Oxygen in Silicon Single Crystals
Download 1.39 Mb.
|
Oxygen in Silicon Single Crystals ццц
|
Мц ~ [O,]m , (125)
где m «10. Изучая кинетику преципитации кислорода в кремнии с различным содержанием углерода (отжиги 650°С) и определяя концентрацию центров зарождения преципитатов Мц в соответствии с теорией [72] в [166] показали, что с увеличением содержания углерода наблюдается рост величины Мц. Это, согласно [166], свидетельствует о том, что комплексы с участием атомов углерода служат центрами гетерогенной преципитации кислорода. Не исключено, что при высокой концентрации углерода гетерогенный механизм зарождения может конкурировать с гомогенным. Наблюдаемые ускорения преципитации кислорода в присутствии зна 167 чительной концентрации атомов углерода согласуются с данными [264], где предполагается, что кислородные кластеры, обусловливающие донорный характер ТД-II, собираются на (С-О) комплексах, образующихся уже на начальных стадиях отжигов. Обсуждая возможную модель критического зародыша с участием углерода в виде СО-комплекса в [166] предположили вид зависимости для определения Ыц типа: N = [C s ]исх ■ [O, Сх / [Si]m ■ exp(Q / kT), (126) где [Si] = 5 1022 см-3 - число атомов Si в 1 см3; к - постоянная Больцмана; Q - энергия связи комплекса СOm . В результате расчета Мц по зависимости (126) получили параметры m = 4; Q = 2.9 эВ. Изучая роль предварительной низкотемпературной термообработки, приводящей к образованию комплексов Om в кристаллах с высоким содержанием углерода, авторы [166] обнаружили, что экспериментальная величина А[О,] = [О,]исх - [О,]т.о ([О,]т.о - концентрация кислорода в твердом растворе после 100 ч отжига при 430°С), являющаяся количественной мерой образования комплексов Om, СО и СО2, описывается одной зависимостью от исходного содержания кислорода на образцах с низким и высоким содержанием углерода. Т. е. полное количество комплексов Om, СО и СО2, образованных при низкотемпературном отжиге, зависит от содержания кислорода в образцах. Таким образом, длительный предварительный низкотемпературный отжиг нивелирует различия в кинетике последующей преципитации кислорода при более высоких температурах в образцах с разным содержанием углерода за счет образования высокой концентрации комплексов Om. Сравнивая влияние примеси углерода на процессы образования ТД-I и ТД-II, необходимо отметить диаметрально противоположную роль углерода в этих процессах. Так, в присутствии большой концентрации углерода ([Q] > 1017см-3) образование ТД-I практически подавляется и, наоборот, образование ТД-II ускоряется. Это, по-видимому, также указывает на различную природу ТД-I и ТД-II. Если ТД-II, как полагают многие исследователи (и мы разделяем эту точку зрения), связаны с преципитатами кислорода, то углерод в положении замещения Cs выступает в роли гетерогенных центров зарождения преципитатов. В случае же низкотемпературных отжигов, приводящих к образованию ТД-I, являющихся, по мнению многих исследователей, комплексами из нескольких атомов О, , углерод способствует конкурирующим процессам, а именно, образованию различного рода (С-О) электрически неактивных комплексов. И кроме того, углерод способствует переходу ме- жузельных атомов Si,, образующихся уже на ранних стадиях преципитации кислорода (при Т ~ 450°С) [80], в узельное положение. Согласно же модели образования ТД-I, предложенной в [141, 142], межузельные атомы Si, играют, возможно, основную роль в процессах образования ТД-I. 1 68
Квазинепрерывный спектр уровней термодоноров-II Дополнительную информацию (наряду с кинетикой образования) для характеристики донорных центров ТД-II, необходимую для расшифровки природы их электрической активности, можно получить при исследовании энергий термической ионизации Е/ этих центров методами эффекта Холла и DLTS. Детальные исследования энергий термической ионизации Е, ТД-II, образующихся при отжигах образцов кислородсодержащего кремния в интервале температур 600-800°С (p-Si(B), р « 300 Ом-см, [O,] = = 1.11 • 1018 см-3 и [Cs] = 4.2 • 1016 см-3), проведены с помощью эффекта Холла в [265]. Уже при температуре отжига 600°С было обнаружено, что энергия ионизации ТД-II является функцией длительности отжига образца при данной