Особенности процессов образования радиационных дефектов в полупроводниковых материалах IV группы и нитридах III группы с мелкими примесями

• Автор: Емцев, Константин Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Глава 1 Собственные точечные дефекты и их комплексы с мелкими легирующими

примесями в полупроводниковых материалах (обзор)

§1.1 Образование точечных дефектов в полупроводниковых кристаллах при упругом смещении регулярных атомов под действием быстрых электронов и гамма-лучей.

Пороговая энергия упругого смещения атомов кристаллической решетки

§ 1.2 Пары Френкеля как первичные радиационные дефекты. Аннигиляция и разделение пар Френкеля при облучении и отжиге. Вакансии и собственные междоузельные атомы

а) Собственный междоузельный атом

б) Вакансия
§ 1.3 Экспериментальное и теоретическое изучение комплексов собственных точечных дефектов с мелкими примесями в полупроводниках 1Угруппы и нитридах III группы

а) Комплекс «вакансия-примесный атом IIIгруппы-»

б) Комплекс «вакансия-изовалептный примесный атом IVгруппы»

в) Комплекс «вакансия-примесный атом Vгруппы»

г) Примесные междоузельные атомы и комплексы с их участием
Заключение к главе
Глава 2 Экспериментальная техника и методы исследований
§ 2.1 Исследуемые материалы и подготовка образцов
§ 2.2 Техника радиационных воздействий (облучение быстрыми электронами, гаммалучами и протонами)
§ 2.3 Экспериментальные методы электрических измерений. Методики обработки
экспериментальных данных
Заключение к главе
Глава 3. Собственные точечные дефекты и примесные комплексы в сильно легированном кремнии п- и р-типа, подвергнутом облучению быстрыми
электронами
§ 3.1 Радиационные дефекты, возникающие в сильно легированном кремнии п-типа при низкотемпературном электронном облучении
■ 3.2 Радиационные дефекты, возникающие в сильнолегированном кремнии р-типа при
низкотемпературном электронном облучении
§ 3.3 Особенности процессов высокотемпературного отжига радиационных дефектов в сильно легированном кремнии п-типа, подвергнутом облучению быстрыми
электронами
§ 3.4 Сравнение процессов образования радиационных дефектов в сильно легированном кремнии п-типа и р-типа при электронном облучении при двух
температурах Г=4,2 К и 300 К
Заключение к главе
Глава 4 Примесно-дефектные комплексы в германии
§ 4.1 Ловушки основных носителей заряда в гамма-облученном п-йе, легированном
мелкими донорными примесями V группы (Р, Ав, БЬ и Ві)
§ 4.2 Ловушки неосновных носителей заряда в гамма-облученном п-ве, легированном
мелкими донорными примесями V группы (Р, Ав, БЬ и Ві)
§ 4.3 Идентификация вторичных радиационных дефектов в гамма-облученном п-Се,
легированном мелкими донорными примесями V группы (Р, Аз, БЬ и Ві)
Заключение к главе
Глава 5 Радиационные дефекты в нитриде галлия и нитриде индия
§ 5.1 Особенности процесссов образования и отжига радиационных дефектов в
нитриде галлия «-типа при облучении быстрыми электронами
§ 5.2 Процессы образования и отжига радиационных дефектов в нитриде индия «-типа,
подвергнутом протонному облучению
Заключение к главе
Заключение
Публикации автора
Благодарность
Литература

