Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
справедливое для е в узком интервале (0, е).
3. О < е ~ 3Ек.
Воспользуемся соотношением
S (Е0, Е, d) = асгм, (4.2.7)
где ом — сечение Мольера [56J, характеризующее вероятность создания в точке d электрона с энергией (Е, Е + + dE) инцидентным электроном с энергией Е. Подставляя (7) в (5), записывая снова е± == 0 и s2 = 3Е1С и вводя Ер
обозначение j ОмегudE — (Т0, получаем о
S(E0,E,x) = nii^X) ам. (4.2.8)
Поскольку пи п2 и А определяются из эксперимента, то формулы (5), (6) и (8) могут служить для нахождения функции S(Eо, Е, х). Формула (8) пригодна и для случаев 1 и 2, но здесь более точные результаты дают уравнения (5) и (6). Ход вычисленных кривых пространственных распределений для ранных Е0 показан па рис. 4.8.
При ионизационном механизме дефектообразования возможна специфическая зависимость скорости накопления радиационного эффекта от температуры облучения типа
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДОПОРОГОВОГО ЭФФЕКТА
127
электрической проводимости материала и интенсивности потока ионизующих электронов.
Зависимость от типа проводимости и уровня легирования Si. Ионизационное происхождение элементарного акта генерации дефектов выражается в определенного вида зависимости относительного изменения сопротивления образцов от тина проводимости и уровня легирования исходного материала. В допороговом механизме (см. гл. 2) вероятность смещения атома в междоузельное положение пропорциональна отношению времени жизни ионизационного состояния атома и эффективного периода атомных колебаний.
В материале n-Si проводимости процесс релаксации возбужденного состояния многократно попизовапиого атома протекает значительно быстрее в связи с наличием высокой плотности свободных электронов. С ростом проводимости исходного и-Si сечеппе ионизационного механизма дефектообразования будет уменьшаться. В материале /j-типа проводимости среднее время жизни многократно попизовапиого атома Si будет значительно выше, чем в n-Si, п оно будет возрастать с концентрацией дырок.
Экспериментально было обнаружено, что а) допоро-говые эффекты наблюдаются как в р-Si, так и в и-Si; однако б) скорости введения радиационного эффекта ф имеют разную величину; например, для n-Si и P’-Si (с р~ 6-7 Ом • см, Nd = 104 см-2) значения ф отличаются приблизительно в 8—10 раз при равных условиях облучения и измерения; в р-Si эффект выражен сильнее;
в) с увеличением концентрации легирующей примеси наблюдается изменение параметра ф: он возрастает в интервале 1013—1016 см~3 для р-Si [24] и уменьшается для ft-Si [28J; зависимость допорогового эффекта от уровня легирования материала приведена на рис. 4.9 и 4.10;
г) уменьшение концентрации носителей тока вследствие понижения температуры облучения также вызывает изменение скорости генерации допороговых дефектов: в интервале температур 100—360 К ф уменьшается приблизительно в 7—8 раз для /з-Si и в 3 раза для re-Si [28].
Ватным фактором, характеризующим ионизационное происхождение элементарного акта, является то, что для обоих типов материалов в исследованном интервале концентраций носителей тока остаются без изменения: 1) по-
128 ДЕФЕКТЫ В АТОМАРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ [ГЛ. 4
ложеппе максимумов в зависимости ср по энергетической и по температурной шкалам; 2) процесс отжига допорогового радиационного дефекта (рис. 4.20 п 4.21), вводимого электронами или рентгеновскими кваптамп, не зависит от типа проводимости исходпого материала. Эти факты »/
/о
Рис. 4.20. Кинетика изохронного отжига р-Si (*отж в каждой точке 20 мин). Кривые: 1 — облучение
электронами с Е0=16 кэВ,
Ф= ю16 см~ ^’^обл ^120К и 2 — гамма-лучами 60Со, 7—3500 P/с, Ф=108 Р, Тобл=77К [21].
Рис. 4.21, Кинетика изохронного отжига p-Si. Облучение при Тобл =77 К 100 кэВ-ми электронами. Ф«5*1’0,в см“2, 2, 5) и
рентгеновскими квантами, Ф~5-1017 см-2 (.?, 4). Кри-вые 1,3 —. образец, легированный бором, 2, 4 — цинком, 5 — литием [28].
указывают на единую природу ионизационного процесса в рассматриваемых случаях.
Необходимо отметить, что при воздействии частиц высоких энергий (в условиях, когда преобладает механизм упругого смещения атомов) такого вида зависимость от типа проводимости и уровня легирования исходного материала не наблюдается. Как правило, при облучении Si электронами высоких энергий, гамма-квантами 60Со, гамма- и нейтронным излучением реактора наиболее подверженным радиационным воздействиям является материал тг-типа проводимости. В аналогичных условиях облучения /?-Si более стабилен [331. В надпороговой области энергий наблюдаемую зависимость от типа проводимости связывают с зависимостью диффузионно-контролируемых
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДОПОРОГОВОГО ЭФФЕКТА
129
процессов образования комплексов, включающих одну из компонент пары Френкеля.
Температурная зависимость. При ионизационном мв ханизме дефектообразования имеет место характерная за висимость скорости накопления дефектов от температуры облучения. Сечение ионизации глубоких электронных оболочек не зависит от температуры облучения. Однако время релаксации этого возбужденного состояния зависит от температуры, поскольку в нейтрализации многократно заряженного атома могут участвовать свободные электроны. При дальнейшем повышении температуры над процессом накопления первичных дефектов начинает преобладать процесс их рекомбинации, что приводит к температурной зависимости скорости пакоплепия дефектов, проходящей через максимум.
