CC BY
16
УДК 621.315.592
ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР _ДЕФЕКТОВ В КРЕМНИИ, ЛЕГИРОВАННОМ МОЛИБДЕНОМ_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.5.82.1240 Далиев Ш.Х., Палуанова А.Д.
Научно-исследовательский институт физики полупроводников и микроэлектроники
при Национальном университете Узбекистана,
г. Ташкент
АННОТАЦИЯ
С помощью емкостной спектроскопии исследовано влияние термических обработок на энергетический спектр глубоких уровней в кремнии с примесью молибдена.
Обнаружено, что высокотемпературная обработка в интервале температур 900^1200°С приводит к активации электронейтральных атомов молибдена в кремнии приводит с образованием дефектных центров с глубокими уровнями Ес-0.20 эВ и Ес-0.29 эВ. Показано, что дополнительная термообработка при Т=100^400°С приводит к трансформации спектров DLTS и образованию нового уровня с энергией ионизации Ес- 0.33 эВ.
ABSTARCT
The paper presents the results of studying the spectra of thermally stimulated depolarization of high-pressure polyethylene modified with fillers of biocomposites with fillers of biological origin - fish bone and fish scales. It was found that the stability and surface density of space charges can be controlled by varying the volumetric content of biological fillers. The optimal values of bio-fillers that contribute to the stability of the surface density of the investigated biocomposites have been determined.
Key words: thermostimulated depolarization spectra, fillers of biological origin, fish bone, fish scales, high pressure polyethylene, TSD current.
Ключевые слова: кремний, примесь, молибден, диффузия, легирование, выращивание, емкостная спектроскопия, дефектный центр, глубокий уровень.
Cвойства кремния, легированного примесями тугоплавких элементов, вызывают большой интерес исследователей в связи с поиском полупроводниковых материалов с повышенной термической стабильностью и радиационной стойкостью. Известно, что многие примеси, создающие глубокие уровни в запрещенной зоне кремния при их диффузионном легировании, при введении в монокристаллический кремний в процессе его выращивания из расплава находятся в его решетке в электрически неактивном состоянии [1-5]. Ранее [6] нами было показано, что атомы молибдена, введенные в кремний в процессе выращивания, электрически нейтральны. В этой же работе нами было показано, что при диффузионном легировании кремния примесью Mo образуются глубокие уровни с энергиями ионизации Ес-0.20 эВ (пик А) и Ес-0.29 эВ (пик B) сечениями захвата электронов СТп= 2.10-17 см2 и СТп= 4.10-16 см2 в n-Si<Mo>.
В образцах p-Si<Mo> был обнаружен один глубокий уровень с энергией ионизации Еv+0.35 эВ эВ (пик Е) и сечением захвата дырок
ст,= 7.10-15 см2 (рис.1, кривые 1-3).
Цель данной работы - изучить возможность активации атомов Мо, введенных в кремний при выращивании, в процессе высокотемпературных обработок (ВТО). С этой целью изучено влияние различных ВТО в интервале температур 900^1200°С на образцы п^, легированного молибденом при выращивании. Пластины п-Si<Mo> перед термообработкой подвергали тщательной кислотно-перекисной отмывке (образцы группы I) [7, 8]. Отжиг проводили в кварцевых лодочках в трубе на воздухе.
Методика изготовления диодных структур, измерения и обработки спектров БЬТ£ детально описана в работе [9-11]. Для экспериментов использовался п^, легированный молибденом в процессе выращивания из расплава, с удельным сопротивлением р = 10^100 Омсм и ориентацией в направлении <111>.
Измерения спектров DLTS исходных образцов кремния, легированного молибденом в процессе выращивания из расплава кремния, показали, что глубокие уровни не наблюдаются.
Рис.1. Спектры БЬТБ образцов п-Б<Мо> и р-Б<Мо>, легированных молибденом при 1000оС и 1200оС (кривые] и 2) и контрольных термообработанных образцов п-& (кривая 3)
На рис.2 приведены спектры DLTS образцов кремния, легированного молибденом при выращивании из расплава и подвергнутых высокотемпературной обработке в интервале температур 900^1200°С в течение 2 часов с
последующим быстрым охлаждением (образцы группы I и группы II). Спектры измерены в режиме постоянного напряжения путем однократного сканирования [12].
