Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
294 ПРОЦЕССЫ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ [ГЛ. 7
норными центрами. Однако исследования выполнялись с ионами небольших энергий (несколько кэВ), и к полученным результатам следует относиться как к предварительном [57]. К сожалению, насколько нам известно, еще не получено данных об оптическом поглощении такими центрами в далекой инфракрасной области, что позволило бы существенно уточнить их природу.
В работе [56] авторы наблюдали появление донорных центров в Si, возникающих после внедрения ионов азота; сделаны шаги на пути к выяснению роли «электрически неактивных» примесей, неизменно присутствующих в кремнии. В случае внедрения азота, по мнению ’авторов [56], существенная часть атомов азота поодиночке занимает узлы кристаллической решетки и оказывается электрически активной, в то время как при диффузии азот проникает в Si в виде достаточно прочно связанных молекул N2, остающихся электрически нейтральными. Бомбардируя кремний р-типа ионами азота, авторы [56] получали р — /г-переходы, имевшие после отжига при 700°С хорошие свойства (коэффициенты выпрямления 105 при 1 В). Возможно, что отжиг при более высоких температурах может привести к диффузии внедренного азота и исчезновению части доноров вследствие ассоциации атомов N в молекулы N2. Представляют несомненный интерес исследования внедрения ионов азота [54] и других примесей в Si на большие глубины с использованием ионов с энергиями в несколько МэВ.
Полупроводниковые слои в алмазах, полученные методом ионно-лучевого легирования. Методом ионного внедрения примесей в диэлектрические природные алмазы удалось получить в них полупроводниковые слои [59]. В связи с актуальностью исследований, направленных на создание полупроводниковых алмазов и структур на основе алмаза с полупроводниковыми слоями, мы остановимся на этом вопросе и сопоставим результаты ионно-лучевого легирования с другими возможностями создания полупроводниковых алмазов.
Еще в 1952 г. было обнаружено, что алмаз может быть полупроводником [60]. Отдельные редкие экземпляры полупроводниковых алмазов добывают в южно-африканских месторождениях. В Советском Союзе их пока
ИОННО-ЛЕГИРОВАННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ
295
найти пе удалось. Все естественные полупроводниковые алмазы имеют дырочную проводимость*).
Полупроводниковый алмаз привлек внимание исследователей не только как «модельное» вещество. Свойства полупроводникового алмаза должны обеспечить его практическое использование в электрических приборах, работающих при высоких температурах, в силовых электрических полях, агрессивных средах. На основе полупроводникового алмаза можно разрабатывать источники и приемники ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений.
Практическое использование алмаза в электронике ограничепо трудностями синтеза достаточно крупных кристаллов и введения в естественные алмазы-изоляторы примесей, обеспечивающих полупроводниковые свойства.
Начиная с 1962 г., в ряде лабораторий был осуществлен синтез первых образцов полупроводниковых алмазов /ьтипа, легированных бором при их выращивании при высоких давлениях и температурах [61, 62]. В связи с последними успехами в получении в лабораторных условиях крупных алмазов размером до 5-6 мм, по-видимому, имеющих довольно совершенную структуру [63], есть основание полагать, что уже в ближайшие годы в распоряжении исследователей появятся равномерно легированные по всему объему электрически активными примесями образцы удобных для исследователей размеров.
В связи с общей тенденцией развития современной физики и технического применения полупроводников особое внимание привлекают электронные процессы в пленках и слоистых структурах. Помимо полупроводниковых слоев в алмазах, созданных ионным внедрением примесей, к которому мы вернемся позже, необходимо указать, что большой интерес представляет метод эпитаксиального наращивания слоев алмаза на алмаз или другие вещества [64], а также упомянутый выше метод синтеза
*) Свойства природных полупроводниковых алмазов подробно анализируются в [106]. Далее мы ограничимся случаем, когда полупроводниковые алмазы создавались в лаборатории.
296
ПРОЦЕССЫ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
[ГЛ. 7
алмазоподобных слоев пз пучка сравнительно медленных ионов с энергией в десятки электрон-вольт [46].
Получению р — «-переходов в алмазе до недавнего времени препятствовало то, что электронную проводимость в нем осуществить не удавалось. В естественных алмазах содержится значительное количество азота, атомы которого в кристалле алмаза являются донорами. Однако донорные уровни азота очень глубоки (около
4 эВ) и не могут обеспечить достаточной концентрации электронов в зоне проводимости.
Данные относительно алмазов, легированных другими элементами V группы, еще недавно отсутствовали. То же самое можно сказать и об элементах I группы, например литии, который является мелким донором в кремнии и германии.
Первое сообщение американских авторов об ионном внедрении в алмазы появилось в 1965 г. [66]. Однако подробные результаты так и не были, насколько нам известно, опубликованы.
