Введение к работе
Полупроводниковые твердые растворы интересны со многих прикладных точек зрения.Тек,твердые растворы Sii-xGex.сохраняют многие свойства чистого кремния и германия,причем многие из этих свойств плавно меняются по мере изменения состава. Это обстоятельство дает тюзможность ивготовливать полупроводниковые материалы с непрерывно меняющими свойствами и тем самим получить заданные величины определенных параметров.Благодаря этому твердке растворы Sii-xGex нашли и находят широкое применения в различной области полупроводникового приборостроения.А в некоторых случаях эта система является незамечимой.Например,высокотемпературнь.<* термоэлектрические генераторы- исклпчителыю изготавливаются на основе твердых растворов Sli-хбех .
На основе твердых растворов также изготавливаются такие при-боры.как датчики давления и терморезисторн, эффективно работающие при низких температурах .Монокристаллы Sli-xGex переменного состава с успехом применяются в качестве монохроматоров тепловых нейтронов .
Компенсированные литием твердые растворы Sii-xGex используются также для изготовления детекторов ядерных излучений и дозиметров рентгеновского излучения.Высокая эффективность детекторов и дозиметров на основе твердых растворов Siі-xGex является основным результатом того, что при небольших содержаниях германия (до 10 ат.Х) твердые растворы,сохраняя ширину запрещенной зоны как у кремния,из-за большого сечения рассеяния атомов германия, будут иметь более высокую чувствительность к месткому излучению.
- 4.--
Вместе с тем,подробного исследования свойств барьеров Шоттки в детекторах,находящихся в контакте с і-областью,а также влияние германия и флуктуации состава исходного материала на электрофизические параметры і-области не проводилось.
При проведении термообработок кристалла в ходе изготовления приборных структур в кристалл вводятся различны термодефекты,в том числе термозакалочные.Однако,подробного исследования влияния термозакалочных дефектов на свойства и режимы отжига в SiGe при высоких степенях компенсации (когда проявляются неоднородности исходного материала) не проводилось.
Как известно,в твердых рчстворах полупроводник - примесь, в том числе компенсированных глубокими примесями, в величину термодинамического потенциала может оказать существенный вклад наличие носителей тока и перезарядка глубоких центров. Однако, подробного исследования влияния указанных величин на термодинамическую энергию кристалла не проводилось.
Цель и задачи работы.
-
Выращивание монокристаллов для исследования и изготовления приборных структур^,
-
Исследование режимов отжига термозакалочных дефектов и исследование некоторых параметров материала,необходимых при проектировании приборов на основе компенсированного Sli-xSex.
-
Теоретическое исследование твердых растворов полупроводник - примесь - квазичастицы.
-
Исследование влияния параметров материала (содержание германия, однородность распределения компонентов и т.п.) на характеристики компенсированного материала и приборных
структур. Научная новизна работы заключается в следующем:
Исследованы влияние отжига термозакалочных дефектов на электрофизические параметры в твердых растворах Sii-xGex, р-п конвертированных путем термозакалки. По измерениям концентрации носителей показано, что при температурах отжига до 200С в инвертированном термозакалкой Sii_xGex происходит перестройка ТЗД. В результате, наблюдаются аномальные зависимости концентрации электронов и удельного сопротивления образцов о* температуры отжига.
Подвижность носителей коррелирует с ростом неоднородности образцов при высоких степенях компенсации в ходе n - р конверсии.
Установлено, что коэффициент диффузии фосфора при Т = 1150С возрастает с повышением содержания германия.Возможно,р х:т коэффициента диффузии связан с генерацией избыточных вакансий в поле упругих напряжений, вносимых атомами германия в реветку кристалла. Увеличение поверхностной концентрации согласуется с теорией обобщенных моментов, т.е. по мере приближения обобщенных моментов сплава и фосфора она должна возрастать.
-впервые исследованы зависимости диэлектрической проницаемости твердых растворов Sii-x<3ex компенсированных золотом от состава (0<х<0.21) для комнатной и азотной температур. Диэлектрическая проницаемость монотонно растет с составом и изменяется от величины соответствующей кремнию до 14.0 (комнатная температура) и 13.1 (температура жидкого азота ) для образца с 21 ат.Х германия.
- Предложено выражение для термодинамического потенциала твердого раствора полупроводник - примесь - кваэичастицы.
Впервые показано,что явление ретроградной растворимости мелкой примеси в полупрозодниісах связано с ростом концентрации собс-
твенных носителей Пі при високих температурах.Оценены величины для Нв и Svib для различных примесей в кремнии.
