Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
При облучении быстрыми нейтронами кроме аналогичных эффектов возможна прямая передача энергии от нейтрона к ядрам в результате лобовых столкновений, причем с точки зрения образования смещений атомов этот процесс значительно более эффективен по сравнению с медленными нейтронами и электронами. Кроме того, в результате (п, а), (гс, р) и других реакций на быстрых нейтронах в облучаемом материале должно появиться некоторое количество высокоэнергетичных заряженных частиц, также создающих нарушения при столкновениях с атомами. Однако из-за малых сечений (порядка миллибарн) и больших пороговых энергий (см. табл. 2.1) взаимодействия заряженных частиц с веществом относительным вкладом этого механизма в дефектообразование можно пренебречь [36].
В табл. 2.10 (по данным [36]) приведены результаты оценок количества смещенных атомов кремния на каждый образовав-, шийс-я атом фосфора под действием различных видов излучения при легировании кремния в «жестких» (нейтронный спектр деления в активной зоне реактора) и «мягких» (нейтронный спектр в графитовом замедлителе) условиях. Видно, что общее; количество смещений очень велико и обусловлено главным образом быстрыми нейтронами. На фоне вклада быстрых, нейтронов остальные источники радиационных нарушений не играют существенной роли, но каждый из ннх оказывается более эффективным, чем процесс образования атомов фосфора.
Цифры, приведенные в табл. 2.10, не следует рассматривать как точные значения, так как они верны лишь по порядку величины. Это обусловлено тем, что различные радиационные дефекты (вакансии, междоузельные атомы, различные ассоци-
64 ••;
' Таблица 2.10
Количество смещенных атомов кремния на атом образовавшегося фосфора под действием различных источников де-фектообразования при легировании кремния в активной зоне и в графитовом замедлителе реактора [36]
Место легирования
Источники смещенных атомов в активной зоне в замедлителе
Быстрые нейтроны Гамма-кванты деления Атомы отдачи нри (п, у)-реакциях Атомы отдачи нри (3-распаде 4,06.10е 3,64-103 1,29-Ю3 2,76 1,38-101 '36,4 1,29-Ю3 2,76
Общее количество смешений на один атом фосфора 4,06.10й 1,51-104
ации точечных дефектов) могут взаимодействовать друг с другом и с примесями. Поэтому определение точной картины нарушений расчетным путем весьма сложная, почти нереальная задача, хотя многие специалисты считают количество смещений атомов мерой поглощенной энергии излучения. При этом считается, что интегральный поток нейтронов может служить в качестве основы для сопоставления результатов различных измерений. .
Однако в связи с тем, что вид и эффективность образования дефектов сильно зависят от энергии нейтронов, результаты облучения двух одинаковых материалов одинаковыми интегральными потоками нейтронов, но с различным энергетическим распределением их должны существенно отличаться. Для иллюстрации в табл. 2.11 по данным [37] показано, что эффективность образования дефектов в кремнии нри облучении одинаковым интегральным потоком нейтронов, но с разной средней их энергией может различаться в 10 раз.
Следует также иметь в виду, что хотя дефекты под действием быстрых нейтронов образуются в несколько сотен раз эффективнее, чем под действием Ч’-излучения, в некоторых каналах современных исследовательских ядерных реакторов плотность потока у-квантов может превышать в 100—1000 раз плотность потока быстрых нейтронов. В результате вклад у-излучения в дефектообразова-
Таблица 2.11
Эффективность образования дефектов в кремнии при облучении нейтронами разной энергии
Е МзВ ni Сечение образования дефектов, отн. ед.
Расчет Эксперимент
0,52 0,26 0,24
0,95 0,59 0,55
1,3 0,91 0,9
1,6 1,0 1,0 (принято
за эталон)
14 2,46 2,37
б Заказ 777
65
ние становится сравнимым с быстрыми нейтронами, поэтому и| норирование вклада у-излучения может привести к ошибкам 1 —100% [38]. Часть смещенных атомов, получивших энергщ лишь немного выше пороговой, могут возвращаться в исхщ ное положение еще в процессе облучения. |
Таким образом, сложно и ненадежно учесть теоретичеей роль радиационных нарушений в формировании свойств яде! но-легированных материалов. Поэтому вредное влияние рад! ационных дефектов (когда их получение — не самоцель работ! обычно устраняется с помощью соответствующего отжига, те| пература и длительность которого определяются свойствам? легируемого материала, природой, энергетическим составом ;) интенсивностью потока облучающих частиц. Учитывая бол| той вклад быстрых нейтронов в дефектообразование, следу! ожидать существенного различия оптимальных условий отжи| дефектов при облучении одинаковым интегральным потоко! нейтронов, но с равным отношением количества тепловых ] быстрых нейтронов в спектре реактора (Сб-отношение). В это) связи в работе [27] показано, что достаточно полно отжигаютс! дефекты в кремнии, легированном в реакторах с Сб-отношенц ем 1000 и 10 при 700°С, а при отношении порядка 1 уже необ ходима температура ~900°С. |
Возможность введения методом ядерного легирования при! месей вплоть до изменения типа проводимости открывает за Манчивую перспективу формирования электронно-дырочны) переходов непосредственно в процессе облучения. Действитель) но, если в процессе легирования часть облучаемого кремни! р-типа защитить от действия нейтронов и провести облучений до изменения типа проводимости в незащищенной области ма) териала, то на границе защиты должен образоваться р — п-пе: реход. Аналогично можно получить и более сложные структур ры типа р—п—р. р—Ь—п и др. )
