Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
фокусировка, каналирование чувствительно к появлению в кристалле
дислокаций, примесей и других несовершенств. Подробное обсуждение
эффектов фокусировки и каналирования содержится в обзорах [44-46].
Закапчивая- обсуждение различных типов радиационных дефектов, остановимся
на релаксационных процессах отжига, восстанавливающих структуру и
свойства кристалла после прекращения облучения. Релаксационные времена,
характеризующие отжиг различных типов дефектов, могут отличаться друг от
друга на много порядков. Этот вопрос тесно связан с проблемой "памяти",
которую сохраняет кристалл о предшествующем воздействии радиации.
В одних случаях отжиг начинается в процессе облучения, и после
прекращения воздействия кристалл практически мгновенно "забывает" о нем.
Такая ситуация, как отмечено в § 37, прежде всего относится к
неравновесным электронам и дыркам, возникающим в результате ионизационных
процессов.
170
РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 13
Другой предельный случай связан с ядерными превращениями в процессе
облучения, которые обогащают кристалл новыми химическими примесями. Эти
дефекты, вообще говоря, отжигу не подвержены, и "память" об облучении
сохраняется навсегда.
Наконец, в случае структурных радиационных нарушений "память" о
предшествующем облучении может сохраняться достаточно долго при низких
температурах. С ростом температуры отжиг радиационных дефектов решетки
резко ускоряется.
Простейшая теория решеточного отжига базируется на уравнениях химической
кинетики. При этом основными величинами, характеризующими процесс,
являются порядок реакции и ее энергия активации [47].
Существуют два главных механизма исчезновения простейших дефектов
решетки: миграция к стокам и рекомбинация пар. Первый реализуется, если в
кристалле преобладают непарные дефекты, например, вакансии или их простые
комплексы. Такие дефекты исчезают, диффундируя к стокам. Роль стоков
играют внешние поверхности кристалла или внутренние макродефекты (границы
зерен, дислокации и т. д.). Этому процессу соответствует простейшее
уравнение реакции первого порядка:
где т = т0 ехр (WlkT). Если стоком является внешняя поверхность, то т =
l2/D, D = D0 ехр (-WlkT), где I - линейный размер образца, D и W -
коэффициент диффузии и энергия активации диффузии вакансий.
При наличии в образце парных дефектов типа вакаг сия - внедрение основным
механизмом их отжига я -ляется рекомбинация пар. Имеется два предельных
случая этого процесса: а) случайная рекомбинация хаотически расположенных
вакансий и межузельных атомов;
б) исчезновение близких, генетически связанных пар вакансия -
внедрение. В первом случае при равенстве числа вакансий и внедрений имеет
место реакция второго порядка (бимолекулярная кинетика):
dNJdt = -NJ т,
(39.1)
dNjdt = - piVi
(39.2)
во втором - реакция первого порядка типа (39.1) (моно-
СЛОЖНЫЕ ДЕФЕКТЫ И ЯВЛЕНИЯ
171
молекулярная кинетика). Возможны также промежуточные случаи. Энергия
активации при рекомбинации пар может быть связана как с диффузией, так и
с барьером, преодоление которого необходимо для аннигиляции вакансии и
внедрения.
Простейшие схемы (39.1) и (39.2) усложняются с учетом переменной
концентрации стоков [48, 49], захвата рекомбинирующих дефектов
неподвижными примесями [50, 51], образования комплексов дефектов [52] и
т. д.
Изложенные представления нашли качественное экспериментальное
подтверждение при отжиге облученных металлов и полупроводников [53-55].
При этом экспериментально обычно наблюдается несколько стадий отжига,
каждая из которых характеризуется своей энергией активации и
соответствует определенному механизму исчезновения дефектов.
Низкотемпературные стадии обычно связаны с прямой рекомбинацией близких
пар, последующие стадии идут со все возрастающими энергиями активации и
связаны с дальней миграцией дефектов, распадом комплексов,
рекристаллизацией разупорядоченных областей. Кроме того, в
полупроводниках отжиг обладает рядом особенностей, например, зависимостью
от типа проводимости, дополнительной подсветки и т. д. [53, 56]. Эти
особенности можно связать с захватом электронов радиационными дефектами,
который приводит к изменению энергии активации отжига этих дефектов [53].
Отжиг простейших дефектов, согласно экспериментальным данным, начинается
при довольно низких температурах (10-30°К) как в металлах, так и в
полупроводниках. Поэтому уже в процессе облучения часть решеточных
дефектов будет отжигаться.
С другой стороны, при интерпретации экспериментальных данных необходимо
иметь в виду возможность появления "отрицательного отжига", который ведет
не к уменьшению, а к увеличению концентраций точечных дефектов. Подобные
явления наблюдались, например, в кремнии, облученном нейтронами [57].
"Отрицательный" отжиг обычно связывают с возникновением при облучении
макродефектов типа разупорядоченных областей, которые при нагревании
становятся источником элементарных дефектов, диффундирующих в
