Введение к работе
Актуальность темы. В связи с развитием систем тепловидения, локации и астронавигации возрастает необходимость разработки фотоприемных устройств ИК-диапазонз. Основными полупроводниковыми материалами для их изготовления являются твердые растворы /^V.y ^. 7* Для реализации потенциальных преимуществ применения Нв^—СсІ-, 7& в фотоприемных устройствах необходимо использовать материал с оптимальными электрическими и ре-комбинационными параметрами.
Использование известных методов получения полупроводникового соединения ty(.x ^. 7& и традиционных способов управления характеристиками кристаллов (термообработка в парах компонентов, термодиффузия примесей) не позволяет получать материал с параметрами, требуемыми для создания высокочувствительных Ш-фотоприемников. Прогресс в этом направлении может быть достигнут путем применения радиационных методов управления свойствами узкозонных полупроводников, в том числе, метода ионной имплантации, который обеспечивает планарность исполнения и це требует длительной тепловой обработки полупроводниковых кристаллов. Особенностью ионной имплантации в ^^.^-^ Те является то, что свойства облученного материала определяются, в основном, радиационными дефектами. Отздг этих дефектов и активация внедренной примеси является сложной задачей. Поэтому перспективна разработка нетрадиционных методов радиационного воздействия, позволяющих уменьшить влияние вводимых облучением дефектов на пара-метры /^ С^ 7k .
Уникальные возможности для этого предоставляет использование высокоинтенсивных режимов ионного легирования. Для ряда полупроводниковых материалов показано, что применение высоко-интенсивной ионной имплантации обеспечивает самоотжиг радиационных дефектов в процессе облучения и активацию внедренной примеси. Однако применительно к узкозонным твердым растворам /J& f„ 7е вопросы использования таких режимов ионной имплантации практически не исследованы. В значительной степени это связано с недостаточной изученностью радиационного дефект?-обгазевання в теллуридо кадмия-ртути вообще. Неизвестна физическая природа вводимых облучением дефектов, отсутствует І1Є-лостнпл картина радиационного дефектообразопаиия.
В связи с вышеизложенным актуальным является исследование закономерностей и механизмов радиационного дефзктообразования в fyi.x ^ 7ё При этом важное значение имеет отработка и применение неразрушающих методов исследования дефектов в ^&~х ^- ^ ^ частности, представляется перспективным использование ядерно-физических методов исследования, в том числе методов злектрон-поэитронной аннигиляции (ЭПА), позволяющих получить информацию об электронной структуре дефектов. Методы позптронной диагностики характеризуются высокой чувствительностью к дефектам вакансионного типа, а применение.пучков'моноэнергетических позитронов позволяет исследовать пространственно-неоднородные распределения дефектов. Поэтому важной задачей является физическое обоснование применимости методов ЭПА для диагностики радиационных дефектов в теллуриде кадмкя-ртути, а также сопоставление данных, полученных методами ЭПА и другими ядерно-физическими методами с результатами электро-физических измерений кристаллов fyf.x ^х ^ » подвергнутых воздействию ионизирующей радиации.
тообразования в узкозонных полупроводниках <%J,_ (л? = 0,2 + 0,3) при различных режимах облученш
Целью настоящей работы является изучение процессов дефек-
ілучения высокоэнерге-тическими частицами и ионами, а-также определение свойств вводимых облучением дефектов кристаллической структуры.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
расчет параметров ЭПА в кристаллах №&.л Cdx ^ с учетом процессов захвата позитронов исходными и радиационными. дефектами;
исследование процессов дефектообразования в узкозонных твердых растворах теллуридов кадмия-ртути при различных режимах электронного и Г - облучения; V
определение особенностей дефектообразования при облучении кристаллов tffr'X ^^ ~^ё высокоэнергетическими протонами;
исследование влияния высокоинтенсивного ионного легирования на свойства M/f.x ^ "7? ;
анализ термической стабильности и кинетики отжига радиационных нарушений, образующихся в /^ х CaL Те при различных видах облучения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- определены аннкгиляционные характеристики ростовых де- '.
