Введение к работе
Актуальность темы. Исследование примесного состава германия - одна из тем, которые актуальны вот уже более тридцати лет. Повышение чистоты вещества вызывает новые проблемы в оценке его качества. В настоящее время высокочистый германий является одним из наиболее чистых веществ. На основе высокочистого германия изготавливается ряд приборов: детекторы ионизирующих излучений, высоковольтные выпрямители, фотоприемники и др. Для их создания применяется германий с концентрацией
Ф -3
электрически активных примесей на уровне 10 см . Традиционные методы анализа; химико-спектральный, масс-спектральный, акти-вационный методы не позволяют определить примесный состав высокочистого германия, так как достигнутые в этих методах пределы обнаружения на несколько порядков превышают концентрацию электрически активных примесей в высокочистом германии. Более чувствительными являются методы фотоэлектрической спектроскопии. DLTS, эффекта Холла, примесного пробоя и др. Метод фотоэлектрической спектроскопии занимает ведущее место в исследовании примесей в высокочистом германии. В меньшей степени исследованы возможности эффекта Холла, который применяется для определения суммарного содержания электрически активных примесей в образцах высокочистого германия с подвиж-ностью носителей заряда 40000-43000 см /В-с при температуре
жидкого азота. Отсутствие методики исследования образцов с
подвижностью носителей заряда < 40000 см /В-с ограничивает
применение эффекта Холла для анализа высокочистого германия. В литературе нет детального описания методики измерения эффекта Холла в высокочистом германии, не раесматрива-
- 4 -ются факторы, ограничивающие предел измерений, не приведены результаты исследования температурной зависимости подвижности носителей заряда, отсутствуют сопоставительные измерения степени компенсации примесей методами эффекта Холла и примесного пробоя. Исследовались только образцы германия, полученного оксидным методом. Б этой связи представлялась актуальной задача разработки методики определения электрически активных примесей в образцах высокочистого германия с подвижностью носителей за-ряда < 40000 см /В-с при температуре жидкого азота и применение ее для анализа германия, полученного гидридным методом.
Цель работы: разработка методики определения электрически
активных примесей в высокочистом германии методами эффекта
S і
Холла и примесного пробоя в диапазоне концентраций 10 - 10
ат/см5.
Научная новизна работы. Разработана методика определения
электрически активных примесей с помощью измерений, эффекта
9 Холла и примесного пробоя в диапазоне концентраций 10 - 10
5 -« -S
ат/см (10 - 10 % ат.) в образцах высокочистого германия с подвижностью носителей заряда 25000-43000 см /В-с при Т=77К. Выявлены факторы, ограничивающие предел определения примесей методом эффекта Холла. Оценено загрязнение образца в процессе изготовления контактов. Определено содержание электрически активных примесей в высокочистом германии, полученном гидридным методом. Показано, что в наиболее чистых образцах германия суммарное содержание 25 основных электрически активных примесей находится на уровне 8-10 - 1 10 ат/см . Определены основные акцепторные уровни в гидридном германии. Методами эффекта Холла и примесного пробоя проведены сопоставительные измерения степени компенсации примесей и определена
зависимость напряженности поля примесного пробоя от степени компенсации примесей для образцов германия с концентрацией
Ю /t 5
электрически активных примесей на уровне 10-10 ат/см . Измерена температурная зависимость подвижности носителей заряда в образцах германия с концентрацией электрически активных примесей на уровне 1-10 ат/см3. В области температур 6К<Т<40К наблюдается понижение подвижности, которое коррелирует со степенью компенсации примесей. Установлено, что для образцов германия с глубокими энергетическими уровнями характерно более неоднородное распределение концентрации носителей заряда
фактическая ценность. Разработана и создана автоматизированная установка для исследования эффекта Холла в высокочистом германии в области температур 4.5 - 80К. Полная автоматизация процесса измерения и обработки экспериментальных данных повысила точность результатов. Исследован примесный состав гидридного германия. Результаты диссертационной работы используются.в ИХВВ РАН при'плановых НИР.
На защиту выносятся:
конструкция установки и методика определения электрически активных примесей в образцах высокочистого
германия методами эффекта Холла и примесного пробоя в
9 U з
диапазоне концентраций 10 - 10 ат/см ,
результаты исследования примесного состава гидридного германия.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на YII и Y.III Всесоюзных конференциях по методам получения и анализа высокочистых веществ /Горький, 1985, 1988/, Всесоюзной конференции по полупроводниковым детекторам /Рига, 1985/, Городском семинаре по химии высокочис-
тых веществ /Горький, 1988,1992/. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 статей, 5 тезисов докладов, получено 1 авторское свидетельство.
Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка цитируемой литературы. Работа изложена на 139 страницах, включая 29 рисунков и 11 таблиц. Список литературы содержит 116 наименований.
Диссертационное исследование проводили в соответствии с Государственной научно-технической программой "Перспективные материалы", подпрограмма "Высокочистый монокристаллический германий с содержанием электрически активных примесей не более 10 ат/см для детекторов ионизирующих излучений высокого энергетического разрешения", утвержденной Постановлением СМ СССР.N 1474 от 30.12.1988, РАН N 10103-219 от 08.02.1989; Специальной научно-технической программой по реализации приоритетного направления развития химической науки и технологии "Создание новых процессов и новых технологий получения особо чистых веществ и материалов для волоконной техники, микро- и оптоэлект-роники", подпрограмма "Развитие комплекса оптических, фотоэлектрических и релаксационных методов анализа высокочистых полупроводников", утвержденной Постановлением ГКНТ СССР и АН СССР N 62/51 от 05.03.1988.