Книги по разным тема Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 3 О механизмах долговременной релаксации проводимости в компенсированном Si B,S и Si B,Rh при радиационном воздействии й М.С. Юнусов, М. Каримов, Б.Л. Оксенгендлер Институт ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан, 702132 Улугбек, Узбекистан (Получена 21 июля 1995 г. Принята к печати 14 июля 1997 г.) В рамках трех механизмов (уровней прилипания, рекомбинации через уровни с большой релаксацией, разделения носителей пространственными неоднородностями) обсуждается наблюдаемая долговременная релаксация кинетики фототока в компенсированных образцах Si B,S иSi B,Rh. Показано, что радиационное 60 воздействие (-квантами Co при различных температурах) в ряде случаев позволяет дифференцировать реализуемость указанных механизмов

Долговременная релаксация (ДР) носителей то- Омические контакты изготовлялись методом вплавлека, изученная на множестве полупроводниковых си- ния Al в вакууме при температуре 700C в течение 30 с. Размер образцов был 6 3 0.6 мм

стем [1Ц10], представляет особый интерес в кремнии, Облучение проводилось -источником с мощностью компенсированном примесями с глубокими уровнями, 2800 Р/с до доз 1 109 Р при температуре канапоскольку именно в таком материале реализуются три ла 60C

основных механизма, ответственных за ДР:p>

Результаты исследований представлены на рис. 1

Ч захват носителей на уровни прилипания [2,4Ц6];

Спад фотопроводимости с достаточной точностью в обЧ рекомбинация через дефекты с большой релаксацищем виде можно представить выражением ей [3];

Ч разделение носителей барьерами, обусловленными Ip = A1 exp(-t/1)1 + A2 exp(-t/2)2, пространственными неоднородностями в распределении где A1 A2, 1 2, [1, 2] < 1, причем Aj и j неэкранированных примесей [1,2,7Ц10]

( j = 1, 2) зависят от концентрации электрически акРазделение этих механизмов представляется в ряде тивных атомов серы в p-Si B,S и родия в p-Si B,Rh случаев нетривиальной задачей, и здесь существенным (t Ч время наблюдения, j Ч постоянная времени проможет оказаться метод радиационного воздействия. Дацесса) (рис. 1)

ее представлены исследования именно этого плана

Облучение -квантами существенно изменяет кинеНами изучалась кинетика релаксации фотопроводимотику ДР, причем наиболее чувствительной оказывается сти в компенсированном материале Si B,S и Si B,Rh величина 2: d2/d > 0, т. е. с ростом дозы облучения до и после облучения -квантами Co при 77 K и при эта фаза ДР затягивается (рис. 2)

одинаковой интенсивности света (150 люкс). При этом приложенное напряжение было равно 1 В

В качестве исходного материала использовался кремний p-типа с исходным удельным сопротивлением 1 2Ом см (при компенсации серой) и 7 10 Ом см (при компенсации родием). Легирование осуществлялось методом термодиффузии в интервале температур 1250 1290C в течение 20 ч. Этим удалось достичь средних концентраций NS 1016 см-3 и NRh 5 1015 см-3, а также (8-10) 104 Ом см в обоих типах образцов, при комнатной температуре

Концентрации центров серы и родия определялись методом компенсации проводимости, т. е. NS,Rh = p0 - p, где p0, p Ч концентрации дырок до и после диффузии S и Rh. Концентрации центров серы и родия варьировались путем изменения температуры диффузии; при этом Рис. 1. Кинетика релаксации фототока в образцах n-Si B,Rh воспроизводимость параметров образцов достигалась пуd (NRh 2.5 1015 см-3) (a) и n-Si B,S (b) при различных тем экспериментального подбора температуры диффузии концентрациях атомов серы NS (измерения проводились при с небольшим шагом ( 5C) для каждого конкретного температуре 77 K): 1 Ч 8.51015 см-3, 2 Ч 9.11015 см-3, исходного образца кремния p-типа

3 Ч 1.1 1016 см-3

О механизмах долговременной релаксации проводимости в компенсированном Si B,S и Si B,Rh... Механизм рекомбинации через уровни с большой релаксацией. Для интерпретации результатов о существовании до облучения ДР и об ее усилении после радиационного воздействия можно предположить следующую схему. До облучения в образце имееется глубокий центр (M1) с большой релаксацией, сечение рекомбинации через который зависит от температуры (1) по закону 1 = 0 exp(-E1/kT ), где E1 Ч барьер (1) рекомбинации, 0 Ч предэкспонента [11]. В результате радиационного воздействия генерируются вакансии (V ) и собственные межузельные атомы (I), которые взаимодействуют с примесями (D) в образце, так что при этом либо увеличивается концентрация центра M1 (что Рис. 2. Кинетика релаксации фототока в n-Si B,Rh (a) в эксперименте не обнаруживается), либо образуется и n-Si B,S (b) при различных дозах облучения -квантами новый радиационный центр (M2) с большой релаксацией, (2) Co (измерения проводились при температуре 77 K): 1 Чдо у которого сечение захвата 2 = 0 exp(-E2/kT ), облучения; 2 Ч 5 107 Рад; 3 Ч 5 108 Рад