фектог.'в твердых растворах ^fyr-* ^г' ~?ё гіри комнатной
.5
температуре;
показано влияние рентгеновского и /*- облучения, а также облучения высокоэнергетическими электронами и протонами на параметры кривых углового распределения аннигиляционных фотонов и картины селективного травления кристаллов M&f.x ^ ~^ »
установлен диапазон температур, в котором происходит отжиг электрически активных дефектов, созданных различными видами облучения. Определены параметры, характеризующие кинетику отжига донорных радиационных дефектов, введенных электронным и протонным облучением при Т з 300 К;
установлены различия пространственных распределений ва-кансионных и электрически активных дефектов, образующихся в
// _ ^. 7й при высокоинтенсивном ионнсм легировании;
- определены общие закономерности и различия в формирова
нии профилей радиационных доноров при традиционных режимах
ионной имплантации ( J' ^ I икА/ct/r) и при воздействии силь
ноточных ( /'-^1 * 10 уіА/сїіг) импульсных ионных пучков.
Научная ценность. Теоретически и экспериментально обосно
вана применимость методов позитронной аннигиляции для исследо
вания структуры дефектов в уэкозонных полупроводниковых мате
риалах. Установлена физическая природа электрически активных
радиационных дефектов, образующихся в твердых растворах
/^ С/ 7в при различных видах облучения. Предложена
качественная модель процессов радиациошого дефектообразования и отжига введенных облучением дефектов в
Практическая значимость диссертационной работы определяется следующими результатами.
Разработана программа расшифровки спектров углового распределения аннигиляционных фотонов» которая может применяться для определения параметров корреляционных кривых металлов и полупроводников.
Определена термическая стабильность донорных дефектов,вводимых при облучении электронами и ионами, а также режимы от -жига, которые могут быть использованы при создании приборов на
OCHODe іУ/г-х^Нс ~fe
Показана возможность использования высокоинтексивного ионного легирования для создания пространственно-неоднородных структур на основе твердых растворов теллуридов кадмия-ртути.
На защиту выносятся следующие научные положения:
-
Воздействие на кристаллы /^..-^ ~fe при Т » 300 К рентгеновского и Т .- облучения дозами 10 - 10' , а также облучения электронами с энергией 1+3 МэВ дозами менее 10* см приводит к перестройке структурных дефектов материала, сопровождающейся распадом включений второй фазы и перераспределением остаточной примеси, что выражается в изменении аннигиляционных характеристик и картин селективного травления облученных кристаллов.
-
Электрически активные дефекты донорного типа, вводимые в tyt-x ^ж ^" облучением при Т в 300 К, имеют одну физическую природу, независимо от вида радиационного воздействия и скорости набора дозы облучения и являются дефектами междоузель-ного типа.
-
Донорные радиационные дефекты отжигаются в температурном интервале 80 + 150 С, причем кинетика отжига дефектов, введенных облучением высокоэнергетическими протонами и электронами, характеризуется энергией активации 1,5 эВ и порядком реакции, определяемым размерами и концентрацией стоков, представляющих собой радиационно-индуцированные вакансионные комплексы.
-
Имплантация ионов в твердыз растворы /Jg ty ~J& проводимая при плотностях тока ионов I + 10 мА/с*г не сопровождается нарушением стехиометрического состава имплантированного слоя полупроводника до доз облучения 5 ' ДО см в отличие
от ионного легирования при плотностях тока менее I мкА/см .
Достоверность полученных результатов определяется хорошим согласием данных, полученных независимыми методами исследования радиационных дефектов. Все экспериментальные данные получены' с использованием апробированных ядернофизических и электрофизических методик. Выводы'работы не противоречат результатам исследований процессов радиационного дефектообраэования в других полупроводниковых материалах и согласуются с результатами работ в смежных областях.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на I и II Всесоюзных семинарах "Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках"(Павлодар, 1967, 1989 г.г.); II Всесоюзной научно-технической конференции "Материаловедение халькогенидных и кислородосодержащих полупро-
водников" (Черновцы, 1986 г.); XX Всесоюзном совещании по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва,1^90 г.); УШ Международной конференции по позигреннои аннигиляции (Гент, І9Б8 г.).
Публикации. По результатам проведенных исследовании опубликовано 12 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит -fflfo страниц машинописного текста, 40 рисунков. Список литературы включает 154 наименования.
