Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
температуре. В серии работ Уварова [62] было показано, что это отношение может сильно различаться от образца к образцу, но во всех типах образцов остается много большим единицы. Вавилов, Мукашев и Спицын [63] показали, что с увеличением ковалентного радиуса донорного атома вероятности yxV растут. При температуре 77 К для Р отношение | равно 80—90, для As | = = 110-120, для Sb ^ = 420—450.
В работе [64] удалось найти отношение 'Ycr сечений захвата междоузельного атома 7S1 атомами замещения углерода Cs и Л-центрамй. Авторы использовали образцы кремния с высокой концентрацией атомов С8, являющихся основными стоками для образующихся при облучении атомов hi- Реакция вытеснения 7Si + CsSis +/с (S обозначает атом Si в узле, /с — междоузельный атом С) надежно регистрируется по уменьшению поглощения в ИК полосе, обязанному атомам Cs. Вместе с тем рождающиеся в равных с ISi количествах вакансии V захватываются изолированными атомами кислорода СЬ, образуя Л-центры.
С ростом дозы Л-центры становятся конкурирующим стоком для атомов hi- Благодаря непрямой рекомбинации hi и V по реакции (УСЬ) + hi О,- как скорость накопления /1-центров, так и скорость удаления атомов Gs в междоузлия замедляются. По экспериментальным зависимостям указанных концентраций отношение уci/'icA найдено равным 0,1 при комнатной температуре.
Интересно отметить, что, опираясь на анализ кривой накопления дивакансий в кремнии, облучаемом электронами с энергией 50 МэВ, Винецкий, Ерицяи и др. недавно высказали гипотезу об одномерном характере диффузии hi, выбитого излучением, встраивающегося в крау-дионной конфигурации в атомные цепочки [61].
§ 3. Радиационно-стимулнрованная диффузия
Если бы даже не было никаких экспериментальных данных по радиационно-стимулированной диффузии, можно было бы на основании общих соображений предвидеть три класса разнообразных механизмов возможного влияния радиации на процессы диффузии. Действи-
90 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ДЕФЕКТАХ [ГЛ. 3
тельно, из следующего выражения для общего диффузионного потока:
/ = _ CZ)mVn (3.3.1)
вытекает возможность воздействия на пего тремя путями:
1) изменяя облучением плотность С диффундирующих дефектов (диффузия, стимулированная дефектами,—
ДСД);
2) изменяя облучением вероятность элементарного акта миграции и соответственно коэффициент миграции Dm (радиационно-стимулированная миграция — РСМ);
3) изменяя градиенты химического потенциала [х или потенциала на стоках и источниках (диффузия, стимулированная полями,— ДСП).
Возможность ДСД вытекает уже из классических работ Френкеля, связавшего самодиффузию с движением ТД [33]. В применении к вакансиям и междоузельным атомам радиационного происхождения эффект ДСД был рассмотрен Ломером [34], Гиббонсом, Динсом и Дамаском [35, 36].
Облучение, как известно, не только изменяет концентрацию вакансий и междоузельных атомов, но вызывает образование легкоподвижных комплексов (например, бивакансий или комплексов примесный атом — вакансия). Практическим примером является эффект радиационной очистки (аналогично случаю очистки ниобия от кислорода, исследованному в [37]). С другой стороны, изменение концентрации легко диффундирующих атомов происходит в результате распада комплексов (например, междоузельный атом + примесь) и освобождения диффу-занта из ловушек. Применительно к полупроводникам идеи подобного типа подробно рассматриваются Смирновым [18]. Некоторые конкретные модели рассматривались в работах Кимерлипга [31, 38], Шейнкмана и др. [39, 41].
Трактовка РСД как следствия радиационно-стимули-рованного высвобождения диффузанта из ловушек постепенно завоевывает признание все более широкого круга специалистов, принимающих во внимание реальную структуру даже самых чистых полупроводниковых материалов. В частности, подвижность междоузельных ато-
РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННАЯ ДИФФУЗИЯ
91
мов в кремнии лимитируется, по-видпмому, не преодолением диффузионных барьеров, а застреванием на кислородных и других центрах захвата. Кажущаяся энергия междоузельной миграции, которая следует из высокотемпературных опытов, не характеризует высоту барьера элементарного диффузионного перескока.
Относительно ДСП заметим только, что имеются вполне надежные данные о перезарядке примесных центров при облучении, в результате чего возникает РСД заряженных точечных дефектов с образованием нейтральных комплексов [40]. Аналогичным образом может изменяться химический потенциал диффузаита на граничных поверхностях, могут возникать упругие и электрические поля, вызывающие направленный дрейф диффузанта по Горскому. Примером служат электрические поля, возникающие при облучении диэлектриков заряженными частицами, застревающими в поверхностном слое образцов.
Кристалл, подвергающийся облучению, коренным образом меняет свои фундаментальные свойства. Недостаточно учесть, что их кинетика определяется, как обычно, температурой кристалла. Существенно, что под облучением в кристалле возникают неравновесные «мигающие» пары Френкеля, еще более быстро вспыхивают и гаснут электронно-дырочные пары, со сверхзвуковой скоростью развиваются каскады и цепочки замещений. В целом «мерцающий» кристалл обладает необычным спектром атомных и электронных возбуждений с аномально повышенной плотностью их в области высокой энергии, в результате чего кинетические процессы приобретают нетепловой характер.
