Введение к работе
Актуальность теми. Водород, как известно, играет вагаг/в роль кал в технологии получения полупроводншювкх материалов, ти: и при изготовлении приборов на их осиоеє. В частности, водород используется в качестве газа-носителя в процессах зпитаїтеии и диффузии или как восстановительная среда при различные отжигах. Благодаря малому размеру и высокому коэффициенту диффувии водород легко проникает вглубь кристалла, взашодействуя как с легирующей примесью, таг и с дефектами решетют Во многих случаях внедрение водорода в полупроводники является неконтролируемым (случайным) и может вызывать нежелаемие ивменения электрически активного профиля легирования в приповерхностной области. Непреднамеренное внедрение водорода, приводящее к обеднению свободными носителями заряда в приповерхностной области кремния наблюдается, например, в результате шлифовки, полировки, реактивного ионного травления Ш. Кроме того, легирование водородом широко применяется в технологии получения аморфных полупроводников, и приборов иа их основе благодаря уникальной способности насыщать оборванные связи. Добавление даже нескольких процентов водорода к аргону,-который обычно используется при выращивании кристаллов кремния приводит к заметному уменьшению концентрации свирл-дефектов и дислокаций 12]. В последнее десятилетие предметом многочисленных экспериментальных и теоретических работ является поведение атомарного водорода в кристаллических полупроводниках вследствие его способности пассивировать электрически активные как мелкие, так и глубокие центры. Благодаря этому, свойства водорода в полупроводниках представляют не только научный, но и в значительной мера практический интерес. Все это обосновывает актуальность проведения систематических исследований поведения водорода в полупроводниках.
Целью работы являлось исследование влияния водорода на электрические и оптические свойства крепния, арсенида галлия и структур на их основе, а также практическое применение водородной пассивации. .
Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие .задачи:
-
Исследовать влияние гидрогенизации при различных режимах на электрические свойства кремния.
-
Исследовать стабильность комплексов мелкий донор-водород в креышш.
-
Исследовать влияние водорода на электрические свойства n-Sl при радиационном воздействии.
-
Провести исследования влияния гидрогенизации на электрические и оптические свойства GaAs структур и характеристики приборов на его основе.
Научная новиана проведенных исследований заключается в следующем:
-
Показано, что эффективность пассивации атомарным водородом мелких доноров в кремнии сравнима с пассивацией мелких акцепторов при температурах гидрогенизации ниже 100 С.
-
Обнаружено, что образующиеся в результате гидрогенизации кремния нейтральные комплексы донор-водород нестабильны при комнатной температуре в присутствии оптически генерируемых неосновных носителей заряда. Кинетика обусловленной светом реактивации пассивированного атомарным водородом фосфора содержит начальный участок, характеризуемый высокой скоростью реактивации, а для больших времен освещения процесс диссоциации замедляется и может быть описан уравнением для химической реакции второго порядка.
-
Показано, что при радиационном г- и электронном облучении гидрогенизированных слоев n-Si, происходит распад устойчивых водородных комплексов с освобождением атомарного водорода, который, в свою очередь, взаимодействуя преимущественно с радиационными дефектами, приводит к увеличению радиационной стойкости Si и снижает температуру отжига радиационных дефектов.
-
Показано, что обработка в водородной плазме облученного ї-квангами или электронами n-Si приводит к более значительному восстановлению подвижности и концентрации электронов, чем обычный термический отжиг при той же температуре вследствие пассивации атомарным водородом радиационных дефектов.
-
Обнаружен эффект увеличения квантового выхода фотолюминесценции многослойных QaAs/AlGaAs структур, выращенных методом МОС гидридной эпитаксии, благодаря пассивации безызлучательных центров
рекомбинации на границах гетероструктур.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в
следующем:
-
Установленные температурно-временные режимы обработки в водородной плазме слоев Si и GaAs могут быть использованы для управления электрофизическими параметрами полупроводников и приборов на их основе.
-
Результаты по увеличению радиационной стойїсости кремпия путем предварительного насыщения его водородом могут быть использованы при разработке приборов и интегральных схем, устойчивых к воздействию радиации.
-
Показана возможность улучшения параметров готовых полупроводниковых приборов и увеличения количества годных приборов с использованием обработки в водородной плазме.
Результаты диссертации и отработанные режимы гидрогенизации могут быть использованы в технологии производства полупроводниковых приборов и структур.
На защиту выносится экспериментальное подтверждение:
высокой эффективности пассивации атомарным водородом мелких доноров в n-Si при температурах гидрогенизации ниже 100 С;
диссоциации комплексов мелкий донор-водород в кремнии под действием света при комнатной температуре, кинетика которой при длительных временах освещения определяется реакцией второго порядка;
взаимодействия атомарного водорода с радиационными дефектами и мелкими донорами при радиационном воздействии на гидрогенизироьаи-
..ный n-Si;
- увеличения квантового выхода фотолюминесценции вследствие пас
сивации атомарным водородом границ гетеропереходов в многослойных
GaAs/AlGaAs структурах, выращенных методом МОС гидридной эпитак-
сии.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI Всесоюзной конференции по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов (г.Москва,
1QB8 г.); XIX Международной конференции по физике полупроводников (г.Варшава, Польша, 1988г.); VIII Международной школе по вакуумной, электронной и ионной технологиям (г.Варна, Болгария, 1093г.), II научно-технической конференции "Физикам технология тонкопленочных полимерннх систем" (г.Пружаны, Беларусь, 1993г.) и изложены в 14 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, основных результатов и выеодов, списка цитированной литературы, состоящего из 248 наименований. Она содержит 166 страниц машинописного текста, в том числе 35 рисунков и 8 таблиц.
