Управление статическими и динамическими параметрами силовых кремниевых приборов методом радиационного технологического процесса

• Автор: Орлова, Марина Николаевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИАЦИОННОЙ ФИЗИКИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВ

1.1 Физические процессы, возникающие в кремнии при радиационном технологическом процессе с применением быстрых электронов

1.2 Механизм образования и физическая природа глубоких радиационных

центров в кремнии

1.3 Кинетика отжига радиационных центров

1.4 Поверхностные радиационные эффекты

1.5 Выводы к главе 1

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ СИЛОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДНЫХ СТРУКТУР. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Методика радиационного технологического процесса

2.2 Обоснование выбора объектов исследования
2.2.1 Конструктивнотехнологические особенности и характеристики объектов исследования
2.2.2 Разработка технологического маршрута изготовления диодов с применением РТП
2.3 Оборудование радиационной обработки быстрыми электронами Линейный ускоритель Электроника ЭЛУ 6
2.4 Методика и оборудование для измерения релаксационной спектроскопии глубоких уровней в полупроводниковых структурах
2.4.1 Методика релаксационной спектроскопии глубоких уровней РСГУ
2.4.2 Измеритель релаксации емкости
2.4.3 Методика расчета параметров глубоких уровней из спектра РСГУ
2.5 Методика и оборудование для измерения статических и динамических параметров диодных структур
2.5.1 Измеритель характеристик полупроводниковых приборов Л2
2.5.2 Прибор для измерения времени восстановления обратного сопротивления времени на основе цифрового осциллографа
2.5.3 Измеритель емкости диодных структур ИЕ
2.6 Выводы к главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДНЫХ СТРУКТУР С ПРИМЕНЕНИЕМ РАДИАЦИОННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
3.1 Спектроскопия глубоких уровней методом РСГУ
3.2 Влияние режимов операций РТП на статические параметры
3.3 Влияние режимов операций РТП на динамические параметры
3.4 Выводы к главе 3
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НА СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СИЛОВЫХ КРЕМНИЕВЫХ ДИОДНЫХ СТРУКТУР
4.1 Расчет динамики изменения статической и динамической мощностей при облучении быстрыми электронами
4.2 Влияние РТП на вольт амперные характеристики силовых кремниевых диодных структур
4.3 Влияние облучения быстрыми электронами на концентрацию носителей
заряда и распределение примеси в активных областях диодных структур
4.4 Положение уровня Ферми, в кремнии облученного интегральным потоком быстрых электронов
4.5 Влияние облучения быстрыми электронами на удельное
электросопротивление силовых кремниевых диодных структур
4.6 Моделирование работы силового диода
4.7 Выводы к главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Атом, движущийся с большой энергией сквозь вещество, замедляется в результате многочисленных столкновений. В некоторых из этих столкновений заметное количество энергии передается атомам мишени, но в большинстве случаев энергия передается отдельным электронам атомов мишени. Следует ожидать, что движущийся с такой большой скоростью атом будет сильно ионизоваться, а при замедлении будет приобретать электроны. Электроны, орбитальные скорости которых больше скорости движения атома, останутся на своих орбитах, а электроны, орбитальные скорости которых меньше скорости атома, оторвутся от него. Столкновения, претерпеваемые движущимся атомом, можно разделить на два класса упругие и неупругие. В упругих столкновениях движущиеся атомы взаимодействуют с атомами вещества мишени, передавая некоторое количество энергии этим атомам и теряя такое же количество энергии. Таким образом, под упругим понимают такое столкновение, при котором сохраняется общая кинетическая энергия бомбардирующего и бомбардируемого атомов, а не такое столкновение, после которого бомбардирующий атом продолжает двигаться в измененном направлении без потери энергии. При неупругих столкновениях происходит потеря энергии вследствие электронного возбуждения. Во всех столкновениях взаимодействие обусловлено кулоиовскими силами между зарядами ядер и электронов. В упругих столкновениях достаточно учесть, что электроны частично экранируют заряды ядер и не играют никакой другой роли таким образом, в этих столкновениях электронное облако адиабатически реагирует на сближение двух ядер и не принимает участие в какомлибо процессе возбуждения. С другой стороны, при неупругих столкновениях имеет место непосредственное взаимодействие электронов с бомбардирующей частицей, причем после прохождения частицы сквозь вещество электроны остаются в возбужденных состояниях 8 . Неупругие столкновения являются более вероятными, когда атом имеет большую энергию, а упругие столкновения приобретают большее значение после того, как движение атома замедлилось. Переход от неупругих к упругим столкновениям происходит постепенно, но все же можно сформулировать следующее положение. В начальный момент, когда смещенный атом вещества имеет энергию Еа, превышающую порог ионизации Е для кремния , 7,1 кэВ, т. Еа Еь преобладают нсупругие столкновения. При этом потеря энергии движущимся атомом на образование дефектов смещения незначительна. Но мере торможения атома вероятность упругих столкновений возрастает. Наибольшие перспективы использования в радиационной технологии полупроводниковых структур имеет облучение быстрыми МэВ электронами. Это связано с особенностями первичных физических процессов, присущих данному виду радиационной обработки. При прохождении быстрых электронов через кристалл полупроводника их энергия в основном расходуется на неупругое рассеяние на атомах, что приводит к их ионизации и возбуждению. Наряду с определяющим процессом ионизации электроны с энергиями порядка кэВ и выше могут при упругом рассеянии на кулоновских потенциалах ядер атомов решетки передавать им энергию, превышающую величину Ел что приводит к смещениям атомов и образованию пар Френкеля 1. Для передачи атомам мишени энергии, достаточной для их смещения, электроны, вследствие их малой массы должны двигаться с релятивистскими скоростями при этом электрон проникает сквозь облако орбитальных электронов и испытывает кулоновскос взаимодействие с ядрами. О угол, под которым рассеивается электрон по отношению к первоначальной траектории движения. Максимальная энергия Еатах передается при лобовом столкновении угол 0 0. Схема упругого взаимодействия электрона с атомом кристалла показана на рисунке 1. Важной особенностью электронного облучения является то, что лишь незначительная часть быстрых электронов может рассеиваться под большими углами в упругое рассеяние Резерфорда. Подавляющее же число актов упругого рассеяния электронов происходит при небольших углах с передачей малых количеств энергии. Быстрые электроны с энергией Ее 5 МэВ в среднем передают при упругих резерфордовских столкновениях атомам кремния энергию порядка эВ.