Oxygen in Silicon Single Crystals
Download 1.39 Mb.
|
Oxygen in Silicon Single Crystals ццц
- Bu sahifa navigatsiya:
- [100] [111] [по]
|
- 4; 3 - 6; 4 - 3 (экспериментальные точки
записаны при 6 = 10°) [118] Разрушение состояния СВЧ- проводимости и центров Si -2К, -ЗК, -4К при воздействии высокотемпера- турного отжига Тотж > 850°C электрон- ного или у-облучения, а также под влиянием ультразвука [273, 274] про- исходит за счет преобразования дис- локационных диполей в другие дефекты (например, в совершенные дислокационные петли [279]). При межзонной подсветке на дислокаци- онные диполи захватываются дырки, рекомбинирующие с электронами, уничтожая СВЧ-проводимость. При этом, также вследствие перезаряд- ки, становятся непарамагнитными центры Si -2К, -ЗК, -4К и ЭДСР пе- рестает на них наблюдаться. Имеется некоторая аналогия между свойствами центров Si -2К, -ЗК, -4К в недеформированных термообработанных образцах Si и свойствами центров Ch, обнаруженных в образцах кремния [275], плас- тически деформированных при температуре 950 К. Это зависимость сигналов СР от Е1-компонента СВЧ-поля и наблюдение инвертирован- ной, асимметричной резонансной линии. Однако отличия в отклике на оптическую подсветку, в величинах главных значений g-тензора, и в знаке фотодобавки в СВЧ-проводимость указывают на то, что природа Si -2К, -ЗК, -4К центров и центров С различна. Таким образом, при отжигах кислородсодержащих кристаллов кремния, приводящих к образованию ТД-II, в них образуются, по край- ней мере, две основные разновидности парамагнитных центров. Пер- вая - парамагнитные центры, соответствующие ТД-II, парамагнитные свойства которых согласно [188] свя- заны с локализацией электронов на флуктуациях кри- сталлического потенциала, обусловленных наличием кислородных преципитатов. ЭПР-спектр их состоит из одной асимметричной линии, представляющей су- перпозицию одиночных линий от всех центров ТД-II с невзаимодействующими спинами, с анизотропным (с незначительной анизотропией), зависящим от време- ни отжига g-фактором в диапазоне 1.9984-1.9998. Рис. 81. Расчетная форма линии ЭДСР центров Si -2К при E1II[100]: 1 - H0II[ ТТ 1]; 2 - H0II[111] [118] о зо° во0 90° еЕ [100] [111] [по] 180 Вторая - новый класс анизотропных парамагнитных центров дис- локационной природы (Si -2К, -ЗК, -4К), образующихся в области уп- ругих напряжений дислокационных диполей, возникающих при росте стержнеподобных дефектов в результате длительных термоотжигов. Если первым парамагнитным центрам соответствует набор электричес- ки активных однозарядных донорных центров в диапазоне энергий термической ионизации от 10 до 300 мэВ, то парамагнитные центры типа Si -2К, -ЗК - глубокие термоакцепторы - электронные ловушки с Ес - 50-60 мэВ [159]. Разрушение термодоноров-II Одна из отличительных особенностей между ТД-I и ТД-II - это раз- личная устойчивость этих электрически активных центров к высоко- температурным отжигам [113, 119, 244, 280]. Из рис. 82 видно, что ТД-I практически полностью разрушаются при 800°С в течение 15 мин. Напротив, при этой температуре разрушается лишь незначительная часть ТД-II. Почти полностью аннигиляция ТД-II происходит при температурах выше 1000°С. В [119] показано, что разрушение ТД-II при 900 и 1000°С в началь- ный момент происходит быстро, а затем замедляется. Для образцов с высоким исходным содержанием кислорода разрушение ТД-Ii проис- ходит медленнее, чем в образцах с более низким содержанием кисло- рода. Для образцов Si с исходным содержанием кислорода [O/] « 1.7 • 1018 см-3 при 1000°С ТД-II, образованные в результате отжи- га при 750°С (55 ч), полностью разрушаются в течение 10 ч. Если же содержание [О/] в образцах более высокое, то кроме того, что ТД-II разрушаются более медленно, наблюдается также немонотонное изме- нение концентрации ТД-II (в первые 2 ч концентрация ТД-II падает, за- тем снова увеличивается, проходя через максимум после - 15 ч отжи- га). В [119] такое поведение ТД-II объяснялось распадом кислородных кластеров на более мелкие (электрически активные образования). Согласно [188], это должно приводить к образованию (либо увеличению концен- г- трации) более мелких ТД-II. Такое пове- 10iS_ дение ТД-II при их аннигиляции наблюда- лось в [280]. Но роста общего числа ТД-И не наблюдалось, однако при разрушении ^ ю15- глубоких ТД-II как бы происходило увели- чение числа мелких ТД-II. Но здесь необ- °- 'З-М*- Рис. 82. Уменьшение концентрации ТД-I и ТД-II в результате изохронных отжигов в течение 15 мин [113] [ТД-I созданы в образцах отжигом при 470°С (64 ч), ТД-II - отжигом 470°С (64 ч) + 650°С ~ ■ J I (84 ч)] 400 600 800 1000 Т,°С 181
