Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Изучению радиационного упорядочения сплавов, влияния радиационных дефектов на растворимость примесей, на скорость перемещения атомов при термической диффузии посвящено большое число работ.
Изменение коэффициентов диффузии объясняется влиянием на скорость перемещения атомов возрастания концентрации неравновесных вакансий, локального разогрева в тепловых клиньях, процессов упругого рассеяния бомбардирующих частиц па атомах диффузантов и т. д. Рассматриваются случаи влияния электромагнитного излучения высоких энергий и бомбардировки заряженными частицами в широком интервале энергий [1 — 3].
На основе результатов, полученных для металлов [1, 4, 5], и предположений, что в полупроводниках на диффузионные процессы также должны оказывать влияние неравновесные вакансии, сюда были перенесены представления, развитые применительно к металлам. В связи с этим исследования проводились при высоких температурах, необходимых для осуществления достаточно быстрой диффузии. Условия этих опытов исключали возможное влияние на диффузию связанных с электрон-решеточ-ными взаимодействиями процессов.
Исследованию влияния радиационных дефектов на тепловую диффузию в полупроводниках посвящено большое количество публикаций. Это работы Петерсона и Огильви (1959), Барюша, Константина и Пфистера
190
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ил ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. G
(1961—1963), Брело (1967), Хаклера п Кпкучп (1968), Болтакса п Савина (1970) и др. Отметим большой дтгкл исследований по ноино-лучевой имплантации материале а [6—9]. В этих исследованиях диффузионные эксперименты выполнены при достаточно высоких температурах па материалах, находящихся непосредственно в поле ионизирующего излучения и па полупроводниках, предварительно облученных дефекто-образующим излучением.
Ускорение термической диффузии в процессе облучения материала. Петерсон н Огпльвп [10] исследовали влияние рентгеновского излучения на диффузию.As из газовой фазы. Использовались протоны с энергией Е0 = = 2 МэВ, мощность дозы 4,5 • 105 Р/ч. Кварцевые ампулы с Ge и As нагревались до Т = 700°С и одновременно облучались. Для контрольных ампул поддерживалась Т = 700°С.
При облучении коэффициент диффузии (оценка проведена методом измерения глубины залегания р — к-пере-хода па косом шлифе и декорирования границы перехода химическим окрашиванием) увеличился в четыре раза. Концентрация вакансий в этих условиях опыта примерно в три раза превышала термодинамически равновесную [10].
В 1961 —1962 гг. появились публикации, в которых эти результаты были развиты Бартошем н др. [11, 12J-Было обнаружено увеличение скорости термической диффузии ряда примесей (В, Р, Ga в Si; Sb, As в Ge) при воздействии протопамп с энергией Е = 0,2 —1,5 МэВ или электронами с Е = 1 Мэв. Диффузия исследовалась по смещению границы р—и-перехода. Для контроля вклада термического смещения перехода облучение производилось через маски (рис. 6.1) таким образом, что рядом с облучаемой областью располагался участок р — ге-перехода.
Было получено [И, 12], что диффузионное смещение границы р — re-перехода имеет место при воздействии протонов со средней длиной пробега, сравнимой или меньшей глубины залегания перехода. Процесс ускорения
Протоны
I I I И
Рио. 0.1. Схема эксперимента по исследованию высокотемпературной радиационной диффузии [11].
§ 1] ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ПА ТЕРМИЧЕСКУЮ ДИФФУЗИЮ 191
диффузии нечувствителен к зарядовому состоянию и ионному радиусу примеси. Ускорение диффузии наблюдается при температурах не ниже 800°С для Si и не ниже 500°С для Ge.
В интервалах температур от 900 до 1200°С для Si и от 600 до 950°С для Ge эффект активации не зависит от
N, см~3
Рис. 6.2. Концентрационные профили распределения В в Si (а) и Р в Ge (б) [13]. Точки — экспериментальные данные, сплошные кривые —
расчетные, а) Условия проведения диффузии: Г0бл = 600°С, энергия протонов Ео—50 кэВ, 1=80 мА/см2. Метод измерения — декорирование границы залегания перехода. Время облучения (в мин): 1) 15, 2) 30, 3) 60, 4) 120; x^-Dot (в мкм2) равен 6,0-10~2(4); 3,0-10-2 (3); 1,5-10~2 (2)\ 0-7-10 2 (1). 6} Тодл = 580°С, Ед = 70 кэВ, 1= 40 мА/см2. Время облучения (в мин.): 1) 0, 2) 1, 3) в, 4) 30. 5) 150.
плотности потока частиц н от температуры облучения. Однако зависимость скорости диффузии от температуры, проявляющаяся при температурах облучення ниже 900°С для Si, смещается в область более низких температур с увеличением интенсивности излучения [И, 12].
Наблюдается дозовая зависимость эффекта [13], свидетельствующая об участии стабильпых комплексов радиационных дефектов в активации элементарных актов перескоков. Влияние суммарного потока протонов (энергия от 15 до 75 кэВ) на размытие профиля распределения Р в Ge и В в Si иллюстрируется рис. 6.2. Было обнару-
192
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. в
жено увеличение скорости диффузии в Si на пять порядков и в Ge на три порядка в сравнении с термической, соответствующей температуре облучения кристалла [131.