Актуальность темы
Облучение кристаллических твердых тел ядерными частицами, энергия которых достаточна для упругого смещения регулярных атомов из узлов решетки, представляет собой самый распространенный и контролируемый способ образования дефектов структуры и изменения их концентрации. Практическое значение таких работ очевидно. На основе полученной информации совершенствуются технологические процессы изготовления радиационно-устойчивых материалов и разрабатываются технологические приемы целенаправленного изменения их электрических и оптических свойств за счет введения дефектов радиационного происхождения при строго дозированном облучении. Научный аспект радиационных исследований кристаллических твердых тел заключается в более глубоком понимании природы и сущности фундаментальных процессов в реальных кристаллах.
Среди исследованных полупроводниковых материалов указанные вопросы удалось в основном разрешить только для кремния, для которого детальные исследования структуры радиационных дефектов с помощью электронного парамагнитного резонанса, были дополнены данными электрических, оптических, фотоэлектрических и других измерений. Однако до сих пор радиационные эксперименты проводились в основном на слабо и умеренно легированном кремнии с концентрацией носителей заряда до 1017 см'3. Природа и поведение точечных дефектов в сильно легированных материалах мало изучены, хотя в настоящее время интерес к этой проблеме резко возрос в связи с новыми потребностями производства полупроводниковых приборов.
К сожалению, несмотря на большой объем выполненных работ, вопрос о механизмах образования, энергетических спектрах и природе дефектов в германии остается во многих отношениях открытыми, а моделирование радиационных процессов обычно проводится на основе представлений об идентифицированных в кремнии точечных дефектов. Поэтому актуальным является вопрос об исследовании радиационных дефектов в германии, исходя из вновь возникшего интереса электронной промышленности к этому полупроводнику и его сплавов с кремнием. Как и следовало ожидать, главное внимание исследователей привлечено к взаимодействию собственных дефектов С мелкими примесными центрами III И V групп, I поскольку последние являются основными легирующими примесями в кремнии и германии.
В последние годы огромный всплеск интереса к исследованию прямозонных нитридов III группы, таким как нитрид галлия и нитрид индия, обусловлен их перспективным использованием в оптоэлектронике. Однако анализ имеющейся литературы показывает, что

позволили также сделать вывод о более высокой стойкости п-Б^С к радиационному воздействию по сравнению с «-81, по крайней мере для слоев карбида кремния, полученных методом сублимационной эпитаксии. Ранее, исходя из упрощенной методики оценки скоростей образования радиационных дефектов только на основе измерения удельной электропроводности в исходном и облученном материалах, карбид кремния считался менее стойким при облучении, чем кремний.
§ 3.2 Радиационные дефекты, возникающие в сильнолегированном кремнии р-типа при низкотемпературном электронном облучении
Перейдем к обсуждению процессов радиационного дефектообразования в вырожденном кремния р-типа, протекающих при облучении быстрыми электронами с энергией 2,5 МэВ при температуре Т=4,2 К. На рис. 12 представлена типичная дозная зависимость концентрации носителей заряда в р-8пВ. Как и в случае вырожденного п-81 (см. §3.1), при низкотемпературном облучении кремния р-типа быстрыми электронами концентрация дырок уменьшается линейно с дозой облучения. Из-за высокой скорости удаления дырок в этом случае нам удалось показать, что для материала р-типа дозная зависимость остается линейной даже при изменении концентрации носителей заряда до половины от ее исходного значения. Аналогично тому, что мы наблюдали для облученного кремния п-типа, процессы радиационного дефектообразования в вырожденном кремнии р-типа также оказались практически нечувствительными к плотности потока быстрых электронов, т.е. к уровню ионизации во время облучения (рис. 13).
Скорость удаления носителей заряда в вырожденном кремнии р-типа, подвергнутом облучению быстрыми электронами при Т= 4,2 К, оказалась равной >/а=(4±1) см'1. Это значение намного (более чем в 20 раз) превышает скорость удаления электронов в вырожденном п-81 при одинаковых условиях облучения (ср. §3.1). На рис. 14 представлены относительные изменения удельной проводимости, концентрации и подвижности носителей заряда в процессе электронного облучения вырожденного р-81 при Т= 4,2 К. Из этого рисунка ясно видно, что одновременно с сильным уменьшением концентрации дырок в р-81 подвижность носителей заряда в облученном материале также существенно падает с ростом дозы облучения. Таким образом, снова, как и в случае вырожденного п-81, оказывается, что для определения скорости удаления носителей заряда в облученном кремнии р-типа