CC BY
9
ФИЗИКА
Вестник Омского университета, 2001. №4. С. 25-26.
© Омский государственный университет УДК 543.123:530.712-534.12
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА y-ОБЛУЧЕННЫХ МОНОКРИСТАЛОВ GaAs:Te
В.И. Дубовик!, А.А. Невзгодов^
] Институт сенсорной микроэлектроники СО РАН, лаборатория ФПС 644077, Омск, пр. Мира, 55-A1 , I Омский государственный университет, 644077, Омск, пр.Мира, 55A
Получена 7 сентября 2001 г.
The influence 7 — radiationbyintensity 0.24 Mrad*h -1 on specific conductivity , concentration and mobility of carriers of a charge in samples GaAs doped by tellurium atoms n = (0.42 — 3.9) * 1018cm-3 is investigated. The unmonotonous character of change of electrophysical parameters in the irradiated monocrystals is explained from a point sight of interaction radiating Frenkel's defects with impurity subsystem of a crystal.
Широкое применение полупроводниковых приборов в ядерной и космической технике стимулирует интенсивное изучение проблемы радиационного дефектообразования в полупроводниковых кристаллах. Это связано с задачами обеспечения стойкости элементов полупроводниковой микроэлектроники в радиационных полях и перспективностью методов радиационной технологии в производстве приборов.
В настоящей работе исследовалось влияние 7-излучения на удельную электропроводность и постоянную Холла в монокристаллах ОаАв:Те с п0 = (0,42 — 3.79) * 1018ст-3, выращенные методом Чохральского (Гиредмет, г. Москва). Подготовка образцов для эксперимента осуществлялась по стандартной методике: резка, механическая шлифовка и полировка, химическое травление в полирующем травителе :
Н2О2 : Н2О (3:1:1) для снятия механических напряжений. Контакты формировались вплавле-нием индия при температуре Т = 500К в кратер, предварительно подготовленный электрическим пробоем. Омичность контактов проверялась исследованием вольтамперных характеристик при двух направлениях тока. Облучение образцов 7-квантами 60Со с энергиями 1.17 Мэв и 1.33 Мэв проводилось на установке «Исследователь» при температуре Т;гг = 300К. Интенсивность 7-излучения (/7) составляла 0.24 Мрад.час-1.
Измерение удельной электропроводности (а) проводилось методом Ван-дер-Пау, а постоянной
Холла (Их) методом ЭДС Холла в диапазоне температур от 77 до 350 К . Концентрация свободных носителей заряда (п) и холовская подвижность носителей заряда (^х) определяются по формулам [1,2].
A
eRx '
^x = Rx&-
(1) (2)
где А - Холл-фактор, е - заряд электрона, И.х -постоянная Холла. Исследуемые монокристаллы СаАз:Те во всем диапазоне температур (77-325 К) и концентраций являются вырожденными полупроводниками, для которых Холл-фактор (А) равен единице [1,2] и соответствующая формула для определения п:
1
eRx
(3)
e-mail: [email protected]
Концентрация свободных носителей заряда определялась также оптическими методами: фотолюминесценция (измерительный комплекс на базе спектрофотометра СФ-26), ИК-поглощение (спектрофотометры ИКС-29, иИ-20), раманов-ское рассеяние (спектрофотометр ИЕ8-100).
Проведенные исследования показали, что а для всех образцов не изменяется в диапазоне поглощенных доз (Ю7) до 223 Мрад, а изменения И.х и, следовательно, п и ^х носят немонотонный характер (рис. 1-4). В то же время оптические методы исследования не обнаружили изменений концентрации свободных носителей
n
26
В.И. Дубовик, А.А. Невзгодов.
Рис. 1. Дозовые зависимости а, ¡лх и п, нормированные на соответствующие значения необлученного образца, для монокристалла СаАБ:Те (по = 4, 2 • 1017ст-3), Тизм = 77 К
Рис. 2. Дозовые зависимости а, ¡лх и п, нормированные на соответствующие значения необлученного образца, для монокристалла СаАв:Те (п0 = 1,17 • 1018ст-3), Т изм = 77 К
заряда в 7-облученных монокристаллах. Таким образом, применение формулы (3) некорректно, т.к. при ее использовании п изменяется немонотонным образом. По-видимому, при гамма-облучении снимается вырождение в сильно легированных полупроводниках, поэтому правильнее было бы использовать формулу (1), где Холл-фактор изменяется в пределах 1,0-1,93 [1,2]. С другой стороны, снятие вырождения означало бы уменьшение п и соответственно уменьшение а, которое однако остается неизменным. Это объясняется тем, что а определяется как концентрацией свободных носителей заряда, так и величиной дрейфовой подвижности, которая увеличивается с уменьшением п. В целом же немонотонный характер изменения п и можно обьяснить взаимодействием радиационных дефектов с примесной подсистемой кристалла.