Примечание. Индексы "в" и "н" - верх и низ слитка соответственно. В [241] высказано предположение о связи таких глубоких ТД-II с ростовыми микродефектами в кристаллах. Согласно модели ТД-II [188] 1 82
До отжига с помощью рентгеновской топографии в продольном сечении слитка (110), как в К-7в, так и в К-7Н обнаружены примесные страты, не выявляемые обычным химическим травлением. Полосчатая картина страт контрастнее в К-7Н, где более высокое содержание углерода, что согласуется с предположением об определяющей роли остаточного углерода в образовании страт [1]. После отжига К-7в в течение 40-100ч при 650°С в (110) травителем Сиртла [281] выявляется слоистое распределение микродефектов с периодичностью страт в исходных образцах. В плоскости роста кристалла (111) распределение дефектов подобно свирлевой картине. В [280] предположили, что такими дефектами являются скопления кислорода, образовавшиеся на "активных" центрах, которыми могут быть комплексы вакансий в полосах роста (либо микропреципитаты). С полосчатым распределением микродефектов в термообработанных образцах, определяемым неоднородным распределением примесей (в первую очередь кислорода и углерода) в кристалле во время его роста [1], коррелируют "колебания" удельного сопротивления р. И особенно это проявляется после отжига при 650°С (100 ч), приводящего к образованию ТД-II. Отжиги образцов К-7В при 900°С (0.5 ч) приводят к разрушению ТД- II и "выравниванию" сопротивления вдоль образца, но не приводят к разрушению полосчатой дефектной структуры, образовавшейся при 650°С. Заметное ее разрушение происходит лишь при 1000-1100°С (отжиг при 1100°С (0.5 ч) приводит к понижению концентрации дефектов в 5-8 раз, в то время как концентрация ТД-II уменьшается на полтора порядка). Прямой связи между ТД-II и дефектами не наблюдалось, хотя первопричиной появления тех и других, по-видимому, являются скопления кислорода в полосах роста. Изучение процессов разрушения ТД-II показывает, что каждый из высокотемпературных отжигов (900, 1000 и 1100°С) приводит к разрушению ТД-II определенного типа. Причем, если при 900°С (0.5 ч) разрушаются только самые глубокие ТД-II с E = 0.2 эВ, то центры с E = = 0.07-0.15 эВ разрушаются лишь при 1000°С (0.5 ч). После такого отжига сохраняются (и то частично) лишь ТД-II с E ~ 19 мэВ, проявляющиеся в спектрах ЭПР в виде изотропных парамагнитных центров с g- фактором g = 1.9994 ± 0.0001 и полушириной линии АН = 1.5 • 10-4 Т. В этом случае количество центров, определенное из ЭПР, и концентрация ТД-II, определенная по эффекту Холла, совпадают (МТд-|| = Мэпр = = 2 • 1014 см-3), т. е. подтверждается, что и в ЭПР, и в эффекте Холла регистрируются одни и те же донорные центры. Отжиг при 1100°С (0.5 ч) приводит к полному разрушению всех видов ТД-II, и в ЭПР, и в 1 83 эффекте Холла регистрируется лишь основная легирующая примесь - фосфор. Отмечается в [280] также, что при различных отжигах изменяется содержание акцепторных центров в образцах (см. табл. 12). Поэтому описать зависимость ne(T-1) и ^(T) после каждого из отжигов удается лишь при учете двух факторов: разрушения ТД-II и аннигиляции акцепторов. Сравнение кинетик образования ТД-II (по эффекту Холла и ЭПР) с кинетикой разрушения ТД-II показывает, что во время отжигов при 650°С в исследованных кристаллах образуются (в зависимости от длительности отжига) центры с различной энергией ионизации, обладающие также различной устойчивостью к высокотемпературным отжигам. Download 1.39 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|