Введение к работе
Актуальность темы. В связи с бурным развитием полупроводниковой микроэлектроники и расширениеи областей ее. применения все большее число приборов используется в системах, которые подвергаются воздействию ионизирующих излучений различных типов. Кроме этого, облучение стало неотъемлемой частьи технологического цикла производства многих приборов. Поэтому проблема взаимодействия ионизирующего излучения с полупроводниками и приборзми на их основе имеет большое научное и практическое значение.
Несмотря на значительное количество гроведенных исследования, наблюдаются существенные различия в параметрах, характеризующих эффективность процессов радиационного дефектообрззования в полупроБодаиках и свойства радиационных дефектов. Это может свидетельствовать о том, что существуют некоторые факторы, которые не были учтены при проведении экспериментов, но способные значительно влиять на скорость изменения параметров полупроводника под облучением. В силу этого тема диссертации, в которой на основе анализа предыдущих экспериментальных результатов ппежшяята попытка исследования возможного влияния не учтенных ранее факторов на процессы радиационного дефектообгазования в полупроводниках представляет безусловный научный интерес.
Т.к. основным материалом современной полупроводниковой кикроэлекгроники по-прежнему остается кремний, то тема диссертации имеет и практическое значение. В силу этого можно утверждать, что тема диссертации является актуальной.
Основная цель настоящей работы - исследование некоторых не учитываемых ранее факторов на изменение электрофизических параметров кремния под облучением.
В рамках поставленной задачи "необходимо било изучить следующие вопросы: 1. Исследовать влияние внутренней прирюды образующихся
радиационных дефектов на определение электрофизических
параметров кремния при использовании различных
экспериментальных методов исследования. ?.. Исследовать особенности радиационного дефектообразования в
кристаллах тгромыгаленпого кремния, содержащих различные
типы ростовых микродефекгов.
3.Изучить роль термической предистории в последующем
изменении параметров кремния под облучением.
Научная новизна проведенных исследований и полученных
результатов состоит в следующем:
1.Впервые изучено влияние бистабильной природы дефектов с сильным электрон-колебательным взаимодействием на его проявление при использовании равновесных и неравновесных методов исследования. Получены математические выражения, позволяющие учесть вклад бистабильности в определение основных параметров таких дефектов.
2.Впервые теоретически показано, что асимметрия адиабатных потенциалов радиационного дефекта CjC^ обусловлена электростатическим взаимодействием.
3.Впервые проведено систематическое исследование влияния ростовых иикродефектов различных типов на радиационное дефектообразование в кремнии, выращенном методом Чохральс-кого.
4.При исследовании термодоноров, образующихся в кремнии во время термообработки при Т=530С, впервые наблюдалась перестройка этих дефектов. Определены их параметры в зависимости от времени термообработки.
5.Исследовано влияние термообработок при Т=1050С на образование вторичных радиационных дефектов. Показано, что при больших дозах облучения образующиеся термодефекты играют роль центров непрямой аннигиляции для компонент пар Френкеля.
Основные положения, выносимые на защиту: 1.Бистабильная природа дефекта может существенно повлиять на Ь"личину таких экспериментально определяемых параметров как энергия ионизации, сечение захвата а также время жизни неосновных нссигелей тока при условии, что данный дефект является основным каналом рекомбинации. г.Бисгабильные свойства дефекта СтСа в кремнии являются
следствием чисто электростатического взаимодейстьия. З.В отличие от кремния, выращенного бестигелыюй зонной пдавкой, ростовые микродефекты в тигельном кремнии не окаuышшт существенного влияния на образование как рокимйшіациоiші активных, так и нейтральных радиационных
4.в процесRo тчрмообрчботок при WDn образуется по меньшей мере четыре энергетических урепня мелких термодоноров с параметрами, существенно отличчющимисп от параметров известных термодоноров. Энергия ионизации этих термодопо-ров понижается с увеличеииеи времени термообработки, при этом с увеличением продолжительности термообработки птюис-ходит перестройка в сторону более мелких уровней вплоть до полного исчезновения более глубоких.
5.Термодоноры, образующиеся в процессе термообработок при 530Г)С не влияют на процессы радиационного дефектообразования в тигельном промышленном кремнии.
R.Термические дефекты, образующиеся в кремнии, выращенном методом Чохральского. во время термообработок при 10Б0С оказывают различное влияние на образование радиационных дефектов на линейном и нелинейном участках их дозовой зависимости: на линейном участке влияние термодефектов определяется лишь изменением концентрации растворенного кислорода, тогда как на нелинейном участке они играют роль центров непрямой аннигияяции для компонент пар Френкеля.
7.В промышленном кремнии отсутствуют неконтролируемые стоки, способные заметно влиять на параметры радиационного дефектообразования.
Научная и практическая ценность.
В работе показано, что бистабильная природа радиационных дефектов действительно может являться причиной расхождений экспериментальных . результатовв . полученных прп изучении радиационного дефектообразования. Получены математические выражения, описывающие поведение бистабияьных дефектов при различных условиях эксперимента, Результаты этих исследований могут быть обобщены на большинство известных мультистабильных дефектов. <
Показано, что колебательная энтропия не вносит вклад в бистабильную природу радиационного дефекта CjCg.
Исследование влияния ростовых микродефектов и термодефектов на начальный этап образования радиационных дефектов в тигельном.кремнии позволило сделать вывод об отсутствии эффективных неконтролируемых стоков. Этот вывод является важным для описания процессов радиационного дефектообразования с помощью квазихимических реакций.
Показано, что существуют режимы термообработок, которые
- 3 __
мошно использовать для отжига термодоноров и для создания внутренние геттеров для нежелательных примесей без влияния на радаационную устойчивость кремния.
Полученные результаты могут быть использованы для усовершенствования радиационной технологии производства полупроводвиковых приборов, а также для прогнозирования изменения основных параметров кремния при термо- и радиационных воздействиях.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции по дефектам в полупроводниках в Будапеште (ВНР. 1888г.). Франкфурте (ФРГ, 1&91Г.), Меадународной конференции по радиационному материаловедению в Алуште (СССР, 1990г.), YI Всесоюзной ковференции по физико-химическим основам легировaния полупроводникових материалов (Москва, 1988г.), I Национальной конференции по дефектам в полупроводниках (С.-Петербург, 1992г.), на всесоюзных семинарах по физике радиационных повреждений в твердых телах (Киев, 19801991ГГ.>.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Обьем и структура работы. Диссертационная работа состоиг из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы из 142 наименований. Диссертация содержит 100 страниц текста, 38 рисунков, 7 таблиц.