Физические свойства и структурные особенности легированных германием монокристаллов кремния, выращенных в условиях жидкостной подпитки

• Автор: Ежлов, Вадим Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Поведение германия в кремнии
1.2. Выращивание монокристаллов кремния, легированных германием
1.3. Образование дефектов в легированных германием монокристаллах кремния, облученных электронами с высокими энергиями
1.4. Образование дефектов в легированных монокристаллах кремния после имплантации ионов VB подгруппы Периодической системы Д.И.Менделеева
1.5. Возможности и ограничения метода DLTS при определении параметров дефектов, создающих в запрещенной зоне кремния глубокие уровни
1.6. Цели работы
2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Рентгеноспектральный микроанализ
2.2. Нестационарная емкостная спектроскопия глубоких уровней (DLTS)
2.3. Определение концентрации носителей заряда с помощью эффекта Холла; определение удельного сопротивления; расчет подвижности носителей заряда
2.4. Определение содержания кислорода
2.5. Определение времени жизни неосновных носителей заряда
2.6. Селективное травление
2.7. Облучение монокристаллов кремния быстрыми электронами
2.8. Имплантация в монокристаллы кремния ионов элементов
VB подгруппы
2.9. Режимы отжига имплантированных образцов
3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ
4.1. Распределение германия в легированных германием монокристаллах кремния, выращенных методом жестко
закрепленных сообщающихся сосудов
4.2. Физические свойства монокристаллов кремния после облучения их быстрыми электронами с энергией 6 МэВ
4.3. Физические свойства монокристаллов кремния после имплантации
в них элементов VB подгруппы
5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Важность исследования физических свойств и структурных особенностей монокристаллов кремния определяется тем, что кремний является основным материалом микроэлектроники, силовой электроники, солнечной энергетики. Наряду с исследованием влияния электрически активных добавок на физические свойства кремния, большой интерес представляет изучение влияния изовалентных добавок (Се, 5и) на эти свойства.
Известно /1-9/, что германий - основная изовалентная добавка в кремнии -влияет на энергию образования точечных дефектов, тормозит скорость образования термодоноров в кремнии, влияет на скорость диффузии примесей. Германий способствует созданшо внутреннего геттера в объеме монокристаллов кремния, что влияет на их рекомбинационные свойства, в том числе увеличивает время жизни неравновесных неосновных носителей заряда. Германий влияет на радиационную стойкость кремния /10-12/.
В связи с тем, что германий заметным образом влияет на физические свойства монокристаллов кремния, важно изучение распределения его в объеме монокристаллов, выращенных различными методами и разработка процесса выращивания монокристаллов кремния с макро- и микрооднородным распределением германия.
Изучение механизма образования и природы различных точечных дефектов в бездислокационных и малодислокационных монокристаллах кремнии, подвергнутых различным видам воздействия (облучению быстрыми электронами, имплантации ионов различных масс), является важной фундаментальной задачей. Представляет безусловный интерес исследование процессов образования радиационных точечных дефектов в монокристаллах кремния, легированных германием и анализ путей управления типом и концентрацией этих дефектов с помощью изовалентных добавок.
В работе изучали физические свойства и структурные особенности монокристаллов твердых растворов системы кремний-германий; концентрация германия составляла ~(0,5-2) ат.%.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Поведение германия в кремнии
Кремний и германий - элементы IV группы Периодической системы Д.И.Менделеева - кристаллизуются в структуру алмаза. Они неограниченно растворяются друг в друге, образуя непрерывный ряд твердых растворов замещения с положительной энергией смешения III. Коэффициент ближнего порядка больше 1. Параметры решетки кремния и германия различаются на 4%. Атомы германия, обладая большим ковалентным радиусом, чем атомы кремния (Т?5,=0,317 нм, КОе=0,122 нм), создают упругие напряжения в монокристалле кремния и могут вступать во взаимодействие с другими дефектами и примесями.
Вследствие различия ковалентных радиусов германий создает неоднородную деформацию в решетке кремния, вызывая статические смещения окружающих атомов /2/. В присутствии атомов германия изменяются свойства доноров и акцепторов в кремнии. Искажается потенциал донора или акцептора, находящегося в ближайшем окружении атома германия 121. Германий оказывает влияние на мелкие примесные состояния, локально искажая кристаллический потенциал. В 8ц.3ех при х=0,01-0,03 эффективный радиус действия потенциала приблизительно равен величине постоянной решетки кремния, т.е. включает несколько ближайших сфер окружения германия /3/. Распределенные по кристаллу атомы германия не оказывают влияния на примесные состояния до тех пор, пока не окажутся в ближайшем окружении примеси /2/.
Авторы /13/ исследовали влияние германия на поглощение фосфора и бора в кремнии. Уширение резонансных линий ИК-поглощения связали с существованием внутренних хаотических деформационных полей возникающих при легировании германием (А/ое=2,3-1018-7-10 20см3).
значений амплитуды и положения (по температуре) максимума пика. Для обработки перекрывающихся пиков метод имеет ограниченные возможности. Метод, представленный в работе /75/, использует фактор формы линии (отношение амплитуды к полуширине пика) при однократном сканировании по температуре. Этот метод предъявляет высокие требования к измерительным системам, также как и метод математического моделирования /79/, заключающийся в поиске значений, теоретически описанного сигнала 01/18, обеспечивающих совпадение с экспериментальным спектром. При этом используется любой участок спектра, снятый при одном "временном окне". В работе /76/ описан подход, в котором для увеличения числа температурных точек при многократном сканировании по температуре используются точки пересечения соседних линий в ОЫЛ -спектрах.