Влияние термообработки и легирования на свойства монокристаллического кремния

• Автор: Тимошина, Маргарита Игоревна
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 209 с. : ил.

Содержание

Глава 1 Пути направленного изменения свойств при термической обработке кремния.

1.1 Возможность управления деградацией электрофизических и физико химических свойств кремния.

1.2 Полиморфные превращения в кремнии

1.3 Влияние примесей на свойства кремния.

1.3.1 Свойства кремния, легированного редкоземельными элементами.

1.3.1.1 Влияние примесей редкоземельных элементов на электрофизические параметры кремния

1.3.1.2 Влияние РЗЭ на процессы радиационного дефектообразования кремния.

1.3.1.3 Термическая стабильность кремния, легированного РЗЭ

1.3.2 Свойства кремния, легированного натрием

1.3.3 Поведение примеси золота в кремнии.

1.4 Применение гетгерирования в кремнии
1.5 Выводы.
Глава 2 Методики эксперимента и расчета
2.1 Методика исследования электропроводности и эффекта Холла полупроводников при температурах от комнатных до К.
2.2 Методические аспекты измерения гальваномагиитных эффектов в высокоомном кремнии
2.2.1 Измерительные образцы
2.2.2 Схема компьютерной системы измерения.
2.2.3 Исходные расчетные формулы.
2.3 Проявление неоднородностей кристаллов
2.4 Методика определения параметров дефектов и примесей, создающих в запрещенной зоне полупроводников глубокие уровни ОЬТЗ
2.5 Методики исследования структурных дефектов.
2.6 Определение параметров распада пересыщенных твердых растворов на основе кремния
Глава 3 Влияние термообработки на электрофизические свойства кремния
3.1 Исследование параметров электронного переноса в кремнии.
3.2 Электрофизические свойства монокристаллов кремния в широком интервале температур
3.2.1 Эффект Холла
3.2.2 Глубокие уровни в кремнии.
3.3 Термообработка кремния.I
3.4 Выводы.
Глава 4 Радиационная и термическая стойкость кремния.
4.1 Выбор легирующих добавок, определенных на основе системы неполяризованных ионных радиусов СНИР.
4.2 Влияние термической обработки на структуру и свойства легированного монокристаллического кремния.
4.2.1 Кремний, полученный методом Чохральского.
4.2.2 Кремний БЗП
4.3 Иопное легирование кремния примесями, определенными на основе системы неполяризованных ионных радиусов СНИР
4.4 Кинетика распада твердых растворов на основе кремния.
4.4.1 Кремний алюминий.
4.4.2 Кремний натрий, кремний вольфрам натрий
4.4.3 Кремний гадолиний золото.
4.4.4 Кремний германий марганец
4.5 Выводы
Глава 5 Получение приборов на основе кремния.
5.1 Разработка способов термической обработки подложек кремния для изготовления транзисторов.
5.2 Разработка прецизионных стабилитронов на основе радиационностойкого кремния.
5.3 Выводы.
Заключение.
Список использованных источников


Такие стоки в оптимальном варианте не должны изменять параметров полупроводников и должны уменьшить эффективность образования вторичных дефектов. В качестве стоков для первичных радиационных дефектов могут выступать электрически неактивные примеси. Эффективность стока зависит от его геттерирующей способности. Исходя из физико-химических свойств примесей наиболее перспективным в этом плане является использование редкоземельных примесей, которые при определенных условиях формируют стоки, удовлетворяющие условиям оптимального варианта. Как уже указывалось выше, дефекты обладают высокой подвижностью и активно взаимодействуют между собой. Следовательно, если максимально «занять» междоузлия и ограничить миграцию дефектов или же ввести в междоузлия кристаллической решетки такие примесные атомы, чтобы они были активны для взаимодействия с дефектами с тем, чтобы нейтрализовать электрическую активность дефектов, то можно снизить деградацию свойств полупроводникового материала. С этой точки зрения наиболее подходящими являются переходные элементы Периодической таблицы Д. И. Менделеева []. Таким образом, из вышеизложенного следует, что проблема управления деградационными свойствами полупроводников, и, в особенности, кремния, являющегося самым широко используемым полупроводниковым материалом, далека от своего решения. Исследования физических свойств ковалентных кристаллов в области фазового перехода кристалл-расплав, выполненные А. Р. Регелем и В. М. Глазовым [], привели к открытию класса веществ, которые при плавлении переходят в металлическое состояние. Результаты получили дальнейшее развитие в высокотемпературных исследованиях структуры и свойств ковалентных кристаллов, в первую очередь кремния. В результате этих исследований, проведенных с использованием прецизионной аппаратуры, удалось установить явление, связанное с преобразованием структуры в сторону уплотнения, которое является характерным для кристаллов с преимущественно ковалентным типом межатомной связи []. В таблице 3 [] приведены данные по температурной зависимости относительно удлинения различных марок кремния, а именно: 1- кремний, выращенный бестигельной зонной плавкой (БЗП), бездислокационный; 2- кремний (БЗП), дислокационный с плотностью дислокаций 6-Ю4 см'2; 3- кремний, выращенный по методу Чохральского, бездислокационный; 4,5-кремний, дислокационный; 6 - поликристаллический кремний (“сырец”), полученный охлаждением из газовой фазы БіНСЬ; 7 - поликристаллический кремний, полученный из БіВЦ; 8 -литой поликристаллический кремний; 9- технический Бі; -легированный А1 и — легированный сурьмой. В таблице 3 приведений концентрации углерода и кислорода, а также температурные интервалы обнаружения фазовых переходов. Тн - начальная температура, Тк - конечная температура). Характеристика материала Температурные интервалы фазовых переходов Удл. Легированный А1 ~! Легированный БЬ -4,5* см'3. Температурную зависимость относительного удлинения, см. С со скоростью 2-5 град/мин изучали в вакуум-камере дилатометра ТА- (8тКи-Рюо), точность регистрации сигнала прибора 0,1 мкм, погрешность измерения температуры не более 3 % []. На рис. Анализ дилатометрических кривых свидетельствует о наличии 3-х температурных интервалов, в которых наблюдается отклонение температурной зависимости относительного удлинения от линейного характера. Аномальный характер температурной зависимости линейных размеров образцов свидетельствует о наличии различных фаз кремния в определенных интервалах температуры, в связи, с образованием которых и наблюдаются зафиксированные объемные изменения. Достижение в процессе нагрева определенных температур, соответствующих интервалу III (в некоторых случаях II), сопровождается уменьшением значения относительного удлинения (рисунок 3 б). С до °С. Рис. Температурную зависимость коэффициента линейного расширения указанных выше объектов изучали на дилатометре АД- с кварцевым держателем при нагреве до °С в трубчатой печи сопротивления в атмосфере аргона. Расширение образца в процессе нагрева регистрировали на 2-х координатном регистраторе ПДПЧ-. Из рис.