Влияние легирующей примеси на распределение точечных дефектов в гетероструктуре SiC - Si Текст научной статьи по специальности «Физика»

352 Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия. 2008. №6(65).

УДК 621.382

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ БЮ - Б1

© 2008 А.Н. Комов, В.И. Чепурнов, К.П. Сивакова1

Гетероэпитаксиальные пленки карбида кремния на кремниевой подложке являются перспективным материалом высокотемпературной электроники. В данной работе выполнен анализ точечного дефекто-образования в гомогенной фазе в - Б Ю, формирующейся за счет матрицы кремния, углеводородов газовой фазы и легирующей примеси Оа в интервале температур 1360-1380 °С при нормальном давлении.

Ключевые слова: точечный дефект, гетероэпитаксиальные пленки, эндо-таксия, легирующая примесь, карбид кремния, кремний.

1. Введение

Гетероструктуры в - БЮ — Б1 перспективны для применения в качестве полупроводниковых преобразователей физических величин (датчиков), работающих при температурах до 350 °C и в условиях повышенного радиационного фона. В связи с этим актуальным является вопрос распределения и природы точечных дефектов (наноразмерного уровня) в гомогенной области карбида кремния, формируемого методом эндотаксии на кремниевой подложке. Практическим применением данного распределения является оптимизация технологии выращивания и легирования БЮ—фазы. Модель распределения учитывает роль и участие подложки кремния в формировании гетероструктур.

Сопряженные фазы подложки и пленки имеют различный состав и распределение собственных дефектов тепловой и ростовой природы, а также дефектов сопровождающих процессы легирования. Все типы дефектов контролируются термодинамическим равновесием системы. Распределение наноструктурных дефектов связано с процессами массопереноса в градиенте

1 Комов Александр Николаевич, Чепурнов Виктор Иванович, Сивакова Ксения Петровна ([email protected]), кафедра электроники твердого тела Самарского государственного университета, 443011, Россия, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1.

соответствующих химических потенциалов. Данное распределение обуслав-лено отклонением химического состава гомогенной в - Б Ю— фазы от стехиометрии.

Пленка в - Б Ю— фазы формируется за счет матрицы монокристалли-ческого кремния. Процесс можно представить как встречную диффузию потока атомов углерода, галлия и кремния в градиенте химического потенциала через кристаллическую решетку карбида кремния, выступающей в роли диффузионного барьера, как это схематически представлено на рис 1

газовая фаза

(углеводороды, кремневодороды, водород, легирующая примесь ва)

Рис. 1. Схематическое представление массопрерноса при эндотаксии карбида кремния на кремниевой подложке как твердофазной реакции в градиенте химических потенциалов Ац^, Ацбь Ацоа, выступающих движущей силой соответствующих потоков I

2. Краткая характеристика термодинамической системы Б1 - О - Н - Оа

Газовая фаза.

Газ-носитель водород диффузионной очистки образует углеводороды реакцией с углеродом в низкотемпературной области кассеты-подложкодер-жателя. В той же зоне установлен источник паров галлия. Парогазовый поток движется над подложками кремния в градиенте температуры, обеспечивающем однородное пересыщение по углероду в кассете. Выполненный термодинамический расчет показал, что система испытывает пересыщение по гипотетическому атомарному давлению углерода (АРа) и не испытывает пресыщения по гипотетическому давлению кремния (АРБ1). На подложке кремния формируется гомогенная фаза в - БЮ за счет реакции кремния с углеродом.

Гомогенная в - БЮ — фаза.

