CC BY
32
УДК 537.622.2; 621.9.011
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1311-1313
К ВОПРОСУ ИЗУЧЕНИЯ МАКРОСКОПИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛАХ
© А.А. Скворцов, С.М. Зуев, М.В. Корячко, И.Е. Чернецкая
Московский государственный машиностроительный университет, г. Москва, Российская Федерация,
e-mail: [email protected]
В работе проведен анализ процессов образования расплавленных зон типа металл-полупроводник на поверхности полупроводников Ge, Te и GaSb, GaAs). Обнаружено, что в условиях электроотжига (/ < 4-106 Л/т2) в температурном интервале Т = 800-920 К в рассматриваемых системах могут формироваться расплавленные включения размером 50-800 мкм. Установлено, что формирование таких дефектов, приводящих к необратимой деградации полупроводниковых структур, происходит в результате контактного плавления в системах металл -полупроводник. В работе подробно освещены методы регистрации расплавленных зон.
Ключевые слова: макроскопические включения; полупроводниковый кристалл; контаткное плавление в системе металл - полупроводник.
Известно, что завершающая стадия деградации полупроводниковой структуры связана с формированием и миграцией оплавленных зон на межфазных границах [1-3]. Динамика расплавленных включений через объем полупроводника реализуется, как правило, в силовых полупроводниковых приборах [4]. В данной работе будет рассмотрена специфика поверхностной миграции включений и способов их регистрации.
Установлено [2; 5], что общей закономерностью процесса миграции примесных зон в большинстве полупроводников (ве, Si, GaSb, GaЛs, Те и т. д.) являются процессы плавления-кристаллизации при участии теплоты Пельтье на межфазных границах и сил электропереноса в объеме включения. При этом размерная зависимость скорости перемещения включений подчиняется линейному закону. Установлены вклады электропереноса и теплоты Пельтье в результирующую скорость вытеснения поверхностных зон током: в одних и тех же условиях вклад электропереноса уменьшается по мере увеличения толщины включений. Вклад теплоты Пельтье не зависит от размера включений. Электротранспорт примеси по поверхности полупроводников также определяется электропереносом компонентов в расплаве и термоэлектрическими свойствами межфазной границы. Специфика поверхностного массопере-носа связана с дополнительным действием электрокапиллярных эффектов.
Структура закристаллизованных включений анализировалась при помощи оптической и сканирующей туннельной микроскопии. На рис. 1 приведен скан, полученных с образцов кремния с помощью сканирующего туннельного микроскопа.
Для определения механических свойств включения, матрицы и легированного следа после прохождения зоны использовалось измерение микротвердости методом Виккерса (рис. 2). О состоянии поверхности судили по величине отпечатка после вдавливания инденто-ра. В результате исследований обнаружено, что микро-
твердость закристаллизованного включения ниже микротвердости кремния.
Таким образом, в данном разделе проведено исследование поверхности образца при помощи сканирующего зондового микроскопа: выявлена структура закри-
Рис. 1. Слева фотография поверхности образца с включением (микроскоп Метам Р1, увеличение 300); справа скан области включения (размер игл 4-6 нм), полученный с помощью NanoEducator при обработке высокочастотным фильтром 3x3 (разрешение: 128x128, размер скана: 16,00x16,00 мкм). Скан поверхности (рисунок 28) был получен при скорости сканирования 2,86 мкм/с, времени сканирования 30 мин, усилении ОС-1, размер скана 20,19x18,6 мкм, шаг 158 нм, разрешение 128x128 точек
Рис. 2. Схема испытания по Виккерсу. Отпечатки индентора на поверхности монокристалла кремния с включением (слева) и образце с эвтектикой Al-Si (справа, цена деления 10 мкм)
ISSN 1810-0198. Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки
сталлизованной области Al-Si, изучены механические свойства поверхности образца с помощью микротвердомера ПМТ-3М по методу Виккерса. Обнаружено, что микротвердость закристаллизованного включения ниже микротвердости кремния.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Meneghini M., TrivellinN., Orita K., Takigawa S., Tanaka T., Ueda D., Meneghesso G., Zanoni E. Degradation of InGaN-based laser diodes analyzed by means of electrical and optical measurements // Applied Physics Letters. 2010. V. 97. P. 263501-265503.
