Введение к работе
Актуальность темы. В течение последних десяти лет заметно усилился интерес к изучению свойств водорода в кремнии обусловленный способностью этого элемента влиять на электрофизические параметры полупроводниковых приборов в широких пределах. Благодаря накопленным знаниям удалось получить новый тип материала - гидрогенизированный аморфный кремний и новые классы приборов на его основе - фотоприемники и преобразователи световой энергии.
Для производства таких приборов необходимы детальные представления о механизме гидрогенизации кремния и структурных изменениях в матрице. Ионная имплантация водорода в кремниевую мишень создает большие возможности для изучения поведения водорода, так как позволяет в широком интервале изменять его концентрацию.
Б связи с возникновением исследовательских установок термоядерного синтеза,-работающих на дейтерии возникла задача определения параметров (потоков и энергий частиц)' ионной и нейтральной компонент пристеночной плазмы. Один из методов опреде-пения этих параметров основан на анализе следов взаимодействия частиц плазмы с поверхностными слоями мишени (зонда). Он оказался весьма перспективным при использовании подложек монокрис-галлического кремния в виду структурного совершенства материа-іа и стандартно высокой степени обработки поверхности..
Однако, надежная интерпретация полученных с помощью зон-кэв данных оказалась затруднительной без подробного изучения процессов, обусловленных одновременным введением частиц дейте-зия и радиационных дефектов в кремний.
_ 2
Целью работы являлось систематизация физико-химических особенностей поведения внедренного дейтерия в тонких приповерхностных слоях кристаллического кремния, анализ структурных изменений этих слоев и использование установленных закономерностей для определения энергетических параметров ионных пучков изотопов водорода в плазменных установках.
В связи с этим в работе ставились следующие задачи:
провести систематическое изучение кинетики накопления и пространственного распределения дейтерия в кристаллическом кремнии в широком интервале энергий и доз облучения (Ed= 1+5 кэВ, ф=1015 + 5-Ю18 см"2)';
выяснить в каком виде- накапливаются внедренные частицы в матрице (в виде химически не связанных с решеткой атомов и молекул или в составе сложных комплексов), установить закономерности формирования реэмиссионного потока;
провести изучение структурных превращений в приповерхностных слоях кристаллического кремния и выяснить особенности до-зовой эволюции зоны торможения внедряемых ионов дейтерия, а также термическую стабильность образующихся при облучении комплексов;
используя установленные закономерности накопления дейтерия и дефектов в матрице, облученной моноэнергегическими пучками ионов (Е = 40+500 зВ), разработать методику, позволяющую оценить энергии и потоки частиц в рабочих импульсах токамака.
Научная новизна.
I. С использованием метода дифракции быстрых электронов на отражение разработан количественный способ определения числа смещений в монокристаллической подложке, возникающих при облучении низкоэнергетическими ионными пучками.
-
С помощью методов масс-спектрометрии вторичных ионов и газовых молекулой послойного анализа разработан способ определения концентрации дейтеросодержачих дефектов ( Si D л Si D2 -комплексов).
-
Проведено систематическое изучение кинетики накопления si d и si d2 -комплексов в кремнии для широкого интервала доз и энергий облучения.
-
Исследована термическая стабильность дефектов, связывающих дейтерий, и особенности их пространственного распределения при различных дозах облучения.
-
Изучены особенности структурных превращений матрицы монокристаллического кремния, обусловленные одновременным введением частиц дейтерия и радиационных дефектов.
Практическая ценность.
С помощью методики, основанной на анализе следов взаимодействия (накопленных смещений и захваченного дейтерия) плазмы с поверхностными слоями кремниевого монокристаллического зонда, и полученных результатов измерены величины потоков различных составляодих пристеночной плазмы как ионов, так и нейтралов, а также средняя величина энергии этих частиц в действущих тока-«іаках ТМ-4 и Т-10.
На защиту выносятся следукщие основные результаты работы:
1. Систематическое изучение кинетики накопления дейтерия
з виде siD и siD2 -комплексов в кремнии в широком интерзале доз и энергии облучения.
-
Закономерности пространственного распределения дефектов, связывающих дейтерий, в зоне торможения.
-
Модель радиационно-индуцированного последовательного об-эазования SiD и SiD„ -комплексов и реэмиссии d -моле-
кул.
. 4. Особенности структурных превращений в монокристалличе-скоё кремниевой матрице, индуцированные одновременным введением частиц дейтерия и радиационных дефектов.
Алдобапия работы. Результаты работы докладывались на конференциях молодых ученых ИФХДН СССР (Москва, 1987-1989), УШ Международной конференции "Взаимодействие плазмы с поверхностью" (Игшх, ФРГ, 1988), ІУ Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом" (Москва, 1989), Л Международная конференций "Взаимодействие плазмы с поверхностью" (Бур-немаут, Англия, 1990).
Публикации. По материалам диссертации напечатано шесть работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка литературы. Общий объем диссертации 123 страницы, в том числе 4 таблицы, 43 рисунка; список литературы включает 94 наименования.
