Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
В работе [7] была рассмотрена комбинация упругого и ионизационного механизмов. Пороговое значение энергии смещения может снизиться, если при столкновении, сопровождающемся передачей энергии отдачи ядру, одновременно произойдет разрыв электронных связей. Находясь в этом состоянии, атом имеет определенную вероятность выхода в междоузельное положение с образованием дефекта структуры.
ДОПОРОГОВЫЕ ЭФФЕКТЫ 73 Ge И Si
tot
Обсуждалась также модель ионизации атома в процессе резерфордовского рассеяния на нем бомбардирующей частицы [8]. Однако и этот механизм не позволяет объяснить экспериментальные данные о радиационном дефектообразованпц в Ge и Si в допороговой области энергий.
Набер п Джеймс [9] последовали три типа кристаллов Ge, выращенных в атмосфере водорода, в вакууме и в атмосфере гелия. Облучение Ge электронами с энергией 300 кэВ проводилось при температуре жидкого азота. Изменение проводимости имело место в основпом в кристаллах, выращенных в водороде (концентрация водорода была в пнх 1018 см-3). Наблюдаемый эффект авторы объяснили на основе модели двухступенчатой передачи эпергии, согласно которой смещение узлового атома возможно для бомбардирующих электронов с энергией 100 кэВ вместо Ет = 360 кэВ.
Выяспешпо вопроса об участии в дефектообразовании водорода посвящена работа Чена и Мак-Кэя [10]. Авторы исследовали и-Ge, выращенный в атмосфере водорода, дейтерия, азота и гелия, а также в вакууме (~10-5 мм рт. ст.). Была измерена дозовая зависимость относительного изменения проводимости и скорости удаления носителей тока (рис. 4.3), По наклону этих кривых была определена скорость введения радиационного эффекта и построена энергетическая зависимость (рис. 4.3, б), экстраполяция которой в область малых энергий бомбардирующих электронов указывает иа существование энергетического порога Ет * 40 кэВ вместо Ет » 360 кэВ.
Обнаружено существенное различие свойств радиационного эффекта, наводимого частицами высокой и допороговой энергий. В отличие от упругого дефектообразования в допороговой области энергий, скорость введения дефектов характеризуется экстремальной зависимостью от энергии падающих электронов (см. рис. 4.3, б).
Установлено также, что положепие максимума смещается с изменением толщины кристалла. Для образца толщиной 25 мкм максимум расположен при 150 кэВ, а для образца толщиной 300 мкм он находится в области энергий 300 кэВ.
В допороговой области энергий не наблюдается ориентационной зависимости скорости введения радиационных
О 1 dn/d<t>, 10~scm' -
a)
5 6
Ф, W1?cm~2
dn/dO,
S)
E0, кэВ
ZM
1,0
100
200
300
E0, кэВ
Рис. 4.3. Изменение проводимости монокристаллов n-Ge (легирующая примесь Sb или As, N « 2'1014 см~3), облученных электронами разных энергий. 1=12—15 мкА/см2, вакуум от 10“4 до 10""® мм рт. ст., 25 мкм; ^обл ~ ^изм ~ Ею]. а) Дозовая зависимость относительного изменения проводимости а/сто. б) Энергетическая зависимость скорости удаления носителей тока dnjd<b, указана кристаллографическая ориентация пластин. е) Температурная зависимость эффекта, Т'обл === ^изм “ 78 и 273 К.
ДОПОРОГОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В Ge И Si
103
дефектов. Радиационный эффект значительно увеличивается при понижении температуры облучения от 273 до 78 К (рис. 4.3, е). В кристаллах, выращенных в атмосфере водорода, радиационный эффект наводится с наибольшей скоростью, в дейтерированпых пластинках выражен слабо и не обнаружен в другого типа образцах. Установлено, что природа радиационных дефектов в допороговой области энергий специфична.
Кинетика отжига дефектов здесь существенно отличается от известной для надпороговых процессов. Следует отметить, что наблюдавшиеся авторами [10] изменения свойств Ge не укладываются в рамки модели двухступенчатой передачи энергии (малая величина Ет«40 кэВ, сохранение порога при замене водорода на дейтерий, смещение положения максимума с изменением толщины, сильная зависимость от температуры и т. п.).
Авторами [10] был предложен следующий механизм стимулированной низкотемпературной миграции водорода в Ge. Изменение положения водорода в решетке вызывает изменение его зарядового состояния. Из электрически нейтрального он переходит в состояние акцепторного центра либо, взаимодействуя с легирующей примесью, подавляет ее донорный характер, вызывая таким образом уменьшение концентрации носителей заряда. Эта модель также не иитерпретирует характерные особенности до-порогового радиационного дефектообразования. Более поздние исследования показали, что изменения свойств Ge и Si в допороговой области энергии излучения наблюдаются в выращенных разными методами кристаллах и не зависят от присутствия водорода.
В Si воздействие допорогового излучения вызывает значительные изменения параметров. При облучении Si электронами с энергией 50—100 кэВ наблюдается инверсия типа проводимости материала [ 11]. Воздействие мягкими рентгеновскими квантами инициирует долговременную релаксацию проводимости Si и Ge [12—14J, вносит в запрещенную зону Si энергетические уровни дефектов [15], оказывает влияние на изменение вольт-амперных и Других характеристик диодных структур [11, 14—18] и т. д.