Гомогенная в - БЮ фаза выступает в качестве диффузионного барьера, поэтому, несмотря на то, что в соответствии с диаграммой ’’состав — свойство системы Б г - Ю” при температуре эндотаксии углерод и кремний вместе несосуществуют, диффузионный барьер позволяет выполнить термодинамический расчет газовой фазы в системе Бг - Ю - Н по известной методике [1—2]. Гомогенная область в - БЮ в стехиометрическом отношении не однородна: со стороны газовой фазы ожидается отклонение стехиометрии в сторону избытка углерода (фазовое поле I). Процесс встраивания атомов углерода в кристаллическую решетку в - Б Ю— фазы можно представить квазихимическим уравнением с образованием ростовых точечных дефектов:

где О — условное обозначение совершенной кристаллической решетки карбида кремния (БіС); Сс — атом углерода, встроившийся на место атома углерода в кристаллической решетке БіС; УБ-р — четырехкратно ионизированная умозрительная вакансия на месте атома кремния в БіС, находящаяся рядом со встроившимся атомом Сс; Ку4- —константа равновесия квазихи-

Бі,р

мического уравнения; Ху4- —концентрация вакансий на месте атомов крем-

Бі,р

ния в БіС; АР с — пересыщение по гипотетическим атомам углерода в газовой фазе, сопряженной с фазой БіСт; р — концентрация дырок; Н — условное обозначение квазичастиц—дырок.

Гомогенная область в - БіС со стороны сопряжения с Б і— фазой испытывает отклонение от стехиометрии в сторону избытка кремния (фазовое поле III). Возможны два механизма вхождения кремния в кристаллическую решетку карбида кремния: 1) механизм ростовой природы; 2) механизм замещения вакансий на месте атома углерода в решетке карбида кремния. Твердофазный процесс встраивания атомов кремния в кристаллическую решетку Б іС можно представить квазихимическим уравнением с образованием ростовых дефектов:

где Б іб і — атом кремния на месте атома кремния в кристаллической решетке БіС; УС+р — четырехкратно ионизированная умозрительная вакансия ростовой природы на месте атома углерода кристаллической решетки БіС; п — концентрация электронов; е — условное обозначение электрона.

С + О ^ Сс + УБ-р + 4Н

(1)

Біт + О ^ Бібі + У^р

+ 4е,

(2)

КуС+ - ХуС+ • п4 • сіб\,

С,р С,р

4ХУ4+ — п,

Механизм замещения вакансий на месте атомов углерода в гомогенной фазе в - Б С [3-4] изменяющее стехиометрию в сторону избытка кремния

(фазовое поле III) можно представить квазихимическим уравнением:

Бгт + (уЪ+бю + ^ Б^^, (2')

Кб; 4+ = Хб14+ • Х-1+ • п~А • аБ,,

ус,б; с ус,бг с ус,Б1 с

4Ху4+ = п.

ус

Градиент химического потенциала построений примеси в гомогенной области Б г С, сопряженной с газовой фазой (фазовое поле I), обеспечивает термодинамически выгодное условие вхождения галлия в кристаллическую

решетку Б С, покажем это. Изменение энергии Гиббса представим как об-

разование раствора галлия в матрице Б С

АС = ХБ гс • АЦБ,С + ХОа • АЦса, (3)

где (XАц,) — произведение молярной доли компонента на соответствующий химический потенциал.

Выражение химического потенциала через стандартные парциальные термодинамические функции энтальпию и энтропию, получим

Ац, = Ац0 + ЯТ 1п Хь (4)

Ац = АН0 - Т • АБ0. (5)

Решая уравнения совместно (3-5) получим

(6)

АС = Хб гс • АНБ ;с - Хб гсТ • АБ 0 + Хб гс • ЯТ 1п Хб с+

+ХСа • АНССа - ХСа • Т_• АБ°0а + Х^ЯТ 1п Хса =

= Хб гс • АН0С + Х^АН0^ + ЯТ (Хб гс 1п Хб гс + Хса 1п Хса) -

-Хбгс • ТА^с - Хса • ТАБ°аа.

Сведем выражение (6) к одной переменной, исходя из того, что

АС = (1 - ХСа) • АНБгс + Хса • АН°0а+

+ЯТ [(1 - Хса) 1п (1 - Хса) + Хса • 1п Хса] - (7)

- (1 - Хса) • ТАБ°б гс - ХсаТАБ0а.

