Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
В лаборатории физики полупроводников ФИАН были проведены работы по изучению ионного внедрения примесей в алмаз.
Устойчивые полупроводниковые слои электронной проводимости в алмазе удалось получить путем внедрения ионов Li и последующего высокотемпературного (до 1360°С) отжига [68]. Исследование особенностей распределения примеси лития в алмазе позволило установить следующее: положение максимума распределения и его полуширина соответствуют теории. Однако часть ионов оказывается на расстояниях от поверхности, существенно больших, чем это следует из теории. В то время как вблизи максимума концентрации внедренных атомов Li эти атомы находятся в сильно разупорядочен-ном слое кристалла, на «хвосте» кривой распределения концентрация дефектов относительно мала.
Вероятно, в связи с этим обстоятельством отжиг алмазов, легированных литием, в области максимальной концентрации и в области «хвоста» проходит различно. С увеличением температуры отжига проводимость алмаза в слое, соответствующем максимуму концентрации лития, падает, а в области «хвоста» растет. К концу отжига общая проводимость слоя алмаза, легированного
ИОННО-ЛЕГИРОВАННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ 297
литием, превышает проводимость слоя непосредственно после внедрения на несколько порядков. Однако проводящий слой оказывается лежащим на глубине, значительно превосходящей глубину максимума проводимости до отжига, и отделен от поверхности слоем алмаза-изо-лятора толщиной в несколько десятых мкм.
Возможным объяснением полученных результатов является то, что в области максимума распределения лития имеется большое число вакансий. При отжиге атомы лития легко занимают эти вакансии и становятся электрически неактивными. На «хвосте распределения» концентрация вакансий значительно меньше, и литий сохраняется в междоузлиях, где, как и в случае Ge и Si, он'является активным донором. Исследования распределения лития в алмазе методом р — '{-реакции показали, что до и после отжига при 1400°С максимум распределения лития лежит ближе к поверхности, чем максимум проводимости [69]. Эти исследования подтверждают высказанную точку зрения.
Получение омических контактов, необходимых для исследования эффектов Холла и изучения свойств р — и-перехода для алмаза и-типа, насколько нам известно, не осуществлено. Это, видимо, связано с тем, что разность энергий между уровнями Ферми кристалла алмаза и таких металлов, как золото, алюминий и другие, очень велика (много больше, чем для кремния). Поэтому определение знака носителей в опытах, оппсаппых в [68], проводилось путем измерения фотоэффекта при освещении области под контактом ультрафиолетовым светом.
Создание полупроводниковых слоев р- и и-типа в алмазе позволяет поставить вопрос о практическом использовании алмаза в активных элементах электроники. Ионным легированием алмаза удается получить полупроводниковые слои, погруженные в почти совершенный изолятор, который имеет высокую теплопроводность. Это обстоятельство благоприятно для создания на основе алмаза интегральных схем. Эти схемы, видимо, будут обладать компактностью, большой стабильностью свойств, благодаря исключительной химической стойкости алмаза, и способностью работать при повышенных температурах. Значительная подвижность носителей в легированных
298 ПРОЦЕССЫ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ [ГЛ. 7
слоях и небольшая величина диэлектрической проницаемости в принципе позволяют обеспечить быстродействие.
Представляются важными исследования электронных процессов, зависящих от свойств поверхности алмаза, с целью изучения возможности разработки приборов на основе МДП структур. Получение первых полупроводниковых алмазов «-типа с восстановленной структурой решетки дает возможность изучения зоны проводимости алмаза, сведения о которой сейчас отсутствуют.
Ионно-лучевое легирование соединений типа AuBvi (CdS, CdTe, ZnS). Работы по ионно-лучевому легированию соединений типа AnBvi начались недавно, но уже дали обнадеживающие результаты, позволив обойти некоторые типичные трудности, возникающие при решении вопроса об управлении свойствами этих, в основном широкозонных полупроводников.
В связи с актуальностью вопроса о создании р — п-переходов в CdS для светодиодов и инжекционных лазеров значительные усилия были приложены рядом групп исследователей к созданию р — n-переходов в этом полупроводнике, относящемся к семейству соединений типа AnBvi. Согласно опубликованным данным области с дырочной проводимостью в CdS удается создавать методом ионно-лучевого легирования висмутом [70]. В более поздней работе [71] сообщается о слоях /ьтипа с высокой проводимостью и наблюдении интенсивной инжек-ционной люминесценции.
Исходным материалом для ионного легирования служили пластины высокоомного (1010 Ом • см) CdS, выращенные из паровой фазы, или пластины, вырезанные из крупных кристаллов с удельным сопротивлением около 10 Ом • см. Первый тип пластин использовался для проведения последующих электрических измерений, а низкоомные пластины — при изготовлении светодиодов [71]. Внедрение 25 кэВ-x ионов Bi проводилось при комнатной температуре, последующий отжиг не применялся.
