Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников - Бару В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
электронов Ans и дырок Aps. Дальнейшая расшифровка Ф требует расчета
величин Ans и Aps. Выше отмечалось, что появление Ans и Aps при облучении
есть результат совместного действия группы радиационных факторов, из
которых основными являются следующие:
nso = Nc ехр [- (е, - е5)//сГ] = /г,- ехр (es/kT), Pso N"cxp[- (g^ +
sя)/кт\ --= Hi exp (- eJkT),
(44.5)
n*D = iVcexp[ -(еГ - v+)/kT\, p*D = Nv exp [- (e^ f v+)/kT], nA = Nc exp
[- (еГ - v~~)/kf], Pa = Nv exp [- (at + v~)/kf],
__* _* "* _О
udPd - паРа ~ i •
(44.6)
§ 44] ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ 195
а) образование дефектов решетки при упругом взаимодействии быстрых
частиц с регулярными атомами;
б) возбуждение неравновесных электронов, дырок, экситонов в результате
ионизационных потерь энергии быстрых частиц в кристалле;]
в) появление новых химических примесей, например, при ядерных
превращениях или ионном легировании.
В зависимости от условий проведения адсорбционных измерений роль этих
факторов меняется. Наиболее характерны два типа экспериментов: адсорбция
на предварительно облученном образце и адсорбция в процессе облучения.
Рассмотрим последовательно оба случая.
1. Адсорбция на предварительно облученном полупроводнике.
Неравновесные электроны и дырки релаксируют, как правило, значительно
быстрее, чем решеточные дефекты, отжиг которых связан с диффузионными
процессами. В результате предварительно облученный полупроводник
оказывается в метастабильном состоянии с повышенной плотностью
структурных дефектов. Кроме того, могут возникнуть необратимые, не
подверженные отжигу изменения при ядерных превращениях или ионном
легировании. Можно говорить о появлении "решеточной" памяти при
облучении, проявляющейся в устойчивом изменении всех структурно-
чувствительных свойств полупроводника. Заметим, что наряду с "решеточной
памятью" возможна и "электронная память", обусловленная захватом
неравновесных носителей заряда на глубокие ловушки и замедлением
рекомбинационных процессов. Эффекты, связанные с этой памятью в случае
адсорбции на поверхностных дефектах [155-157], подробно изложены в главе
5 и § 17 главы 6. Ниже мы будем рассматривать "память", обусловленную
структурными дефектами, предполагая, что электронное равновесие успевает
восстановиться до начала адсорбции.
Основным проявлением "решеточной памяти" является сдвиг уровня Ферми,
который при больших дозах может быть весьма значительным и приводит к
инверсии типа проводимости (см. § 41). При этом nsp3 = ns0ps0, откуда
следует
A nalns0 = -A pslps, A njn3 = -A pjpso- (44.7)
13*
196
ОЁЛУЧЕНИЕ Й АДСОРЁЦЙОНПАЯ СПОСОБНОСТЬ [ГЛ. 1S
Подстановка (44.7) в (44.3) упрощает выражения для Ф: Ф =
Ло"(Apjps0) = Aps/(pso + P*d) (а) адсорбция доноров
Ло (AnJiiM,) ^ knj(ns0 -|- Па) (б) адсорбция акцепторов
Знак Ф определяется зiга ком Ans и Aps. Напомним, что в случае
фотоадсорбционного эффекта мы имеем всегда Ans > О, Aps > 0. Здесь эти
величины могут быть как положительными, так и отрицательными в
зависимости от характера радиационных дефектов, вводимых в объем. Для
установления этой зависимости представим ns и ps в виде
ns = nv exp (-VjkT), ps = pv exp (VjkT), (44.9)
где nv, pv - объемные концентрации электронов и дырок в облученном
образце. До облучения
ras0 = nvo exp (-VjkT), ps0 = pv0 exp (VjkT). (44.10)
Далее в этой главе мы положим |FS - Fs0| <С кТ, т. е. будем пренебрегать
изменением Vs0 при облучении. Возможные эффекты, обусловленные изменением
Fs0, мы обсудим в главе 17. Теперь
Пусть до облучения мы имели полупроводник с плотностью ионизованных
доноров Zd и ионизованных акцепторов Z^. Пусть облучение "вводит" в
единицу объема образца XDi доноров i-ro сорта и X^j акцепторов у-го
сорта. Их энергетические уровни, отсчитанные от дна зоны проводимости,
назовем соответственно Wm и waj- При равномерном распределении
радиационных дефектов положение уровня Ферми в объеме и соответственно
объемные концентрации nv и pv находятся из уравнения локальной
нейтральности:
nv - Pv - + Za = 2 Ха}ЦА}', (44.12)
л- ' _ *
r\t>i = nDi/(nD -f nDi), т\ai = nv/(nv + nAj), (44.13) где nDi ~ Nc exp
(-wDJkT), nAj = N0 exp (-wAJkT).
(44.8)
Ans = (nv - nv0) exp (-VjkT),
Aps = (Pv - Poo) exp (VjkT). C44.ll)
ОБЛУЧЕНИЕ И АДСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ
197
Из (44.12) с учетом (44. 13) и равенства nvpB = п? получаем уравнение
относительно пв, которое, однако, может быть решено лишь численными
методами. Мы ограничимся важными частными случаями, допускающими простое
аналитическое рассмотрение. Если радиационные доноры и акцепторы
достаточно "мелки", так что уровень Ферми остается всегда более чем на кТ
ниже уровней допоров и выше уровней акцепторов, то " 1, " 1 и
из (44.12)
находим
nv - nilnv = XD - ХА + Zo - Za',
Xd = 2 XDU X\ = 2 XA;; (44.14)
i j
nv = 1/i(Zp ZA + Xd-Ха) X
X [1 ± Vi + inf/(ZD - Za + Xd - Xl)2J. (44.15)
Знак перед корнем определяется знаком выражения Zd -
•- Za + Xd - Ха- В частности, в полупроводниках ге-типа при условии ZD -