2. Гегузин Я.Е., Кривоглаз М.А. Движение макроскопических включений в твердых телах. М.: Металлургия, 1971. 344 с.
3. Zhu H., Hao M., Zhang J., Ji W., Lin X., Zhang J., Ning Y. Development and thermal management of 10 kW CW direct diode laser source // Optics and Laser Technology. 2016. V. 76. P. 101-105.
4. Скворцов А.А., Орлов А.М., Зуев С.М. К вопросу диагностики деградационных процессов в системе металл-полупроводник // Микроэлектроника. 2011. Т. 40. № 6. С. 5-11.
5. Белащенко Д.К., Орлов А.М., Пархоменко В.И. Миграция жидких включений в монокристаллах А3В5 // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1975. Т. 11. № 10. С. 1728-1731.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена в при поддержке Минобрнауки РФ, проект № 2290.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 537.622.2; 621.9.G11
DOI: 1G.2G31G/181G-G198-2G16-21-3-1311-1313
TO STUDY OF MACROSCOPIC INCLUSIONS IN SEMICONDUCTOR CRYSTALS
© A.A. Skvortsov, S.M. Zuev, M.V. Koryachko, I.E. Chernetskaya
Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, e-mail: [email protected]
In work the analysis of processes of formation of molten zones type metal-semiconductor on the surface of semiconductors (Si, Ge, Te and GaSb, GaAs) is considered. It was found that in terms of electromotive (j < 4-106 A/m2) in the temperature interval T = 800-920 K in these systems can be fused include the size of 50-800 ^m. It is established that the formation of such defects, leading to irreversible degradation of semiconductor structures, occurs as a result of contact melting in the system metal-semiconductor. In the work described in detail the methods of registration of the molten zones.
Key words: macroscopic inclusions; semiconducting crystal; the contact melting in the system metal-semiconductor.
REFERENCES
1. Meneghini M., Trivellin N., Orita K., Takigawa S., Tanaka T., Ueda D., Meneghesso G., Zanoni E. Degradation of InGaN-based laser diodes analyzed by means of electrical and optical measurements. Applied Physics Letters, 2010, vol. 97, pp. 263501-265503.
2. Geguzin Ya.E., Krivoglaz M.A. Dvizhenie makroskopicheskikh vklyucheniy v tverdykh telakh. Moscow, Metallurgiya Publ., 1971. 344 p.
3. Zhu H., Hao M., Zhang J., Ji W., Lin X., Zhang J., Ning Y. Development and thermal management of 10 kW CW direct di-ode laser source. Optics and Laser Technology, 2016, vol. 76, pp. 101-105.
4. Skvortsov A.A., Orlov A.M., Zuev S.M. K voprosu diagnostiki degradatsionnykh protsessov v sisteme metall-poluprovodnik. Mikroelektronika - Russian Microelectronics, 2011, vol. 40, no. 6, pp. 5-11.
5. Belashchenko D.K., Orlov A.M., Parkhomenko V.I. Migratsiya zhidkikh vklyucheniy v monokristallakh A3V5. Izvestiya AN SSSR. Neorganicheskie materialy, 1975, vol. 11, no. 10, pp. 1728-1731.
GRATITUDE: The work is fulfilled under support of Ministry of Education and Science of Russia project no. 2290. Received 10 April 2016
Скворцов Аркадий Алексеевич, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой сопротивления материалов, e-mail: [email protected]
Skvortsov Arkadiy Alekseevich, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head of Strength of Materials Department, e-mail: [email protected]
Зуев Сергей Михайлович, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, зав. кафедрой автомобильной электроники, e-mail: [email protected]
Zuev Sergey Mikhaylovich, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Head of Automotive Electronics Department, e-mail: [email protected]
Корячко Марина Валерьевна, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, аспирант, кафедра физики, e-mail: [email protected]
Koryachko Marina Valerevna, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Postgraduate Student, Physics Department, e-mail: [email protected]
Чернецкая Ирина Евгеньевна, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, аспирант, кафедра сопротивления материалов, e-mail: [email protected]
Chernetskaya Irina Evgenevna, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Postgraduate Student, Strength of Materials Department, e-mail: [email protected]
