Введение к работе
Актуальность темы:Создакие полупроводниковых материалов с заданными свойствами в значительной степени связано с влиянием разливши дефектов на свойства этих материалов.В этом вопросе большое место занимают глубокие примесные центры.Интерес к примесим с глубокими уровнями связан с созданием терморёзисторов,фотоприемников ИК-диапззона и другие: приборов.Особенно этот вопрос имеет важное значение для легированного кремния,который позволяет создать фотопрнемники и интегральные микросхемы обработки сигнала в одном кристалле для формирования монолитного сенсорного прибора.
Изменение фундаментальных свойств путем варьирования состава полупроводникового твердого раствора,а также легирование разлігч-нчми примесями представляют широкие возможности для целенаправленного изменения фундаментальных свойств полупроводниковых материалов. Видимо, именно с этим связано происходящее в последнее время бурное развитие физики полупроводниковых твердых растворов.
Одним из полупроводниковых растворов,привлекавших особое внимание исследователей в течение многих лет.являются твердые растворы кремний-германий.Исследование твердых растворов Sl-Ge, легированных примесями с глубокими уровнями представляет повышенный интерес, которое кроме чисто прикладного имеют также большое значение для физики полупроводников.Последнее связано с одной стороны с получением новых данных на твердых растворах,которые могут дополнить пробел, суіаествукшіеся в результатах исследований глубоких центров в элементарных полупроводниках,с другой - поскольку минимум ширины запрещенной зоны в германии'соответствует L-долине.в кремнии - Х-долине.то при переходе от L к X долин,появляется возможность идентифицировать модель глубокого центра в элементарных полупроводниках.
Целью настоящей работы является исследование фотостимулиро-ванных реакций примесных центров марганца,цинка и халькогёнов в кремнии и твердых растворах кремний-германий.
Для достижения указанной цели в работе ставились и решены следующиеосновные задачи:
- легирование монокристаллов кремния и твердого раствора Slj^Ge^ с примесями марганца (Мл),цинка (Zn) и халькогенэчи
- з -(селен (Se), сера (S) и теллур (Те));
определение методом DLTS параметров глубоких уровней в Si и Si^^Ge^.,возникающих после легирования;
исследовать методом фотопроводимости фотостимулироваяные реакцій примесных центров Mn.Zn и халькогенов с целью обнаружения метастабилышх дефектов в S1.
изучить особенности фотостимулированных реакции в Sl1 _zGes.
изучить влияние электрического поля на метастабильиость примесных центров в Si и Si^Ge^
Научная новизна:
Ї, Обнаружены и исследованы метастабнлыше свойства одиночник центров марганца в кремнии п- и р-типа,которые в значительной мере стимулируют явления тушения и регенерации фотопроводимости при низких температурах.
2. Исследована процесса тушения и регенерации фотопроводи
мости,возникающие после предварительной монохроматической опти
ческой накачки в твердых растворах'кремний-германий р-типа,леги
рованных марганцем.Обнаружено,что внешнее электрическое поле уп-
равляет динамикой тушения и регенерации фотопроводимости в Sl^^Ge^.aa счет эффекта Штарка на глубоком центре марганца.
3. Показана важная роль оптически индуцированной negatlve-U
реакцій,которая определяет фотоэлектрические и рекомбинационше
свойства центров щшка ь кремнии.Обнаружено,что эффекты тушенпг. и
регенерации фотопроводимости в твердых растворах кремний-герма
нии, содержащих одиночные центры цинка,зависят от. процентного со
держания германия и величины внешнего электрического поля.
4.Исследованы методом фотопроводимости метастабилыше свойст
ва центроЕ селена,серы и теллура в кремнии.Показано,что динамка
трения и регенерации фотопроводимости зависит от величины внеш
него электрического поля,которые в условиях квадратичного эффекта
Штарка на глубоком дефекте в кремнии определяет относительный
вклад процессов одно и двухэлектронного захвата в рекомбинацию
неравновесных носителей. „:
5. Предложены модели изолированных центров марганца,цинка и халькогенов,туннелирущих при перезарядке между аозициями различной симметрии в решетке кремния. Предложен механизм повышения вероятности туннельных переходов центра, основанный на различии
-4-. атомных масс второго компонента - германия и элемента матрицы -кремния.
Научная и практическая ценнность работы определяется:
в исследовании метастабильности одиночных центров Mn.Zn и млькогенов в кремнии и ЗІ^ве^где показано,что с помощью предварительной накачки и в условиях варьирования внешним электрическим полем можно резко усилить фотоэлектрическую активность глубоких дефектов и улучшить их дегрздэцлоннне параметри,что имеет больпое значение при создании и разработке режимов эксплуатации * ротоприемников ИК-излучения;
в исследовании метастабильности селена в кремнии и твердих растворах кремнип-германий.где обнаружено,что наиболее эффектив-
ній центром рекомбинации является Se-состояние,которое ішдуцирует весьма .эффективный Оже-процэсс,что позволяет использовать селен пак центр эффективной рекомбинации нерэвновесних носителей.
Основные положения,внносімие на защиту:
І. ІІредлохєннзіГмодель изоліфованного дефекта,туннелирущего при перезарядке между позициями различной симметрии,учитывает разную симметрию зарядовых состояний центра марганца в кремнии: ТР = (Кп^)0 - C3Y, D++= (Mn1Vsl)++- D2d. D+= (Mri^)* и D" = (Мп^з^)- - 02V.
3. Метастабпльные свойства различных зарядових состояний мэргапвд в кремнии и твердих растворах кремний-германий зависят от приложенного электрического поля,за счет эффекта Штарка и от процентного содержания германия.Рост сигнала фотопроводимости в p-Si1 _xGex
. 3. Взаимосвязанные эффекты тушения и 'регенерации фотопроводимости в кремнии п- и р-типа,легированном цинком,обусловлены долговременными процессами-перезарядки изолированного центра цинка, которые находят объяссение з рамках модели глубокого акцептора, туннелирущего между позициями-различной симметрии в решетке кремния (D(Zn) - D2d, D~~"(Zn""~) - C3v. D~(Zn~) - C2v).
Характерное тушение фотопроводимости при пг>=1эВ в образцах n-SlGe
4. Эффекты тушения и регенерации фотопроводимости в S1 и Si.|_xGex,легированного селеном и теллуром,возникающие после предварительной оптической накачки монохраматичэским светом,объясняются долговременными процессами перезарядки глубокого центра. В p-5I
Ь. Динамика тушения и регенерации фотопроводшости образцов SI зависит от величины внешнего электрического поля,которые в условиях квадратичного эффекта Штарка на глубоком дефекте в кремнии,легированном серой .определяет относительный вкл\д процессов одно- и двухэлектронного захвата в рекомбинацию перавновескнх носителей.
Апробация работы. Результаты работа,изложенные в диссертации, били"представлены на VIII Всесоюзном координационном совещании по исследованию и применению твердих рае/зоров кремний-германий (Ташкент-1991г.),Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад-1991г.) .Всесоюзной конференции *'Кремний-90'ЧМосква-1990г.),научно-технических конференциях проф.- преп. состава ТАДИ (Ташкент-1991,1РЭ2,1993г.).
Публикации.По материалам диссертации опубликовчно 9 печатных работ.Список работ приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит it-- введения,пятй~ТлЖТГзЖлТочШ1яТР^Ь^та-содержит 171 страниц машинописного текста, 66 рисунков и 3 таблиц.Список литератірн включает 97 наименования.
