Введение к работе
Актуальность темы. Арсенид галлия благодаря своим уникальным физическим свойствам находит широкое применение в современной электронной технике. Достаточно больная ширина запроданной зоны, высокая подвижность носителей заряда, особенности зонной структуры, обусловливающие возможность прямых межзонных переходов носителей заряда, сравнительная простота получения материала с заданными электрофизическими свойствами обеспечивают широкие перспективы применения GaAs для изготовления оптоэлектронных приборов, приборов СБЧ техники, быстрэдействугацих интегральные схем. Для изготовления мощных высоковольтных и высокочастотных приборов может быть использован ядерно легированный арсенид галлия (ЯЛАГ), отличающийся высокой степенью однородности распределения примесей по объему слитка по сравнению с GaAs п-типа, легированным в процессе выращивания. Острая потребность электронной промышленности в материалах с заданным!! параметрами обусловливает актуальность исследования арсенида галлия п-типа, з том числе и ядерно легированного, и поиска технологических приемов управления его свойствами.
Полупроводниковые приборы на основе GaAs могут быть использованы в аппаратуре, работающей в полях пронккакщей радиации как естественного, так и искусственного происхождения. Поэтому изучение влияния радиационных воздействий на свойства GaAs представляет как научный, так и практический интерес с точки зрения использования различных видов облучения в полупроводниковой технологии для целенаправленного изменения свойств GaAs.
Условия облучения, в частности,температура образца в. процессе облучения оказывают существенное влияние на протекание процессов взаимодействия первичных радиационных дефектов <РД) с примесями и другими дефектами кристаллической решетки и формирование более сложных^дефектов, которые, в конечном итоге, определяют свойства материала. Систематические исследования по влиянию условий облучения (температура, интенсивность облучения) на процессы радиационного дефектообразования в арсениде галлия не проводились.
-4.-хотя ohj! представляют большой интерес как с научной, так и практической точки зрения. Поэтому исследование влияния условий облучения различными видами радиации, в частности, бистрими электронам}! и пострадиационного отжига на электрические и оптические свойства GaAs, в том числе ЯЛАГ, является актуальной задачей, позволяющей судить о процессах взаимодействия РД с примесями и генетическими дефектами кристаллической решетки, изучить важный с практической точки зрения вопрос о термостабильности радиационных дефектов.
Термическая обработка, как правило, является одним из элементов
технологического процесса производства приборов и интегральных схем
на основе GaAs. Однако систематических исследований влияния
облучения на термообработанный арсенид галлия до постановки данной
работы не проводилось. Таким образом, весьма важно исследовать
влияние электронного облучения на свойства арсекида галлия,
подвергнутого предварительной термической обработке (закалке) с
точки зрения изучения процессов взаимодействия РД с закалочными
дефектами, а такхе целенаправленного изменения свойств такого
материала. '
. Цель работы. . Экспериментальное исследование влияния примёсно-дефектного состава' кристаллов арсенида галлия п-типа, условий облучения быстрыми электронами и "последующего отжига на процессы радиационного дефектообразования в арсениде галлия п-типа.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Исследовать электрические и оптические свойства исходного и облученного быстрыми электронами (Е = 4 МэВ) ЯЛАГ в сравнении с GaAs п-типа , легированным в процессе выращивания.
-
Изучить взаимодействие примесей с радиационными дефектами в ЯЛАГ в процессе облучения быстрыми электронами и .последующего отжига.
-
Исследовать влияние условий облучения быстрыми электронами (температура облучения, интенсивность электронного пучка) на процессы формирования радиационных дефектов, управляющих электрическими и опт»г-:ескими свойствами GaAs п-типа.
4. Исследовать термостабильность радиационных дефект.: з,
влияющих на электрические н оптические свойства GaAs п-типа, облученного быстрыми электронами.
5. Исследовать влияние предварительной термообработки (закалки) на свойства GaAs п-типа, облученного быстрыми электронами.
Положения, выносимыз на защиту.
-
Ядерно легированный арсенид галлия (ЯЛАГ) по электрическим и оптическим параметрам и радиационной стойкости к облучению быстрыми электронами при комнатной температуре не уступает лучшим промышленным образцам GaAs п-типа, легированного в процессе выращивания.
