Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Важнейшая задача заключается в выявлении истинных микроскопических механизмов, которые в естественных условиях приводят к непрерывному отклонению параметров материалов и приборов от первоначальных.
320 ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИИ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 8
При проведении исследований на срок службы приборов часто применяют методики ускоренных испытаний, которые имитируют процессы, не соответствующие реально протекающим в ходе естественного старения [121л Сравнение радиационного и естественного старения кремниевых транзисторов [13, 14] показывает, что, начиная с некоторого времени (~3 года), заметно существенное различие в кинетике естественного и радиационного изменений коэффициента усиления.
В ряде работ интенсивность отказов X связывается с температурой законом Аррениуса:
X (Т) = ехр [С0 - и^т/кТ], (8.3.1)
где иакт — энергия активации процесса деградации, С0 — постоянная, обратно пропорциональная уровню надежности.
Величина ?/акт является усредненной характеристикой множества активационных процессов и не дает возможности выделить основные из них.
Исследование температурной кинетики показывает, что форсированный режим старения, обусловленный повышенными температурами, не воспроизводит процессы естественного старения.
Таким образом, ясно, что радиационные и температурные воздействия не вызывают «ускоренного действия» истинных механизмов естественного старения.
Задача заключается в нахождении таких сформированных режимов, при которых реализуются истинные микромеханизмы старения. Их можно разделить на три группы.
1) непрерывно протекающие в нормально функционирующем приборе;
2) обусловленные специфическими условиями эксплуатации прибора;
3) связанные с резкими флуктуациями внешних условий.
Нормальное функционирование твердотельных электронных приборов обеспечивается протеканием физических процессов, имеющих достаточно общую природу. В процессе эксплуатации приборов периодически изменяется пространственное распределение зарядов и полей, происходит перезарядка центров, непрерывная генерация и
§ 3] МИКРОМЕХАНИЗМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО СТАРЕНИЯ 321
релаксация электронных возбуждений. В результате безызлучательных переходов энергии ЭВ на кристаллическую решетку видоизменяются дефектные атомные конфигурации, примесные профили, структура всевозможных комплексов.
В основе этих процессов лежат микромеханизмы «электронное возбуждение -*¦ смещение атома» (ЭВ GA) [15—17]. Конкретная реализация механизмов ЭВ СА в процессе старения определяется функциональными особенностями прибора. Возникновение ЭВ обусловлено непрерывным действием различных возбуждающих факторов (ударная ионизация, оже-ионизация, фотовозбуждение, внутренние электростатические и упругие поля и т. д.). Указанные изменения в электронной подсистеме приводят к деформации потенциального рельефа для атомных смещений и, в определенных условиях, к уменьшению и снятию барьера для атомных переходов [20—22].
Для второй группы механизмов старения характерно протекание процессов, обусловленных специфическими внешними воздействиями (облучение, вибрация, псевдо-гравитацпонные поля и другие процессы). Так, при воздействии на кристаллическую решетку знакопеременного давления может ускоряться междоузельная диффузия примесей [18]. Известен целый ряд данных по влиянию ионизирующих излучений на процессы миграции примесей в полупроводниках и приборах на их основе (гл. 6).
При моделировании естественного старения п — р-п-транзистора предполагается определенная трансформация уровней, определяемая процессами ЭВ -*¦ СА либо тепловой флуктуацией. Например, в окрестности атомов фосфора или бора, используемых в качестве легирующих примесей, образуются центры типа (Ps + V) или (В/ + V). Вследствие перезарядки центры могут распадаться. В определенном интервале температур они могут быть «генераторами» дефектов [45].
Задаваясь некоторыми перестройками комплексов, мы рассмотрели систему кинетических уровней
dPs/dt = — агР8 + агРЕ — a3PSV -f аАРЕ1, dPEldt = axPs — агРЕ -f a3PsV — atPET, dl/dt = a J>a - a4/V, (8,3,2)
dV/dt = <хгРЕ — алР3У,
21 в. С. Вавилов и др.
322 ОБРАЗОВАНИЕ II МИГРАЦИЯ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 8
где Ps и РЕ — соответственно концентрации узельного Р и ^-центров, V и I — вакансии и междоузельных атомов, а,- (t = l, 2, 3, 4) — вероятности: 1—смещение вакансий около узельного Р (образования ^-центра),
2 — диссоциации 2?-центра, 3 — А'-.сл j встречи V с узельным Р, 4 —
встречи междоузельного атома с ^-центром.
Таблица 8.1
Энергии Е1Г н Егт для разных компонентов комплекса [22]
t, годы
Рис. 8.3. Кинетика накопления рекомбинационных центров N при различных соотношениях барьеров в системе (8.3.2): 1) а1=а4=0,1 эВ, а2 = =а3=0,5 эВ; 2) ai = a4=0,05 эВ, а2 « а.ч = 0,4 эВ; г) -а\ = а4 = «=0,01 эВ, а2=а3=0,3 эВ.
Комплекс ов к]., эВ