Впервые теоретически получено выражение, позволяющее провести оценку размеров возбужденной области при тепловом образовании электронно-дырочных пар в полупроводниках. Сопоставлением с экспериментальными данными проведены оценки для кремния,германия .арсснкда галлия и сплава кремний-германий.
Впервые предложен новый метод расчета заполнения состояний ГП на примере p-Si и p-SiGe с различными степенями компенсации. Показана возможность применения нового метода расчета заполнения состояний глубокие примесей (ГП) в полупроводниках.
Впервые экспериментально устане ізлено, что высота барьера Au-Sii-хбвх (при х < 10 ат.Х) составляет величину 0.95 - 1.02 зВ (в Au-Si обычно 0.7 - 0.8 эВ),что связано с уменшением поверх-. костных состояний на границе Au-l-Sii-xGex из-за их пассивации атомами бе.
Впервые исследовано влияние содержания германия в Sii-xGex компенсированных литием кристаллах на образование электронно-дырочных пар при облучении альфа частицами с. энергией 5.5 Мэв из источника Со69.Установлено,что при увеличении содержания германия в Sii_xGex (при 0 < х < 6 ат.'ЗЦ количество яеравнозесиьи электронно-дырочных пар возрастает.Для изготовления детектороз оптимальным является сплав с содержанием германия от з до б ат 7..
Для уменьшения концентрации глубоких центров (ГЦ) Е ЛИТИЙ. дрейфовых Sii-xGex детекторах исследовано влияние ультразвукового воздействия (УЗВ) на дефекты в приповерхностной области. Концентрация акцепторного уровня 0,65 эВ до УЗВ воздействия составляла 2.1*10n см-3, после облучения она снизилась в три с лишним раза
я составила 5.9*101Осм"3. тіто касается донорпого уровня,ее концентрация была до УЗВ 1.1*1011см_3,после 7.5*1010 см~э снижение коїщентрации донорного уровня было порядка 25 7..
Установлено,что при оптимальных режимах УЗВ воздействия на Sii-xGe* детекторные структури можно снижать концентрацию ГЦ в них для улучшения характеристик детекторов и увеличения выхода годных приборов.
Научаа.ч и практическая ценность работа. Полученные-в работе теоретические результаты представляют интерес для физики полупроводников и способствуют развитию термодинамігческого подхода в применении к полупроводниковым твердым растворам.
Полученные данные по диффузии фосфора и режимах термоот.тага термозакалочных дефектов могут бать использованы при изготовлении полупроводниковых приборов на основе Sii-xGex.
Полученные в работе результаты по влиянию параметров материала и влияния ультразвука на характеристики приборов могут быть использованы при производстве детекторов.
На защиту вносятся следуїоиле положения:
-
Получены варизонные кристаллы твердых растворов Sii-xSex, для исследования связи параметров материала с характеристиками приборных структур.
-
Данные о коэффициенте диффузии D,поверхностной концентрации фосфора и диэлектрической проницаемости в твердых растворах Sii-xGex .имеющих справочный характер.
-
Выражение для термодинамического потенциала твердого раствора 'полупроводник - примесь '- квазичастицы, и результаты применения его к расчету предельной растворимости мелких примесей, заполнения глубоких центров и термогенерации
электронно-дырочных пар в собственном полупроводнике.
-
Показано,что высота барьера Au-i-Sii-xGex составляет величину 0.95 - 1.02 эВ (в Au-Sl 0.7 - 0.8 эВ),что связано с уменьшением поверхностных состояний из-эа их пассивации атомами германия.
-
Показано,что при х > б ax.Z Ge из-за роста неоднородности состава электрическая однородность компенсированного материала (компенсация литием и ТЗД) резко ухудшается.
-
Установлено,что при увеличении содержания германия в Sii-хЄех количество неравновесных электронно-дырочных пар возрастает.Для изготорлєния детекторов оптимальным являемся твердый раствор с содержанием германия от 3 до б ат 7..
-
Показано,что УЗВ уменьшает концентрацию ГЦ в литий дрейфовых Sli-xGex детекторах в приповерхностной области.
Апробация работ.Результаты работы были апробированы на VIII Всесоюзном Координационном совещании по исследованию и применению сплавов кремний-германий,ноябрь 1S91 г.,на 2 Международном научном семинаре Многослойные,варизонные,периодические полупроводниковые структуры и приборы на их основе,Нукус,1993,сентябрь, и других Международных и республиканских конференциях. И на семинарах полупроводникового направления ФТИ НПО "Физика-Солнце" АН РУа.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 научных работ и защищен патентом Республики Узбекистан.
Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав,заключения и списке цитируемой літератури. Общий объем диссертации 130 страниц машшописного текста из них основной текст занимает 75 страниц , 2 рисунков,список литературы из 125 наименований.