Дифференцируем (7) по мольной концентрации галлия, чтобы убедится в термодинамической неизбежности легирования

дАв + ЬЙ°Оа + КТЫ [^(1 - + ТАБ°81С - ТАБ%а. (8)

дХса

Упростим выражение (8), полагая, что

Хб с » Хса » 1019,

Хса « 1 и ХБ,С - 1>

АЩгс « АнОа, (9)

Производная в любом случае отрицательна, следовательно растворение галлия в матрице Б С процесс самопроизвольный (Хса ^ 0,1п Хса ^-оо). Кристаллическую решетку Б г С можно рассматривать как совокупность под-решеток углерода и кремния. Электроотрицательности для углерода, кремния и галлия по Полингу равны соответственно 2.5; 1.8; 1.6 [5], поэтому полагаем, что галлий замещает атомы кремния в подрешетке кремния.

Возможны два механизма вхождения галлия в Б С:

1) По механизму квазихимической реакции достраивания бинарного полупроводника;

2) По механизму замещения вакансий на месте атома кремния У^-р.

Представим оба механизма которые сопровождают образование точечных дефектов, вызванных легированием посторонней примесью:

Присутствие паров галлия и углеводородов, испытывающих пересыщение влияют на структурное дефектообразование ростовой природы. Возможны следующие случаи, которые контролируются соответствующим давлением компонентов:

Случай (11а) соответствует легированию карбида кремниевой фазы

(11), а ролью ростового структурного дефектообразования (1) можно пренебречь. Случай (12а) соответствует легированию в процессе роста, по реакции (12), где вакансии в подрешетке кремния могут быть ростовой (1) и тепловой природы по моделям Шоттки и Френкля.

Случай (12Ь) соответствует условию когда легирующая примесь не оказывает существенного влияния на модифицирование типа проводимости полупроводника (превалирует ростовой процесс (1), вероятен (12)). Как видно

(11)

(12)

Рса » АРС, Рса - АРС, Рса « АРС.

(11а)

(12а)

(12Ь)

из уравнения (11) и (12) продуктами реакций являются электроны, дырки и заряженные частицы, т.е. те же продукты реакции, как в случае сверх-стехиометрического разупорядочения тепловой и ростовой природы, представленные квазихимическими уравнениями (13)—(15) и (21)—(23) [6].

Ус,ш

УБг,ш *

О * Ус + Уб;, Кш = ХуСш -Хуб,

УС+ш + 4е КшУ4+ш = ХУ4+тт •п4. Х-1

'с,ш

Ус,ш ’ 4 ^-1

4Х.

У4+ = п,

Ус,ш

У4+ш + 4Н, КшУ4- = Ху4+ • р4 • X-1 , 4ХУ4+ = р,

Б,,ш шУБ;.ш уб /.ттт ^ уБ,,ш’ уб;.ттт ^

(13)

о * Ус, Ф + Сг + Уб г, ф + Б ^, Кф = Хус • Хс; • Ху-, • Хб , Ус,Ф * УС+ф + 4^, Ку4+ф= ХуС+ф • п4 • Х-1ф, 4ХуС+ = п,

УБ.ф * У-ф + 4Н, ф = , 4Хбф = р,

с,

С4- + 4Н, КС4- = р4 • ХС4- • X-1, 4ХС4- = р,

Б г г* Бг'4+ + 4~в, Кб г, = ХБ ,4+ • п4 • Хб г,, 4ХБ ,4+ = п,

(14)

О * е + Н, Кг = п • р, р = п. (15)

Кремниевая фаза.

Краткая характеристика кремниевой фазы со стороны ее сопряжения с гомогенной БС—фазой. Гомогенная фаза Б С наследует ориентацию и тип кубической решетки кремния, несоответствие параметров решетки составляет ~ 20%. Напряжения несоответствия релаксирует до остаточных за счет дислокационной сетки. Так как фаза Б С образуется за счет Б г—фазы и движется вглубь монокристаллической подложки, то соответственно перед фронтом роста Б С—фазы движется сетка дислокаций, выполняющая функции скрытого геттера для примесей и собственных точечных дефектов кремния различной природы.

