Реферат диссертации доктора философии (PhD) по физико-математике ташкент 2023 удк

Рисунок 1. Спектры РТС ионов He+ в монокристалле Si, легированном ионами Fe, с энергией 40 кэВ и освещенностью 10 ¹⁵ -10 ¹⁷ ион/см ^{2 .}
D ≈ 10 ¹⁶ ион/см ² происходит аморфизация поверхностного слоя вблизи поверхности и значительное увеличение пика Fe, в определенных местах ионно-легированного слоя начинают появляться кластерные фазы Fe+Si . Эти изменения происходят до количества (8÷10)·10 ¹⁶ ионов/см ^{2 .} Дальнейшее увеличение количества не вызывает существенного изменения относительной интенсивности пиков Si и Fe. Вот почему Д ≈ Количество 10 ¹⁷ ионов/см ² можно принять за величину насыщения. В указанном случае максимальная концентрация электрически активных атомов достигала 5·10 ¹⁴ см ^{-3 .} Представляет интерес глубинное распределение атомов металла в Si в зависимости от количества излучения. При средних дозах облучения (D = 10 ¹⁵ ÷10 ¹⁶ см ^-2 ) профиль распределения имеет очень сложную форму с несколькими максимумами. В качестве примера на рис. 2 показана зависимость концентраций Fe и Si от глубины для количества ионов D=10 ¹⁶ ионов/см ^{2 .}

2 - картинка. Профили распределения ионов Fe в Si с энергией 40 кэВ и освещенностью 10 ¹⁶ ионов/см ^{2 .}
Из рис. 2 видно, что концентрация Fe в период первого максимума (d=100Å) составляет 25÷30 ат. достигает %. Основная часть имплантированных атомов располагается на поверхности до глубины d=300Å. При d=400Å с увеличением d концентрация железа резко снижается, и на глубине 800÷850 ее величина составляет 1÷2 ат. не более чем %. При больших дозах облучения (D>10 ¹⁷ ион/см ² ) вместо нескольких максимумов появляется один максимум и концентрация железа на поверхности резко снижается. Последняя ситуация объясняется увеличением скорости рассеяния поверхностных атомов. Распределение Fe при Δ≈10 ¹⁷ ион/см ² имеет гауссову форму, а максимум формируется в поверхностных слоях при δ ≈ 400÷450Å. Максимальное содержание железа ~ 30÷35 ат.%. Дальнейшее увеличение доз ионов приводит к смещению максимума к поверхности и его уширению. Это связано с интенсивным пылением поверхностных слоев и увеличением плотности приповерхностных слоев за счет образования силицидов металлов. При этом концентрация железа в широкой области максимума составляет 35÷40 ат. будет равно %. В этих слоях в основном образуются соединения типа FeSi _{2 .}
Другое явление наблюдается при нагреве образцов, легированных большим количеством ионов (D>10 ¹⁶ ионов/см ^{2 ).} На рис. 3 представлена зависимость C _{Fe (d} ), полученная после прогрева Si(111), легированного ионами Fe ^{+ с D=10 16} ион/см ^{2 при различных температурах.}

Рисунок 3. Профили распределения Fe в Si при имплантации с энергией 40 кэВ и количеством 10 ¹⁷ ионов/см ^{2 .} а- без умягчения; б- после нагрева при температуре 1200 ^{0 С}
При нагреве основные изменения состава и структуры легированного слоя происходят в течение 25÷30 минут. Термическая обработка, проведенная по специальной методике в интервале температур Т=600÷1200 ^{0 С, показала, что при температуре 600 0 С} происходит значительная активация атомов железа , о чем можно судить по увеличению поверхностного сопротивления образцы. При изотермическом нагреве, независимо от температуры, эффективность имплантации увеличивается по мере увеличения количества имплантации.
Видно, что пик, характерный для Fe, начинает проявляться в спектре при дозе D≈10 ¹⁵ ион/см ^{2 .} Параллельно исследовалась кристаллическая структура поверхности и электрофизические свойства ионно-легированных слоев. Результаты этих экспериментов показали, что при D ≤ 10 ¹⁵ ионов/см ² неупорядоченность приповерхностных слоев не проявляется, концентрация электроактивных атомов Fe составляет ~5∙10 13 ^см -3 ^.
Проведены эксперименты по изучению распределения концентрации атомов железа, имплантированных в кремний с энергией E ₀ =40 кэВ, при изменении количества излучения в диапазоне 10 ¹⁵ ÷ 10 ¹⁷ ион/см ^{2 .} В качестве исходного материала использовали кремний типа КДБ с удельным сопротивлением r=10 Ом·см, исследования проводили методами
масс-спектроскопии вторичных ионов, дифракции обратного рассеяния быстрых электронов, резерфордовского обратного рассеяния, ИИМС и электронной микроскопии Одже.

а ) б )