Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
325
контактных систем представляют значительный интерес. Эти эффекты важны для обеспечения омичности контактов и прочности защитных покрытий, оптимизации диффузионных процессов (задания плоского фронта диффузионного потока), в решении многих других проблем.
§ 5. Вопросы радиационной стойкости при воздействии низкоэнергетических излучений
Результаты экспериментов по обнаружению допорогового дефектообразования в кремнии приводят к выводу о доминирующей роли электронов с энергией порядка 6 кэВ в создании структурных дефектов. Для электронов таких энергий максимальна вероятность ионизации К-оболочки кремния. В соответствии с расчетами для кристаллов кремния эффективен механизм допорогового удара. Возникающие конфигурации структурных дефектов при переданных энергиях, как было отмечено в гл. 2— 4, могут иметь характерные особенности, зависеть от температуры облучения и отличаться от обычных разделенных пар Френкеля.
Следует еще раз отметить, что сопоставление экспериментальных результатов при изучении допороговых радиационных эффектов требует особой тщательности при анализе условий, имевших место в разных работах. В этом плане должны быть разграничены работы, в которых обнаруживается радиационная десорбция [24], работы по изучению катодопроводимости, включающие работу Норриса [25], и работы по собственно допорого-вому дефектообразованию в объеме кристалла.
Допороговые радиационные эффекты в алмазоподобных полупроводниках при электронном облучении первоначально наблюдались авторами [26, 27]. Результаты, полученные в этом направлении разными авторами, освещены в обзорах [20, 28, 29] и др.
Допороговое дефектообразование исследовалось путем непосредственного наблюдения структурных дефектов в сульфиде кадмия (см. гл. 4). Кристаллы CdS подвергались воздействию у- и рентгеновских лучей, электронов с энергией до 100 кэВ и реакторного излучения. При указанных радиационных воздействиях происходит порча поверхности кристаллов, причем одинаковый эффект до-
326 ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 8
стигается при воздействии жесткого излучения и низкоэнергетического допорогового излучения. В кристаллах с преобладанием ионного характера химической связи условия для допорогового удара неблагоприятны [37].
Реальным для кристаллов CdS является механизм потенциального смещения, предложенный Винецким [30]. В кристаллах с широкой запрещенной зоной дефектообразование происходит за счет энергии, выделяющейся при локализации носителей тока или экситона. Для реализации элементарного акта необходимо, чтобы одновременно с локализацией носителя произошла небольшая тепловая флуктуация, которая добавила бы необходимую для дефектообразования энергию.
Принципиальное значение имеют результаты, полученные при изучении допороговых радиационных дефектов в InSb [31]. Кристаллы InSb относятся к узкозонным полупроводникам, и оптические возбуждения не могут обеспечить энергетические условия, необходимые для дефектообразования. Поэтому в InSb наиболее вероятна реализация допорогового удара.
В этих экспериментах строго доказано, что радиационные эффекты не обусловлены процессами перезарядки в объеме или на поверхности. Образование ТД приводит к дезактивации ранее существовавших доноров и акцепторов (уменьшение Nn и N.J. Одновременно, но с меньшей скоростью вводятся дефекты с акцепторным уровнем Ev + 17 мэВ.
С точки зрения радиационной стойкости материалов при допороговых энергиях весьма интересны работы по фотохимическим реакциям (ФХР) в кристаллах CdS [16, 17]. Установлены следующие особенности ФХР [32]:
1. Протекание ФХР требует термической активации.
2. Концентрация образующихся центров в области 150—250 К при длительном освещении не зависит от температуры.
3. Образование новых центров происходит не в идеальной решетке.
4. Протекание ФХР требует присутствия одного из свободных носителей.
Здесь имеются в виду ФХР, приводящие к возникновению очувствляющих r-центров рекомбинации и образованию новых центров прилипания.
ВОПРОСЫ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ
При интерпретации этих результатов предполагается, что в исходном состоянии r-центр и мелкий донор объединены в донорно-акцепторную пару. В результате захвата свободной дырки происходит нейтрализация r-центра и исчезает кулоновское притяжение между этим центром и мелким донором (предположительно междо-узельным атомом Cd). Далее, в процессе низкотемпературной миграции эти компоненты разделяются.
В диэлектриках время локализации и релаксации неравновесного заряда может достигать намного больших значений, чем в полупроводниках и металлах (т = е//, где е — диэлектрическая проницаемость, j — проводимость). В этом случае должны быть ярче выражены допороговые механизмы дефектообразования.
Оценим возможность возникновения вдоль трека быстрой частицы положительно заряженных областей аксиальной симметрии, которые можно наблюдать при помощи электронного микроскопа [33]. Положительно заряженные области создают фокусирующие поля, искривляющие траекторию электронов:
