авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Процессы дефектообразования в кремнии, легированном ho, la, eu, и их взаимодействие с технологическими примесями о и с

-- [ Страница 1 ] --

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НПО «ФИЗИКА-СОЛНЦЕ» им.С.А.АЗИМОВА

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С.В.СТАРОДУБЦЕВА

На правах рукописи

УДК 621. 315. 592

АКИМОВА ЖУМАХАН ОРАЗБАЕВНА

ПРОЦЕССЫ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ В КРЕМНИИ,

ЛЕГИРОВАННОМ Ho, La, Eu, И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРИМЕСЯМИ О И С

01.04.10 – физика полупроводников

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико - математических наук

ТАШКЕНТ – 2010

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте прикладной физики при Национальном Университете Узбекистана имени Мирзо Улугбека

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент Далиев Хожакбар Султанович

:

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Шамирзаев Сезгир Хабибуллаевич доктор физико-математических наук Маматкаримов Одилжон Охундедаевич
Ведущая организация: Ташкентский государственный технический университет

Защита состоится «______ »____________ 2010 года в ______ часов на заседании Объединенного Специального совета Д.015.08.01 при Физико-техническом институте имени С.В.Стародубцева АН РУз по адресу: Ташкент 100084, ул. Бодомзор йўли, 2 б. Тел.: (8-10-99-871) – 2331271. Факс:(8-10-99-871) - 235-42-91; E-mail: karimov@uzsci.net

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ АН РУз

Автореферат разослан «________»______________2010 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета,

д.ф.-м.н., профессор Каримов А.В.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. В последние годы значительно возрос интерес к полупроводниковым материалам со специальными свойствами. Для получения таких материалов все шире используется легирование редкоземельными и переходными элементами. Это обусловлено, прежде всего, тем, что кремний леги-рованный этими примесями, используется для целого ряда специальных полупро-водниковых приборов, например, разного рода фотоприемников, солнечных эле-ментов и других устройств с повышенной радиационной и термической стабиль-ностью и т.д.

Известно, что основная часть примеси редкоземельных элементов (РЗЭ) в кремнии электрически нейтральны и в тоже время их наличие оказывает существенное влияние на процессы термического и радиационного дефекто-образования, в конечном итоге, на электрические свойства легированных кремния. Механизм влияния атомов примеси редкоземельных элементов на процессы тер-мического и радиационного дефектообразования носят противоречивый характер. Но все имеющиеся данные носят несколько разрозненный и противоречивый характер. Кроме того, большинство экспериментов по изучению электрических свойств кремния, легированного примесями редкоземельных элементов, прово-дилось с помощью эффекта Холла, измерения электропроводности, магнитной восприимчивости и других методов, чувствительность которых относительно невысока. Для более детального исследования поведения редкоземельных элемен-тов в кремнии и механизмы влияния на процессы термического и радиационного дефектообразования необходимо использование более информативных методов, обладающих высокой чувствительностью и большой разрешающей способностью (таких, как емкостная спектроскопия, электронный парамагнитный резонанс и др.).



Поэтому комплексное изучение электрических свойств также поведения атомов гольмия, лантана и европия в кремнии при термических и радиационных воздействиях с помощью нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней (DLTS), методов фотоемкости (ФЕ) и ИК поглощения является безус-ловно актуальным.

Cтепень изученности проблемы. Анализ многочисленных исследований показывает, что примеси РЗЭ в кремнии, не проявляя электрической активности в объеме кремния, оказывают заметное влияние на процессы термического и радиа-ционного дефектообразования. По данным различных авторов, легирование кремния примесями редкоземельных элементов препятствует образованию как термических, так и радиационных дефектов. Но до сих пор не проведено комплексного исследования поведения примесей РЗЭ в кремнии, все данные носят противоречивый характер.

Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР. Результаты диссертационной работы включены в научные отчеты по грантам ЦНТ РУз № п.2.1.68. «Исследование процессов формирования и развития дефектной структуры монокристаллического кремния, легированного примесями Т-ионов» и № ОТ-Ф2-081 «Изучение закономерностей дефектообразования в монокрис-таллическом кремнии с примесно-дефектными ассоциатами и динамических процессов формирования скрытых границ раздела полупроводник – диэлектрик».

Цель исследования. Основной целью настоящей диссертационной работы являлось изучение электрофизических свойств кремния, легированного Ho, La и Eu как путем диффузии, так и в процессе выращивания, а также межпримесного взаимодействия Ho, La и Eu с технологическими примесями: O и C.

Задачи исследования:

1. Исследовать электрофизические свойства образцов Si<Ho>, Si<Eu> и Si<La>, а также изучить энергетический спектр глубоких уровней в Si<Ho>, Si<Eu> и Si<La>, легированных как диффузионным путем, так и при выращивании.

2. Изучить роль гольмия, европия и лантана в процессах термического дефектообразования в кремнии.

3. Исследовать влияние атомов гольмия, европия и лантана на образование радиационных дефектов в кремнии, облученном -квантами.

4. Изучить взаимодействие атомов гольмия, европия и лантана с технологическими примесями (О и С) в кремнии с помощью ИК спектроскопии.

Объект и предмет исследования. Объектом диссертационного исследования являются образцы исходного монокристаллического кремния, выращенного методом Чохральского и бестигельной зонной плавки, Si, легированного Ho, La и Eu диффузионным методом и в процессе выращивания кремния из расплава. Предметом исследования является механизм влияния примесей РЗЭ на процессы термического и радиационного дефектообразования в кремнии.

Методы исследований. Для проведения исследований использовались методы нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней DLTS, фотоемкость и ИК поглощения.

Гипотеза исследования. Изменение эффективности образования глубоких уровней в Si легированном Ho, La и Eu в зависимости от технологических факторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Влияние атомов примесей Ho, La и Eu в кремнии введенных путем диффузии приводит к уменьшению концентрации оптически активного кислорода на 10-15% в зависимости от концентрации примеси РЗЭ.

2. Эффект уменьшения концентрации акцепторного центра – дефекта термо-обработки Ec-0.23 эВ при введении атомов примесей Ho, La и Eu в Si и связанных с ними изменении удельных сопротивлений легированного образцов.

3. Влияние наличие в объеме Si атомов примесей Ho, La и Eu на эффективность образование радиационных дефектов в образцах Si облу-ченных -квантами.

Научная новизна:

  1. Впервые выполнено комплексное исследование свойств кремния с приме-сями гольмия, европия и лантана и установлено, что введение этих примесей путем высокотемпературной диффузии приводит к существенному изменению элек-трофизических свойств кремния.
  2. Установлена взаимосвязь эффективности образования уровней Ho, La и Eu в кремнии с технологическими факторами.
  3. Впервые с помощью емкостной спектроскопии определен энергетический спектр ГУ, в кремнии при диффузионном введении атомов примесей Ho, La и Eu. Обнаружено, что диффузионное введение этих примесей приводит к снижению эффективности образования термических и радиационных дефектов и стабилизации параметров кремния.
  4. Установлено, что в кремнии, легированном примесями РЗЭ при выращи-вании, ГУ в заметной концентрации не наблюдается, но последующая высоко-температурная обработка в интервале температур 1000-1200оС приводит к активации атомов РЗЭ и образованию ряда глубоких уровней.

Научная и практическая значимость результатов исследования. Проведена оптимизация параметров кремния, легированного РЗЭ с помощью различных технологических процессов, что может быть использовано для создания различных полупроводниковых приборов с надежными и воспроизводимыми параметрами.

Полученные результаты по повышению термической стабильности и радиационной стойкости параметров кремния путем введения атомов Ho, La и Eu могут быть использованы в качестве рекомендаций при изготовлении полупроводниковых приборов.

Реализация результатов. Полученные в диссертационной работе оригинальные результаты могут явиться основой для разработки радиационно-стойких и термически стабильных полупроводниковых приборов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на объединенном семинаре Спецсовета при Физико-техническом институте НПО «Физика-Солнце» АН РУз, а также на Респуб-ликанских и международных конференциях: «Неравновесные процесссы в полупроводниках и в полупроводниковых структурах» (Ташкент, 2009; «Прик-ладные проблемы физики полупроводников» (Ташкент,1999); «Проблемы полупр-оводникового материаловедения» (Андижан, 2000); «Рост, свойства и применение кристаллов» (Нукус, 2005); Международной конференции «Неравновесные процессы в полупроводниках и в полупроводниковых структурах» (Ташкент, 2007); «Олима аёлларнинг Фан-техника тараётида тутган ўрни» (Ташкент, 2008); «Структурна релаксацiя у твердих тiлах», Вiнниця, (Украина, 2009 pik).

Опубликованность результатов. По материалам диссертации опубли-кованы 14 научных работ, из них 4 статьи, 10 тезисов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 104 наименований. Диссертация изложена на 114 страницах, включая 21 рисунков, 5 таблицы.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, изложены цель и задачи, показаны научная новизна, практическая значимость работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор литературных данных по современному состоянию исследований кремния, легированного редкоземельными элементами. Проведен анализ свойств кремния, легированного редкоземельными элементами в процессе выращивания. Анализируются также результаты исследования свойств кремния, легированного редкоземельными элементами диффузионным методом. Выполнен обзор литературных данных по влиянию неконтролируемых техноло-гических примесей на свойства кремния, легированного редкоземельными элементами. Проведен анализ результатов по изучению влияния различных факторов на электрофизические свойства кремния с примесями РЗЭ.

Во второй главе описана методика эксперимента и технологии изго-товления образцов. Рассмотрены теоретические основы емкостной спектроскопии глубоких уровней. Описаны нестационарные процессы в барьерных структурах и p-n-переходах и перезарядка ГУ с изменением температур. Приведены методы определения параметров глубоких уровней с помощью DLTS. Также подробно описаны методики измерения DLTS и измерения удельного сопротивления с помощью четырехзондового метода. Описана методика измерения спектров ИК-поглощения. Для определения концентрации кислорода и углерода в кремнии использовался усовершенствованный вариант инфракрасного спектрофотометра SPECORD - 75 IR, работающий в двухлучевой схеме. Спектрофотометр записывает пропускание измеряемого образца как функцию волнового числа в ИК области спектра о 1200 до 400 см-1. Также подробно описываются технологии очистки образцов, проведения термических обработок и изготовления диодных структур.





Третья глава посвящена исследованию свойств кремния, диффузионно-легированного примесями Ho, La и Eu. В данной главе приведены результаты комплексных исследований электрофизических свойств Ho, La и Eu. В качестве исследуемых образцов использовался монокристаллический кремний n-типа проводимости, выращенный методом Чохральского (кислородный кремний) и бестигельной зонной плавки (бескислородный кремний) и легированный атомами РЗЭ из расплава в процессе выращивания. Удельное сопротивление образцов составляло 5100 Ом см, размеры - 14 х 7 х 1 см3, ориентация в плоскости <111>.

Высокотемпературные обработки (ВТО) исследуемых образцов проводилась в предварительно протравленных в HF, промытых в бидистиллированной воде и отожженных в течение нескольких часов при 1250 С трубах из оптически чистого кварца в печи сопротивления типа СУОЛ. Температура в печи контролировалась с помощью калиброванной платина-платинородиевой термопарой с точностью + 5 С. Термообработка образцов проводилась в интервале температур 9001200 С в течение 0.5100 часов. Охлаждение образцов после высокотемпературной обра-ботки проводилось с тремя различными скоростями.

