Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
830 Т, К
Рис. 7.4. Температурная зависимость критической дозы, необходимой для аморфиза-ции Si ионами В, As, Bi, Sb, Р [55].
§ 3] СИНТЕЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 289
Согласно представлениям, высказанным советскими авторами [33], процессы аморфизацин проходят посредством накопления точечных дефектов без стадии «тепловых ников». С другой стороны, согласно модели авторов [34] чрезвычайно важна гетерогенность структуры на начальной стадии, когда возникают микроскопические аморфные области, служащие центрами распространения процессов. Модель американских авторов [35] содержит некоторую детализацию представлений, выдвинутых Павловым. Авторы подчеркивают роль промежуточных простых дефектов (в первую очередь дивакансий). С точки зрения упомянутых представлений должна иметь место сильная зависимость степени аморфизацин от скорости введения дефектов (интенсивности ионного пучка). Такая зависимость действительно была обнаружена в опытах с Si, описанных в [36].
Интересные данные об отжиге, приводящем к восстановлению кристаллической структуры аморфного Si (обратном фазовом переходе), приведены в [37]. Ионы фосфора 31Р+ с энергией 280 кэВ вводились в кремний, переведенный в аморфное состояние предварительным внедрением понов кремния до глубины 0,6 мкм. После 30-минутного отжига при 600°С, в течение которого про^ ходит эпитаксиальная рекристаллизация аморфного кремния, измерение эффекта Холла и проводимости показало, что почти все внедренные ионы электрически активны. Под аморфным слоем Si существует сильно нарушенный, но не аморфный слой. Эта область остается полуизоли-рующей вследствие сильной компенсации центрами с глубокими уровнями.
§ 3. Синтез полупроводниковых соединений и структур с использованием ускоренных ионов
Известно, что при ионном внедрении вводятся высокие концентрации примеси в пределах довольно тонкого слоя. Еще в начале детальных экспериментальных исследований ионного внедрения Гусевой и Александрия [38] было показано, что ионное внедрение может приводить к возникновению новой фазы. В работах Смирнова и др. были синтезированы слои теллурида кадмия,
290 ПРОЦЕССЫ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ [ГЛ. 7
свойства которых были близкими к свойствам крупных монокристаллов CdTe [39]. Другим примером фазового перехода является рассмотренная выше аморфизация.
В дополнение к возможности создания слоев тугоплавких соединений, а также слоистых периодических структур с особыми электрическими свойствами — так называемых сверхрешеток, реакции синтеза соединений в области торможения ускоренных ионов представляют принципиальный интерес. Действительно, условия высокой температуры н сильного сжатия, необходимые, например, для синтеза алмазов [40], могут в значительной степени воспроизводиться (правда, на очень короткие промежутки времени) в области «тепловых вспышек» в конце пробегов внедренных ионов. Общая теория подобных явлений пока не развита; экспериментальные работы немногочисленны и носят поисковый характер.
Согласно оценкам, сделанным в [41], область смещений объемом около 10~18 см3 в конце пробега иона с достаточно большим атомным номером можно рассматривать как расплавленную; время остывания кристалла до температуры окружающего кристалла должно составлять ~ 10-11 с. Это время остывания значительно меньше времени образования зародышей новой фазы в условиях пересыщения в расплаве, которое при нормальных давлениях составляет 10~4 — 10-8 с.
Согласно предположению, сделанному в работе Городецкого, Качурина и Смирнова [43], высокое давление, возникающее на короткий промежуток времени, может существенно сократить время формирования зародыша новой фазы, если он имеет меньший удельный объем, чем исходное вещество [44, 45]. Авторы [43], исходя из ряда упрощающих задачу предположений, рассмотрели кинетику образования новой фазы при ионно-лучевом легировании.
В работе Айзенберга и Чэбота [46] описана методика получения «алмазоподобного графита» путем осаждения ионов углерода сравнительно небольшой энергии на подложки, находившиеся при комнатной температуре. Авторами использовался источник ионов С+ без масс-сепаратора; элементы ионно-оптической системы (диафрагмы электростатических линз) были выполнены из
§ 3] СИНТЕЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 291
чистого графита, что снижало возможность загрязнения ионного пучка.
Эксперимент проводился в основном при энергиях ионов, близких к 40 эВ, когда уже нельзя рассматривать этот процесс как «внедрение»; при этих энергиях увеличение толщины осаждавшегося слоя углерода составляло
О '
50 А/с. В камере осаждения поддерживалось давление около 10“6 мм рт. ст. Перед осаждением проводилось распыление с целью очистки поверхности путем ионной бомбардировки при энергии около 400 эВ. Слои углерода осаждались на монокристаллнческий кремний (плоскость (100)), а также на стекло и нержавеющую сталь. Повышение температуры подложки, по оценке авторов, не превышало 10°С по отношению к исходной комнатной температуре. Удельное сопротивление полученных слоев лея\ало обычно в области 1010 — 10й Ом • см; слои толщиной около 3 мкм использовались в качестве диэлектрика в плоских конденсаторах; токи утечки у конденсаторов емкостей в 25 пФ не превышали 10~12 А; диэлектрическая проницаемость была примерно от 8 до 14 (для алмаза она составляет 16,5).
