Накопление дефектов в облучаемом ионами кремнии при пониженной плотности каскадов смещений

• Автор: Азаров, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.10, 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 101 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные аббревиатуры и сокращения

Введение

Глава Обзор литературы

1.1 Общие представления о взаимодействии ускоренных ионов с всще

1.2 Процессы вторичного дефектообразования в кремнии

1.3 Влияние условий облучения на накопление дефектов в кремнии

1.3.1 Облучение кремния легкими ионами

1.3.2 Облучение кремния тяжелыми ионами

1.3.3 Облучение кремния ионами низких энергий

1.4 Молекулярный эффект в кремнии

1.4.1 Молекулярный эффект в кремнии при облучении тяжелыми ионами
1.4.2 Молекулярный эффект в кремнии при облучении легкими ионами
1.5 Основы экспериментальных методов анализа уровня повреждения кристаллической решетки
1.5.1 Метод спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния.
1.5.2 Метод анизотропии неупругого обратного рассеяния электронов
1.6 Основные выводы
Глава 2 Особенности накопления разрушений при облучении кремния легкими ио
нами 2.1 низких энергий Методика и условия эксперимента
2.2 Экспериментальные результаты и их обсуждение
2.3 Модель роста поверхностных аморфных слоев при облучении низкоэнсргстическими легкими ионами
2.3.1 Кинетика роста поверхностных аморфных слоев
2.3.2 Природа возникновения пороговой дозы и модель с учетом насыщаемых стоков
2.4 Особенности образования дефектов в ваАз, бомбардируемом медленными ионами
2.5 Основные результаты и выводы
Глава 3 Молекулярный эффект в Б на легких ионах эксперимент и модель.
3.1 Методика эксперимента
3.1.1 Установка для ионной имплантации и резерфордовской спектроскопии
3.1.2 Калибровка масштаба по глубине.
3.1.3 Измерения методом анизотропии неупругого обратного рассеяния электронов
3.2 Экспериментальные результаты.
3.3 Модель молекулярного эффекта в Б на легких ионах
3.4 Основные результаты и выводы.
Глава 4 Дефектообразование в Б под воздействием низкотемпературного облучения быстрыми тяжелыми ионами
4.1 Методика и условия эксперимента
4.2 Экспериментальные результаты.
4.3 Параметры среднего индивидуального каскада атомных смещений.
4.4 Модель накопления разрушения и механизм молекулярного эффекта
4.5 Особенности накопления дефектов в приповерхностной области
4.6 Основные результаты и выводы.
Заключение.
Литература


Однако, в последнее время, наблюдается стабильный рост интереса к ионной имплантации в этих энергетических диапазонах. Подобный интерес связан с тем обстоятельством, что имплантация ионами столь низких энергий позволяет получать устройства, в которых толщина легированного слоя не превышает двух-трех десятков нанометров [5,6]. Потребность в таких устройствах назревает в связи с уменьшением геометрических размеров элементов современной микроэлектроники и переходу к манометровым технологиям. В то время как имплантация ионами высоких энергий позволяет не только получать сверхглубокие р-п переходы, но и изменять свойства полупроводниковой матрицы на значительную глубину контролируемым введением радиационных дефектов [7,8]. Кроме того, имплантация такими ионами позволяет путем подбора химического состава молекулы совмещать получение слоев заданного типа проводимости с процессами пассивирования и гетгерирования дефектов [9]. Хотя процессы, сопровождающие имплантацию молекулярных ионов в полупроводники, исследуются, по крайней мере, более трех десятилетий, достаточно реалистичные механизмы дефектообразования существуют только для бомбардировки молекулярными ионами тяжелых элементов низких энергий []. Цель настоящей работы направлена на изучение и объяснение закономерностей накопления нарушений устойчивых при низких и комнатных температурах при радиационном повреждении в условиях, Кда генерируемые внедряемыми ионами каскады атомных смешений имеют пониженную плотность. Б1 в окрестности межфазной границы с-Б! Б1 на легких ионах при комнатной температуре; выявление роли плотности потока ионов. Предложена физическая модель накопления структурных нарушений и Б1 при облучении его медленными легкими нонами при комнатной температуре. Данная модель базируется на представлении о миграции генерируемых ионами мобильных точечных дефектов к поверхности и последующих процессах их сегрегации на межфазной границе, а также учитывает тот факт, что переход из кристаллического в аморфное состояние происходит спонтанно при достижении критического уровня дефектов. Создана математическая модель этого процесса. Приложение этой модели к случаю бомбардировки ОлАб подобными ионами показало, что она может быть применена и для других типов полупроводниковых материалов. Получены данные о радиационном повреждении Б1 при имплантации в него атомарных и молекулярных ионов висмуга с энергией 0. МэВ/атом при температуре жидкого азота. Результаты показывают, что при данных условиях облучения распределение устойчивых нарушений по глубине в Б» имеет ярко выраженный бимодальный характер. Показано, что в данных условиях облучения повреждение в Б1 происходящее в объеме может быть описано в рамках модели перекрытия частично разупорядочеиных областей. Установлено, что данная модель должна быть модифицирована по сравнению с более ранними ее приложениями, введением критического уровня дефектов, при достижении которого происходит спонтанный переход из кристаллического в аморфное состояние. Показано, что традиционный механизм, привлекаемый для объяснения молекулярного эффекта на легких ионах и основанный на концепции нелинейных энергетических пиков, возникающих при перекрытии отдельных субкаскадов, в действительности, в случае облучения Б і легкими ионами не дает существенного вклада. Предложен новый физический механизм молекулярного эффекта, основанный на нелинейности процессов вторичного дефектообразования в кремнии, и на его базе проведено численное моделирование экспериментальных данных. Результаты расчетов показали, что данный механизм может играть определяющую роль в процессах накопления устойчивых нарушений при облучении Бі легкими молекулярными ионами. В работе предложены и разработаны физические модели, которые позволяют предсказывать результаты использования ионных пучков для модификации и анализа свойств подложек из кремния, а так же и ряда других полупроводниковых материалов. Предложена оригинальная методика для расчета толщины тонкого поверхностною аморфного слоя по спектрам распределения дефектов по глубине, полученными методом резерфордовской спектроскопии.