Рис.2. Типичные спектры DLTS образцов п^, легированных Мо при выращивании и подвергнутых после ВТО при 12000С (кривая 1 - образцы группы I, кривая 2 - образцы группы II.) и контрольных термообработанных образцов п-& (кривая 3)
Анализ измеренных спектров БЬТ8 показывает, что ВТО образцов п-8КМо> приводит к образованию известных дефектов термообработки с уровнем Ес - 0.20 эВ (пик А) [6] и активации атомов Мо с образованием ГУ с Ес-0.29 эВ (пик В). Следует отметить, что в некоторых образцах недостаточная очистка поверхности образцов п^КМо> перед ВТО (образцы группы II)
приводит к появлению нового ГУ Ес-0.33 эВ (рис.2, кривая 2, пик С) в заметной концентрации. Сопоставление спектров DLTS образцов, прошедших термообработку в интервале 900^1200°С (рис.2, кривая 2, пики А и В) показало, что эффективность образования уровня Ес-0.33 эВ зависит от температуры обработки и степени очистки поверхности перед ВТО. Установлено, что
появление этого ГУ происходит синхронно с уменьшением концентрации уровня молибдена Ес-0.29 эВ (рис.2, кривая 2, пик B).
Как известно, процесс эксплуатации полупроводниковых приборов сопровождается их нагревом до 100оС, а иногда до 200оС. В связи с этим интересно было исследовать влияние низкотемпературных обработок (НТО) на свойства глубоких уровней в кремнии, легированном молибденом.
Изохронный и изотермический отжиг образцов n-Si<Mo> проводили в интервале температур 100^400°С на воздухе с последующим охлаждением в воде. До и после каждого цикла отжига определяли концентрацию и другие параметры каждого глубокого уровня в отдельности.
Измерения спектров DLTS п-8^ легированном молибденом при выращивании и подвергнутых ВТО в образцах группы I рис.3 (кривая 1) показали, что низкотемпературная обработка при Т=100^400°С не приводит к заметному изменению параметров ГУ и их концентрации, а в п-8^ легированном молибденом при выращивании и
подвергнутых ВТО в образцах группы II рис.3 (кривая 2) при дополнительном НТО происходит тражформация энергетического спектра глубоких уровней. Как видно из рис.3 (кривая 3), концентрация уровня Ес-0.33 эВ (пик С), стимулированного ВТО, в результате НТО при 300оС в течение 2 часов заметно уменьшается (кривая 3) и с дальнейшим увеличением длительности обработки он полностью отжигается (кривая 4). Анализ спектров DLTS показал, что отжиг ГУ Ес-0.33 эВ сопровождается увеличением концентрации уровней Ес-0.29 эВ. Параметры ГУ Ес-0.33 эВ и изменение его концентрации по мере НТО подобны поведению комплекса Fe-Au, о котором сообщалось в [13]. Дополнительным аргументом в пользу идентификации центра с уровнем Ес-0.33 эВ как комплекса Fe-Mo, может явиться также и тот факт, что эффективность его образования зависит от температуры ВТО и степени очистки образцов перед ТО. Весьма вероятно, что источником Fe является недостаточно очищенная перед ВТО поверхность образцов n-Si<Mo>.
Рис.3. Типичные спектры DLTS образцов п^, легированныхМо при выращивании и подвергнутых после ВТО при 12000С (кривая 1 - образцы группы I, кривая 2 - образцы группы II.) и п-8г <Мо> после
ВТО + НТО (кривые 3 и 4).
Возможно также, что атомы Fe попали в кремний в процессе выращивания и при последующем медленном охлаждении перешли в неактивное состояние, а ВТО при 1200оС активирует эти атомы, чем и может быть обусловлено образование ГУ Ес-0.33 эВ. Предположение о связи этого ГУ с примесной парой Fe-Mo подкрепляется также и синхронными изменениями концентрации уровней Ес-0.29 эВ, эти изменения почти равны и противоположны изменениям концентрации ГУ Ес-0.33 эВ.
Вероятно, что формирование предполагаемого комплекса Fe-Mo приводит к уменьшению атомов
Fe в электроактивном состоянии и, наоборот, распад комплекса Fe-Mo при температурах Т > 300оС приводит к соответствующему увеличению концентрации уровней молибдена.
Для проверки сделанных предположений были выполнены эксперименты со специальным легированием образцов п^КМо> железом. Легирование проводилось в интервале температур 900^1200°С в течение 2 часов в открытой трубе на воздухе из напыленного слоя железа с последующим быстрым охлаждением.
Результаты емкостных измерений показали, что в этих образцах также наблюдается
ГУ Ес-0.33 эВ, причем эффективность его образования увеличивается с ростом температуры диффузии Fe в Si и значительно выше, чем в образцах n-Si<Mo>, подвергнутых ВТО при одинаковой температуре обработки.
