться значительно выше вследствие дополнительных механизмов
образования точечных дефектов решетки. Эти механизмы предполагают
превращение энергии электронного возбуждения в энергию смещения. Согласно
одному из таких механизмов, обсуждавшемуся Зейтцем [21], смещение
происходит в результате локальной передачи энергии решетке при
аннигиляции вблизи дефекта экситона, возбужденного радиацией. Аналогичный
процесс возможен при рекомбинации вблизи дефекта неравновесной пары
электрон - дырка. Наличие исходного дефекта понижает энергию Ed,
требуемую для образования нового дефекта.
Второй механизм, предложенный Варли [27], осуществим в ионных
соединениях. Варли предположил возможность многократной ионизации
отрицательных ионов решетки при облучении, приводящей к появлению на них
положительного заряда. Будучи окружен в решетке положительными
регулярными ионами и находясь вследствие этого в неустойчивом состоянии,
такой положительный ион может переместиться в междуузлие, где приобретает
в результате рекомбинации недостающие электроны. Многократная ионизация,
которая обусловливает эффект, мо-ягет осуществиться как при
взаимодействии гамма-квантов с несколькими электронами, так и в
результате каскадного оже-эффекта. Для осуществления механизма Варли
необходимо выполнение довольно жестких условий, чтобы возникший
положительный ион успел выйти в междоузлие и стабилизироваться прежде,
чем его заряд будет нейтрализован рекомбинацией с электронами или в
результате кулоновского "расталкивания" возникших дырок. Существуют и
другие механизмы, ускоряющие образование дефектов решетки при возбуждении
свободных носителей заряда. Хотя вопрос о преобладании того или иного
механизма в ряде конкретных случаев остается открытом, сам факт влияния
ионизационных процессов на образование решеточных дефектов в
неметаллических кристаллах установлен надежно. Поскольку ионизационные
166
РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 13
потери велики также и при корпускулярном облучении, это обстоятельство в
некоторых случаях следует учитывать при оценке эффективности
радиационного повреждения решетки быстрыми частицами.
Остановимся в заключение этого параграфа еще на одном типе точечных
радиационных дефектов, непосредственно не связанных со смещениями
регулярных атомов. Речь идет о появлении в результате облучения новых
химических примесей в решетке твердого тела, т. е. по существу о
радиационном легировании. При этом химические примеси можно ввести в
объем двумя путями: либо осуществляя ядерные реакции, либо облучая
вещество тяжелыми заряженными частицами (ионами).
Ядерные реакции, например, реакции типа (п, у), (п, р), (п, а),
сопровождающиеся захватом нейтрона ядром с последующим испусканием гамма-
кванта, протона или а-частицы, могут стать эффективными при наличии в
облучаемом веществе атомов, для которых сечение захвата нейтронов
достаточно велико. При облучении медленными нейтронами это может быть,
например, примесь В10 в германии или кремнии. Соответствующая реакция
В10(и, a)Li7 имеет рекордно большое сечение, равное 3990 барн.
Эффективное радиационное легирование возникает при облучении медленными
нейтронами сурьмянистого индия. Изотоп In115 составляет 95,7%
естественной смеси изотопов и в результате реакции 1н115(?г, Y)Sn11(l
превращается в примесь Sn11G, обладающую донорными свойствами. Сечение
этой реакции равно 140 барн. В главе 16 мы встретимся с реакцией Zn08(ra,
Y)Zn09 Д. Д. Ga89, возникающей при облучении медленными нейтронами окиси
цинка. В качестве промежуточного продукта здесь образуется радиоактивный
изотоп Zli69, который с периодом полураспада /3 = 52 мин превращается в
допориую примесь Ga09.
Гораздо более перспективным в практическом отношении оказался другой
способ радиационного легирования - метод ионного внедрения. В настоящее
время этот метод является мощным инструментом управления свойствами
поверхностного слоя полупроводника, технологическим средством
изготовления различных полупроводниковых приборов [28, 29]. Подробнее мы
остановимся на методе ионного легирования в следующей главе.
§ 39J
СЛОЖНЫ 13 ДЕФЕКТЫ И НВЛЕНИЯ
1G7
§ 39. Сложные дефекты и явления, обусловленные кристаллической структурой
твердых тел
Каскад столкновений, обсуждавшийся в предыдущем параграфе, ведет к
образованию не только точечных, но и более сложных дефектов.
Изолированные точечные дефекты эффективно создаются лишь при гамма-
облучепии и электронной бомбардировке, когда энергия первично смещенного
атома близка к пороговой энергии смещения Ed- Однако и в этих случаях
существует тенденция к усложнению дефектов, образованию комплексов
