Експериментальні дослідження впливу свинцю на структурні, електричні та рекомбінаційні параметри n-Si і термічне та радіаційне дефектоутворення в ньому. Вплив вуглецю на процеси утворення ТД-І, ТД-ІІ і розпад пересиченого твердого розчину кисню.
Аннотация к работе
При цьому у кремнії генеруються термічні дефекти, які можуть суттєво впливати на його електричні параметри. Крім того, електронним приладам часто доводиться працювати в умовах підвищеної ядерної радіації під дією якої в кремнії також утворюються дефекти структури. Оскільки ковалентний радіус атома вуглецю менший за ковалентний радіус атома кремнію, то навколо атомів вуглецю виникають локальні напруження розтягу. Метою даної роботи було отримати нову інформацію про те, як легування n-кремнію свинцем впливає на його структурні, електричні та рекомбінаційні параметри шляхом експериментальних досліджень впливу домішки свинцю на радіаційне та термічне дефектоутворення. Дослідити вихідні характеристики кремнію, легованого свинцем: наявність дислокацій, мікродефектів, електронних рівнів у забороненій зоні, що повязані із свинцем, додаткового розсіювання носіїв заряду, зміну часу життя нерівноважних носіїв заряду, спричинену свинцем, однорідність розподілу свинцю в матриці кремнію.Обєктами дослідження були зразки n-кремнію, вирощені методом Чохральського, леговані одночасно домішками свинцю і вуглецю. Вміст домішок вуглецю, свинцю і кисню визначений методом ІЧ-спектроскопії та SIMS-методом показано в табл.1. Видно, що легування свинцем не впливає на концентрацію Оі і загальну концентрацію С, але втричі зменшує концентрацію оптично активного, тобто атомарного С. Співставлення експериментальних кривих з теоретичним виразом де n-концентрація електронів в зоні провідності, NД, NA - концентрації донорів і акцепторів відповідно, ЕД - енергія донорного рівня, k - стала Больцмана, Т - температура, C - ефективна густина станів в зоні провідності, дозволяє окремо знайти концентрації донорів та акцепторів та визначити ступінь компенсації зразків. Різниця по сумарній концентрації А CICS-центрів у зразках, легованих свинцем, і у зразках без свинцю може бути спричинена тим, що в них може вводитися різна концентрація А-центрів або CICS-комплексів, які мають близькі за енергією іонізації електронні рівні: ЕС-0,17 ЕВ для першого і ЕС-0,16 ЕВ для другого дефекту, відповідно.Це призводить до зменшення щільності ростових мікродефектів, ступінню електричної компенсації, концентрації атомів вуглецю в оптично активному стані, а також до збільшення часу життя нерівноважних носіїв заряду. На відміну від інших ізовалентних домішок свинець в кремнії не приймає участі в утворенні електрично активних радіаційних дефектів. показано, що переважна частина атомів свинцю в кремнії знаходиться у вигляді домішкових преципітатів розмірами до 10 мкм; показано, що легування кремнію свинцем призводить до зменшення щільності ростових мікродефектів та збільшення часу життя нерівноважних носіїв заряду. легування кремнію свинцем призводить до сповільнення генерації термічних дефектів (ТД-І) і часткової нейтралізації впливу вуглецю на утворення ТД-І, ТД-ІІ і преципітацію кисню.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
Домішка свинцю в кремнії відіграє роль внутрішнього гетера для атомів інших домішок та власних точкових дефектів. Це призводить до зменшення щільності ростових мікродефектів, ступінню електричної компенсації, концентрації атомів вуглецю в оптично активному стані, а також до збільшення часу життя нерівноважних носіїв заряду.
На відміну від інших ізовалентних домішок свинець в кремнії не приймає участі в утворенні електрично активних радіаційних дефектів. В той же час легування свинцем призводить до зменшення ефективності накопичення головного радіаційного дефекту в кремнії комплексу VO. Це може бути використано для підвищення радіаційної стійкості кремнієвих матеріалів для електронного приладобудування.
- Оцінена величина граничної розчинністі свинцю в кремнії при легуванні із розплаву-порядку 1017 см-3;
- показано, що переважна частина атомів свинцю в кремнії знаходиться у вигляді домішкових преципітатів розмірами до 10 мкм;
- показано, що легування кремнію свинцем призводить до переходу більшої частини атомів вуглецю в оптично не активний стан;
- показано, що легування кремнію свинцем призводить до зменшення щільності ростових мікродефектів та збільшення часу життя нерівноважних носіїв заряду. При цьому не спостерігається помітного впливу на розсіяння носіїв струму та спектр електронних рівнів у забороненій зоні кремнію;
- легування кремнію свинцем призводить до сповільнення накопичення радіаційних дефектів ( CICS в 7-13 разів; VO на 20-25%) при електронному опроміненні;
- електронне опромінення легованого свинцем кремнію не призводить до утворення нових електронних рівнів у верхній половині забороненої зони порівняно з контрольним матеріалом;
- легування кремнію свинцем призводить до сповільнення генерації термічних дефектів (ТД-І) і часткової нейтралізації впливу вуглецю на утворення ТД-І, ТД-ІІ і преципітацію кисню.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ
1. В.Б. Неймаш, М.М. Красько, А.М. Крайчинський, В.В. Войтович, В.М. Попов, А.П. Поканевич, М.І. Городиський, О.М. Кабалдін, В.М. Цмоць. Вплив домішки свинцю на радіаційну стабільність монокристалічного кремнію. // Журнал фізичних досліджень.-2003.-T7,B.2.-C.184-187.
