Электронный транспорт в GaAs структурах при радиационном воздействии

• Автор: Демарина, Наталия Витальевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 160 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Г ГЛАВА I. ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ (СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ)
1.1. Источники радиационного излучения
1.2. Передача энергии ядерного излучения
атомам облучаемой среды
1.2.1. Теория радиационного повреждения
полупроводниковых материалов
1.2.1.1. Основные представления об образовании
первичных радиагщонных дефектов в полупроводниках
1.2.1.2. Возбуждение неравновесных электронов и дырок
1.2.2. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом
1.2.2.1. Нейтроны
□ Образование дефектов смещения под действием
быстрых нейтронов
□ Ионизация материала при облучении быстрыми нейтронами

□ Ионизация материала при облучении ионами
□ Образование дефектов смещения под действием ионов
1.2.2.3. Электроны
□ Ионизация материала при облучении электронами
□ Образование дефектов смещения под действием электронов
1.2.2.4. Гамма-кванты
□ Основные механизмы ионизации материала
при поглощении гамма-квантов
□ Особенности формирования поглощенной дозы
при воздействии фотонного излучения
□ Образование дефектов смещения при облучении гамма-квантами
1.3. Долговременные изменения параметров полупроводников (вторичные радиационные дефекты)
1.3.1. Классификация вторичных радиационных дефектов
1.3.2. Простейшие дефекты
1.3.2.1. Типы дефектов в СаАв и их энергетические уровни
1.3.2.2. Влияние простейших дефектов на электрофизические характеристики ОаАз
□ Изменение концентрации основных носителей заряда
□ Изменение подвижности основных носителей заряда
□ Изменение времени жизни неравновесных носителей
1.3.3. Разупорядоченные области (кластеры радиационных дефектов)
1.3.3.1. Порог образования разупорядоченной области

1.3.3.2. Структураразупорядоченной области. Результаты экспериментальных исследований параметров
разупорядоченных областей в ИаАв
1.3.3.3. Энергетические уровни дефектов в СаАв
1.3.3.4. Влияние разупорядоченных областей
на электрофизические характеристики ИаЛв
□ Изменение концентрации основных носителей заряда
□ Изменение подвижности основных носителей заряда
□ Изменение времени жизни неравновесных носителей заряда
1.4. Особенности проявления переходных процессов при воздействии излучения. Влияние ионизационных эффектов
на электрофизические свойства полупроводников
1.4.1. Изменение концентрации носителей заряда
1.4.2. Изменение подвижности носителей заряда
1.4.3. Изменение времени жизни неравновесных носителей заряда
1.5. Прикладные аспекты
радиационной физики полупроводников
1.5.1. Радиационная стойкость полупроводников
1.5.2. Методы радиационной технологии
1.5.3. Теоретические модели радиационного воздействия
на полупроводниковые структуры
1.6. Выводы к главе
2. ГЛАВА II. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ БОЛЬЦМАНА
2.1.1. Кинетическое уравнение Больцмана
2.2. Малые отклонения от равновесия
2.2.1. Общие сведения
2.2.2. Определение исходных электрофизических характеристик материала
2.2.3. Учет радиационного воздействия
2.2.3.1. Точечные дефекты
2.2.3.2. Разупорядоченные области
2.3. Метод решения кинетического уравнения, основанный на процедуре статистических испытаний (метод Монте-Карло)
2.3.1. Алгоритм метода Монте-Карло
2.3.2. Расчет электрофизических характеристик
2.3.3. Зонная структура в аАв
2.3.4. Частоты рассеяния в ОаАь
2.3.4.1. Рассеяние на акустических фононах
2.3.4.2. Рассеяние на атомах ионизированной примеси
2.3.4.3. Полярное оптическое рассеяние

2.3.4.4. Междолинное рассеяние
□ между неэквивалентными долинами
□ между эквивалентными долинами
2.3.5. Генерация случайных чисел из заданных распределений
2.3.5.1. Методы розыгрышей из заданных распределений
2.3.6. Учет радиационного воздействия в модели
2.3.6.1. Дефектообразующее воздействие
□ Точечные дефекты
□ Разупорядоченные области
2.3.6.2. Ионизирующее воздействие
□ Модель разогрева электронного газа в коротких
полупроводниковых структурах при воздействии гамма-излучения
□ Модель расчета мощности дозы для случая нарушения электронного равновесия на границе раздел сред
2.4. Выводы к главе II
3, ГЛАВА III. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА В п-ИаА»
ПРИ РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
3.1. Моделирование электронного транспорта в необлученном материале
3.1.1. Расчет электрофизических характеристик
3.1.2. Особенности баллистического переноса
3.2. Влияние вторичных радиационных дефектов
на электрофизические характеристики п-ОаАв
3.2.1. Точечные дефекты
3.2.1.1. Аналитические оценки
3.2.1.2. Численный расчет с помощью метода Монте-Карло
□ Результаты расчета электрофизических характеристик
□ Экспериментальная проверка
□ Влияние точечных дефектов на особенности
баллистического переноса электронов в нанометровых структурах
3.2.2. Разупорядоченные о бласти
3.2.2.1. Аналитические оценки
3.2.2.2. Численный расчет с помощью метода Монте-Карло
□ Определение характеристик радиационных дефектов в случае нейтронного облучения
□ Сопоставление результатов расчетов методом Монте-Карло в приближении постоянного и переменного сечений
разупорядоченных областей
□ Анализ влияния радиационных дефектов на электрофизические характеристики п-ваАв с различной концентрацией
легирующей примеси
□ Экспериментальная апробация модели

1.3.2.1. Спектры DLTS n-GaAs, облученного при комнатной температуре электронами с энергией 1 МэВ [37]. Положительные пики (А, В, Н1) обусловлены ловушками для дырок (в материале n-типа), а отрицательные пики (El, Е2, ЕЗ, Е4, Е5) обусловлены ловушками для электронов. Относительное расположение этих уровней в запрещенной зоне показано на вставке.
Дефектообразование в GaAs n-типа имеет следующие особенности [39]:
* скорость генерации ловушек не зависит от природы и концентрации легирующих примесей;
* образование дефектов происходит при любых температурах вплоть до 4 К;
* скорости генерации ловушек малы при энергии электронов Те < 0,6 МэВ, резко растут при 7е > 0,6 МэВ и выходят на насыщение в области Те~ 1 МэВ.
При рассмотрении радиационных дефектов в полупроводниках большое значение имеют электронные энергетические уровни, связанные с электрически активными дефектами. Техника нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней (Deep Level Transient Capacitance Spectroscopy -; DLTS) [37] позволяет быстро получать спектр энергетических уровней дефектов в облученном р - п - переходе или барьере Шоттки. Такой спектр для арсенида галлия n-типа, облученного при комнатной температуре электронами с энергией 1 МэВ, показан на Рис. 1.3.2.1 [37]. Ланг и Кимерлинг [37] наблюдали пять ловушек для электронов (Е1,