Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
компенсируют друг друга, в германии и сурьмянистом индии акцепторные
уровни оказываются более эффективными.
Интерпретация значительно усложняется в ряде случаев, в частности, при
облучении нейтронами, в связи с
?
<5>
I
I
I-
юг
10°
10~'
10"
Ч. р- Ge
/7-Ge
Роток нейтронов, произв. ед. Рис. 35.
1СГ1
образованием в образце макродефектов типа разупорядо-ченных областей,
окруженных пространственным зарядом. Степень влияния таких дефектов на
электрические свойства полупроводника зависит от их концентрации,
размеров, высоты и толщины потенциального барьера, окружающего их [91 ].
При малой концентрации они уменьшают эффективную площадь сечения образца
при протекании тока, а также могут непосредственно повлиять на
подвижность [90, 100].
При большой концентрации в образце возникает сложный потенциальный
рельеф, и проводимость
следует описывать методами "теории протекания", как это делается в теории
сильно легированных компенсированных, а также неупорядоченных
полупроводников [101 ]. Согласно этой теории энергия активации проводи-
12 В. Г, Бару, Ф, Ф, Волькенштейв
$
| 10~3 {
11 II
I I I I
V \ \1 /?-5i
/7-Si " - ¦ ¦
1 2 3 4 5
Интегральный поток уейтронрб, 10псн~*
Рис. 36.
178 ОБЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ [ГЛ. 14
мости при наличии неоднородного потенциального рельефа определяется
расстоянием от уровня Ферми до "уровня протекания". Последний
представляет собой, как это уже отмечалось в § 24, минимальную энергию,
обладая которой, электрон (дырка) может пройти от одного контакта до
другого "классическим образом", т. е. огибая, обходя потенциальные
барьеры, а не туннелируя через них.
Весьма сильным изменениям в результате облучения подвергаются
фотоэлектрические свойства полупроводников. Здесь нужно отметить два типа
эффектов - влияние на спектральную характеристику фотопроводимости и
изменение времени жизпи неравновесных электронов и дырок. Влияние на
спектр фотопроводимости связано с появлением локализованных электронных
состояний, обусловленных радиационными дефектами. Спектральная
характеристика облученных образцов приобретает длинноволновые "хвосты",
структура которых позволяет в ряде случаев определить положение новых
энергетических уровней. Такие "хвосты" наблюдались в германии, кремнии,
соединениях АцВуг Ащ By ж т. д. [60, 70]. В других случаях наблюдались
бесструктурные "хвосты" спектральной характеристики, которые, как
отмечено в предыдущем параграфе, могут быть связаны как с перекрытием
уровней различных дефектов (например, уровней дефектов Френкеля с
различным расстоянием между вакансией и атомом внедрения [16, 81 ]), так
и с "хвостами" плотности состояний, обусловленными флуктуациями
потенциального
рельефа в сильно облученном образце. На рис. 37 приведе-\,мкм на
спектральная характеристи-
1 Z 3 4 ка фотопроводимости кремпия
рис з7 при 100 °С [16]. Кривая 1 со-
ответствует необлученному образцу р-типа с содержанием кислорода, не
превышающим l0u см~:\ и удельным сопротивлением 9500 ом ¦ см при
комнатной температуре. Кривая 2 получена после облучения этого образца
электронами (энергия 1 Мэе, ин-
10
10
10
/I
\ /
\ л
\ < V
\ ; \
§ 41] СВОЙСТВА ОБЛУЧЕННОГО ПОЛУПРОВОДНИКА 179
тегральный поток 2-1015 смг'1). Отчетливо видна бесструктурная область
спектра, простирающаяся до 4 мкм. Кривая 3 относится к облученному таким
же потоком электронов образцу кремния, содержащему ~1016 см~л атомов
кислорода и акцепторную примесь бора.
Исключительно чувствительными к облучению являются рекомбинационные
свойства полупроводников. Уже при малых дозах облучения время жизни
неравновесных носителей заряда заметно падает, что немедленно сказывается
на работе полупроводниковых приборов [16, 60]. Этот эффект был
использован, в частпости, для нахождения пороговой энергии образования
решеточных дефектов в кремнии и германии [102].
Исследования показали, что радиационные изменения времени жизни
существенно зависят от содержания и типа примесей (например, кислорода в
кремнии). В частности, эффективными центрами рекомбинации в кремнии в
зависимости от условий получения исследованных кристаллов могут быть либо
^-центры, либо Е-центры, причем в последнем случае сечения захвата
зависят от характера донорной примеси, входящей в состав
рекомбинационного центра [57 ].
Анализ экспериментальных результатов, касающихся влияния облучения на
время жизни, обычно опирается на теорию рекомбинации Шокли-Рида [103],
рассматривавшую рекомбинационный центр с одним локальным энергетическим
уровнем. С другой стороны, имеются данные о том, что в полупроводниках,
облученных нейтронами и заряженными частицами высоких энергий, теория
Шокли-Рида нуждается в обобщении с учетом появления сложных
многоуровневых дефектов и особенно разупорядоченных областей [91, 104].
Обобщепия такого рода делались в ряде работ [91, 105, 106].
