Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Отметим следующие экспериментальные и теоретические данные, свидетельствующие об участии электронных возбуждений в активации низкотемпературной диффузии [154, 156]:
— НМ активируется воздействием излучения допоро-говой энергии;
— воздействие светом стимулирует процессы миграции атомов;
— НМ обнаруживает спектральную зависимость от длины волны инициирующего диффузию света;
— НМ зависит от исходного состояния электронной подсистемы кристалла, т. е. от типа проводимости и исходного уровня легирования материала;
— для НМ характерна малая энергия активации, которая значительно меньше, чем в случае термической диффузии;
— НМ — атермический процесс переноса вещества, т. е. при НМ элементарные акты перескоков атомов не связаны с термодинамическими равновесными тепловыми флуктуациями энергии;
— коэффициент диффузии возрастает с ростом плотности потока излучения (света, допороговых электронов, гамма-квантов и т. д.);
— теоретические модели НМ предполагают характерную зависимость стимулированной диффузии от плотности потока и энергии частиц, и это может быть использовано при идентификации результатов эксперимента.
238
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. 6
Излучение допороговых энергий. В целях ослабления вклада в НМ процессов радиационного дефектообразования и выяснения роли электронных возбужденш! авторы [56, 100, 103, 108, 115, 142] использовали: 1) разные источники излучения со значительно отличающимися величинами сечения образования дефектов: рентгеновские
кванты, электроны с энергией до 100 кэВ, гамма-кванты 60Со, гамма- и нейтронное излучение реактора и т. д.;
2) широкий интервал температур (от 77 до 400 К), позволивший варьировать в процессе облучения скорость отжига компонент пар Френкеля; 3) разные мощности потоков частиц в целях изменения темпа генерации радиационных дефектов; 4) разные примеси, коэффициент диффузии которых с увеличением концентрации неравновесных вакансий возрастает (примеси In, Ga в Si; S, Cd в CdS) или уменьшается (примеси Au, Rh, Li, Zn, Cu в Si).
Частицы допороговых энергий не могут создавать радиационные дефекты посредством упругого механизма. Однако в Si, InSb, PbS, CdS и других полупроводниках возможно допороговое дефектообразование (см. гл. 4, 5). Используя характерные свойства допороговых эффектов (температурную зависимость, влияние типа проводимости, чувствительность эффекта к структурным несовершенствам кристалла и т. п.), авторы [142, 146] подобрали такие условия облучения, которые позволяли либо сводить до минимума эффективность радиационного дефектообразования, либо ее усиливать.
Ослабление вклада в НМ радиационных дефектов оказалось также возможным в опытах с Li, Au, Rh, Zn, поскольку эти примеси в Si мигрируют по междоузлиям и выходят из диффузионного процесса при взаимодействии с вакансиями в связи с образованием малоподвижных комплексов (диссоциативный механизм диффузии) [56, 156].
Диффузия Au и дрейф Li стимулировались облучением мягкими рентгеновскими квантами [103, 104]. В опытах с Au использовали «-Si, легированный Р, р« 150 —200 Ом • см, ориентация [111], плотность дислокаций не более Nd» 104 см-2. Образцы облучались на УРС-70 (Z7 = 50 кВ, 7 = 16-20 мА (7 = 100 рад/с или 5-1012 см-2-с-1), ro6n = 300 К).
§ 4] ВЛИЯНИЕ OB IIA НИЗКОТЕМПЕРАТУРНУЮ МИГРАЦИЮ 239
Ап, проникая в процессе облучения в базовую область поверхностно-барьерных диодов, вызывает необратимые изменения вольт-амперных, вольт-емкостных характеристик, спектральной зависимости фототока. С накоплением поглощенной дозы у детекторов обнаруживается выраженная граница перехода между компенсированной Au областью и исходным материалом.
На рис. 6.34 приведены фотографии торцовой поверхности золото-кремниевого детектора, полученные методом скола [146] и методом химического окрашивания I104J. Было обнаружено появление значительно скомпенсированной области в результате облучення при комнатной температуре дозой « 5 ¦ 108 Р. Граница перехода располагалась от поверхности с золотой пленкой па глубине, приблизительно равной 165 —170 мкм. На контрольных-образцах ширина области объемного заряда составляла несколько единиц мкм и оставалась без изменения. По изменению глубины залегания перехода оценен коэффициент диффузии Au в Si, который равен « 10-12 cmVc. По данным [2, 157] коэффициент термической диффузии Au при 600 К равен « 10“12 см2/с. Следовательно, стимулированная рентгеновским излучением (плотность потока / « 5 ¦ 1012 см-2 • с'1) диффузия Au в Si при 300 К протекает со скоростью, соответствующей скорости термической диффузии при 600 К [103].
i НМ Au обнаруживается по уменьшению барьерной емкости кремниевых диодов [104]. На рис. 6.35, а, б приведены вольт-емкостиые характеристики до и после облучения образцов. Характер изменения емкости аналогичен эффекту, наблюдаемому при термической диффузии, и соответствует процессам компенсации исходной легирующей примеси глубокими цептрами рекомбинации.
