Научная статья на тему 'ИЗМЕРЕНИЕ ФОТОЁМКОСТИ ОБРАЗЦОВ КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ АТОМАМИ NI И ZN'

ИЗМЕРЕНИЕ ФОТОЁМКОСТИ ОБРАЗЦОВ КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ АТОМАМИ NI И ZN Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
17
4
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник науки
Область наук
Ключевые слова
диффузия / кремний / цинк / никель / фотоёмкость / глубокий уровень / diffusion / silicon / zinc / nickel / photocapacitance / deep level

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Есбергенов Д. М.

Методом фотоемкости определены уровни атомов цинка и никеля в nSi. Показано, что в Si атомы никеля образуют глубокие уровни с энергиями ионизации EC – 0,41 эВ и EV + 0,20 эВ, в тоже время, атомы цинка образуют глубокие уровни (ГУ) EC – 0,55 эВ и EV + 0,31 эВ. Показано, что эффективность образования термодефектов в кремнии зависит от технологических режимов легирования кремния примесями Zn и Ni. Установлено, что высокотемпературная диффузия атомов примесей Zn и Ni приводит к снижению эффективности образования неконтролируемых дефектов в 3-4 раза.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHOTOCAPACITANCE MEASUREMENTS OF SILICON SAMPLES DOPED WITH Ni AND Zn

The levels of zinc and nickel in n-Si were determined by the photocapacitance method. It is shown that nickel atoms in Si form deep levels (DL) with ionization energies EC 0.41 eV and EV + 0.20 eV, while zinc atoms form DL as EC 0.55 eV and EV + 0.31 eV. It is shown that the efficiency of formation of thermal defects in silicon depends on the technological regimes of silicon doping with Zn and Ni impurities. It has been established that high-temperature diffusion with Zn and Ni impurities leads to a decrease in the efficiency of the formation of uncontrolled defects by a factor of 3–4.

Текст научной работы на тему «ИЗМЕРЕНИЕ ФОТОЁМКОСТИ ОБРАЗЦОВ КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ АТОМАМИ NI И ZN»

УДК 53

Есбергенов Д.М.

доктор философии (PhD) по физ.-мат. наук,

старший преподаватель кафедры сети и системы передачи данных

Нукусский филиал Ташкентский университет информационных технологий им. Мухаммада ал-Хоразмий (г. Нукус, Каракалпакстан)

ИЗМЕРЕНИЕ ФОТОЁМКОСТИ ОБРАЗЦОВ КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ АТОМАМИ NI И ZN

Аннотация: методом фотоемкости определены уровни атомов цинка и никеля в nSi. Показано, что в Si атомы никеля образуют глубокие уровни с энергиями ионизации Ее -0,41 эВ и Еу + 0,20 эВ, в тоже время, атомы цинка образуют глубокие уровни (ГУ) Ее -0,55 эВ и Еу + 0,31 эВ. Показано, что эффективность образования термодефектов в кремнии зависит от технологических режимов легирования кремния примесями Zn и Ni. Установлено, что высокотемпературная диффузия атомов примесей Zn и Ni приводит к снижению эффективности образования неконтролируемых дефектов в 3-4 раза.

Ключевые слова: диффузия, кремний, цинк, никель, фотоёмкость, глубокий уровень.

Введение

В последние годы кремний легируют различными примесями для управления его параметрами [1-4]. В качестве примера можно привести примеси переходных элементов, представляющие собой атомы цинка, никеля.

Известно, что цинк (Zn) в кремнии проявляет акцепторные свойства [5], которые позволяют в широких пределах управлять значением времени жизни в n-Si носителей заряда (т). В то же время, никель (Ni) имеет самый высокий коэффициент диффузии и растворимости. Даже при комнатной температуре атомы никеля легко диффундируют в кристаллическую решетку [3]. Диффузия

1940

атомов никеля в кремний приводит к образованию глубоких энергетических уровней (ГУ). Долгие годы ученые исследовали энергетические уровни никеля в кремнии, пытаясь понять природу возникновения различных дефектов.

Поэтому целью данной работы является изучение с помощью методов фотоемкости процессов дефектообразования в кремнии, диффузионно-легированном атомами и N1.

Методика эксперемента

Для исследования были изготовлены образцы из, п-типа кремния с удельным сопротивлением 1^40 Омсм. При легировании диффузия указанных примесей проводилась из их слоя напылённого на поверхность Si, в интервале температур 1000 - 1200 °С в течении 2^5 часов. Формирование р-п перехода и омического контакта осуществлялось стандартным методом. Исследование влияния примесей на электрофизические, фотоэлектрические и рекомбинационные параметры Si<Ni> и Si<Zn> были произведены измерением постоянной Холла и фотоемкости (ФЕ). Параллельно с параметрами легированных образцов измерялись параметры контрольных образцов [6-7].

Результаты и их обсуждение

После диффузии атомами N1 и 7п удельное сопротивление р в зависимости от температуры и длительности диффузии возрастало от 2 до 3 раз, по сравнению с исходными образцами, что свидетельствует об акцепторном характере образовавшихся центров.

На рис. 1 (кривая 1) приведен типичный спектр ФЕ диода на основе п-Б1, легированного никелем. Как видно из этого рисунка, на спектрах фотоёмкости образцов п-8К№> наблюдаются релаксации емкости вблизи 0.20 и 0.41 эВ, связанные с перезарядкой двух глубоких уровней. В области Иу>0.8 эВ происходит плавный рост емкости (рис.1, кривая 1).