В результате гамма-облучения при Т^гг = 300К в обеих подрешетках монокристаллов СаЛя:Те образуются дефекты Френкеля [3-5]:
As as ^ Asi + Vas ,
GaGa ^ Gai + VGa,
(4)
(5)
где Asi , Gai - междоузельные атомы, а Vas , VGa -вакансии мышьяка и галлия.
Установлено [5-7], что при T > 300K Asi и VGa являются подвижными, а Vas заморожена при T < 490K. Междоузельные атомы мышьяка взаимодействуют с атомами теллура, которые находятся в узлах подрешетки мышьяка, по механизму Уоткинса, вытесняя их в междоузлие. Это
приводит к уменьшению концентрации донорной примеси и соответственно к уменьшению концентрации свободных носителей заряда. Возможна и обратная реакция вытеснения атомов мышьяка из регулярных узлов решетки междоузельными атомами теллура радиационного происхождения:
Te As + Asi ^ Tei + Asas
(6)
Фундаментальные исследования процессов выращивания и отжига сильнолегированных монокристаллов GaAs:Te [8] были объяснены с точки зрения образования расщепленных дефектов внедрения (Gai VGa Gai, Gai VGa Tei, Tei VGa Tei ). Подвижные вакансии галлия и междоузельные атомы теллура, образовавшиеся в процессе 7-облучения, стимулируют появление расщепленных дефектов внедрения:
2Tei + VGa ^ Tei VGa Tei.
(7)
Междоузельные атомы теллура, образовавшиеся в процессе радиационного воздействия (реакция 6), взаимодействуют с кластерами теллура, возникшими в процессе выращивания монокристаллов СаЛя:Те, увеличивая размеры кластеров, превышающих критический размер заро-дышеобразования [9-10]:
i(Tei) + Tei ^ (m + 1)(Tei)
(8)
где т - число атомов теллура в составе примесного кластера.
С другой стороны, возможно также растворение более мелких (размером меньше критическо-
Электрические и гальваномагнитные свойства y -облученных монокристалов GaAs:Te
27
Рис. 3. Дозовые зависимости а, ¡лх и п, нормированные на соответствующие значения необлученного образца, для монокристалла СаАБ:Те (п0 = 2, 55 • 1018ст-3), Тизм = 77 К
Рис. 4. Дозовые зависимости а, ¡лх и п, нормированные на соответствующие значения необлученного образца, для монокристалла СаАв:Те (п0 = 3, 79 • 1018ст-3), Т изм = 77 К
го) кластеров теллура в результате взаимодействия с подвижными Уса
k(Tei) + Vga ^ (k - 2)(Te¿) + ТвгVGaТвг, (9) где k < m.
Известно [11], что при радиационном воздействии на полупроводниковые соединения
aiii в V
образуются антиструктурные дефекты донорно-го типа по реакции:
Vga + Asi ^ AsGa ■ (10)
Расщепленные дефекты внедрения (Gai VGaGai, GагVGaТег, ТегVGaТег) как ростового, так и радиационного происхождения, взаимодействуя с подвижными компонентами реакций (4), (5), также способствуют образованию антиструктурных дефектов AsGa :
Тег VGa Тег + Así ^ Asga + 2Тег, (11)
йаг VGa Тег + ASí ^ AsGa + Gai + Тег, (12)
Gai VGa Gai + Asi ^ AsGa + 2Gai. (13)
Равновесие в перечисленных выше реакциях, объясняет немонотоный характер изменения исследуемых электрофизических параметров при Y -облучении, так как оно определяется соотношениями между IY, Dy , Tirr, nTe, где nTe - общая концентрация теллура, включающая как донор-ные, так и кластерные состояния.
[1] Хилсум К.,. Роуз-Инс А. Полупроводники типа A111 BV. М., 1963. 324 с.
[2] Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп. М.: Мир, 1967. 477 с.
[3] Лущик Ч.Б., Лущик А.Ч. Распад электронных возбуждений с образованием дефектов в твердых телах. М.: Наука, 1989. 263 с.
[4] Емцев В.В., Машовец Т.В. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках. М.: Радио и связь, 1981. 248 с.
[5] Точечные дефекты в твердых телах: Сб. статей: Пер. с англ. М.: Мир, 1979. 275 с.
[6] Pons D, Bourgoin J.// Phys. Rev. Lett. 1981. V.47. № 18. P. 1293-1296.
[7] Глинчук К. Д. ФТП, 1980. T. 14. В. 9. С. 1834.
[8] Fewster P.E. // J.Phys.Chem.Solids. 1981. V.42. № 10. P. 883-889.
[9] Лифшиц ИМ, Слезов В.В. // ЖЭТФ, 1958. Т. 35. В. 2. С. 479-492.
[10] Сангвал К. Травление кристаллов. Теория эксперимента и применение. М.: Мир, 1990. C. 59-60.
[11] Брудный В.Н. Характеризация радиационных эффектов в арсениде галлия // VII Российская конф. «Арсенид галлия» «GaAS-99» (Томск, 2123 октября). 1999. C. 9-12.
