Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
В большинстве экспериментов смещение р — п-перехода не превышало 1 мкм, лишь в работах [130, 1311 примесь проникала на несколько микрон. >
В работе [130] использовались образцы кремния р-типа проводимости (КДБ-10), легированные ионами фосфора с энергией 100 кэВ, дозы 2• 1015 и 5-1015 см-2. Направление облучения <111>. Образцы с внедренным фосфором (5-1016 см“и) облучались ионами водорода на ускорителе Ван-де-Граафа при температуре 900°С. Плотность тока 4 мкА/ом2. Концентра-; ционные профили носителей заряда снимались при помощи измерений поверхностного сопротивления методом Ван-дер-По при последовательном удалении слоев кремния анодным окие| лением. Для получения начального профиля распределения примеси использовался образец, отожженный при 900°С. Время; отжига. и время облучения на ускорителе 1 ч. Результаты
а:, мкм
Рис. 3.28. Распределение носителей заряда по глубине. '
2 — отжиг при температуре
900°С, 1ч; 2 ~~ облучение
ионами Й^, Е — 1 МэВ;
3 — то же, Е — 0,5 МэВ;
Т’обл ~ 900°С.
представлены на рис. 3.28. Положение пололки на кривой 3 совпадает с проекцией пробега ионов Н^, энергия 500 кэВ.
При облучении ионами водорода с энергией 1 мэВ проекция
пробега равна ~ 6 мкм и лежит значительно глубже переднего фронта концентрационного профиля. о
Ускорение диффузии естественно объяснить взаимодействием примеси с радиационными дефектами, вводимыми в кристалл облучением. Но с какими? Либо с теми, которые пришли из области максимума упругих столкновений, либо с теми, которые генерировались вблизи примесного фронта, Диффузионная длина радиационных дефектов, ответственных за ускорение диффузии примеси, по-видимому, мала, так как в противном случае должна бы быть боковая диффузия примеси. Но в работе [132] показано, что боковая диффузия при облучении протонами не наблюдается и диффузионная длина дефектов много меньше 1 мкм. Кроме того, большая диффузионная длина дефектов свидетельствует о слабом их взаимодействии с несовершенствами решетки, в том числе и с примесью. Авторы [130] предполагают, что ускорение примеси осуществляется генерируемыми радиационными дефектами без их длиннопробежной диффузии. Механизм такой диффузии не уточняется. На рис. 3.29 показано, что для формирования профиля примеси важно время облучения, а не доза.
В работе [131] описывается ускорение диффузии фосфора в германии. В эксперименте использовались шайбы германия, легированные ионами фосфора с энергией 100 кэВ (проециро-
сг, мкм
Рис. 3.29. Концентрационные профили носителей заряда, полученные облучением ионами
Н+, Е — 1 МэВ,
Гобл - 900°С (/ - / =
= 4 мкА/см3, 1 ч; 2 — / — 0,5 мкА/см2, 8 ч).
Рис. 3.30. Распределение поверхностной проводимости в германии.
г0бл, °С: 1 —- 400, 2— 500, 3, 4 — 600, Энергия н?, кэВ: 1—3 — 600,
4 _ 1000. Для кривых 2—4 указано, где начинается р-тип проводимости.
ванный пробег ионов фосфора ~ 0,08 мкм) и дозой 3* 1016 см~2
при комнатной температуре* Облучение ионами водорода Hjj" с энергией 600 кэВ проводилось при температурах 400, 500 и 600°С и с энергией 1000 кэВ при 600°С на ускорителе Ван-де-Граафа. Во всех экспериментах плотность тока ионов 1 мкА/см2, а время облучения 2 ч. Измерялись поверхностная проводимость и эффективная подвижность носителей заряда. Из этих данных вычислялся профиль распределения концентрации электронов, который отождествлялся с распределением фосфора.
Полученные результаты сводились к следующему.
1. После облучения ионами водорода мал коэффициент использования внедренной иримеси (фосфора), особенно после облучения при температурах 500 и 600°С (коэффициент исполь-; зования равен 0,37, , облучение при 400°С; 0,008, облучение при 500°С; 0,018, облучение при 600°С; 0,72 после термического отжига при 500°С в течение 2 ч). ?
2. После 400-градусного облучения наблюдаются два пика; повышенной концентрации примеси: первый — около по-
верхности, второй — вблизи проецированного пробега ион он водорода с энергией 600 кэВ (рис. 3.30 и 3.31). |
3. После 500-градусного облучения наблюдается область; «-типа проводимости (см. рис. 3.30) протяженностью до 22 мкм |
4. После 600-градусного облучения область «-типа меньше,< но концентрация электронов в обогащенном слое (пике) значительно больше. Облучение ионами водорода контрольных! образцов германия, специально не легированных фосфором;! не приводило к образованию слоя «-типа проводимости.
Рис. 3.31. Распределение концентрации электронов.
¦4*
а — То0д = 400°С, энергия ионов II2 — 600 кэВ; б — Т0$л = 500°С, энергия Н2!" —. 600 кэВ; в — Т’0бл=! 600°С, энергия Н^”, кэВ: 1 — 600, 2 — 1000.
5. Увеличение энергии ионов водорода при прочих равных условиях приводит к большей протяженности области «-типа проводимости и к уменьшению концентрации электронов в примесном пике (см. рис. 3.31).
Авторы 11311, объясняя проникновение примеси далеко за проецированный пробег облучающих ионов, предполагают, что имеет место электродиффузия ионов фосфора в поле, созданном неравномерно распределенными неравновесными избыточными носителям заряда. В качестве альтернативы они указывают на возможность передачи энергии примесному атому или «фононным ветром» [129], или упругими волнами, которые возникают, например, при выделении энергии в процессе аннигиляции простейших радиационных дефектов.
