Влияние отжига, электронного облучения и упругой деформации на проводимость слоев пористого кремния с различной морфологией

• Автор: Брагин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 150 с.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОЛУЧЕНИЕ, ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ

ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ

1.1 Формирование пористых слоев при электрохимической обработке монокристаллического кремния

1.2 Особенности структуры и морфологии пористого кремния

1.3 Классификация электрических свойств пористых слоев

1.4 Влияние внешних воздействий на свойства материала

1.4.1 Окисление и термообработка

1.4.2 Воздействие облучения на пористые спои

1.4.3 Механическая деформация материала

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2. 1 Экспериментальное получение слоев пористого кремния
2.2 Характеристика исследуемых структур
2.3 Методика измерения электрических параметров структур, содержащих пористый кремний различной морфологии и пористости
2.4 Режимы термического отжига, электронного облучения и параметры упругой деформации
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА 450 - 550 °С НА УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ С РАЗЛИЧНОЙ МОРФОЛОГИЕЙ
3.1 Влияние кратковременного отжига на проводимость пористого кремния первой группы
3.2 Воздействие термического отжига на удельное сопротивление пористого кремния второй группы

3.3 Эффект релаксации проводимости после перехода в высокопроводящее состояние для пористого кремния третьей группы
3.4 Влияние кратковременного отжига на проводимость пористого кремния четвертой группы
ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ СЛОЕВ РАЗЛИЧНОЙ СТРУКТУРЫ И ПОРИСТОСТИ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ
4.1 Воздействие электронной обработки на проводимость пористого кремния второй группы
4.2 Изменение удельного сопротивления пористого кремния третьей группы в результате электронного облучения
4.3 Воздействие электронной обработки на удельное сопротивление пористого кремния четвертой группы
ГЛАВА 5. ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В ПОРИСТОМ КРЕМНИИ
5.1 Зависимость проводимости от деформации для пористых слоев первой группы
5.2 Тензорезистивный эффект в слоях пористого кремния второй группы
5.3 Зависимость проводимости от деформации для пористого кремния третьей группы
5.4 Отсутствие тензорезистивного эффекта в слоях пористого кремния, содержащих аморфную фазу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ ^
Более полувека (с момента создания полупроводникового транзистора в 1948 г.) кремний остается материалом "номер один" полупроводниковой электроники. Подавляющее большинство (до 90%) всех электронных устройств производится на основе кремния. Он применяется при изготовлении полупроводниковых приборов, микросхем и процессоров, используется в бытовой технике и компьютерах, в мобильных телефонах и солнечной энергетике, в цифровом телевидении, навигационных системах и т.д.
В середине 50-х годов при исследовании методов электрохимической полировки поверхностей монокристаллических кремниевых (МК) пластин в водных растворах НР была получена новая модификация кремния. Исследования показали [1, 2], что при небольших плотностях тока полировка проходит нестабильно, а иногда на поверхности пластины образуется окрашенный, губкообразный материал, получивший название -пористый кремний (ПК).
Было установлено, что благодаря развитой пористой структуре с огромной удельной площадью поверхности (до 1000 м2/см!) пористые слои обладают высокой химической активностью, что значительно ускоряет протекание таких важных технологических процессов как диффузия, окисление, эпитаксия, гетгерирование и т.д. На ПК методом осаждения из газовой фазы при низких температурах (< 850°С) могут быть получены эпитаксиальные слои кремния отличного качества. Кроме того, было обнаружено, что пористые слои очень быстро окисляются (в 10 - 100 раз быстрее монокрисгаллического кремния) при относительно низких температурах (< 850°С) и образуют толстые оксидные пленки (2-10 мкм). Это предопределило перспективность использования окисленного ГЖ для создания межкомпонентной диэлектрической изоляции элементов полупроводниковой электроники и интегральных схем. На протяжении нескольких десятилетий интерес к пористому кремнию стимулировался
3Q0K, что так же было подтверждено и непосредственными электрическими измерениями [43]. Установлено, что пористый материал ведет себя как кремний с собственным типом проводимости. Согласно данным [61] общая концентрация бора в объеме ПК гораздо больше, чем концентрация электрически или оптически активных примесей в материале. Таким образом, на поверхности нанокристаллитов акцепторы пассивированы водородом, аналогично тому, как водород пассивирует акцепторные примеси в кристаллическом кремнии.
В работах [60, 62] рассматривается возможность нейтрализации водородом атомов примеси в насыщенном водородом пористом материале. Согласно данным [60] пассивация в аористом кремнии я-типа должна происходить с образованием связи между водородом и тем атомом кремния, который является ближайшим соседом для атома примеси В ПК, выращенном на подложках р-типа проводимости, пассивация акцептора реализуется, когда протон захватывается около отрицательно заряженного иона акцептора (протон получается при захвате дырки атомом водорода). Присутствие комплексов (Н, В) и (Н, Р)_в кристаллитах кремния можно определить путем проверки наличия деформационных мод инфракрасного поглощения на 1905 см-1 и 1555 см-1 соответственно.
При помощи вторичной ионной масс •— спектроскопии и инфракрасной спектроскопии исследовано несколько моделей нейтрализации водородом электрически активных атомов бора в пористом кремнии [62]. Установлено, что концентрации водорода и акцепторной примеси соизмеримы, а нейтрализация бора проявляется как провал в поглощении на свободных носителях заряда и увеличение сопротивления пористого слоя. Кроме того, обнаружена новая полоса в спектре инфракрасного поглощения ПК, проявляющаяся при 1875 см“1, принадлежащая связи водород-кремний. Поскольку поглощение на связи В-Н должно иметь место при 2560 см авторами [63] сделан вывод, что водород в ПК не пассивирует бор напрямую, а