В контрольных образцах из п-Б1 (без никеля), прошедших высокотемпературную обработку (ВТО), аналогичную режиму диффузии примеси N1, были обнаружены только уровни с энергией ионизации Ее - 0.20 эВ (рис.1, кривая 3), характерные для дефектов термообработки, их

1941

концентрация составляла порядка = 1012 см3. Это свидетельствует о том, что атомы никеля в верхней половине запрещенной зоны кремния образуют один глубокий уровень с фиксированной энергией ионизации: Ее - 0.41 эВ.

По зависимости lgN=f(t) было определено сечение захвата атомов N1 на эти уровни, оно составляло порядка ~10-17 см2.

Для определения энергии ионизации глубоких уровней, расположенных в нижней половине запрещенной зоны в образцах п-Б1<№>, проводилось измерение индуцированной ФЕ. Для этого диод со стороны базы освещался достаточно длительное время светом с 1.4 эВ. Измерения индуцированной ФЕ показали, что в нижней половине запрещенной зоны п-Б1<№> был обнаружен один глубокий уровень с энергией ионизации Еу+0.20 эВ (рис.1, кривая 2).

По кинетике заполнения уровней потоком неосновных носителей производилось измерение сечения захвата дырок на уровни Еу+0.20 эВ, которые обусловлены атомами никеля в Бг На спектрах ИФЕ контрольных образцов не наблюдались никакие релаксации емкости (рис.1, кривая 4).

1.0- С, отн.ед.

-1-1-1-1-1-Г— „

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ЛЦ ЭВ

Рис.1. Типичные спектры ФЕ (1) и ИФЕ (2) диода на п-Б1 <№> и контрольных образцов п-Б1 (3), (4)

1942

Далее в таком же режиме измерялись спектры ФЕ для кремния, легированного примесью цинка. На рис. 2 приведены спектры ФЕ и ИФЕ кремния, легированного 7п. Из рисунка видно, что в диодах из Si<Zn> наблюдаются два уровня: расположенные как в нижней, так и верхней половине запрещенной зоны с энергиями ионизации Ее - 0,55 эВ и Еу + 0,31 эВ акцепторного характера.

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Иц ЭВ

Рис.2. Типичные спектры ФЕ (1) и ИФЕ (2) диода на п-Б1 ^п> и контрольных образцов п-Б1 (3), (4)

Заключение

Таким образом, методом ФЕ были изучены энергетические уровни, создаваемые примесями N1 и Zn. Обнаружено, что эти примеси образуют глубокие уровни с энергиями ионизации: Ее-0.21 эВ, Е е-0.42 эВ, Е у+0.20 эВ в Б1<№> и Ее-0.21 эВ, Е е-0.55 эВ и Еу+0.31 эВ в 8^п>. Анализ результатов спектров ФЕ и ИФЕ показывает, что эффективность образования ГУ атомами N1 и Zn зависит от технологических режимов легирования и приводит к снижению термических дефектов в 2-3 раза.

С, отн.ед.

1.0 -

0.5 -

1943

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. J.W. Chen, A.G. Milnes. Energy levels in silicon. Annual review of materials science. 1980, Т. 10, №. 1, pp. 157-228;

2. A.C. Wang, L.S. Lu, C.T. Sah. Electron capture at the two acceptor levels of a zinc center in silicon. Physical Review B. 1984, Т. 30, №. 10, pp. 5896;

3. J. Lindroos. Nickel: A very fast diffuser in silicon. Journal of applied physics. 2013, Т. 113, №. 20, pp. 204906;

4. Esbergenov D. M., Naurzalieva E. M., Tursinbaev S. A. Enhancing the perfection of a silicon crystal doped with nickel and zinc impurities //East European Journal of Physics. - 2023. - №. 4. - С. 172-176;

5. Ш.Б. Утамурадова, С.С. Насриддинов, Д.М. Есбергенов, Э.М. Наурзалиева Complex defects in zinc-doped silicon. Наука и мир. Международный научный журнал (Россия), 2018, 2021. № 10 (98). Vol. II. с.20-

23;

6. S.S. Nasriddinov, D.M. Esbergenov, E.M. Naurzalieva. Nickel-related complex defects in silicon. European science review. 2021, № 7-8, pp. 6-8;

7. S.S. Nasriddinov. Criteria for obtaining compensated nickel silicon. Euroasian Journal of Semiconductors Science and Engineering. 2020, Т. 2, № 4, pp. 10

1944

Yesbergenov D.M.

Tashkent University of Information technologies named after Muhammad al-Khwarizmi (Nukus, Karakalpakstan)

PHOTOCAPACITANCE MEASUREMENTS OF SILICON SAMPLES DOPED WITH Ni AND Zn

Abstract: the levels of zinc and nickel in n-Si were determined by the photocapacitance method. It is shown that nickel atoms in Si form deep levels (DL) with ionization energies Ее - 0.41 eV and Еу + 0.20 eV, while zinc atoms form DL as Ее - 0.55 eV and Еу + 0.31 eV. It is shown that the efficiency of formation of thermal defects in silicon depends on the technological regimes of silicon doping with Zn and Ni impurities. It has been established that high-temperature diffusion with Zn and Ni impurities leads to a decrease in the efficiency of the formation of uncontrolled defects by a factor of 3-4.

Keywords diffusion, silicon, zinc, nickel, photocapacitance, deep level.

1945

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.