Введение к работе
Актуальность темы. Узкозонные полупроводниковые твердые растворы ИхНїі-хІВ (KPT) в настоящее время являются основным материалом для создания инфракрасных фотодетекторов. Наиболее широко применяются кристаллы КРТ с 1=0,20-0,25 для изготовления приемников ИК-излучения на диапазон 8-14 мкм.
Актульной проблемой является создание на материале (Ьтипа многоэлементных фотоприемников с высокой степенью интеграции, что возможно только с помощью радиационно-термических методов, позволяющих контролируемо управлять глубиной залегания ГЬР перехода, однородностью и уровнем легирования полупроводника в локальных областях поверхности. Формирование fbp переходов на р-КРТ данными методами, в частности, при ионной имплантации, возможно как за счет введения радиационных дефектов донорного типа, так и в процессе отжига, который активирует внедренную донорную примесь. Нахождение условий имплантации и отаига, контролируемо выводящих П-р переход на оптимальную глубину за область радиационных нарушений, которые приводят к быстрой деградации приборов, остается на сегодняшний день одной из главных проблем при использовании метода ионной имплантации.
В настоящее время накоплен определенный материал о поведении радиационных дефектов и примесей в ионно-имплантированных кристаллах КРТ, однако с целью выявления закономерностей и особенностей формирования слоев П-типа проводимости необходимы более детальные исследования физических процессов, протекающих при введении электрически активных и структурных дефектов, связи пространственного распределения носителей заряда и радиационных нарушений в ионно-имплантированных слоях в зависимости от дозы, энергии и массы ионов, температуры облучения. Открытымя остаются вопросы кинетики отжига и миграции радиационных дефектов донорного типа, а также не решена проблема низкотемпературной активации атомов бора, имплантация которых наиболее широко применяется в настоящее время. Актуальной остается проблема определения однородности электрофизических свойств материала, а также параметров основных и неосновных носителей заряда в р-КРТ ввиду большого различия их подвижностей, что обуславливает сильную зависимость кинетических коэффициентов от магнитного поля.
Целью работы являлось исследование процессов формирования конвертированных слоев на кристаллах p-CdxHfti-xlB при введении радиационных дефектов и активации имплантированного бора, а также разработка радиационно-термических способов формирования П /ГГ/Р структур и развитие методов определения электрофизических параметров исходного материала и слоев П-типа проводимости.
Научная новизна работы состоит в следующем:
проведено комплексное исследование процессов формирования слоев ГУ-гипа проводимости на р-КРТ при ионной имплантации, обнаружено двухступенчатое пространственное распределение электрически активных донорных дефектов при внедрении легких ионов и одноступенчатое - при бомбардировке тяжелыми ионами;
предложен механизм формирования П -слоя за счет образования сложных комплексов дефектов в области внедрения ионов и дальнейшего их распада по мере накопления и - П -слоя за счет миграции в объем кристалла подвижных дефектов донорного типа, незахваченных на стоки;
обнаружены эффекты генерирования и блокирования диффузии радиационных дефектов донорного типа структурными нарушениями, создаваемыми при ионной бомбардировке, что приводит как к снижению глубин залегания П - и П -слоев, так и к спаду слоевой концентрации электронов при больших дозах внедряемых ионов;
экспериментально проверен и подтвержден предполагаемый механизм формирования П -слоя при постимплантационном отжиге за счет диффузии смещенных из узлов атомов ртути;
впервые получены слои П-типа проводимости за счет электрической активации внедренных в кристаллы р-КРТ атомов бора в процессе двухступенчатого длительного отжига под анодным окислом при 250 и 200 С;
- разработан метод и экспериментально определены параметры
трех сортов носителей заряда для образцов р-КРТ, у которых за
висимость коэффициента Холла от магнитного поля имеет знакопо
ложительный характер в области азотных температур.
Практическая ценность полученных результатов заключается в решении ряда физико-технологических проблем формирования ГЬсло-ев, получаемых в процессе радиационно-термических обработок как на дефектах донорного типа, так и при активации внедренных атомов бора, что позволяет управлять глубиной залегания ГЪр пере-
хода и уровнем легирования в конвертированном слое, а также в разработке низкотемпературных методов, с помощью которых можно проводить быструю конверсию материала в П-тип проводимости на большую глубину без применения отжигов в парах ртути. Показано, что при формировании П /П /р структур можно создавать ИК-диоды со сдвигом фоточувствительности в длинноволновую область. Разработан метод определения параметров электронов, легких и тяжелых дырок в Р-КРТ при гальваномагнитных измерениях, позволявший автоматизировать и оперативно определять состав материала одновременно с контролем электрофизических параметров. Основные положения, внносимие на защиту;
-
Процесс конверсии типа проводимости р-КРТ при ионной имплантации и последующих прогревах, при обработке в плазме и отжиге под анодным окислом определяется генерацией свободных атомов ртути, их диффузией и захватом в комплексы дефектов с образованием активных донорных центров и электрически неактивных комплексов.
-
Соотношение каналов образования активных доноров и нейтральных стоков меняется по глубине и зависит от обшей дефектной ситуации в приповерхностном слое, трансформирующейся с ростом дозы, энергии и массы ионов, температуры имплантации.
-
Электрическая активация внедренных в р-КРТ атомов бора достигается путем длительного постимплантационного отжига под анодным окислом в двухступенчатом режиме при 250 и 200 С.
Апробация работы осуществлялась на II Всесоюзном семинаре "Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках" (Павлодар, 1989), III Всесоюзной конференции "Ионно-лучевая модификация полупроводников и других материалов микроэлектроники" (Новосибирск, 1991), XVI Российском семинаре "Радиационная физика полупроводников" (Новосибирск, 1992), I Российской конференции по физике полупроводников (Нижний Новгород, 1993).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в II печатных работах, в том числе получено 3 положительных решения о выдаче патента РФ по заявкам на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и списка литературы. Работа содержит 147 страниц машинописного текста, 56 рисунков и 12 таблиц. Список литературы включает 168 наименований. Общий объем диссертации сос-
тавляет 234 страницы.