Экспериментально показано, что дислокации сосредоточены в кремнии (рис. 2). Технология получения гетероструктур, методика выявления распределения дефектов, а также подсчет плотности дислокаций приведены в работе [7].

Концентрации дефектов по модели Шоттки и модели Фринеля при температуре эндотаксии 1360—1380 °С сопоставимы [8-9].

о * У б г,ф + Б гг, Кб г,= Ху-, ,ф •Хб,,

УБ г,ф ;

Б

Б

УБ-ф + 4р- КуЙф = хуБ+ф ' р4 ' ХУ-,,ф,

4+ 4 -1

4ХУ4-ф = р.

Б I ,ф

(16)

(17)

(18)

: Б Г + 4е, Кб ,4+ = Хб ,4+ • п4 • ХБ 1, 4Х- ,4+= п,

б ,- + 4Н, Кб .4- = Хб .4- • р4 • X-, 4Х- ^ = р.

Междоузельный атом может выступать как акцептор при легировании посторонней донорной примесью и как донор при легировании посторонней акцепторной примесью. Степень ионизации зависит от температуры.

Сопряжение Бг—фазы с БЮ—фазой, приводит к возникновению химического потенциала на межфазной границе по углероду и самопроизвольному изовалентному легированию Б г— фазы с образованием точечных дефектов по квазихимической реакции

Ст,Бгс * СБг, КСб, = хСб, • ХС]бю. (19)

Кроме реакции замещения атомов в узлах решетки Б г возможны и реакции замещения тепловых вакансий, например по модели Шоттки в решетке Б г — матрицы

Ст,Бгс + (У4+ + 4ё) * Су4+, Ку4+ = Хсу4+ • п-4 • X-1+ • Х-^. (20)

Соответственно градиент химического потенциала по атомам кремния на межфазной границе БЮ - Б г не исключает ранее приведенного процесса замещения вакансий в подрешетке кремния Б Ю — фазы атомами кремния (1,2’,13—14). Данный факт можно рассматривать как изовалентное легирование Б Ю и причину отклонения Б Ю — фазы от стехиометрического состава в сторону избытка кремния.

Процессы точечного дефектообразования при эндотоксии в сопряженных фазах БЮ - Б г имеют разную природу и протекают одновременно, взаимообуславливая константы равновесия процессов (1—2’), (11—20). Практическое значение имеет распределение наноструктурных дефектов. Распределение точечных дефектов тепловой (по Шоттки, Френкелю) и ростовой природы приведено в работе [9].

Например, распределение точечных дефектов тепловой по Шоттки и ростовой природы:

— для фазового поля I на границе с газовой средой

1 4 1 ~ 1

-р = 4г,.(КУ4Г

А Ч- 1 ~ — , .

ХУЇ7 = 7Р = 4" • (ад5 • (АрсУ> (21)

, 4

45 • Ки

ху£ =---------, (22)

(Ку4-)5 • (АР~сУ

і і ~ _1 п = V ■ Кі ■ ■ (АРс) 3; (23)

для фазового поля III, сопряженного с подложкой Бі

1 4 і і ~ _1

ху£ = 4й = 4“5 • (Ку^У5 ' (КрУ5 ' (Арс) 5, (24)

4 5-(Кш)-(АРсУ ~ ------;-----— > (25)

(Ку4с+)5 ■ (КР)5

1 11-1 , ч

Р = 45 -К{- (КуиГ 5 • (Кр)-5 . (ДРС)5 ; (26)

— для узкого фазового поля II в гомогенной области БЮ (при условии Кш > Кг)

11-1 , Ч

р = (Ку4,У ■ (Кшу* ■ (АРсУ, (27)

п = Щ- (Ку4-Г? • (Кшу* ■ (АРС)~У (28)

1 , ч

Ху,- =Хуи = (Кшу. (29)

