Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
различным расстоянием между вакансиями и внедренными атомами. В связи с
этим напомним, что "хвосты" плотности состояний являются свойством сильно
легированных неупорядоченных полупроводников, связанным с флуктуирующим
потенциалом заряженных центров [87, 88]. Появление аналогичных "хвостов"
в облученных кристаллах поэтому не является неожиданным.
Выше был приведен ряд важных результатов, полученных при исследовании
энергетического спектра облу-
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ЭЛЕКТРОНОВ
175
ченного кремния. Мы не будем останавливаться на аналогичных результатах,
относящихся к германию, а также соединениям Аш В\ и Ац j5yi [62 - 70].
Отметим лишь, что, как и в кремнии, удается надежно расшифровать только
уровни, обусловленные простейшими радиационными дефектами и их
ассоциациями с некоторыми примесями.Наряду с этим расшифровка всех
наблюдаемых спектров облученных кристаллов связана с серьезными
трудностями. Эти трудности, по-видимому, вызваны не только сложностью и
разнообразием радиационных дефектов, но в ряде случаев макроскопичностью
дефектов и неоднородностью их пространственного распределения.
Действительно, как отмечалось в предыдущей главе, при облучении
нейтронами и тяжелыми заряженными частицами наряду с образованием
изолированных точечных дефектов в твердых телах возникают пики смещения,
тепловые пики и т. д. Они вызывают появление макродефектов,
представляющих собой в полупроводниках разупорядочен-ные области
(кластеры) с линейными размерами порядка десятков или сотен ангстрем и
более и средней плотностью точечных дефектов, достигающей 1019-1020 см~3
[89-91]. Будучи заряжены и окружены слоем пространственного заряда, такие
области создают в образце случайный плавный потенциал, который модулирует
разрешенные энергетические зоны полупроводника.
Подобная модуляция особенно существенна, если радиация вызывает инверсию
типа проводимости полупроводника, как это имеет место, например, в
германии ге-типа. Амплитуда случайного потенциала при этом может стать
порядка ширины запрещенной зоны. Однако пока концентрация областей
пространственного заряда невелика, случайная составляющая потенциала
отлична от нуля лишь в малой части объема кристалла. С ростом дозы
облучения области пространственного заряда начинают перекрываться, и
полупроводник превращается в неупорядоченную систему р - га-переходов [92
]. В этом случае энергетический спектр и свойства полупроводника
существенно определяются случайным потенциальным рельефом и должны
обладать особенностями, характерными для неупорядоченных систем [92-95].
Отметим, в частности, что, если потенциальный рельеф, возникший в
результате облучения, достаточно глубок,
176
ОБЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ (ГЛ. 14
то, как и в компенсированных полупроводниках [96], в плавных
потенциальных ямах возможна "коллективная" локализация электронов (дырок)
- образование электронных (дырочных) капель, отделенных друг от друга
потенциальным барьером.
Следует подчеркнуть, что модель полупроводника со случайным
крупномасштабным потенциальным рельефом- "модель искривленных зон" -
является характерной для весьма широкого класса неупорядоченных
полупроводников, в частности, она широко используется для описания
свойств' сильно легированных, компенсированных, а также аморфных
полупроводников [87, 88, 96-99]. Экспериментальные данные
свидетельствуют, что эта модель с успехом применима и для описания
облученных полупроводников, в частности, для облученного нейтронами
германия "-типа 192-95].
§ 41. Свойства облученного полупроводника
Облучение, изменяя энергетический спектр носителей заряда, способно
существенно повлиять на электрические, фотоэлектрические, оптические,
магнитные и другие свойства полупроводника [16, 57, 62-70]. Влияние на
электропроводность обусловлено главным образом изменением концентраций
свободных электронов и дырок, изменение подвижности имеет меньшее
значение. Абсолютные изменения электропроводности могут достигать
нескольких порядков, в ряде случаев происходит инверсия типа
проводимости. С ростом дозы облучения электропроводность, как правило,
стремится к вполне определенному для данного полупроводника значению.
Например, германий как п-, так и p-типа при длительном облучении
переходит в p-тип с высокой концентрацией дырок. Подобным образом ведет
себя и сурьмянистый индий при электронном и гамма-облучении. Проводимость
кремния и арсенида галлия, подвергнутых облучению, стремится к
собственной [16, 58, 62, 63, 67]. Рис. 35 и 36, взятые из [17],
показывают изменение проводимости германия (рис. 35) и кремния (рис. 36)
как п-, так и p-типа в результате облучения быстрыми нейтронами.
Интерпретация данных об изменении проводимости основана на представлении
о донор-ыых и акцепторных энергетических уровнях, возникаю-
§ 41] СВОЙСТВА ОБЛУЧЕННОГО ПОЛУПРОВОДНИКА 177
щих в запрещенной зоне полупроводника при появлении в решетке простейших
радиационных дефектов. В кремнии и арсениде галлия эти состояния
