Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
В начальный момент облучения имеет место уменьшение прямых токов диодов при заданном напряжении смещения (рис. 6.40, 6.41). По мере накопления дозы излучения на ВАХ появляется участок дифференциальной проводимости 5-типа. Подобного вида ВАХ имеют «длинные» диоды из Ge или Si, легированные Au при термической диффузии [158]. 5-образные ВАХ возникают на структурах из Si с неоднородным распределением компенсирующей примеси [159]. Напряжения срыва ВАХ у детекторов, облученных разными дозами, отличаются друг от друга. На поверхностно-барьерных диодах, изготовленных из Si, предварительно облученного при Т0бл = = 350 К дозой 5,6 ¦ 10э Р (значительно превышающей ту дозу, которая накапливается в диффузионном эксперименте (см. рис. 6.41)), срыва ВАХ не наблюдается вплоть до напряжений 100 —120 В (кривая 6 рис. 6.41). Авторы [87, 103] указывают, что появление 5-образных вольт-амперных характеристик в условиях опыта [87] не связано с радиационными дефектами.
Вызванные радиационными дефектами изменения ВАХ описаны в работах [160—162J. При облучении Si-диодов гамма-лучами наблюдается появление отрицательной проводимости [160]. Эффект исчезает при повышении температуры выше 240 К. Предполагается, что зависимость связана с изменением положения уровня Ферми.
При низких температурах {Т 240 К) он расположен выше уровня радиационных дефектов (.Е-центр, Ес— 0,4 эВ). Отжиг ^-центров (Т« 180°С) приводит к полному исчезновению 5-образных ВАХ.
На рис. 6.42 приведены результаты Николаевского и Щуренкова [162]. Возникающее при облучении Si-диодов гамма-лучамп 60Со плп электронами с энергией 2 и
§ 4] ВЛИЯНИЕ ЭВ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНУЮ МИГРАЦИЮ 245
JmA
0)
и, в
J, Л! А
Ф
и, В
Рис. 6.40. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики поверхностно-барьерных золото-кремниевых диодов до (1) и после (2) воздействия рентгеновским излучением (U=50 кВ, 1=16 мА) дозами (в рад): а) о - 107, б) 5 • 108, в) контрольные образцы. Температура измерения и облучения комнатная [104].
т мА
U,В
Рис. 6.41. Вольт-амперные характеристики золото-кремниевых детекторов до (1) и после облучения гамма-квантами в0С (в Р): 2) 2,2 • i09, 3) 2,5 • 109, 4) 3,1 ¦ 109 и 5) 4,1 • i09; 6) соответствует детектору, изготовленному из кремния, предварительно облученного гамма-квантами, Ф=5,6 • i09 Р, I= = 3500 P/с, Тобл = 350 К, Тизы = 300 К [87].
246
ВЛИЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФФУЗИЮ
[ГЛ. в
4 МэВ отрицательное дифференциальное сопротивление авторы [160—162] объясняют введением в базовую область рекомбинационных центров радиационного происхождения и компенсацией заряда основной легирующей примеси. В [161, 162] учитывается образование зон разупорядочения, которые также оказывают влияние па ВАХ.
Рис. 6.42. Вольт-амперные характеристики диодов, облученных электронами, Ео=4 МэВ, Г0рл = 25°С. Кривые: 1) до и после облучения дозами (в см-2): 2) 1 • 10'5; 3) 3 • 10ls; 4) 5,7 • 10"; 5) и 6) 15 • 1015; 5') 9 • 10'5.
Гизм = 25°С (а) и — 196°С (б) [162].
В опытах [103] было обнаружено, что в бескислородном тг-Si с удельным сопротивлением 250—400 Ом • см, т « 200 мкс и Nd« 104 см-2 дозы, начиная с которых удавалось обнаружить появление отрицательной проводимости, Ф = 1,5-109 Р (см. рис. 6.41) и Ф « 108 рад (см. рис. 6.40). Гамма-лучи в этом материале создают преимущественно ^-центры [135], концентрация которых в предельном случае не превышает концентрацию исходной примеси (iVp "1013 см-3). На этом основании и учитывая, что 5-тина ВАХ в случае Au в Si наблюдаются при комнатных температурах и выше, а также то, что концентрационные профили распределения Au в облученных пластинах свидетельствуют о проникновении Au в базовую область диодов, авторы [87, 103] радиационные изменения переходных параметров поверхностнобарьерных золото-кремниевых детекторов объяснили диффузионным вхождением Au в базовую область прибо-
§ 4] ВЛИЯНИЕ ЭВ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНУЮ МИГРАЦИЮ 247
ра и введением в запрещенную зону Si энергетических уровней Au.
В опытах с рентгеновскими квантами (см. рис. 6.40) были подобраны условия облучения, при которых допороговое радиационное дефектообразование не могло инициировать появление ВАХ 5-типа. К примеру, из материала гл. 4 видно, что в и-Si при Т0бл = 300 К (см. рис. 4.20 и 4.21) допороговые радиационные дефекты интенсивно отжигаются и не успевают оказать влияния на электрические параметры материала базы.
Фотостимулированные процессы. В работе Уоткинса [123] обнаружена низкотемпературная фотостимулиро-ванная миграция изолированной вакансии и междоузель-ного бора в Si, причем НМ наблюдалась при температурах облучения 4,2 и 20,4 К. Использовались методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядер-ного квадрупольного резонанса (ЯКР). Изучалась кинетика отжига центров: (SL—G1), соответствующего изолированной вакансии, (Si — G10) — комплексу (Bs+F) и (Si — G 28) —бору в междоузельном положении (В/).
Фотостимулированная миграция наблюдалась при освещении Si ультрафиолетовым светом или излучением неодимового лазера с X = 1,06 мкм. В/ вводился в Si облучением высокоэнергетическими электронами. Использовались кристаллы р-Si (зонно-плавленный, легированный В до N-в = 1016 см-3, содержание кислорода менялось от 101в до 1018 см-3).