температуре. Подобные результаты были получены и при более высоких температурах отжига (например, рис. 74). При этом обнаружена зависимость Е1 и от температуры отжига. Наглядное представление о том, как Е1 для ТД-II изменяется от температуры отжига и его продолжительности, можно получить из табл. 10. Максимальные концентрации электронов в образцах, определяемые ТД-II, наблюдаются после отжига при 600°С. ТД-II, образованным при 600°С, соответствуют самые маленькие энергии ионизации (Е, = = 23-37 мэВ). С увеличением как продолжительности отжига, так и температуры отжига, Е1 изменяется в сторону увеличения. Максимальная концентрация ТД-II с ростом температуры отжига уменьшается. При отжигах образцов в интервале температур 600-800°C (при варьировании длительности отжига от 1 до 300 ч) в [265] зафиксированы для ТД-II различные значения E, в интервале 19-122 мэВ. Исследования при 650°С (отжиги в течение 1-101 ч) процессов образования и энергий ионизации ТД-II, проведенные в [104], методами эффекта Холла и ЭПР (исходный материал п-S^P): [О,] $ 9.5 • 1017 см-3; [Cs] $ 3 • 1016 см-3; рзоок $ 28 Ом • см) показали также, что в зависимости от длительности отжига Е1 изменяется по отношению к Ер (Ep - энергия ионизации фосфора) в сторону уменьшения, затем с ростом продолжительности отжигов увеличивается и достигает значений Ер. Рис. 74. Зависимость концентрации электронов n от 1/Т [265] при продол- жительности отжига (650°С), ч: 1 - 10; 2 30; 3- 70; 4 - 240 169
Результаты опытов, описанные в [104, 265], позволяли лишь предполагать существование набора уровней ТД-II. Для доказательства такого предположения требовались независимые экспериментальные подтверждения. В [256], применив метод Ланга [266] - метод DLTS для исследования свойств ТД-II, созданных в n-Si(P) отжигами при 650°С, авторы обнаружили непрерывное распределение ловушечных состояний в образцах (с плотностью DBT = (l014 ! 1016 ) см-3 • эВ-1 в верхней половине запрещенной зоны Si). Причем плотность этих состояний увеличивалась к зоне проводимости. Измеряя сигналы DLTS в трех образцах с исходным содержанием [Oj] = 1.7 • 1018 см-3 и [Cs] = 3 • 1016 см-3 после отжигов различной длительности при 650°С, в [256] получили зависимости сигнала DLTS вида [C(t2) - C(f1)] = f(T), показывающие непрерывный спектр DLTS сигнала. 1 70 Рис. 75. Температурные зависимости сигнала DLTS образцов после отжига при 650°С (17 ч - 2; 65 ч - 1 и 3) с различной предварительной термо- обработкой: 1 - без предварительно- го отжига; 2, 3 - с предварительным отжигом при 500°С (26 ч) [256] Замечено, что эти непрерывные спектры являются необычными по сравнению со спектрами для глубоких объемных ловушек, характе- ризующихся дискретными уровнями в запрещенной зоне Si, когда спектр DLTS, измеренный с помощью контакта Шоттки, показывает дискретные пики (как, например, для ТД-I, см. рис. 61). Непрерывные спектры сдвигаются к более высоким температурам с увеличением продолжительности отжига t (вплоть до больших времен отжига t = 192 ч). И, кроме того, на спектры DLTS, а значит на процесс образования и состав ловушек, оказывает сильное влияние предвари- тельный низкотемпературный отжиг (500°С, 26 ч). Предварительный отжиг образца способствует увеличению амплитуды сигнала DLTS при последующем отжиге при 650°С (65 ч) (рис. 75) более чем на порядок по сравнению с образцом, прошедшим эквивалентный отжиг без предварительной термообработки. Непрерывный спектр сигнала DLTS наблюдается и в случае двуступенчатого отжига. Роль предваритель- ного отжига сводится к уменьшению инкубационного периода образо- вания донорных ловушек (в конкретном случае от 65 до 17 ч). Для оценки энергетического распределения ловушек ТД-II авторы [256] воспользовались аналогией с Si-SiO2-границей, для которой рас- пределение ловушек хорошо установлено [267], и применили тот же математический метод для случая объемных состояний, непрерывно распределенных по энергии и глубине. Не вдаваясь в описание де- талей метода и допущений, сделанных в [256], запишем выражение, полученное в этой работе, для плотности объемных ловушечных сос- тояний, соответствующих ТД-II: 2e2A2Nr Download 1.39 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|