Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
В диффузионных экспериментах, проводившихся с использованием радиоактивных изотопов, было обнаружено влияние радиационного фона изотопов на диффузионные параметры. Согласно работе Аракеляна и Спицына I.29J процесс самооблучения оказывает влияние на миграцию радиоактивных атомов в кристаллах Ge и Si. Влияние самооблучения рассматривается в двух аспектах: 1) испускание изотопами частиц сопровождается передачей атому изотопа энергии отдачи; 2) самооблучение может привести к появлению локализованных стационарных зарядов, которые могут исказить первоначальный потен-
198
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. в
циальный рельеф в окрестности атома-диффузанта за счет появления внутренних электростатических полей.
Влияние дислокаций, введенных облучением, на тепловую диффузию. При воздействии низкоэнергетических электронов с высокой плотностью потока в монокристаллах Si и (те возникают дислокации, которые перемещаются R глубь кристалла г. процессе бомбардировки 130, 311.
Таблица 0.1
Коэффициент диффузии Li в облученном Si [22]
Тип Si 1), см2,/с -2 лв, т, к
Ф, СМ см 3
Междоузельный Li 2.3- 10~3Х 300-400
Хехр(---0,66 IkT)
Легированный В 3,0-108 1014- 275-333
-
Ьч
О
СО
Рч
И
о
X
Облученный быст 7,0-1012 (1---3) -1 о14 <1014 300-410
рыми нейтрона Ф х (1---200) 101е <1014 300---330
ми *) п
Облученный X ехр(---0,83/А' Т)
0,9 МэВ-ми 2,1 -1018
электронами ф л
е
Хохр(---1,03/А: Т)
*) Тепловые нейтроны не оказывают влияния на диффузию 1.1 в Si [22].
В местах облучения электронами (ускоряющее напряже-
ние С—8 кВ, ток пучка 2-3 мА (10 А/см2), диаметр пучка
100—300 мкм, время облучения 0,2—0,8 с) плотность
дислокаций резко возрастает и достигает величины
108 см~2. При этом монокристалличность слоя сохраня-
ется [31].
Исследования термодиффузии В, Р, Sb и А1 в Si [31J
и In, Sb в Ge [23] указывают на значительное увеличение
скорости прохождения примеси в облучаемой области.
Плотность дислокаций при этом на стороне, противопо-
ложной облучаемой, была не менее 107 см-2. Увеличение
диффузионной активности [30, 31] связано с наличием
§ 1] ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ ПА ТЕРМИЧЕСКУЮ ДИФФУЗИЮ 199
развитой сетки дислокаций, вдоль которых диффузионное перемещение примесей облегчено [3, 32, 33J.-
Теоретические предпосылки высокотемпературной «радиационной диффузии» (механизм Динса — Дамаска). В случае вакансионного механизма коэффициент диффузии пропорционален концентрации вакансий в объеме кристалла Ш:
D0 = А- С у ехр (— EJkT),
где Cv — атомная доля вакансий, Ет — энергия активации движения вакансий, А —постоянная величина.
При этом равновесная концентрация точечных дефектов определяется как
Cv = А' ехр (— EjIkT),
где Ef — энергия образования вакансий.
Воздействие ядерным излучением приводит к росту концентрации точечных дефектов Су, которая определяется условием облучения.
Реализация механизма Динса — Дамаска [1J возможна в ограниченном интервале температур, поскольку при низких температурах вероятность тепловых флуктуаций, способных привести к диффузионному перескоку, мала, а при высоких — интенсифицируется отжиг радиационных дефектов.
Указанная функциональная зависимость позволяет прийти к следующим качественным выводам [1J:
— при высокой температуре облучения Су > Су, так как большая часть радиационных дефектов эффективно отжигается и излучение оказывает незначительное воздействие па скорость диффузии, т. е.
D’ « D0 « А" ехр (- EJkT)-,
— при низкой температуре облучения, когда отжиг радиационных дефектов малоэффективен, Су(/)>Су; коэффициент диффузии в этих условиях может увеличиться незначительно, поскольку D = D(I), а величина тепловой флуктуации невелика.
Температурная зависимость скорости диффузии будет характеризоваться- величиной энергии активации Ет, так как Су (7) слабо зависит от температуры [1-1;