причем E2 > E1. Этот центр обладает определенной кинетикой накопления, обусловленной конкретной схемой квазихимических реакций: N2 f (tirr), описываемой системой уравнений dV/dt = - k1VI - k2VD -V/V dI/dt = - k1VI - I/I, D const, dN2/dt = k2VD - N2/D, где V, I, D Ч концентрации соответствующих дефектов и примесей, V, I, D Ч соответствующие им времена релаксации, Ч скорость введения первичных дефектов;

k1, k2 Ч константы квазихимических реакций

При начальных условиях t = 0, V = I = N2 = Рис. 3. Зависимость от флюенса -квантов Co в Si B,Rh :p>

получаем 1 Ч77 K, 2 Ч 300 K

() () N2 = N2 1 - e-t/D, где N2 = k2V DD

Существенно, что обнаруженная закономерность остаПри решении этой системы, как обычно, предполагается справедливой для различных температур измерения лось, что наиболее быстрым процессом является релакT = 77 и 300 K), причем скорость изменения 2 с дозой сация собственных межузельных атомов и k2 k1. В изменяется быстрее именно при низких температурах этом случае выражение для 2 имеет вид (рис. 3)

-Полученные результаты позволяют достаточно убеди2 N1v1(T ) +N2v(T )

тельно провести анализ механизмов ДР

Механизм уровней прилипания. Как показано в [2], Это дает если исходить их схемы затягивания релаксации за счет участия в кинетике процессов уровней прилипания, d2/d d2/Idt = d2/IdN2 dN2/dt eE2/dT, то критерием реализации этого механизма является выполнение неравенства 2 max (v min p)-1, что качественно согласуется с результатами, предстагде min (10-22 10-23) см2 Ч минимальное сечение вленными на рис. 2 и 3. Следует, однако, отметить, захвата носителей на локальный уровень [2,4];

что при этом концентрация центра M1 должна уменьp =[NS,NRh] < 1016 см-3, так как концентрация шаться, а концентрация центра M2 увеличиваться до свободных дырок при освещении достигает заметной величины N2, чего в эксперименте не обнару (5-10) 1015 см-3; v 107 см/с Ч тепловая скорость жено. Действительно, уменьшение концентрации центра электронов. Для этих величин получаем max 1с. M1 мало (NS 1016 см-3 для Si B,S а для Si B,Rh Очевидно (см. рис. 1), что 2 max, т. е. механизм NRh 5 1015 см-3), тогда как радиационный центр при уровнй прилипания в данном случае неэффективен. наборе доз достигает концентрации N2 1015 см-3 [12]

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 266 М.С. Юнусов, М. Каримов, Б.Л. Оксенгендлер Следовательно, можно сделать вывод о нереализуемости Таким образом, при анализе результатов в рамках трех в данном случае механизма рекомбинации через уровни обсуждаемых механизмов необходимо отдать предпочтес большой релаксацией. ние последнему

Механизм разделения носителей пространствен- Можно ожидать [13], что в существенно неоднородными неоднородностями. Этот механизм связан с раз- ных образцах, где различны, будет иметь место не чисто экспоненциальный закон релаксации. Для многих делением неравновесных электронов и дырок барьерами, случаев реализуется зависимость типа закона Кольрауша обусловленными флуктуацией концентрации примесей

Как известно [2], носители, разделенные такими барье- exp(-t/ ), где <1 [14]. С этой точки зрения были проанализированы экспериментальные результаты рами, релаксируют с характерным временем (рис. 2). Видно, что действительно = 0.89

= 0 exp(0/kT ), Резюмируя, можно сказать, что радиационное воздействие является весьма эффективным средством для где 0 Ч предэкспонента, 0 Ч барьер между высоко- определения механизма долговременной релаксации фоомными (p) и низкоомными (p+) областями в компен- тотока

сированных образцах Si B,S и Si B,Rh

При воздействии радиации на образец, где эффективно Список литературы идет образование различных комплексов из дефектов и примесей, уровень Ферми всей системы смещается, [1] С.М. Рывкин. ФТП, 8, 373 (1974); ФТП, 11, 2378 (1977)

причем в низкоомных областях гораздо слабее, чем в [2] М.К. Шейнкман, А.Я. Шик. ФТП, 10, 209 (1976)