Распределение точечных дефектов тепловой по Френелю и ростовой природы:

— для фазового поля I гомогенной области Б іС

і і~і р = 4ХС4- = 45 • (^47)5 • (АРс) , (30)

4 1

1

Хс,- = 4" • (Ку,-У ■ (АР~СУ, (31)

і і ~ _1 п = ■ Кі ■ (Ку,-)-5 ■ (АРС) 5, (32)

4 , 1 ~ _! , ч

ХУ4+ = 45 • С?ф • (Куі-)-ї • (АРс) 5, (33)

4 1 ~ _ I , ч

*5 Г = ^ГГ = 4*-КФ ' (^-)-5 • (АРС) ^; (34)

•4-

V4і

для фазового поля III гомогенной области Б іС

і і і ~ _1 , ч п = 45 • (КуАс+У ■ (Кр)5 • (АРс) 3, (35)

4 1 ~ -- , ч

Х5(.4+ =4-5 -(КуА+У -(АРС) 5, (36)

У С

4 1 1 ~ -I , ч

Хи+ = 4-5 • (Ку4+)5 • (Кр)5 ■ (АРс) 5, (37)

4 ,, 1 1-І , ч

Ху4- = 45 • К ' • (^4+)- 5 . (ад- 5 • (АРС) 5, (38)

р = 4_5 • К{ ■ (Ку4+ Г 5 • (Кр)~5 • (АРс)5, (39)

р 6 1 1 ~ I „ „

хс*- = 1=4-5 -Щ- (КуАс+)~ • (Кр)~5 • (АРс)5; (40)

— для фазового поля II гомогенной области БгС

1

Х8гГ=ХУ^=ХУр=ХСГ=К1’ (41)

1 1 ~ I

р = (Ку4-У ■ (к;)-* ■ (АРсУ, (42)

1 1 _ 1

и = *г • С^4+Г? • (*р+5 • (АРсУУ (43)

Графически соответствующее распределение представлено на рис. 5.

Введение легирующей примеси (Оа) в процессе гетероэндотаксии БЮ - Б г меняет картину распределения тепловых по Шоттки, по Френелю и ростовых точечных дефектов, представленных выражениями (21—34). Рассмотрим случай распределения наноразмерных дефектов тепловой природы (по Шоттки), ростовой природы и вызванных легированием в процессе роста. Примесь вводится в фазу Б Ю из паровой фазы (неограниченный источник).

ЫХ

Фазовое поле ІП

Фазовое поле II

Фазовое поле I

1п АРс

Рис. 2. Зависимость концентрации равновесных ростовых и тепловых четырехкратно ионизированных дефектов по Френкелю в гомогенной области в - БЮ от пересыщения по атомам углерода в газовой фазе над в - БЮ

Фазовое поле I гомогенной области Б Ю.

Структурное и электронное разупорядочение обусловлено образованием продуктов реакции с соответствующими концентрациями (21-23). Продукты реакции оказывают влияние на механизм легирования (12) поддерживая его, т.е. смещают равновесие вправо, активируют процесс. Перераспределение дефектов зависит от соотношения концентраций посторонней примеси и степени пересыщения газовой фазы по углероду. Например, при условии (Рва ^ ДРс) вид распределения заряженных дефектов существенно не изменится. Преимущественно имеет место изовалентное легирование Б С-фазы сверхстехиометрическим углеродом (при условии ДРБг ^ ДРс в газовой фазе), причем продукты квазихимического процесса (1) предполагают развитие процесса (12).

Увеличение концентрации галлия в паровой фазе над гомогенной фазой БС до уровня, когда начинает выполнятся условие (12а) (т.е. Р^а — ДР с) обеспечивает протекание процесса (12). Замещение вакансий на месте атомов кремния галлием позволяет переписать константу равновесия в более удобном для анализа виде, с учетом результатов работы. В константе равновесия переобозначим взаимосвязанные величины как Е-дефект (ХЕ\- =

(44)

Уравнение электронейтральности можно преобразовать к виду

ХЕ'а„ = Р- (45)

Распределение ассоциированного структурного дефекта в фазовом поле I гомогенной области БС можно найти из выражений (44) и (21), получим:

(46)

V;- Ga/V \ VSip

Si,p

KGah =XE].,-\^-Kv+ 'Л/У:)'^:,=

= XFi- -4“5 -К I -AP^-Pri,

EGa/V VS-p C Ga’

3 3^3

XE1- = 45 • KGai- • Ks • Д/V; • PGa. (47)

^Ga/V v4- V4 c

Si,p

Si,p

Распределение электронного разупорядочения можно найти из решения уравнений (45-46) и (15)

3 3

X£i- = p = 45 • KGaK • Г* • Д/V; • PGa, (48)

Ga

Ga/V V*- VSi,p

Si,p

3 _3 _3

и = ^ • P-1 = 4-5 • ^ . Ap-s . p-1 (49)

v4- Si-p

Si,p

Распределение вакансий в подрешетке углерода определяется из уравнений (2) и (48):

П 8 , -3

X,» -J-O.JS. *2,; ■ ' ДРС‘ ■ і* (»)

^ ^ v4- Si*p

Si,p

В обобщенном виде распределение структурного и электронного разу-порядочения для фазового поля I гомогенной области SiC для условия легирования посторонней примесью можно записать в виде выражений:

3

XF1- = р = К ■ ДРД, (51)

EGa/V C V 7

_3

n = K-APj, (52)

_3

Хул+ = К ■ АРС~5, (53)

где K — обобщенная константа равновесия при PGa = const.

Распределение структурного и электронного разупорядочения в фазовом поле III гомогенной области Б Ю.

При отсутствии легирования посторонней примесью распределение ростовых и тепловых дефектов (по Шоттки) представлено выражениями (24-28). Введение в газовую фазу посторонней легирующей примеси в процессе роста методом эндотаксии изменяет распределение. Распределение концентраций точечных дефектов (24-28) влияет на протекание процесса легирования следующим образом:

— высокая концентрация электронов и вакансии на месте атомов углерода в подрешетке углерода в БгС—фазы смещает равновесие процесса (11) влево, подавляя его;

— низкая концентрация дырок ускоряет процесс (12), но низкая концентрация вакансии в подрешетке кремния не поддерживает данный процесс

(12);

— инициируется процесс антиструктурного дефектообразования (2’) вследствие высокои концентрации вакансии в подрешетке углерода и электронного разупорядочения вблизи сопряжения с —фазой;

— возможны и другие механизмы введения посторонней примеси в Б С— фазу, например замещение вакансий в подрешетке углерода, участие меж-доузельного механизма будет рассмотрено в последующих работах.

Для условия, когда Р^а ^ АРс существенных изменений в распределении точечных дефектов различной природы (24-28) не ожидается. Существенные изменения в распределении точечных дефектов проявляются при условиях (12а), (12б).

Рассмотрим распределение структурного и электронного разупорядочения в предположении, что поддерживается механизм процесса (12). Из константы равновесия (44) и распределения концентраций вакансий в подре-шетке кремния (25) находим:

/1 -1 -1 ~1\-3 ,

Каа\_ = % . ' 45 • Кш • К1 • Кр 5 • АР* • РЪ\ =

^Ga/V *Si,p

С

З

З

= 4“5 • Хрі- ■ К73 • К\+ ■ КІ ■ АР~5 • Р~с\,

ЬСа/У ш Ур- Р С °а

З , -3 _3 _3

*4^ = 4* • Ква, ■ К3Ш ■ Ку1 ' V А/г рОа. (54)

Зі ,Р С

Распределение квазичастиц в фазовом поле III находим из совместного решения уравнений (53), (45) и (15)

_ з з 3

р!_ = 45 • Т'Ъ ”

У%.

