Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Когда в состав мелких дефектов входят междоузельные атомы, представляющие собой доминирующие носители, на-
103
б ЛЮ дается измельчение крупных вакансионных кластеров. Подобные процессы рассматриваются как отжиг по схеме с внутренней аннигиляцией.
Применительно к вакансиошшм кластерам схема отжига с внешней аннигиляцией имеет вид
\г, г + V,
¦ ¦
1Р2^У + У, (3.13)
У-*- / > 2,
где V — моновакансии; ^2) — вакансионный кластер,
содержащий / вакансий; ?„ — стоки для моновакансий, за счет
которых идет необратимое убывание числа вакансий в дефектной области.
Дефект считается «мелким», если содержит меньше ^ вакансий. Для мелких дефектов имеет место лишь реакция термической диссоциации
Щ -> Щ-г + V, 2 < / < <?-1, (3.14)
а для крупных — только бимолекулярная реакция
}Уп+У^1№к+1,к^(2. (3.15)
Основываясь на решении соответствующей системы дифференциальных уравнений, автор [1143 приходит к выводу, что мелкие дефекты при достаточной длительности отжига полностью исчезают. Концентрация же крупных дефектов при 1 -> оо стремится к ненулевым асимптотическим значениям. Скорость отжига сильно зависит от времени.
Если среди исходных крупных дефектов имеется один или несколько типов дефектов, концентрация которых существенно превышает концентрацию остальных, то для последних может иметь место обратный отжиг, т. е. относительное повышение концентрации в течение конечного интервала времени на промежуточных этапах отжига.
Применительно к вакансионным кластерам отжиг по схеме с внутренней аннигиляцией представляется в виде
IVI -\- / —О,
• 3?2 + /^ТК15
........... (3,16)
где I — собственный междоузельный атом; — «источник» междоузелъных атомов.
В работе [114] подробно разбираются все варианты приведенной схемы. Кинетика отжига вакансионных кластеров
104
по этой схеме определяется процессами, сопровождающими распад междоузельиых дефектов. В силу недостаточной изученности таких дефектов в настоящее время можно высказать лишь самые общие соображения о характере этих процессов.
Остановимся еще на одной процедуре, которая по результатам аналогична термическому отжигу, уменьшению концентрации имеющихся дефектов при дополнительном облучении — на радиационном отжиге. Основные причины, обусловливающие такой отжиг, следующие.
1. Взаимодействие собственных точечных дефектов с крупными дефектными комплексами, что приводит к распаду последних или их перестройкам.
2. Ионизация излучением, под действием которой в результате изменения энергии связи и зарядовых состояний дефектные ассоциации распадаются либо меняются энергетические пороги для аннигиляции частиц.
3. Стимулированное излучением взаимодействие примесных атомов (имеющихся или вводимых излучением) с дефектными комплексами, приводящее либо к их распаду, либо к перестройкам с потерей активности по одному или нескольким параметрам (электрическим, оптическим, магнитным и т. д.).
Радиационный отжиг как взаимодействие точечных дефектов с крупными комплексами описан в работах [115, 116]. Для генерации точечных дефектов использовалось облучение электронами [115, 116] или протонами [115]. В работе [115] предпринята попытка ускорить отжиг разупорядоченных областей, вводимых ионной бомбардировкой (аргон, 40 кэВ), путем предварительного облучения образцов быстрыми электронами.
Оказалось, однако, что облучение при комнатной температуре до доз 1017 см-3 не сказывается заметным образом на последующем отжиге. Более эффективно облучение при Т = = 250°С. Заметное увеличение скорости отжига наблюдалось в том случае, когда доза ионов аргона была небольшой и перекрытия пиков смещения не происходило. Высказано предположение, что электронное облучение может оказаться полезным при отжиге отдельных разупорядоченных областей, создаваемых облучением нейтронами.
Это предположение экспериментально проверено и подтверждено в работе [1161. В ней изучалось влияние электронной бомбардировки на свойства кремния, предварительно облученного быстрыми реакторными нейтронами при температуре не выше 70° С. Энергия электронов составляла 10 МэВ, доза 4-1018 см-2, температура облучения не превышала 25°С. Затем проводился изохронный отжиг в диапазоне температур 100— 800°С и изучалась зависимость спектров ИК-поглощения в диапазоне длин волн 2—25 мкм от температуры отжига. Обнаружено, что электронное облучение сильно ослабляет погдо-
105
2-10"
~€0
120
t, мин
Рис. 3.25. Восстановление сопротивления слоев арсенида галлия, нарушенного ионной бомбардировкой.
^отж* ^—?250; 2,3
250 с одновременным облучением протонами, энергия 10 кэВ, плотность тока, мкА/см*: 2 — 0,15, з ¦— 0,3.
10° 10г Т0тж , мин
Рис. 3.26. Отжиг парамагнитных центров в кремнии, аморфизиро-ванном ионной бомбар-- дировкой.
Тотж* °С: 1 — 200; 2 ~~
200 с одновременным облучением протонами, энергия 10 кэВ, плотность тока 0,5 мкА/см2.
щение в диапазоне 4,5—14,5 мкм, которое обычно проявляв] ется в облученных нейтронами образцах после отжига при '
температуре 500аС. . Jj