Кинетика отжига уровня Ес-0.33 эВ, введенного в n-Si<Mo> как путем диффузии железа, так и при ВТО одинакова. Эти результаты подтверждают предположение о связи ГУ Ес-0.33 эВ с примесной парой молибдена с железом в кремнии.
Таким образом, анализ полученных результатов показывает, что ВТО в интервале 900^1200°С с последующим быстрым охлаждением образцов n-Si, легированных Mo при выращивании, приводит к активации атомов Mo с образованием глубокого уровня Ес-0.29 эВ. В образцах n-Si<Mo> наблюдается также новый ГУ Ес-0.33 эВ, отличающийся термической нестабильностью, образование или отжиг его сопровождается синхронными изменениями концентрации уровня молибдена.
Литература:
1.Милнс Л. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. - М., Мир, 1977, 547с.
2.Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. Пер. с англ., М., Мир, 1984, 471 с.
3.Lemke H. Properties of Silicon Crystals Doped with Zirconium or Hafninm. Phys.Stat.solidi (a), v.122, (1990), Pp. 617-630.
4.Weber E.R. Transition Metals in Silicon. //J. Appl. Phys., 1983, A 30, p. 1-22.
5.Фистуль В.И., Шмугуров В.А. Межузельные состония примесей переходных металлов в кремнии (обзор). //ФТП, 1989, т.23, в.4, с.677-692.
6. Shakhrukh Kh. Daliev, Shoira P. Usmanova, Anifa D.Paluanova. Energy Spectrum of Defective Centers in Silicon Doped with Molybdenum// International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8(9), September 2020, 6222 -6325.Volume 8. No. 9, September 2020.
7.Далиев Ш.Х., Рахмонов Ж.С., Утамурадова Ш.Б. Низкотемпературный отжиг уровней циркония в кремнии.- ДАН РУз, 2009, №6, с.45-47.
8.Далиев X.C., Утамурадова Ш.Б., Далиев Ш.Х. Неравновесные процессы в кремнии и кремниевых многослойных структурах. Ташкент: НУУз, 147 С.
9.Daliev Sh.Kh. Deep Levels of Zirconium in Silicon and Silicon Structures. World Journal of Engineering Research and Technology (WJERT), 2017, Vol. 3, Issue 6, р. 89 -94.
10.Lang D.V. Deep level transient spectroscopy A new method to characterize
traps in semiconductors. J.Appl. Phys. 1974.Vol.45. №7, p. 3023-3032.
11.Miller G.L., Lang D.V., Kimerling L.C. Capacitance transient spectroscopy.
3. Ann.Rev.Mater.Sci., 1977, v.7, p.377-448.
12.Берман Л.С., Лебедев А.А. Емкостная спектроскопия глубоких центров в полупроводниках. Л., (1981), 190 с.
13.Brotherton S.D., Bradley P., and Gill A., "Electrical observation of the Au-Fe
4. complex in silicon", J. Appl. Phys., 1984, v.55(4), pp.952-956
К ТЕОРИИ ОДНОФОТОННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА В УЗКОЗОННЫХ КРИСТАЛЛАХ. БЕЗ УЧЕТА ЭФФЕКТА КОГЕРЕНТНОГО НАСЫЩЕНИЯ
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.5.82.1234 Рустам Явкачович Расулов, Баходир Бахромович Ахмедов, Исломбек Араббоевич Муминов, Шерматова Гулмира Мусаллам кизи, Боймурадова Шахноза Абдусаттор кизи
ON THE THEORY OF ONE-PHOTON ABSORPTION OF POLARIZED LIGHT IN NARROW-GAP CRYSTALS. EXCLUDING THE EFFECT OF COHERENT SATURATION
Rustam Yavkachovich Rasulov, Bakhodir Bakhromovich Akhmedov, Islombek Arabboyevich Muminov, Shermatova Gulmira Musallam qizi, Boymuradova Shakhnoza Abdusattor qizi
АННОТАЦИЯ
В статьи с микроскопической точки зрения исследуется линейно-циркулярный дихроизм однофотонного между зонного поглощения света в приближении Кейна в узкозонных кристаллах. Вычислены матричные элементы однофотонных межзонных оптических переходов и спектральная зависимость коэффициента поглощения света.
ABSRACT
In this work, from a microscopic point of view, the linear-circular dichroism of one-photon between band absorption of light in the Kane approximation in narrow-gap crystals is investigated. The matrix elements of one-photon interband optical transitions and the spectral dependence of the light absorption coefficient are calculated.
Ключевые слова: матричные элементы, однофотонные межзонные оптические переходы, линейно-циркулярный дихроизм.
Key words: matrix elements, one-photon interband optical transitions, linear-circular dichroism.