я. ,Р

Р = XEh-/v = 45 . . К3Ш ■ Kvl . К/ ■ АРІ ■ PGa, (55)

п = Кг p~l = 4-і • К; ■ K-y • ^-3 • К^+ • К; ■ Л/у • P~Gl (56)

vS-

Si p

Распределение вакансий в подрешетке углерода определяют из уравнений (48) и (2)

8 1 3 _3

XV4+ = 4-1 • п = 4-5 • К] • К~у ■ К^3 • К* ■ К} ■ Д/у ■ Р~1 (57)

Cp у4- V C

Si ,p

Представим выражения для распределения точечных дефектов в фазовом поле III в обобщенном виде, при Poa = const, тогда

3 }5

XF1- = р = К ■ АР5Г, (58)

EGa/V С '

п = К-АРІ, (59)

3

Ху4+ = К ■ ДРД, (60)

С,р С

где К — обобщенная константа равновесия.

Фазовое поле II гомогенной области Б С.

Для фазового поля II гомогенной области БС, когда ДРб,- ~ ДРс и при условии Роа ^ ДРс распределение точечных дефектов будем определять из уравнения (29) с учетом того, что в данной узкой области фазового поля концентрация вакансий в подрешетке углерода и подрешетке кремния не зависят от пересыщения по углероду, при условии, когда Кш > К т.е.

Ху4, = Ху4+ = к1 (61)

Концентрация вакансий в подрешетке кремния и концентрация посторонней примеси, внедренная по механизму замещения вакансий взаимообусловлены и обозначены как (ХЕ\- = Х0а\- • X), поэтому преобразуем

0а/У У4- У51

,р

(60) к виду

ХЕ1-=Ху^=к1 (62)

Оа/У С

Распределение квазичастиц определим из уравнений (29) и (1)

I

• р4 ■ АР^ = К

УБ1 ,р УБ1 ,р

Kv47 = Ху4- • р4 • АРс1 =Kl-p4- АР~С\

1 _ 1 1

р = К* ■ KJ ■ API, (63)

VSi,p

, -1 I __!

n = Ki- p-1 = Ki ■ К I ■ К£ • ДPc4. (64)

Si,p

Равновесное распределение наноразмерных точечных дефектов в фазовом поле II гомогенной области S iC можно записать в обобщенном виде для условия легирования посторонней примесью в процессе эндотаксии структур SiC/Si при Poa = const:

X'C = XEia/v = K <65>

1

p = К ■ API, (66)

_ 1

n = K-APc\ (67)

На основании полученных распределений дырок в гомогенной области

в - SiC можно построить графические зависимости (ln X - ln APс) по методу Брауэра.

Из представленного рис. 6. распределения структурного и электронного разупорядочения гомогенной области S iC, формируемой методом эндотаксии, можно отметить следующее закономерности:

— тип проводимости зависит не только от пересыщений газовой фазы по углероду, но и от соотношения Poa ^ АрC;

— равновесное распределение точечных дефектов полезно учитывать при моделировании механизма массопереноса фазообразующих ионов и легирующей примеси.

]пХ

Рис. 3. Зависимость равновесного распределения дефектов в гомогенной области БС от пересыщения газовой фазы над ней по углероду в условиях легирования галлием

Распределение точечных наноразмерных дефектов различной природы (тепловой по Шоттки, ростовой и обусловленных введением посторонней примеси) оценено для случая четырехкратной ионизации атомов кремния и углерода, полученные результаты полезны для моделирования диффузионных процессов массопереноса при выращивании и прогнозировании свойств гетероструктур БС - Б г. Результаты термодинамического расчета системы Бг - С - Н - Оа при температуре в диапазоне 1360-1380 °С учтены при моделировании процессов дефектообразования в гомогенной области в - Б С. Дефектообразование по модели Френкеля и учет его роли в распределении наноразмерных дефектов будут рассмотрены в следующей работе.

Заключение

Рассмотрена модель равновесного наноразмерного дефектообразования в системе Бг - С - Н - Оа для метода эндотаксии структур БС - Б г. Распределение дефектов важно знать при создании приборных структур данным методом, например, датчиков физических величин работоспособных при повышенных температурах и радиационном фоне.

