Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Особенно интересны фотоэлектрические свойства облученных полупроводников
при большой концентрации разупорядоченных областей, когда становится
справедливой "модель изогнутых лот). Теория фотопроводимости в этой
модели развита в [24, 107]. Один из главных результатов теории состоит в
том, что вследствие разделения неравновесных электронов7и'дырок во
внутренних полях их рекомбинация затруднена, время жизни резко
возрастает, и после снятия освещения повышенная проводимость
12*
180 ОБЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ [ГЛ. 14
может сохраняться достаточно долго. Экспериментально такие эффекты
наблюдались на германии, облученном быстрыми нейтронами [93]. Увеличение
фоточувствительности облученного нейтронами кремния, связанное с наличием
разупорядоченных областей, отмечено в [108].
Оптические и магнитные свойства облученных кристаллов, так же как
электрические и фотоэлектрические, несут в себе информацию о радиационных
дефектах, их строении, свойствах, энергетическом спектре. Изолированные
радиационные дефекты ведут к появлению новых полос оптического поглощения
и люминесценции. Интенсивность этих полос возрастает с увеличением дозы
облучения вплоть до насыщения. Например, в спектре инфракрасного
поглощения облученного кремния возникает большое количество новых полос в
области 1 - \Ьмкм [85, 86]. Было установлено, что часть из них
обусловлена появлением радиационных Л-центров, дивакансий, is-центров и
т. д. При этом новые полосы связаны как с электронными переходами, так и
с локализованными колебательными модами радиационных дефектов. В
частности, колебательпая полоса вблизи 12 мкм обусловлена Л-центром.
Подобные колебательные моды были наблюдены и в облученном германии [109].
Наряду с этим при облучении нейтронами и быстрыми заряженными частицами,
как правило, наблюдается размытие и сдвиг края основного поглощения в
длинноволновую область, а также появление бесструктурных хвостов в
широком энергетическом интервале. Такие данные имеются для Ge, Si, GaAs,
CdS, CdTe и других полупроводников и связываются с появлением в объеме
облученных образцов разупорядоченных областей [91 ]. Как и при
интерпретации других свойств, в этом случае полезным может оказаться
привлечение представлений о флуктуирующем потенциальном рельефе,
образовании квазиметаллических капель и т. д.
Изменение магнитных свойств при облучении связано прежде всего с
появлением в полупроводнике парамагнитных радиационных дефектов - центров
локализации неспаренных электронов [110]. Это приводит, с одной стороны,
к изменению парамагнитной восприимчивости [111, 112] в облученных
образцах, а с другой - к наблюдению в них сигналов электронного
парамагнитного ре-
§ 42] ИОННОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКА 181
зонанса при совпадений частоты электромагнитного поля с расстоянием между
зеемановскими уровнями парамагнитного дефекта. Исследование электронного
парамагнитного резонанса в облученных кристаллах, особенно в кремнии,
оказалось исключительно плодотворным и позволило в сочетании с другими
методами надежно установить детальную структуру ряда важнейших
радиационных дефектов, в частности А- и /.'-центров, дивакансий и других
дефектов в Si [85] и других полупроводниках. Кроме того, с помощью
парамагнитного резонанса удалось исследовать характер движения вакансий в
Si, в частности было установлено, что энергия активации этого движения
зависит от положения уровня Ферми и составляет в кристаллах р-типа 0,3
эв, а в кристаллах /г-типа не более
0,1 - 0,2 эв [85, 86]. *
§ 42. Ионное легирование полупроводника
В этом параграфе мы кратко остановимся на одном важном практическом
приложении радиационной физики полупроводников - ионном легировании.
Метод ионного легирования (ионной имплантации) в настоящее время широко
используется для легирования полупроводников как в исследовательских
целях, так и для изготовления полупроводниковых приборов [28, 29].
Легирующие ионы, как правило, ускоряются до энергии порядка десятков или
сотен кэв, характерные интегральные потоки достигают значений 1013 - 1015
ион/см2.
Этот метод обладает рядом преимуществ по сравнению с термодиффузионным
легированием полупроводников. Прежде всего эти преимущества связаны с
возможностью легирования при столь низкой температуре, при которой
диффузия практически неосуществима. Далее, в методике ионного внедрения
можно использовать широкий набор примесей, в том числе труднорастворимых,
причем концентрация внедренных ионов не ограничена пределом
растворимости. Очистка ионного пучка от ненужных примесей автоматически
осуществляется масс-анализато-ром. Строгий контроль концентрации и
глубины проникновения легирующих ионов обеспечивается выбором
соответствующих условий облучения (энергии частиц, дозы, температуры и т.
д.). Наконец, управление ионным пуч-
ОБЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ [ГЛ. 14
ком и применение масок различного профиля позволяют осуществлять
локальное легирование образца или прибора, не подвергая воздействию
