Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
200
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. 6
— в промежуточном интервале температур облучение приводит к наибольшему увеличению скорости диффузии: D'=Da + D(I).
Модель Динса и Дамаска была развита в LI—5J, где рассмотрены различные условия миграции и отжига первичных дефектов, образованных при взаимодействии ядерного излучения с твердым телом. Большое внимание уделено процессам термостимулированной миграции вакансий и междоузельных атомов к неподвижным стокам, в качестве которых могут выступать дислокации, границы зерен, реальная поверхность твердого тела и другие дефекты. Учитывается также рекомбинация генетических пар Френкеля, взаимодействие первичных радиационных дефектов с примесями и другие процессы.
При условии, что атомные дефекты перемещаются только к неподвижным стокам, уравнения, описывающие характер изменения концентрации точечных дефектов, определяются так [1]:
dvy/dt = к — kyv, di/dt = к — kii,
где v, i — атомные доли вакансий и междоузельных атомов, к — скорость генерации дефектов при облучении, kvv, kji характеризуют процесс взаимодействия точечных дефектов со стоками. В стационарных условиях концентрации дефектов определяются из соотношений
v = к/ку, i = klki.
Величины kv, ki можно связать с днффузионпьгап параметрами:
ку = a yVyX2, ki — aiViX2,
где v — частота скачков, % — длина элементарного скачка, а — концентрация стоков.
Полагая, что ускоренная миграция атомов характеризуется коэффициентом диффузии
Dy = (V + V0)Vvv,
где V0 — термически равновесная концентрация вакансии, получаем
Dj = кJav -)- Dq.
§ 1] ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА ТЕРМИЧЕСКУЮ ДИФФУЗИЮ 201
Аналогичное.уравнение можно получить для междоузельных атомов:
Di = klaj -J- Dq,
где Da — коэффициент термической диффузии дефектов.
Таким образом, в модели Динса — Дамаска значение коэффициента радиационной диффузии является аддитивной величиной по отношению к термической диффузии. При этом радиационная надбавка к D0 определяется лишь скоростью генерации точечных дефектов и не зависит от температуры диффузионного отжига.
Если генетические пары Френкеля эффективно рекомбинируют между собой, то дифференциальные уравнения, описывающие концентрационные изменения во времени атомных дефектов, записываются в виде
dv/dt = к — vyvi, di/dt = к — vjvi.
В стационарном случае при v = vI = vv, v = i получаем, что
v = i = {k/v)'h.
С учетом этого выражения решение уравнения для нестационарного случая имеет вид
v = ШиУЧ1 — 2ехр [—2{k/v)'ht\}.
Следовательно, в данном случае коэффициент радиационной диффузии будет зависеть от дозы излучения.
Коэффициент диффузии в Ш был определен через концентрацию точечных дефектов:
D =АХ\С.
«
Для нестационарной диффузии в соответствии с междо-узельным механизмом он имеет вид
D! = kX4CaV(2ktlCa) + I.
Следовательно, в данном случае коэффициент диффузии оказывается нестационарным и характеризуется зависимостью D ~ t~'l\ т. е. с ростом дозы излучения будет наблюдаться снижение коэффициента диффузии.
202
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[гл. е
§ 2. Экспериментальные проявления стимулированноЗ излучением диффузии атомов
Изучение работ по отжигу радиационных дефектов, вызванному облучением, привело к выводу о возможности низкотемпературной миграции в полупроводниках [35, 36]. К примеру, отметим работу Мак-Кэя и др. L34], в которой авторы наблюдали низкотемпературный отжиг (при Т от я; = Ю К) дефектов в сильно вырожденном и-Ge.
Стародубцев и Ниязова [35, 36] исследовали долговременную вариацию проводимости CdS, вызванную локальным воздействием узкого пучка рентгеновских квантов. Предполагалось, что в облучаемом участке CdS генерируются новые центры, способствующие увеличению проводимости кристалла, которые представляют собой радиационные дефекты структуры типа смещенных в междоузлия атомов S и серных вакансий. Повышение чувствительности CdS во время облучения вызвано диффузией при комнатной температуре этих центров в соседние участки кристалла [36].
Монокристаллы CdS облучались рентгеновским пучком (УРС-70, трубка с вольфрамовым антикатодом, напряжен на трубке U = 30 кВ,
I = 4—16 мА (рис. 6.8)).
J, отн. вд
I РП
In!
pfezL
С ciS
U
200 -500В
Рис. 6.8. Схема локального облучения CdS в средней его части узким пучком рентгеновских лучей (РП) [36].
t, v
Рис. 6.9. Изменение проводимости ] со временем t. Кривые: 1 — образец, предварительно активированный равномерным воздействием рентгеновскими квантами и затем отожженный при Тотж= 300 К в течение tT = 16ч в темноте, 2 — tT = 464. Рентгеновский зонд был расположен на расстоянии от границы электрода ж=3,25 мм. Ширина РП 1 мм [37].
§ 2] СТИМУЛИРОВАННАЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ ДИФФУЗИЯ АТОМОВ 203
