Введение к работе
. Актуальность темы: В электронике' уже почти полвека успешно используют кремний. Однако на сегодня видны и его недостатки. Кремний не обеспечивает достаточное быстродействие микросхем, радиационную стойкость, повышение мощности высокочастотных приборов и др. В связи с этим в последние годы ведутся интенсивные поиски и исследования новых эффективных полупроводниковых материалов. Наиболее перспективным для этих целей обоснованно считается алмаз, который обладает целым комплексом ценных свойств. Благодаря сильным связям между атомами - это самый твердый из всех известных материалов. Если оценивать возможности алмаза для применения в электронике, то диэлектрическая постоянная, скорость дрейфа носителей заряда и теплопроводность являются определяющими. По комплексу показателей алмаз более пригоден для предельной интеграции цепей и изготовления высокомощных компонентов электроники, чем какой-либо другой известный полупроводниковый материал. Более того, он практически прозрачен в широком диапазоне спектра, хорошо проводит звук и устойчив к воздействию большинства' химических веществ.
Поскольку кремний в настоящее время является самым изученным материалом, относится к такому же типу, как и алмаз,_ то и сопоставление свойств кремния и алмаза дает по принципу аналогий дополнительную возможность 'для установления механизмов образования структурных нарушений. Это является важным, например, для прогнозирования основных характеристик полупроводниковых материалов в результате радиационных, термических и других воздействий.
Перспективы практического применения пучков заряженных частиц с энергией до нескольких мегаэлектронвольт требует изучения механизмов образования радиационных дефектов . и центров аморфизации, пространственного распределения примесных атомов и нарушений, закономерностей накопления и . отжига облученных кристаллов. Несмотря на то, что эксперимента по облучению полупроводниковых кристаллов ионами высоких энергий проводятся длено, уровень .. наших, . знаний о. -процессах.
происходящих при облучении и откиге как в кремнии, так и в алмазе, существенно ниже, чем для традициошюй и широко используемой низкоэнергетичной имплантации.
диссертационная работа выполнялась в. рамках Государственной научно-технической программы "Перспективные материалы" по применению сверхтвердых материалов в электронной технике и приборостроении (Постановление ГКНТ N131 от ,10.03.89) и межотраслевой республиканской научно-технической программы "Информатика" (Постановление СМ БССР N327 от 16.11.88).
Целью работы явилось изучение . особенностей амортизации структуры основных представителей алмазоподобных полупроводников - алмаза и кремния - в условиях высокоэнергетичной имплантации ионов, а также сопоставление процессов дефектообразования в алмазе и кремнии в идентичных условиях.
В данной работе в качестве основного метода исследования радиационных . структурных нарушений использован метод электронного парамагнитного резонанса.
Научная новизна работы заключается в следующем: -впервые обнаружено влияние гидрогенизации на параметры сигнала ЭПР парамагнитных центров аморфных областей в алмазе, облученном ионами фосфора с энергией 100 кэВ и дозой 1.8*10,Е см-2;
-установлено, что в результате гидрогенизации в алмазе снижается концентрация парамагнитных дефектов с короткими временами релаксации;
-впервые установлено, что аморфизация алмаза, облученного ионами фосфора с энергией 100 кэВ, определяется дефектами вакансионного типа;
-в результате исследования ЭПР в алмазе, облученном високоенергетичними ионами, идентифицированы спектры парамагнитных центров 01 и R5, ранее наблюдазшеся только в алмазах, облученных, нейтронами и электронами; -предложен?, модель микроструктуры парамагнитного центра 01 <0Ql>-napa Френкеля /С.+V); показано, что параметры сшш-гамильтониана
центров 01 и R5 зависят от температуры отжига; центры 01 образуются практически полностью вследствие неупругих соударений; '
-впервые методом ЭПР установлено, что в результате воздействия ионов высоких энергий в алмазе создаются квазиодномерные упорядоченные структуры вдоль направления облучения - треки ионов с повышенной микроволновой проводимостью; -в кремнии, облученном ионами никеля с энергией 6 МэВ и дозой 2x10і*см-2 обнаружены и идентифицированы центры S1-A6 и S1-A4, не наблюдавшиеся в кремнии имплантированном ионами низких энергий.. Показано, что особенностью высокоэнергетичной ионой имплантации в кремнии для ионов аргона с энергией 47 МэВ и дозой ЗхЮ1Бсм-2 является наличие двух максимумов концентрации парамагнитных центров с g=2.0055 в распределении дефектов по глубине (12 мкм и 16.8 мкм);
-установлено, что в отличие от кремния, роль одиночных вакансий в механизме формирования сигналов парамагнитных центров аморфной области в алмазе более существенна, что объясняет факт образования парамагнитных центров аморфной области и отсутствие точечных парамагнитных центров в алмазе, имплантированном легкими ионами низких энергий даже при дозах 4x10іасм-2. В кремнии же в идентичных условиях наблюдаются только точечные дефекты, а парамагнитные центры аморфной области не наблюдаются даже при дозах'> 1014см~2."'
Практическая значимость работы. Полученные в работе результаты являются физической основой решения задачи управления электрофизическими свойствами алмаза путем легирования его другими элементами как в процессе синтеза, так и методами имплантации.
Ионным легированием алмаза удается получить полупроводниковые слои, погруженные- в почти совершенный изолятор с высокой теплопроводностью, что обеспечивает базу для создания интегральных схем с большой стабильностью свойств при повышенных температурах. Для создания требуемого профиля распределения примеси не" только в приповерхностной области, но и в заглубленных слоях, перспективным является использование
ионов высоких энергий (свыше 0.1 МэВ/а.е.м.)- При этом, для оптимизации технологии ионного легирования ваши».! является полученное в работе знание природы, свойств структурных дефектов, профиля их распределения и термической стабильности.
Положения, выносимые на защиту.
Т.Структура областей амортизации алмаза, облученного
ионами фосфора с энергией 100 кэВ и дозой 1.8х1015см~2,
.установленная посредством обнаруженного влияния гидрогенизации
на параметры сигнала ЭПР парамагнитных центров аморфной
области.
2.Модель микроструктуры парамагнитного центра 01, впервые наблюдавшегося в алмазе, имплантированном високоенергетичними ионами.
3.Результаты сопоставления особенностей структуры областей амортизации в алмазе и кремнии, имплантированных высокоэнергетичными ионами.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на УШ Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом" (Москва,1987 г.), Всесоюзной конференции "Ионно-лучевая модификация материалов" (Черноголовка,1937 г.), Всесоюзной конференции "Применение магнитного резонанса в народном хозяйстве" (Казань, 1988 г.), Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Москва, ЦНИИ "Электроника", 1988 г.), Международной конференции по имплантации полупроводников (ПНР, Люблин, 1988 г.), 7th International Conference. ІВШ (USA, Knoxville.1990), International Conference on Ion Implantation and. Ion Beam Equipment (Bulgaria,1990), E-MRS Fall Meeting (France, Strasbourg,1990), Third International Conference on the New Diamond Science and Technology (Heidelberg,1992), П Conference "The Problems-of Application Diamond in Electronics (Moscoy.1992).
Публикации: содержание работы отражено в 23 опубликованных научных работах и 3 авторских свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав ^"заключениями по каждой из них,
основных выводов, списка литературы. Она изложена на 124 страницах, включая 38 рисунков и список литературы из 141 наименования'.
