Легирование полупроводников методом ядерных реакций - Смирнов Л.С.
Скачать (прямая ссылка):
Эти данные свидетельствуют о том, что в процессе легирования в кремнии не появляются дополнительные примеси, загрязняющие слиток, и, кроме Еис. 4.18. Температурная завитого, после отжига радиацион- симость подвижности электронов
ных дефектов при температуре в ядерно-легированном жремний, оллол полученном методами бестигель-
оОО С в течение часа практи- зонной плавки (а)"и вытяги-
чески отсутствуют дефекты, эф- ваяия (б).
104
V
10^
8^
151
Рис. 4.19. Температурная зави: симость концентрации электронов в ядерно-легированном кремнии, полученном методами бестигедь-ной зонной плавки (а) ж вытягивания (б).
Рис. 4.20. Зависимость концентрации доноров в кремнии от,, потока нейтронов (после облу-• чения и отжига) [42].
1 — ДЛЯ кремния, полученного ВЫТЯ-гяванием из расплава; г — для крем-« ния, полученного методом бестигель-ной зонной плавки; 3 —для кремния, полученного вытягиванием из расплава (данные [41]). Сплошная линия — расчет.
фективно снижающие подвижность носителей. Это подтверждают также приведенные на
рис. 4.19 данные об изменении концентрации носителей в диапазоне температур 77—300 К. Ход кривых указывает на отсутствие глубоких локальных уровней в запрещенной зоне.
В заключение отметим, что при использовании метода ядерных превращений в кремнии, полученном методом бести-гельной зонной плавки, удается достаточно хорошо воспроизводить концентрацию фосфора и номиналы удельного сопротивления в широком интервале значений (см. [1,8, 17 ] и рис. 4.20). Однако в кремнии, выращенном методом Чохральского и легированном потоком медленных нейтронов в диапазоне 1017— 1019 см~2, атомы фосфора — не единственный источник носителей; после термообработки при 700°С и выше найдены дополнительные центры, связанные с кислородом и обнаруживающие донорные свойства (рис. 4.20) [41]. В дальнейшем были
получены данные об устойчивости этих центров вплоть до 1100°С [27].
Аналогичные исследования, проведенные Клеландом и др. [42] в более широком диапазоне интегральных потоков нейтронов, подтвердили появление в ЯЛК, полученном методом Чохральского, дополнительной концентрации носителей, которая, естественно, тем больше, чем меньше концентрация введенного фосфора. При концентрациях фосфора выше 1016 см~3 вычисленные и измеренные концентраций носителей с точностью до 5% совпадают для кремния, полученного методами бести-гельпой зонной плавки и Чохральского (см. рис. 4.20).
уС'гпах//3
101
0,9-
1,0-
0,95-
6
Однородность распределения удельного сопротивления
Как отмечалось в некоторых работах (см., например, 18]), одним из достоинств метода ядерных превращений является распределение вводимой примеси, близкое к идеально однородному. Обусловлено это тем, что образование атомов фосфора в любом локальном объеме равновероятно, так как атомы изотопа кремния-30 в естественной смеси распределены статистически равномерно, а поток медленных нейтронов изотропен. В качестве примера на рис. 4.21 показано распределение удельного сопротивления в радиальном направлении, измеренное методом растекания тока [431.
Измерения проводились с шагом 20 мкм.
В табл. 4.4, взятой из работы [44] и дополненной более поздними данными, приведены результаты сравнительных исследований однородности распределения
удельного сопротивления р в образцах кремния, полученного разными методами. В качестве исходного материала для легирования методом ядерных превращений использовался кремний п.-тида с р —
=1000 Ом* см и р-типа с р — 2000 Ом-см и более, полученный мето- ^
дом бестигельной зонной плавки. Проводилось несколько серий измерений, каждая из которых состояла из 150—200 замеров^ Затем вычислялось стандартное отклонение при доверительной вероятности 0,95. Как следует из табл. 4.4, стандартные отклонения, характеризующие однородность распределения р в ЯЛК, в 2—3 раза ниже, чем в обычном материале.
Явное преимущество ЯЛК обнаруживается и при сравнении: микрораспределения р. На рис. 4.22 показаны радиальные распределения р в обычном и в ядерно-легированном материале [45]. В первом случае колебания р превышают ±10%, во-вто-ром — не выходят за пределы ±5%.
у?, 0 м-см 70
65
-102
-98
16
О
—г*
16
Л
т
г.мм
Рис. 4.21. Радиальное микрораспределение удельного сопротивления в ядерно-легированном кремнии.
Время жизни неравновесных носителей заряда
Время жизни носителей х в ядерно-легированном кремнии — одна из важнейших характеристик материала, определяющих пределы его практической применимости. Выше (см. § 4.о) отмечалось, что после оптимального отжига при температурах
И Заказ 777
153
Таблица 4.4
Однородность распределения удельного сопротивления в обычном и радиащшнпо-легированном кремнии
Метод получения
Среднее удельное сопротивление, Ом • ем
Стандарт' иое отклонение, %-
Ядерных превращений Чохральского Ядерных превращений Бесгигельной зонной плавки Ядерных превращений Бсстигелъный зонной плавки
30
30
70
80
155
160
"4,5
