Oxygen in Silicon Single Crystals
Download 1.39 Mb.
|
Oxygen in Silicon Single Crystals ццц
109 Анализ последовательности линий МТД [150] показал, что не существует серии доноров с равным расщеплением. Величина расщепления между отдельными линиями изменяется от 0.2 до 0.7 мэВ. Это позволило предположить, что возможно МТД представляют собой не одну серию. Причем каждая серия имеет различное донорное ядро. Если предположить, что существует две серии, то каждая из них будет представлять последовательность линий с интервалом порядка 0.9 мэВ, как показано в табл. 7. Что касается модели МТД, некоторые соображения о их природе и возможной структуре высказаны в [149]. Однако авторы пришли к заключению: чтобы понять их природу, а также установить связь между ними и хорошо известными двухзарядными ТД-I, необходимы дальнейшие исследования. Парамагнитные свойства термодоноров-I. Идентификация парамагнитным центров, образующихся в кремнии при отжигах, приводящих к формированию ТД-1 Большинство исследователей (начиная с Кайзера и др. [75]), изучавших кинетику образования либо электрические свойства ТД-I, стремились предположить модель ядра ТД-I, способную описать все известные свойства этих центров. Таких моделей было предложено много (детально они будут обсуждаться далее). В проверке правильности предложенных моделей значительную роль сыграли исследования ТД-I методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), позволившие достоверно определить структурную и электронную симметрию термодоноров (как ТД-I, так и ТД-II). Первые обстоятельные исследования характеристик парамагнитных центров, образующихся в кислородсодержащих кристаллах Si в результате отжигов в интервале температур 410-450°C (длительностью от 1 до 300 ч), а также при 550°С (после предварительного отжига при 450°С в течение 100-300 ч), проведены в [102]. Было установлено [102], что в результате таких термообработок в p-Si с большим содержанием [О,] образуются (в зависимости от длительности отжига) до 10 различных парамагнитных центров. Анализируя кинетику накопления этих центров и сопоставляя ее с кинетикой образования ТД-I (полученной из электрических измерений), авторы пришли к выводу, что только два парамагнитных центра NL8 и NL9 имеют кислородную природу и связаны с ТД-I. Позднее в [182, 183] центр NL10 также идентифицирован как ТД-I. Параметры этих центров, обладающих ромбической симметрией, представлены в табл. 8. Заметной анизотропией g-тензора обладает лишь центр NL8, идентифицированный в более поздних работах как двухзарядный ТД-I в состоянии (ТД-!)+ [101, 105, 184, 185]. Для двух других центров (NL9 и NL10) анизотропия g-тензора очень маленькая, а величины главных значений g-тензора близки к таким, как у фосфора. С увеличением продолжительности отжига кислородсодержащих образцов кремния, 110
В [103] авторы полагают, что p-Si (В) является не подходящим ма- териалом для исследования парамагнитных свойств кислородных ТД-I по двум причинам, а именно: первая заключается в трудности оценки концентрации образованных ТД-I, так как они при наличии акцепторной примеси ионизированы (частично или полностью) даже при низких тем- пературах; вторая состоит в том, что, как показано в [186] бор трудно обнаружить с помощью ЭПР и, сле- довательно, трудно определить роль бора в процессе образования кислородных доноров. Поэтому описанные в [103] исследования проведены на материале n-типа, легированном фосфором с содер- жанием [О,] = 7.1 • 1017 см-3. Обна- руженные парамагнитные центры имеют компоненты g-тензора (после отжига в течение 144 ч при 450°С): g1 = 1.9985, g2 = 1.9989; Рис. 41. Зависимость образования ТД-I и парамагнитных центров NL8 и NL9 в об- разцах p-Si (в) (NB = 1.71016 см-3, [O,] = = 1.7-1018 см-3) от продолжительности от- жига при 450°С [102] 111
фора. Из этого сделан вывод, что симметрия этих центров близка к Td. В работе обнаружено специфическое поведение температурной зави- симости ЭПР-поглощения в образцах с высокими концентрациями тер- модоноров. Интенсивность поглощения становится сильнее с повыше- нием температуры. Такая температурная зависимость противоположна температурной зависимости поглощения для фосфора. Детальное изучение этого вопроса показало, что ЭПР-активные спины в образцах с высоким содержанием термодоноров ведут себя так, как будто их активировали из неактивного состояния с энергией активации 2.9 мэВ. Авторы изучили возможность описания такого по- ведения ТД-I при высоких концентрациях путем учета взаимодействия между соседними донорами, предположив существование спаренных электронов с антипараллельными спинами в связанном состоянии, и следовательно ЭПР неактивными. Энергия активации в 2.9 мэВ отра- жает переход из связанного состояния в несвязанное (с параллельны- ми спинами) - ЭПР активное состояние. Центры NL8 и NL9 не наблю- дались в этом материале. Близкие по параметрам центры наблюдались в [148] при изучении влияния длительных термообработок на образование и свойства ТД-I в n-Si (Р) с содержанием [О/] = 5.1 • 1017 см-3. Кинетика накопления этих центров и образования ТД-I представлена на рис. 42. При самых длительных отжигах (t = 500 ч) число парамагнитных центров Мэпр = 0.05 • N-уД- (Nw определялось из электрических изме- рений). Концентрация ЭПР центров возрастает в кристаллах с большим содержанием кислорода (при [О/] - 9.5 • 1017 см-3 N^ = 1015 см-3 после 500 ч отжига и составляет уже 10 % от общей концентрации ТД-I (Nw = 2 • 1016 см-3). Это указывает на то, что образование этих ЭПР- центров, как и центров NL8 и NL9 в p-Si (В), связано с наличием в об- разцах межузельного кислорода. Этим центрам соответствуют [148] энергетические уровни с энергией термической ионизации (опреде- ленной из холловских измерений) Е = 0.03 эВ. Действительно, такие мелкие ТД-I обнаружены при отжигах кислородсодержащего кремния и с помощью более чувствительного (чем эффект Холла и ЭПР) метода фототермической ионизационной спектроскопии [149, 179]. Оказалось, что они представляют набор мелких од- нозарядных ТД-I в узком интервале энер- гий ионизации (31.3-37.4 мэВ). Отметим, что параметры однозаряд- ных ТД-I (g-фактора, их анизотропия, энергии термической ионизации) [148, 187] близки к параметрам ТД-II, обра- зующихся в этих кристаллах на ранних Рис. 42. Кинетика образования ТД-I (1) и пара- магнитных центров (2) в образцах n-Si^) при 450°С [148] 112
Центр NL9 наблюдается, в отличие от NL8 и NL10, только в материале p-Si. Следовательно, не исключена вероятность того, что акцепторная примесь бора входит в состав центра NL9. Это и попытались выяснить авторы [101]. 113 I ii_ 0 5 10 \ 2 (пунктирные линии), по- Download 1.39 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|