2. Krasko, V.V. Voitovych, V.B. Neimash, A.M. Kraitchinskii. Effect of doping by lead on the formation of thermal defects in silicon with increased carbon // Ukr. J. Phys.- 2004.- V.49, №7.- p. 691-694.
4. M.L. David, E. Simoen, C. Claeys, V. Neimash, M. Krasko, A. Kraitchinskii, V. Voytovych, A. Kabaldin and J.F. Barbot. Electrically active defects in irradiated n-type Czochralski silicon doped with group IV impurities. // J. Phys.: Condens. Matter.- 2005.- V.17.- P. S2255-S2266.
5. M.L. David, E. Simoen, C. Claeys, V. Neimash, M. Krasko, A. Kraitchinskii, V. Voytovych, A. Kabaldin and J.F. Barbot. On the effect of lead on irradiation induced defects in silicon // Solid State Phenomena.- 2005.- V.108-109.- P. 373-378.
6. В. Неймаш, Н. Красько, В. Войтович, В. Попов, В. Цмоць. Влияние изовалентной примеси свинца на радиационное и термическое дефектообразование в монокристалическом кремнии. // 1-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників (з міжнародною участю).- Одеса.- 2002.- T.2.- С.299-300.
7. М.М.Красько, В.В.Войтович, В.Б.Неймаш, А.М.Крайчинський, В.М.Цмоць, О.М.Кабалдін. Вплив ізовалентної домішки свинцю на термічне дефектоутворення в кремнії // Четверта міжнародна школа-конференція з актуальних проблем фізики напівпровідників. Тези доповідей. Дрогобич, Україна. 24-27 червня 2003 р., с. 24.
8. V.Neimash, M.Krasko, A.Kraitchinskii, V.Voytovych, O.Kabaldin, V.Tsmots, E.Simoen, C.Claeys. Oxygen precipitation and thermal donor formation in Pb- and C-doped n-type Czochralski silicon // in: High Purity Silicon VIII, Proceeding of the International Symposium, Proc.vol. 2004-2005, p.286-293.
9. M.-L.David, E.Simoen, C.Claeys, V.Neimash, M.Krasko, A.Kraitchinskii, V.Voytovych, V.Tishchenko, J.F.Barbot. Radiation-induced deep levels in lead and tin doped n-type Czochralski silicon// in: High Purity Silicon VIII, Proceeding of the International Symposium, Proc.vol. 2004-2005, p. 395-406.
Список литературы
1. M.L. David, E. Simoen, C. Claeys, V. Neimash, M. Krasko, A. Kraitchinskii, V. Voytovych, A. Kabaldin and J.F. Barbot. Electrically active defects in irradiated n-type Czochralski silicon doped with group IV impurities // J. Phys.: Condens. Matter.- 2005.- V.17.- P. S2255-S2266.
2. M.L. David, E. Simoen, C. Claeys, V. Neimash, M. Krasko, A. Kraitchinskii, V. Voytovych, A. Kabaldin and J.F. Barbot. On the effect of lead on irradiation induced defects in silicon // Solid State Phenomena.- 2005.- V.108-109.- P. 373-378.
3. Watkins G.D. A microscopic view of radiation damage in semiconductors usind EPR as a probe // IEEE Trans. Nucl. Sci.- 1969.- V.16, № 6.- P. 13-18.
4. Watkins G.D. Defects in irradiated silicon: EPR of the tin-vacancy pair // Phys. Rev. B.- 1975.- V.12, № 10.- P. 4383-4390.
5. Добровинский Ю. М., Соснин М. Г., Цмоць В. М., Шаховцюв В. И., Шиндич В. Л. Влияние примеси олова на накопление радиационных дефектов в n-Si // ФТП. - 1988.- Т.22, В.6. - С. 1149-1151.
6. В.Б. Неймаш, В.В. Войтович, A.M. Крайчинський, Л.І.Шпінар, М.М. Красько, В.М. Попов, А.П. Поканевич, М.I. Городиський, Ю.В. Павловський, В.М. Цмоць, О.М. Кабалдін. Вплив легування ізовалентною домішкою свинцю на параметри n-кремнію. // Ukr. J. Phys.2005.V.50, N5.- P. 492-496.
7. Lerouille J. Influense of carbon on oxygen behavior in silicon // Phys. Stat. Sol. (a).- 1981.- V.67, № 1.- P. 177-181.
9. Gaworzewski P., Schmalz K. Oxygen-related donors formed at 600 0C in silicon in dependence on oxygen and carbon content // Phys. Stat. Sol. (a).- 1983.- V.77, № 2.- P. 571-582.
10. Бабицкий Ю.М., Гринштейн П.М., Ильин М.А., Мильвидский М.Г., Орлова Е.В., Рытова Н.С. Влияние углерода на образование термодоноров и преципитацию кислорода в бездислокационном кремнии // Изв. АН СССР. Неорган. материалы.- 1985.- Т.21, № 5.- С. 744-748.