Данное распределение дефектов полезно учитывать при моделировании процессов массопереноса при твердофазном преобразовании Б г-фазы в Б гС-фазу в атмосфере водорода и углеводов. Пользуясь результатами моделирования можно определить условия модифицирования типа проводимости при легировании в процессе эндотаксии структур в - БС - Б г.

Литература

[1] Крапухин, В.В. Физико-химические основы технологии полупроводниковых материалов / В.В. Крапухин, И.А. Соколов, Г.Д. Кузнецов - М.: Металлургия, 1982. - 352 с.

[2] Медведев, С.А. Введение в технологию полупроводниковых материалов / С.А. Медведев. - М.: Высшая школа, 1970. - 503 с.

[3] Van Vechten, I.A. Handbook on Semiconductors / I.A.Van Vechten. / Ed. by. T.S. Moss. - Amsterdam, 1980. - V. 3. - P. 2.

[4] Wang, C. / C.Wang, I. Bernhole, R.F. Davis // Phys. Rev.(B)- 1988. -V. B38. - №17. - P. 12752

[5] Полинг, Л. Общая химия / Л. Полинг. - М.: Мир, 1974. - 846 с.

[6] Чепурнов, В.И. Анализ точечного дефектообразования в гомогенной фазе S iC формирующейся в процессе эндотаксии гетероструктуры SiC/Si / В.И. Чепурнов, К.П. Сивакова // Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. - 2006. - Т. 9(49). -С. 72-91.

[7] Сивакова, К.П. Распределение дислокаций несоответствия в гетероструктуре в - SiC- Si / К.П. Сивакова // XXXIV Гагаринские чтения. Научные труды Международной молодежной научной конференции: в 8 т. 1-5 апреля 2008 г. - М.: МАТИ, - 2008. - Т. 8. - С. 232-233.

[8] Мильвидский, М.Г. Полупроводниковые материалы в современной электронике / М.Г. Мильвидский. - М.: Наука, 1986. - 144 с.

[9] Ковтуненко, В.П. Физическая химия твердого тела / В.П.Ковту-ненко. - М.: Высшая школа, 1993. - 352 с.

[10] Константинов А.О. О природе точечных дефектов генерируемых при диффузии акцепторных примесей в карбиде кремния / А.О. Константинов // Физика и техника полупроводников. - 1992. -Т. 26. - Вып. 2. - С. 270-279.

Поступила в редакцию 18/V7/2008; в окончательном варианте — 18/VT/2008.

A DOPANT INFLUENCE ON THE POINT IMPERFECTIONS IN HETEROSTRUCTURE SiC - Si

© 2008 A.N.Komov, V.I. Tchepurnov, K.P. Sivakova2

Heteroepitaxy supported silicon carbide films as a perspective material for high-temperature electronics is considered. In the paper the point defect formation in homogeneous P - SiC phase based on silicon matrix and dopant Ga gas phase hydrocarbons at 1360-1380 “C temperature range and under safe pressure is analyzed.

Keywords and phrases: point defect, heteroepitaxy supported, endotaxy, dopant, silicon carbon, silicon.

Paper received 18/V7/2008. Paper accepted 18/VT/2008.

2Komov Alexandr Nikolaevich, Tchepurnov Viktor Ivanovich, Sivakova Ksenia Petrovna ([email protected]) Dept. of Solid State Electronics, Samara State University, Samara, 443011, Russia.

Граница косого шлифа

Рис. 4. Фотоснимок поверхности n - SiC/n - Si (111) после процесса травления для выявления дислокаций

Рис. 5. Фотоснимок поверхности р - Б1С/п - 57 (111), иллюстрирующий распределение плотности дислокаций по глубине в п - Бг (111)

Развертка пленки по толщине

Рис. 6. Фотоснимок увеличенного фрагмента сканированной поверхности р -— БС/п - Бг (111) (граница пленка-подложка)