Для измерения спектров ИК поглощения с целью контроля содержания кислорода и углерода образцы механически полировались. После диффузионного легирования образцов кремния Ho, La и Eu при 1200 С в течение 50 часов проверялось их удельное сопротивление путем измерения четырехзондовым методом и сопоставлялось с исходным значением для образцов как n- так и p-типа. Измерения проводились на четырех сериях образцов кремния с разными типами проводимости.

Результаты этих измерений показали, что во всех образцах n-типа после легирования гольмием наблюдается изменение типа проводимости и резкое увеличение величины удельного сопротивления. А в образцах p-типа значения удельного сопротивления уменьшаются незначительно, но при этом тип проводимости остается неизменным.

Для образцов кремния, диффузионно-легированного гольмием, а также подвергнутых контрольной термообработке проводились измерения удельного сопротивления по глубине. Показано, что профиль распределения удельного сопротивления в образцах Si<Ho> не описывается erfc- функцией, а состоит из двух участков: в начале наблюдается резкий рост до глубины ~ 90 мкм, далее значение стабилизируется и заметного изменения с глубиной не наблюдается. Для сопоставления с легированными образцами проводилась контрольная термообработка таких же образцов с исходным удельным сопротивлением 15 Ом см как n- так и p-типа проводимости при 1200 С в течение 42 часов. Измерения проводились на трех образцах разных типов. Результаты этих измерений показали, что тип проводимости n-Si и p-Si при контрольной термообработке не изменяется. Но при этом наблюдается для образцов n-типа незначительное уменьшения величины удельного сопротивления, в то время как для образцов p-типа, наоборот, наблюдается некоторое увеличение удельного сопротивления.

Параллельно на образцах той же серии проводились измерения спектров ИК поглощения. Для исследований в качестве исходных образцов использовался кремний n и p-типа проводимости, выращенный методом Чохральского с концен-трацией оптически активных кислорода и углерода N = 61017 1.21018 см-3 и N = 21016 см-3, соответственно. Удельное сопротивление исходных образцов составляло от 5 Омсм до 100 Омсм, толщина полированных образцов, в зависи-мости от поставленной задачи, составляла 11.5 мм.

Оценка содержания кислорода N0опт и углерода Ncопт производилась по спектрам ИК поглощения в области 1100 см-1 (кислородная полоса) и 610 см-1 (углеродная полоса), измеренным на инфракрасном спектрофотометре Specord - IR-75 в двухлучевой схеме при 300 К. В качестве контрольного (эталонного) образца использовался полированный бескислородный кремний той же толщины, что и исследуемый образец с N0опт 1016 см-3, Nсопт =51015 см-3. После измерения N и N в исходных образцах в них вводился гольмий диффузионным методом из напыленного в вакууме слоя металического гольмия высокой чистоты.

После диффузии гольмия в этих же образцах измеряли N и N методом ИК поглощения. Анализ этих результатов показывает, что после введения гольмия как в n-, так и p-Si наблюдается уменьшение концентрации оптически активного кислорода на 1020 % по сравнению с контрольными образцами, термообрабо-танными при тех же условиях, что и диффузия гольмия. Также снимались ИК спектры на длине волны = 16.4 мкм, соответствующей поглощению оптически активного углерода в кремнии. В контрольных и легированных образцах эффекта уменьшения оптически активного углерода не наблюдалось.

Изучались также спектры ИК поглощения в исходных образцах кремния, легированного гольмием в процессе выращивания из расплава и после различных циклов высокотемпературных обработок. Результаты измерений спектров ИК поглощения до и после термообработки свидетельствуют об увеличении концен-трации оптически активного кислорода в образцах n-Si<Ho> в результате ВТО. С увеличением температуры обработки эффект увеличения сильнее. Так, например, ВТО образцов n-Si<Ho> при 1000 С с последующей закалкой приводит к увеличению концентрации оптически активного кислорода на 810%, и после ВТО при Т=1200 С с последующей закалкой достигает 1520%.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.