Закономірності процесів дефектоутворення в структурах і приладах на основі кремнію. Вивчення впливу вихідних дефектів та механізмів їх трансформації в процесах легування, окислення кремнію і подальших механічних обробок на формування дефектної структури.
Аннотация к работе
При виготовленні сенсорів на основі кремнію, найбільш суворі вимоги предявляються як до якості вихідного напівпровідникового матеріалу, так і до технології виготовлення, що включає різання, шліфовку, механічну і хімічну поліровку, легування, окислення та інші операції у виробництві багатошарових структур. Структурні дефекти пластин кремнію, що є основою для формування на них (легуванням, окисленням і металізацією) напівпровідникових приладів, впливають на параметри виготовлених приладів, такі як чутливість, коефіцієнт посилення струму, час спрацьовування, час регенерації, стабільність, вибірковість та інші. Тому важливо встановити міру впливу вихідних структурних дефектів в пластинах високоомного кремнію на формування дефектної структури в процесі технологічних операцій виготовлення приладів, зокрема, в процесі легування і окислення цих пластин при виробництві кремнієвих p-i-n-фотоприймачів (p-i-n-ФП). Відповідно до цього в роботі були поставлені та вирішені такі завдання: - визначено механізм впливу структурних дефектів на профілі розподілу концентрації домішок в обємі і по поверхні пластин кремнію і p-i-n-ФП, виготовлених з цих пластин; Для вирішення поставлених у роботі завдань використовувалися такі взаємодоповнюючі методи дослідження: метод вибіркового хімічного травлення з використанням хімічних вибіркових травників Сиртля і Секко; оптичний метод дослідження за допомогою металографічного мікроскопа ММР - 2Р з максимальним збільшенням у 1000 разів; растрова електронна мікроскопія поверхні (РЕМП) з максимальним збільшенням 300 000 разів і роздільною здатністю 3 нм; енергодисперсійна спектрометрія (ЕДС) з чутливістю до 0,02 атомних відсотка; електронна Оже-спектроскопія (ЕОС) з просторовою роздільною здатністю 3 мкм і енергетичною роздільною здатністю аналізатора 0,3 %; вторинна іонна мас-спектрометрія (ВІМС); атомно-силова мікроскопія поверхні (АСМП) з латеральною роздільною здатністю до 2 нм і з вертикальною роздільною здатністю до 0,2 нм; метод вольт-фарадних характеристик з компютерною обробкою інформації; метод вольтамперних характеристик; метод іонного легування.Перший розділ "Процеси дефектоутворення в кремнії і фотоприймальних p-i-n-структурах" - складається із чотирьох підрозділів, у яких розглянуто класифікацію, джерела та електрофізичні властивості дефектів в кремнії; питання дефектоутворення, характерного для іонного легування кремнію та легування кремнію в процесі хімічного осадження із газової фази; особливості впливу домішок і дислокацій на міцність кристалів кремнію; механізми впливу дефектів на параметри p-i-n-структур. У підрозділі 1.1 "Види, джерела та електрофізичні властивості дефектів в кремнії" наводиться класифікація дефектів, розглядаються поверхневі та обємні джерела дислокацій, приклади навмисного введення дефектів за для корисних цілей, питання деградації дефектів та їх впливу на електрофізичні характеристики приладів, гіпотези виникнення свірл-дефектів. Оскільки дислокації, дислокаційні ряди і міжзеренні межі є однією з причин мікронеоднорідності монокристалічних матеріалів, що обумовлюють локальні зміни фізичних властивостей вихідних матеріалів і невідтворюваність результатів багатьох технологічних процесів, важливо знати вплив дефектів на параметри напівпровідникових приладів, а також вплив дефектів один на одного, щоб виключити негативні наслідки, обумовлені наявністю одних дефектів, шляхом штучного введення інших дефектів. Не зважаючи на високу досконалість методів, легування кремнію призводить до утворення точкових дефектів (фонових домішок, власних міжвузлових атомів кремнію), радіаційних дефектів, до виникнення кластерних скупчень домішок і областей розупорядкованого (інколи аморфного) кремнію. У підрозділі 1.3 "Особливості впливу домішок і дислокацій на міцність кристалів кремнію" зазначено, що з наявністю вихідних дефектів в кристалі повязано існування локальних механічних напруг, які призводять до вихідних локальних деформацій кристалічної решітки і впливають на поріг пластичної течії напівпровідників.Механізм зміцнення кристалів р-кремнію, що містять фонову домішку кисню, яка преципітує на дислокаціях, полягає в тому, що, кисень, потрапляючи в область розтягування біля дислокації і преципітуючи на дислокації, у звязку з меншим ковалентним радіусом (0,066 нм) у порівнянні з ковалентним радіусом бору (0,086 нм), сильніше компенсує розтяжіння навоколо дислокацій, обумовлюючі більше, у порівнянні з бором, стискання додатно деформованої області. Зміни температурної залежності коефіцієнту посилення фотоструму і квантової ефективності p-i-n-фотоприймачів при зростанні густини дислокацій обумовлені тим, що із зростанням густини дислокацій зростає розсіяння носіїв заряду на дислокаціях. Диференційний переріз розсіяння носіїв заряду на дислокаціях слабкіше залежить від температури, ніж диференційний переріз розсіяння носіїв заряду на фононах, тому із збільшенням густини дислокацій залежності квантової ефективності і коефіцієнту посилення фотостр