Oxygen in Silicon Single Crystals

D_BT (£0) = (
у kT ln(t₂ /t₁)


D_
^CR ^(t1⁾ ' ^(X /r ^{- X} % ⁾


(127)


где t₁ и t₂ - временные задержки после зарядового импульса; C(t₂) - C(t₁) - сигнал DLTS; k - постоянная Больцмана; в - диэлектриче­ская проницаемость; А - величина контактной области; N_D - концентра­ция мелкой примеси; C_R(t₁) - пространственная зарядовая емкость; X_fr, X_fp - глубина в слое пространственного заряда, где уровень Ферми пе­ресекает энергию ловушки Е₀ вследствие изгиба зоны при приложении


171




напряжений обратного смещения и импульсного соответственно.
На рис. 76 представлены плотности состояний D_BT (Е₀) для образ­цов, исследованных в [256] после отжигов при 650°С (65 ч), и которые различаются между собой содержанием кислорода в них и видом предварительного отжига либо обработки. Предварительный отжиг при 500°С (26 ч), а также высокое содержание кислорода в образцах дают высокую плотность состояний.
Непрерывное распределение плотности состояний ловушек ТД-II от энергии наблюдалось в [256] для всех исследованных образцов и оп­ределялось областью значений от 1 • 10¹⁴ до 3 • 10¹⁶ см^-3эВ^-1 в ин­тервале энергий 0.07-0.3 эВ.
Существование квазинепрерывного набора уровней ТД-II (предска­занного в [256]) в запрещенной зоне Si подтверждено в [117, 188] при исследовании свойств ТД-II с использованием комплекса методик: эф­фекта Холла, ЭПР и у-облучения. Возможность использования у- облучения для избирательного изучения уровней ТД-I была продемон­стрирована в [268]. В методе использован способ управления заселен­ностью уровней термодоноров и смещения уровня Ферми с помощью радиационных дефектов акцепторного типа (А-центров и др.), вводи­мых в исследуемый кристалл электронным либо у-облучением. В [117, 188] применена эта методика для исследования спектра уровней ТД-II.
Известно [192-194], что электронное либо у-облучение приводит к образованию в кислородсодержащих кристаллах кремния глубоких ак­цепторных центров (Л-центров с Е_с - 0.17 эВ и др.). Эти глубокие ак­цепторы выступают в роли электронных ловушек при низких темпера­турах, компенсируя мелкие доноры. Это их свойство и использовано для избирательного изучения уровней ТД-II.
После отжига образцов n-Si(P) при 650°С (100 ч) ([О/] = 6 -10¹⁷ см^-3; [C_s] = 7.3 • 10¹⁷см^-3; N_p = 5 • 10¹⁴ см^-3) концентрация ТД-II в них дос­тигала (2-3) • 10¹⁵см^-3. Температурная зависимость концентрации носи­телей (электронов), определенная из эффекта Холла для одного из об­разцов, представлена кривой 2 на рис. 77 (кривой 1 представлена по-





Е_с Е _уэд>


Рис. 76. Распределение плотности сос-
тояний электронных ловушек ТД-II по
энергии в образцах после отжига при
650°С (65 ч) в зависимости от содержания
кислорода и длительности предваритель-
ного отжига при 500°С (26 ч) [256]:
1, 2 - [O,] = 7 • 10¹⁷см^-3; 3, 4 - [O,] =
= 1.7 • 10¹⁸см^-3; 1, 3 - без предвари-
тельного отжига; 2 - с предварительным
отжигом; 4 - для того же образца, что и 2,
но после стравливания поверхности на
глубину 30 мкм


172

10¹⁶

Рис. 77. Температурные зависимости
концентрации электронов для образ-
ца n-Si(P), прошедшего отжиг при
650°С в течение 100 ч подвергнутого
у-облучению различными дозами
[117]: 1 - исходный образец (до от-
жига); 2-10 - 0; 1; 2; 4; 7; 8; 12; 14;
16; 18 • 10⁸ рад, соответственно





10³/Т, К~¹


добная зависимость для исходного образца до его отжига, из наклона которой в низкотемпературной области определена энергия ионизации E = 44 мэВ = Е_р). Вид кривой 2 указывает скорее на то, что такая зави­симость n_e = f(T^-1) определяется набором центров ТД-II. Это пред­положение удалось подтвердить, используя облучение (⁶⁰С₀) различны­ми дозами такого образца.
Варьируя дозу облучения в диапазоне (1^18) • 10⁸ рад и, следова­тельно, меняя концентрацию компенсирующих акцепторов в образце, содержащем ТД-II, в опытах по эффекту Холла и ЭПР (в спектрах эПр регистрировались Л-центры и ТД-II) в [117, 188] установлено, что ТД-II создают в исследованных образцах квазинепрерывный спектр уровней в запрещенной зоне Si как по энергиям термической ионизации носи­телей (14-150 мэВ), так и по д-факторам (1.9985-1.9992).
Разрушая введенные облучением (дозой 1.8 • 10⁹ рад) акцепторные центры в образце (кривая 10) изохронными отжигами в диапазоне 200- 400°С (2 мин) легко получается подобный рис. 76 "веер" зависимостей n_e = ^(Т^-1) с конечной кривой 2. Это указывает на то, что в процессе создания в образцах глубоких акцепторов (Л-центров и др.) у- облучением и их термического разрушения ТД-II не разрушаются, а из­менения наклонов в зависимостях n_e(T^-1) целиком определяются степе­нью компенсации уровней ТД-II, введенных облучением акцепторами.
Результаты, полученные в [117, 188, 256], убедительно показывают, что в кислородсодержащих кристаллах n- и p-Si при отжигах в ин­тервале температур 600-800°C образуется набор центров ТД-II, оп­ределяющих непрерывный спектр DLTS и сложные спектры ЭПР. Управлять заселенностью уровней ТД-II можно с помощью легирования акцепторными примесями либо путем введения радиационных дефек­тов акцепторного типа. Таким образом, управляя свойствами крис­талла, содержащего широкий набор уровней ТД-II, можно реализовать в нем узкую полосу (по энергиям термической ионизации и по д- факторам) заселенных донорных состояний ТД-II.


173