Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Отметим также интересную возможность проявления квантового механизма диффузии при периодической инверсии барьера в ходе перезарядки диффундирующих атомов [58].
Особые условия для радиационно-стимулированной миграции возникают в разупорядоченных системах. Для них характерны резкие изменения параметров междоузлий при внешних воздействиях и наличие большого набора внешних неэквивалентных междоузлий. Это приводит к более вероятному снижению или инверсии барьера но механизму неоднотипных междоузлий [59].
Механизмы деформации потенциального рельефа инициируются, как правило, возбуждениями электронной подсистемы, но в отдельных случаях элементарный акт, начинающийся с возбуждения электронной подсистемы, проходит через стадию локального разогрева и завершается тепловой активацией перескока [38, 60].
Г Л А В А 4
ДОПОРОГОВОЕ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ В АТОМАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ § 1. Допороговые эффекты в Ge и Si
В настоящее время интенсивно изучается вклад допо-роговых и иадпороговых эффектов в изменение свойств материалов и приборов при облучении [1]. Первые данные, которые можно рассматривать как информацию о допороговых радиационных эффектах в Ge и Si, содержатся в работах, выполненных в 1955—1960 гг.
Лоферский и Раппопорт Г2] обнаружили наличие низкоэнергетического «хвоста» на кривой энергетической зависимости скорости радиационного дефектообразования в гг-Ge. Наблюдавшаяся аномалия объяснена возрастанием сечения дефектообразования вблизи дислокаций, где, по мнению авторов, пороговая энергия может быть значительно меньше.
Мак-Кэй, Клонц, Гобели [3] наблюдали ионизационно-стимулированный отжиг радиационных дефектов при 4,2 К в и-Ge, облучаемом электронами с энергией меньше пороговой (рис. 4.1). Особенностью радиационного эффекта является уменьшение сечения радиационного дефектообразования с возрастанием энергии отясигающих электронов. Этот результат привел к предположению, что радиационный отжиг связан с процессами возбуждения и ионизации электронной системы Ge [4].
Браун, Аугустиньяк [5] определили пороговую энергию электронов, начиная с которой в гг-Ge генерируются радиационные дефекты. Она оказалась равной Ет — 355 кэВ, чему соответствует значение Ed = 15,1 эВ. В этих экспериментах были зафиксированы аномалии в поведении электрических параметров гг-Ge, которые нельзя было объяснить упругим механизмом радиационного дефекто*
ДОПОРОГОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В Ge И Si
99
образования. Значите Ет мопялосъ приблизительно на 100 кэВ при увеличении температуры облучения от 20 до 263 К. Для тонких пластин Ge скорость радиационных изменений проводимости была больше для менее энергетических электронов и падала с ростом энергии бом-
бардирующих частиц (рис. 4.2). Эффект частично может быть объяснен различием сечений энергетических
; 0.? ¦ с-
Ф. Wibo.\r"
Рис. 4.1. Восстановление свойств n-Ge при облучении электронами допороговой энер-гии,Гобл = Гизм =10К : 1) изменение темновой проводимости о при облучении электронами с E0=.i,l МэВ; 2) радиационный отжиг электронами с Е0=0,315 МэВ, 3) прогрев до 130 К и облучение электронами [3|.
Рис. 4.2. Дозовая зависимость относительного изменения проводимости 0/0о n-Ge, N = 2-1014 см —3, ориентация пластин [ill], <3 = 15 мкм, Гобл = ГИЗМ=79К. Цифры на кривых соответствуют энергиям электронов. Пунктир — облучение было прервано [5].
потерь для электронов разной энергии, однако и в этом случае остаются непонятными температурная зависимость и зависимость от свойств исходного материала.
Авторы предположили, что в области энергий электронов йнже 355 кэВ радиационные эффекты связаны с
100 ДЕФЕКТЫ В АТОМАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 4
наличием в кристалле Ge примесей легких атомов типа Si или С. Для проверки этой гипотезы они провели эксперименты на пластинах Ge, вырезанных из сплава, содержащего 0,03% кремния. Было обнаружено заметное возрастание скорости удаления носителей в области низких энергий бомбардирующих частиц.
Поиск путей интерпретации допорогового эффекта побудил ряд авторов к детальному исследованию влияния легких примесных атомов на нестабильность свойств Ge. Было предложено несколько механизмов возникновения дефектов Френкеля. Вначале обсуждалась модель двухступенчатой передачи энергии [61, согласно которой бомбардирующий электрон с энергией Еа и массой т при лобовом соударении передает легкому примесному атому с массой М энергию, равную
Т *ЕЛЕ» + 2'^)
Мсг
Смещенный атом примеси в свою очередь, упруго рассеиваясь на регулярном атоме матрицы, передает ему энергию [6]. Отношение энергии, сообщенной регулярному атому в этих двух элементарных актах Т', к энергии, сообщенной ему при лобовом воздействии бомбардирующего электрона Т, равно
Г' ш\
где Mi — масса атома решетки. При условии, что > Л/, получается, что Т' = 4Т, т. е. значение порога для смещения регулярного атома спиясается в четыре раза. Однако модель эта не выдержала сравнения с экспериментом.
