Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
ш . ¦ ; ,, : у+о:
Рис. 4.17. Зависимость изменения проводимости от степени дефектности кристаллов кремния, облученных нейтронами, без- кадмиевой защиты / (я) и в кадмиевом пенале (б). ,
Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 4.2. следующим образом. а) 1 — 1, 2 — 6, 3 — 3, 4~ 4, 3 — теория; б) 1 — 1, 2 — 3, 3 — 4, 3 — 6.
гались в идентичных условиях, а экспериментальные значения До приводились после отжига при таких температурах, когда дальнейшее повышение ее не изменяло проводимости.
Наибольшее отклонение Ас от рассчитанного наблюдается для дислокационных кристаллов, выращенных в вакууме со скоростью 8 мм/мин (кривая 1 на рис. 4.17, а). В аналогичных образцах, но выращенных со скоростью 2—3 мм/мин, отклонения Да меньше (кривая 2 на рис. 4.17, а). Это различие можно объяснить тем, что при малых скоростях выращивания примеси успевают сконденсироваться в области дислокаций. В кристаллах, выращенных со скоростью 8 мм/мин, диффузия примесей к ростовым дефектам ограничена. Если же учесть, что эти кристаллы содержат мало примеси, то можно предположить, что дислокации в них более «чисты» и некоторая часть атомов фосфора, образующегося в результате ядерных превращений, будет на них осаждаться.
Минимальные отклонения Да характерны для кристаллов, выращенных в атмосфере Аг + Н2 и содержащих незначительную концентрацию ростовых микродефектов (кривые 3, 4 на рис. 4.17, а). На начальных участках кривых для некоторых кристаллов наблюдается обратный эффект — экспериментальные значения превышают расчетные. Можно предположить, что в процессе облучения и последующего отжига идет активация некоторой части атомов фосфора, электрически неактивных в исходных кристаллах.
Данное предположение, по нашему мнению, хорошо подтверждается экспериментальными результатами (рис. 4.17, б). В этом случае для снижения скорости введения фосфора образцы облучались в кадмиевых пеналах. Ход изменения До от дозы отличается от линейного (кроме кривой 1). Вначале величина Ло резко возрастает, затем проходит через максимум. Этот эффект, особенно заметный в дислокационном кремнии, выращеппом со скоростью 2—3 мм/мин, практически отсутствует в дислокационном кремнии, выращенном со скоростью 8 мм/мип. Зависимость До от дозы для этого кристалла практически линейная.
По-видимому, при малых скоростях выращивания, как уже указывалось, часть фосфора образует в области ростовых дефектов электрически неактивные комплексы, которые при облучении и последующем отжиге разрушаются, что приводит к увеличению проводимости кристаллов. Поскольку образец 1 (см. табл. 4.2) отличается малым содержанием легирующей примеси вообще, то этот процесс в нем отсутствует.
Таким образом, дефицит или избыток концентрации электрически активного фосфора но сравнению с ожидаемым обусловлены, по-видимому, одновременным действием двух конкурирующих процессов: разрушением «биографических» дефектов с переводом фосфора в активное состояние и реализацией условий для обратного процесса — образования связывающих фосфор термостабильных комплексов в области ростовых и радиационных дефектов.
Как следует из приведенных на рис. 4.17, а экспериментальных данных, наибольший дефицит фосфора наблюдается) в дислокационных кристаллах, что может свидетельствовать о преимущественном стоке междоузельных атомов к дислокациям. Заметим, что часть из них относится к нестабильному изотопу 8131. Появление их в междоузлиях объясняется тем, что энергия отдачи атомов кремния при высвечивании у-кван-та в (п, у)-ядерных реакциях достаточна для смещения их из узлов решетки и даже за пределы элементарной ячейки (см. гл. 2). В таком виде атомы изотопа кремния-31 должны легко); мигрировать по кристаллу до локализации в области каких-! либо несовершенств. Возникающие из пих после Р“-распада; атомы фосфора остаются в области дислокаций и других мик-1 родефектов в неактивном состоянии, и отжига даже при температуре 1100°С оказывается недостаточно для перевода их активное состояние. 1
В бездислокационных кристаллах стоками для междоувель-;. ных атомов служат различного типа ростовые микродефекты!| В этом случае, как и при облучении электронами, вледствиб| взаимодействия радиационных дефектов с ростовыми образу- • ются микродефекты, выявляемые избирател] и отсутствовавшие до облучения и отжига
148
Кроме того, дефицит электрически активного фосфора может быть обусловлен осаждением атомов фосфора на радиационных комплексах. Этот случай отмечен в образцах кремния я-типа после облучения ионами 81+. Как сказано в [32],. температуры 1100 К недостаточно для их отжига. В работе [33] также указывается, что при проведении диффузии фосфора в образцы кремния, предварительно облученного ионами Аг+, температура последующего стабилизирующего отжига намного больше, чем при обычном ионном легировании.
В нашем случае радиационные эффекты начинают превалировать после облучения потоками нейтронов порядка 101В см-2 и выше. В соответствии с данными [32] оказалось, что отжиг при 1100 К недостаточен для полного отжига радиационных дефектов и перевода возникших атомов фосфора в электрически активное состояние.
