Oxygen in Silicon Single Crystals

4.1. ТЕРМОДОНОРЫ- I: КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ; ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ И ДРУГИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ


Кинетика образования ТД-I, как показали многочисленные исследо­вания, определяется рядом характеристик исходного материала Si, в частности, содержанием межузельного кислорода [75, 99, 119] [О/] и замещающего углерода [C_s] [80, 120-122], степенью легирования и ти­пом основной легирующей примеси [123-125]. Важную роль в кинетике образования ТД-I играют температура отжига и его длительность [75, 99, 119], предварительные высокотемпературные обработки [79, 126]
и, естественно, условия выращивания кристаллов (термоистория)
[127].


В работах [75, 96, 97] приведены исследования по изучению кинетики образования ТД-I в зависимости от температуры и длительности отжига, а также содержания в образцах ме­жузельного кислорода [О_/]. На рис. 29 представлены характерные зависимости концентрации ТД-I от длительности отжига для образцов Si с различным содержанием [O_/]

119. 
     . При обработке эксперимен­тальных кривых кинетики образова­ния ТД-I (типа представленных на рис. 29) в [75] впервые установлены
     

Рис. 29. Генерация ТД-I при 450°С в зави­симости от продолжительности отжига об­разцов с различным содержанием межу­зельного кислорода [О_/]: 1 - 1.66 • 10¹⁸; 2 - 1.85 • 10¹⁸; 3 - 2.07 • 10¹⁸; 4 - 2.24 • 10¹⁸ см^-

3. 
   [119]
   

О 100 200


77




зависимости начальной скорости образования и максимально дости­жимой концентрации ТД-I от исходной концентрации межузельного ки­слорода [О,]. Оказалось, что начальная скорость генерации ТД-I при­близительно пропорциональна четвертой степени, а максимум концен­трации ТД-I приблизительно пропорционален третьей степени исход­ной концентрации [О,]. Таким образом была установлена прямая связь между электрической активностью ТД-I и растворенным в кремнии ме- жузельным кислородом, т. е. авторы пришли к выводу, что ТД-I имеют кислородную природу.
В [75] предпринята первая успешная попытка описания кинетики образования ТД-I. Предложенная в [75] модель, которая позволила объяснить большинство экспериментальных данных по кинетике обра­зования ТД-I, была основана на следующих предположениях: комплек- сообразование кислорода, наблюдаемое при высоких температурах, начинается при температурах отжига в несколько сот градусов, °С; не­которые промежуточные комплексы в процессе их образования явля­ются электрически активными донорами; комплексы, которые содержат более некоторого числа кислородных атомов, теряют донорную актив­ность. На основании экспериментальных данных авторы связывают свою модель ТД-I с кислородсодержащими комплексами, которые об­разуются на начальных стадиях кластеризации кислорода.
Комплексообразование начинается с атомарно диспергированного кислорода О,^). При термообработке появляются электрически актив­ные комплексы, которые содержат два (Л₂), три (А₃) и четыре (Л₄) атома кислорода, подчиняющиеся следующим реакциям (как полагают авто­ры, вероятно, являющимися диффузионно-лимитируемыми):