Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Ионлая имплантация является одним из основных к наиболее перспективных методов контролируемого введеш'я примесей в полупроводниковые материалы. Однако, постоянное расширение области применения ценной технологии требует выяснения новых аспектов ионно-стимулированных процессов и разработки адекватных физических представлений о механизмах явлений, протекающих при проникновении ускоренных ионов в вещество. Наиболее остро стоит проблема ус;ргнения радиационных дефектов, неизбежно возникающих при торможении ускоренной частицы в кате-риале мишени. Дефекты структуры влияют на выход годных приборов и их надежность, ухудшают эксплуатационные характеристики полупроводниковых устройств. Поэтому в настоящее время продолжается поиск путей снижения количества вводимых нарушений. К этой задаче примыкают вопросы аморфизации полупроводниковых кристаллов под воздействием облучения и ионно-индуцированной кристаллизации.
Несмотря на существенный прогресс, достигнутый в понимании процессов, происходящих в облученных полупроводниках, проблема ионно-индуцированлых аморфизации # кристаллизации все еще далека от завершения. Различные авторы, сходясь в том, что переход в аморфное состояние происходит за счет накопления радиационных дефектов до критической концентрации, расходятся в оценках этой концентрации. Приводимые в литературе значения критической концентрации смещенных атомов колеблются от 2 до 20 %, что не позволяет получить однозначный критерий аморфизации облучаемого слоя. Нет также и общепринятого взгляда на структуру аморфных полупроводников. До конца не ясен механизм перехода от аморфизации к восстановлению структуры облучаемого слоя под воздействием ионного пучка. Остается открытым вопрос о критических условиях имплантации, при которых становятся возможный такие переходы. Следует также отметить, что большинство существующих, подходов к рассматриваемой проблеме ьосит полуэипирический характер. Эти подходы разработаны презде всего для хорошо изученных полупроводников (кремний и германий), и не распространяются на такие перспективные материалы, как алмаз и арсеиид галлия.
Детальное исследование процессов аморфизации и кристаллизации полупроводниковых материалов под воздействием ионных пучков позволяет предсказывать струхтуру облученных слоев и дает возможность выбора оптимальных режимов иыллантации, при которых ка выходе получается наиболее совершенный кристалл, что имеет как научное,, так и практическое значение.
Связь с научными программами. Диссертационная работа выполнялась в Белорусском государственном университете в соответствии с проводимыми исследованиями по госбюджетным темам ГБ 'If 375/19 и ГБ W 651/12, включенными в план научно-исследовательских работ Белгосуниверситета на 1991-1995 и 1995-1996 гг, соответственно. . .''..':'
Цель и задачи работы. Целы) работы было исследование фа-. зовых переходов кристалл - аморфное состояние - кристалл в облученных полупроводниках, построение модели, позволяющей определить критические условия имплантации, при которых возможны подобные переходы, и разработка теоретического' критерия аморфизации, учитывающего структуру облучаемых полупроводников и природу дефектов, вводимых ионным пучком. .";.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
1. Разработка теоретического критерия амортизации, учитывающего структуру облучаемых полупроводников и природу дефектов, вводимых ионным пучком.
2. Определение критических концентраций радиационных де
фектов различных типов, при которых происходит аморфизация полу
проводниковых кристаллов со структурой алмаза.
3. ; Разработка модели, описывающей температурную зависи
мость критической; дозы аморфизации полупроводниковых кристаллов
со структурой алмаза в широком интервале температур имплантации.
4. Исследование критических условий имплантации, при кото
рых в облучаемых полупроводниках происходит переход от агор -
, физации к кристаллизации. ''.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Сформулирован теоретический критерий аморфизации облученных полупроводников, учитывающий природу радиационных дефектов и кристаллическую структуру материала мишени.
2. Разработана модель,, описывавшая температурнув зависимость критической дозы аморфизации полупроводниковых кристаллов со структурой алмаза в широком интервале температур имплантации.
3.' Для кристаллов кремния и арсенида галлия установлена связь критической температуры, при которой происходит переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием облучения с температурами отжига основных типов радиационных дефектов.
4. Экспериментально изучены зависимости.критической темпе
ратуры ионно-индуцированной кристаллизации в кремнии и арсениде
галлия от скорости генерации дефектов вблизи границы раздела
фаз. - *
Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что предложенные в работе подходы для определения температурной зависимости критической дозы аморфизации и критических условий имплантации, при которых происходит переход от аморфизации к кристаллизации под воздействием ионного пучка, могут быть использованы для оптимизации режимов самоотаиговой имплантации и прогнозирования свойств полупроводниковых кристаллов, облученных интенсивными конными пучками.
Основные положения; выносимые на защиту: . , ,
-
Теоретический критерий аморфизации облученных, полупроводников, учитываюздй природу радиационных дефектов и кристаллическую структуру материала мишени. '
-
Модель,. описывающая температурную зависимость критической дозы аморфизации ыонокристалляческих полупроводников со структурой алмаза в широком интервале температур имплантации, в основу которой положены данные о термической стабильности основных первичных радиационных дефектов и их взаимодействии между собой.
-
Экспериментальное подтверждений і: теоретическое обоснование существования критических условий имплантации, обеспечивающих переход от аморфизации к кристаллизации йод воздействием ионного пучка.
Личный вклад соискателя. Соискатель принимал непосредственное участие в получении всех результатов, представленных в диссертации. Результаты были проанализированы совместно с научными руководителями. Соавторы работ, приведенных ниже, принимали
участие в подготовке объектов исследования, проведении отдельных экспериментов и обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, а также выводы сделаны автором лично.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертации докладывались на_Всесоюзной конференции "I :нно-луче-вая модификация полупроводников и других материалов микроэлектроники. " (Новосибирск, 1991). XXI, XXII и XXIII Всесоюзных совещаниях по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. С Москва, 1991, 1992 и 1993), 8-ой Международной конференции по иокно-лучевой модификации материалов 1В№В2 (Германия. 1992), III московском семинаре "Алмаз: физика и электроника" (Москва, 19ЭЗ), X Международной конференции по ионно-имплантациокным технологиям IIТ94'(Италия, 1994), V Конференции "Перспективы применения алмазов в технике, и электронике". (Москва, 1994), III Межгосударственном семинаре "Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий". (Обнинск, 1S95), конференции "Взаимодействие излучения с твердым .телом" ВИТТ-95 (Минск, 1995).
Опублкковакность результатов. По теме диссертации опубликовано 5 статей, 7 докладов и 7 тезисов докладов на научных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, основных выводов и списка, использованных источников. Объем диссертации составляет 130 страниц,, в тем числе 26 рисунков и 11 таблиц. Список, использованных источников включает в себя 13S наименований.