-
Легирущая донорная примесь германия Geo*, в ЯЛАГ взаимодействует с радиационными дефектами в процессе отжига кристаллов, облученных быстрыми электронами при комнатной температуре, и в процессе облучения быстрыми электронами при повышенных температурах.
-
Акцепторная примесь углерода Сая в GaAs п-типа участвует в процессах радиационного дефэктсобразозанияв в процессе облучения быстрыми электронами при всех исследованных температурах облучения <30 - 500 С).
4.. Температура кристаллов GaAs при: облучении -быстрыми электронами влияет а) на скорость введения радиационных дефектов, б)-скорости взаимодействия РД с примесями, в) на спектр и термостабильность РД.
5. Закалочные дефекты взаимодействуют с радиационными дефектами в GaAs п-типа при облучении быстрыми электронами.
Научная новизна. -
-
Впервые исследовано влияние электронного облучения при различных температурах и- псхэдадиационного отжига на свойства ядерно легированного арсенида галлия (ЯЛАГ). Установлено, что по радиационной стойкости ЯЛАГ не уступает GaAs п-типа, легированному в процессе выращивания". ' " .'
-
Впервые обнаружено, что легирукадая донорная примесь германия Geo» в ЯЛАГ взаимодействует с РД в процессе пострадиационного отжига материала, облученного быстрыми электронами при комнатной температуре, а так-хе в процессе облучения ЯЛАГ быстрыми электронами при повышенных температурах (Товл > 200 С).
-
Впервые при помощи метода фотолюминесценции (ФЛ) в GaAs п-типа исследована кинетика уменьшения концентрации акцепторной
примеси углерода Cas, введения центров безызлучателшэк рекомбинации и образования анткпозициокного дефекта GaAa в процессе облучения -GaAs n-типа быстрыми электронами при комнатной и повышенных температурах.
-
Впервые получены зависимости скоростей образования РД в ЯЛАГ от температуры облучения быстрыми электронами (0 - 500 С).
-
Впервые исследовано влияние предварительной термообработки на процессы радиационного дефзктообразования в GaAs n-типа при облучении быстрыми электронами.
Практическая ценность Результата диссертации могут быть использованы для прогнозирования надежности работы различных полупроводниковых приборов, созданных на основе GaAs n-типа, а также для управления электрическими и оптическими параметрами GaAs при помощи радиационно-термических воздействий в рамках технологических процессов производства материалов с заданными свойствами и изготовления приборов на их основе.
Результаты расчетов по определению областей применимости
приближений Брукса-Херринга и Конуэлл-Вайскопфа при различных
степенях компенсации могут послужить ' методическим материалом для
правильного определения концентраций ионизованных примесей и степени
компенсации в GaAs n-типа. '" " .
Основные результаты'диссертационной работы включены в отчеты по темам: "Изучение радиационных воздействий на кремний, арсенид и фосфид галлия и р-п-структуры на их основе" (тема вьвгюлнялась по плану НИР ИФТТП АН БССР "Кристалл" в' 1980 - 1933 г.'г., государственный регистрационный номер 76007316) и "Исследования влияния условий облучения и отжига на свойства кремния, арсенида галлия и структур на их основе" (тема выполнялась по плану НИР ИФТТП АН БССР "Кристалл 12А" в 1986 - 1289 г.г., государственный регистрационный номер 0186Q043172).
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на VII Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц .с твердым телом" (Минск 1934 г.) и X Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Минск, 1985 г.), на YI Всесоюзном совещании по исследованию арсенида галлия (Томск, 1987 г.), на Всесоюзной конференции "Перспективные материалы твердотельной электроники. Твердот гльные преобразователи в автоматике и робототехнике".
(Минск, 199Q г.), на весенней сессии материадоведческого общества (США, Сан-<й?анциско,1992 г.) на Первой'Национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, 1992 г.).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 17 печатных работах (6 статей, 9 тезисов, 2 доклада).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, заключения. Общий объем ее составляет 182 страницы, включая 121 страницу машинописного текста, 4 таблицы, 39 рисунков и список литературы из 152 наименований.