высокоомных, так что барьеры, разделяющие эти обла[3] Deep centers in semiconductors, ed. by S. Pantelides (N.Y., сти, растут с дозой облучения. Рассмотрим эффект, P 1. Press, 1986) p. 950

связанный с образованием дивакансий (W), поскольку [4] А.А. Лебедев, Н.А. Султанов, В.М. Тучкевич. ФТП, 5, (1971)

другие комплексы (A-, E-, K-центры) в изучаемых нами [5] А.А. Лебедев, А.Т. Мамадалимов, Ш. Махкамов. ФТП, 8, образцах имеют уровни, расположенные далеко от уров262 (1974)

ня Ферми в высокоомных областях, т. е. в компенсации [6] Ш. Махкамов, Н.А. Турсунов, М. Ашуров. В кн.: Фотоносителей практически не участвуют

электрические явления в полупроводниках. (Тез. докл

Кинетика квазихимических реакций в этом случае Всес. конф.) (Ташкент, Фан, 1989) с. 326

имеет вид [7] М.К. Бахадырханов. В сб.: Глубокие уровни в полупро водниках, под ред. В.И. Фистуля (Ташкент, 1981) с. 52

[8] М.К. Бахадырханов, С.З. Зайнабидинов. Узб. физ. журн., dV/dt = - k1VI - k2V -V/V + k3IW, №6, 5 (1991)

dI/dt = - k1VI - I/I - k3IW, [9] Б.З. Шарипов, Н. Норкулов, Х.Ш. Аскаров. В кн.: Фото dW/dt = k1IV - I/I - k3IW электрические явления в полупроводниках (Тез. докл

Всес. конф.) (Ташкент, Фан, 1989) с. 33

[10] Ш.И. Аскаров, Б.З. Шарипов. В кн.: Фотоэлектрические с начальными условиями t = 0, V = I = W = 0, где k1, явления в полупроводниках (Тез. докл. Всес. конф.) k2, k3 Ч константы квазихимических реакций, W Ч (Ташкент, Фан, 1989). с. 237

концентрация дивакансий

[11] В.И. Фистуль. Введение в физику полупроводников (М., Тогда при характерной иерархии скоростей процессов Высш. шк., 1984)

дефектообразования (dI/dt > dV/dt > dW/dt) имеем [12] Дж. Миз, П. Глэрон. В кн.: Нейтронное трансмутациI I; V t V и W(t) =k2V /k3I[1-e-k3It], где онное легирование полупроводников (М., Мир, 1982) 1/V =k1I + 1/V. Дивакансии захватывают носители с. 239. [Пер. с англ. под ред. В.Н. Мордковича]. Neutron тока и компенсируют проводимость, что эффективно transmutaion doping in semiconductors, ed. by J.M. Meese (Plenum Press, N.Y.ЦLondon, 1979)

увеличивает барьер > 0. При этом для случаев [13] В.В. Емцев, Т.В. Машовец, Е.Х. Назарян. ФТП, 15, контакта низкоомной и высокоомной областей1 имеем (1981)

соответственно: a) для p-Si Ч = 0 + kT W(t)/n;

[14] Фракталы в физике, под ред. Л. Пьетронеро, Э. Тозатти b) для n-Si Ч = 0 + kT W(t)/p. Это приводит (М., Мир, 1989)

соответственно к увеличеиню времени жизни носителей тока: a) (t) =0[1 + W(t)/n]; b) (t) =0[1 + W (t)/p]. Редактор В.В. Чалдышев Очевидно, что с уменьшением температуры (от до 77 K) величины n и p сильно падают, что приводит к усилению дозовой зависимости (t) () в соответствии с экспериментом (рис. 3)

Если считать флуктуации в распределении исходных носителей порядка 5%, а компенсирующих примесей соответственно 20%, то при полной компенсации реализуются области с различными и типом проводимости (n+, p+, n, p), общий анализ роли которых в проводимости рассмотрен, например, в [12]

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № О механизмах долговременной релаксации проводимости в компенсированном Si B,S и Si B,Rh... On the long range relaxation mechanisms of photocurrent in compensated Si B,S and Si B,Rh under irradiation M.S. Yunusov, M. Karimov, B.L. Oksengendler Institute of Nuclear Physics, Academy of Sciences of Uzbekistan, 702132 Tashkent, s. Ulugbek/p>

Abstract

The experimental data of photocurrent long relaxation phenomenon in compensated samples of Si B,S and Si B,Rh have been treated on the basis of three mechanisms (sticking levels;

recombination processes via great relaxation levels; separation of carriers in the field of spatial inhomogeneities). It is shown that in a number of cases the irradiation (by -rays of Co at different temperatures) makes it possible to find dominating mechanisms (in this way the leading role of the third mechanism was established in our study)

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №    Книги по разным тема