Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Идея ударного механизма образования точечных дефектов в твердом теле при прохождении волны напряжений, вызванной воздействием лазерного импульса, была высказана авторами [5, 6, 7]. Действие УВ, возбуждаемых излучением рубинового лазера с длительностью импульса 50 мке и плотностью потерь энергии 108— 109 Вт/см2, на проводимость кристаллов германия и кремния впервые описано в [8]. При давлении во фронте У В 1,2—4,8 кбар сопротивление в кремнии и германии «-типа уменьшалось в два раза, а в германии р-типа — более чем на порядок. Аналогично времена релаксации избыточной проводимости в кремнии обоих типов были сравнимы по величине, в то время как в «-Ge время релаксации оказалось примерно на порядок меньше, чем в р-Ge.
Такое изменение свойств в «-Ge представило интерес для более детального изучения электрофизических процессов, вызванных в этом материале У В. Авторы [91 исследовали релаксационные и остаточные эффекты, возникающие в «-Ge под действием УВ. При многократном обстреле было обнаружено изменение (уменьшение) времени релаксации т после каждого выстрела, причем это изменение — линейное (рис. 8.1). Остаточное сопротивление образца, измеряемое после каждого выстрела через 3 мин, линейно возрастает с увеличением выстрелов.
Аномальный рост проводимости Ge при прохождении УВ авторы [9] объясняют не только сужением его запрещенной зоны при одноосном сжатии и последующей фононной генерации электронно-дырочных пар, а и иони-
318 ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 8
зацией глубокоуровневых примесных центров (ловушек). «Остаточные» эффекты, обнаруженные в эксперименте, интерпретируются следующим образом. Рекомбинация носителей тока после первых нескольких импульсов происходит на ловушках, имевшихся в • материале в исходном состоянии. Затем, как видно из рис. 8.1, время жизни начинает заметно уменьшаться, что свидетельствует о росте концентрации дефектов, порождаемых УВ. Одновременно наблюдается рост сопротивления образца.
В работе [10] было показано, что для облучения полупроводников моноимпульсами лазера характерны четыре качественно различных диапазона интенсивностей. В первом диапазоне наблюдаются только кратковременные фотоэлектрические изменения, во втором — необратимо изменяется остаточное сопротивление, которое полностью восстанавливается только при нагреве до 400°С, в третьем — наступают значительные, частично необратимые изменения и, наконец, в четвертом диапазоне образец разрушается.
Границы между диапазонами носят довольно хорошо выраженный пороговый характер, причем многократный обстрел с допороговой энергией также приводит к переходу в следующий диапазон, что, очевидно, пмело место в приведенном выше случае.
Для толстых образцов, которые выдерживали значительно большую дозу поглощенной лазерной энергии после линейного роста остаточного сопротивления, наблюдается переход 7?ост через максимум с последующим убыванием (рис. 8.2). Это состояние образца, паблюдавшееся и в [ 11], можно объяснить перекомпенсацией и образованием участка с дырочной проводимостью в зоне воздействия облучения.
Як:,0м -с, мне
Число импульсве
Рис. 8.1. Изменение остаточного сопротивления #0ст и времени релаксации х (2) при многократном обстреле образца толщиной 1,36 мм лазерными импульсами со средней плотностью потока энергии 6,5 • 107 Вт/см2. Давление в УВ при каждом выстреле 2,1 кбар [8].
МНКРОМЕХЛНИЗМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО СТАРЕНИЯ 319
R0„,Om 1370
1360
$
i;
гг
/
Ввиду различия вольт-амперных характеристик образовавшихся р — «-переходов образец начинает проявлять выпрямляющие свойства. Этот этап обстрела предшествует разрушению образца. Величину и характер наблюдавшихся эффектов в большой степени определяет толщина образца. Размерный эффект может проявиться по. двум причинам. Во-первых, малая длительность лазерного импульса приводит к тому, что толщина сжатого слоя (между фронтом волны it волной раз- ^
грузки), примерно равная про- ®Т I
изведепию длительности лазерного импульса па скорость зву- у
ка в образце, может оказаться '350
меньше толщины образца. Во-вторых, в толстых образцах сказываются эффекты затуха- 1340
ния УВ и шунтирующее действие невозмущенной части образца.
Рассмотренные эффекты, ' Е Дж
возникающие при действии им-
х Рис. 8.2. Зависимость оста-
ПулЬСИОГО ИЗЛучбНИЯ, характе- точного сопротивления n-Ge
ризуют процессы, вызывающие “'ер?иГЖ?ног20Ги?^ч™шя деградацию полупроводнико- [8].
вых приборов, и при длительном изучении влияния УВ на характеристики полупроводниковых приборов возможна разработка методики ускоренных испытаний.
§ 3. Микромеханизмы естественного старения полупроводниковых материалов и приборов
Естественное старение материалов и приборов электронной техники и их деградация в активных средах (в полях радиации, гравитации, при повышенных температурах) представляют большой практический интерес.
