Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
неповрежденный объем кристалла.
ГЛАВА 14
ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕМНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ
§ 40. Энергетический спектр электронов в облученных кристаллах
Известно, что энергетический спектр является ключом к пониманию
электронных свойств твердого тела. Вопрос об энергетическом спектре
носителей заряда является поэтому одним из важнейших в радиационной
физике полупроводников.
Согласно экспериментальным данным основным изменениям в результате
воздействия радиации подвергается область энергетического спектра,
соответствующая запрещенной зоне необлученного кристалла (см. монографии
и обзоры [14, 16, 57-61 ] и материалы конференций [62- 70]). Облучение
"вводит" в запрещенную зону полупроводника широкий набор энергетических
уровней, связанных, как правило, с той или иной разновидностью решеточных
радиационных дефектов. Одному дефекту может при этом соответствовать
несколько локальных уровней как донор-ной, так и акцепторной природы.
Теория таких локализованных электронных состояний разработана весьма
слабо, и основная информация об этих дефектах получена из
экспериментальных данных [57, 58, 60, 62-70]. Эти уровни обнаруживаются
обычно при измерении температурных зависимостей проводимости и эффекта
Холла, исследовании спектров фотопроводимости и оптического поглощения,
при анализе кинетики неравновесных процессов в облученных полупроводниках
и т. д. В ряде случаев весьма эффективным методом обнаружения и изучения
радиационных дефектов и их энергетических уровней является электронный
парамагнитный резонанс.
8 40]
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ЭЛЕКТРОНОВ
173
Положение и концентрация энергетических уровней, вводимых облучением,
обычно зависят от вида и энергии бомбардирующих частиц, дозы облучения,
условий отжига, наличия химических примесей в облученном образце и других
факторов. Для иллюстрации в табл. III приведен ряд энергетических
уровней, возникающих в запрещенной зоне облученного кремния.
Таблица III
Энергетические уровни в запрещенной зоне облученного кремния (Ес- дно
зоны проводимости, Ev- потолок валентной зоны)
Положе- Вид и энергия излуче- Методы исследования Литерату-
ние уров- ния ра
ня, дв
Ее-0,17 Нейтроны (реактор, Инфракрасное поглоще- [71-78]
(Яс-0,16) быстрые); электроны ние, шшульсный эффект
(0,5 Мэе, 1,5 Мэв)\ гамма-излучение Со60 поля,
фотопроводимость, парамагнитный резонанс, эффект Холла
Ес-0,4 Нейтроны (реактор, Импульсный эффект поля, 172, 73,
быстрые); электроны парамагнитный резонанс, 77, 78]
(1 Мае, 1,5 Мэе) эффект Холла, фотопроводимость
Ео-0,54 Электроны (1 Мэз, 1,5 Мэе); гамма-из- Фотопроводимость [78-
80]
Ev-1-0,45 лучение Со60 [77, 81,
Электроны (1 Мэе, Фотопроводимость
?"+0,43 1,5 Мэе) 82]
E"f0,4
Еь\- 0,35 Г амма-излученпе Сов0; Импульсный эффект по- [72, 77,
Я"+0,3 нейтроны (реактор); электроны (1 Мэе, ля, эффект Холла 78,
83]
1,5 Мзв) [77, 79,
Непре- Электроны (1 Мэе, Фотопроводимость
рывная 1,5 Мэе) 80, 84]
полоса
уровней.
Плотность
их падает
вглубь за-
прещен-
ной зоны
Большинство из наблюдаемых уровней можно связать с различными точечными
дефектами решетки - вакансиями, атомами внедрения, их ассоциациями друг с
другом,
174 ОБЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ 1ГЛ. 14
С примесями и т. д. Отметим, в частности, данные работ Уоткинса с
сотрудниками [85, 86], в которых на основе исследования электронного
парамагнитного резонанса и инфракрасного поглощения установлена важная
роль комплексов вакансий с химическими примесями при расшифровке
эпергетического спектра облученного кремния. Оказалось, например, что
акцепторный уровень Ес - 0,17 эв принадлежит так называемому /1-центру,
т. е. комплексу "вакансия плюс примесный атом кислорода"; донорный
уровень Ес - 0,4 эв соответствует ^-центру, представляющему собой
ассоциацию вакансии с мелким донором пятой группы (в частности, с
фосфором). Ряд наблюдаемых уровней, кроме того, связан с различными
зарядовыми состояниями дивакансии.
В связи с расшифровкой новых уровней интересной является возможность
"радиационной активации" остаточных химических примесей. Активация
состоит в переходе атома меди (золота) в результате взаимодействия с
радиационными дефектами из междуузельного положения в узел решетки, где
он обладает глубоким уровнем, ответственным за примесную
фотопроводимость. Именно такой активацией обусловлено появление в спектре
облученного кремния донорных (Ev 4- 0,24 эв; Ev + 0,35 эв) и акцепторных
(Ev + 0,49 эв) Ес-0,54 эв) уровней меди и золота соответственно [79,*
80].
Важная особенность наблюдаемого спектра радиационных нарушений состоит в
том, что, кроме указанных дискретных уровней, в запрещенной зоне
облученного кремния обнаружены области непрерывно распределенных уровней,
причем соответствующая плотность состояний падает по мере удаления от
границ разрешенных зон [79, 80, 84]. Авторы этих работ связывают
появление изменений в спектре с образованием френкелевских пар дефектов с
