Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 8 О природе полосы поглощения дивакансии 5560 см-1 в Si1-xGex й Ю.В. Помозов, М.Г. Соснин, Л.И. Хируненко, Н.В. Абросимов+, В. Шрёдер Институт физики Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина Институт физики твердого тела Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Россия + Институт роста кристаллов, D-12489 Берлин, Германия (Получена 17 января 2001 г. Принята к печати 24 января 2001 г.) Обнаружено, что в монокристаллах Si1-xGex в процессе облучения быстрыми электронами образуются два типа центров: дивакансии V2, характерные для кремния, и V2 Ч комплексы дивакансий V2 с атомами германия (V2Ge), а полоса поглощения вблизи 5560 см-1 является суперпозицией двух полос поглощения, соответствующих этим центрам. При изохронном отжиге диффундирующие V2 взаимодействуют с атомами германия, приводя к дополнительному образованию V2. Центры V2 более термостабильны, чем V2, и температура их отжига повышается с увеличением содержания германия.

+ Одним из основных радиационных дефектов в крем- уменьшение энтальпии активации уровня дивакансии V2 нии, выращенном как методом бестигельной зонной относительно валентной зоны при увеличении содержаплавки, так и методом Чохральского, является дивакан- ния германия.

сия V2. Образоваться дивакансия может как первичный Для монокристаллических образцов Si1-xGex свойства радиационный дефект при действии излучения и как дивакансий исследовались в основном при концентрации германия менее 1 ат%. В настоящей работе приведевторичный, в результате взаимодействия вакансий при их термически активированной миграции. Свойства дива- ны полученные нами новые данные о природе полосы кансий в кремнии изучены достаточно хорошо. В резуль- поглощения дивакансии вблизи 5560 см-1 в монокритате исследований методами электронного парамагнит- сталлических образцах Si1-xGex с содержанием германия ного резонанса, инфракрасного поглощения, фотопрово- до 15 ат%.

Монокристаллы Si1-xGex p-типа проводимости (легидимости и емкостной спектроскопии глубоких уровней рованные бором) выращивались методом Чохральского в было установлено, что дивакансия в кремнии может Институте роста кристаллов (Берлин, Германия) [12,13].

существовать в четырех зарядовых состояниях: V2=, V2, + Концентрации кислорода и углерода определялись по V2, V2 [1Ц7]. В инфракрасных (ИК) спектрах поглощеинтенсивности полос инфракрасного поглощения на длиния дивакансиям соответствуют три полосы поглощения нах волн 9 и 16 мкм и составляли (7-9) 1017 и вблизи 2500, 2760 и 5560 см-1, принадлежащие состоя- + (2-3) 1016 см-3 соответственно. Содержание германия ниям V2, V2 и V2 соответственно. По интенсивности в в образцах определялось с помощью рентгеновского максимуме полосы вблизи 5560 см-1 обычно оценивают микроанализатора JCXA-733 и изменялось от 0.8 до концентрацию вводимых при облучении дивакансий [8].

15 ат%. Для выявления особенностей влияния германия Что касается твердых растворов Si1-xGex, то имеется на свойства дивакансий исследовались контрольные кривсего несколько работ, посвященных исследованию в сталлы кремния, не содержащие германия и близкие по них свойств дивакансий. Так, в работе [9] с помощью параметрам к твердым растворам Si1-xGex.

ИК спектроскопии исследовались дивакансии V2 по поОбразцы облучались быстрыми электронами с энерлосе поглощения вблизи 5560 см-1 в поликристаллигией 4 МэВ при температурах Tirr 300 и 90 K. Доза ческих образцах Si1-xGex (0 x 1), облученных облучения составляла (3.5-6) 1017 см-2. Проводилнейтронами или протонами. Было обнаружено, что с ся изохронный (20 мин) отжиг облученных образцов в увеличением содержания германия полоса поглощения интервале температур Tann = 100-400C. С помощью смещается в низкочастотную сторону, причем сдвиг, по инфракрасной фурье-спектроскопии исследовались прозаключению авторов, коррелирует с изменением постоцессы образования и отжига дивакансий V2 (по полосе янной решетки при изменении компонентного состава.

поглощения 5560 см-1) и их зависимость от содержания Авторы наблюдали также повышение термостабильногермания в Si1-xGex.

сти дивакансий в кристаллах, обогащенных кремнием, Полученные спектры коэффициента поглощения () и снижение термостабильности в кристаллах, обогащендля образцов, облученных при температуре Tirr 300 K ных германием. В работах [10,11] при исследовании дозой 51017 см-2, приведены на рис. 1. Как видно, с уветонких слоев Si1-xGex показано, что не наблюдается личением содержания германия в образцах наблюдается изменения термостабильности дивакансий в зависимости постепенный сдвиг полосы поглощения V2 в сторону от компонентного состава Si1-xGex, но наблюдается низких частот. Зависимость величины смещения полосы E-mail: lukh@iop.kiev.ua поглощения V20 (изменения энергии E) от содержания Fax: (44) 265 55 88 германия в образцах приведена на рис. 2. Здесь же 928 Ю.В. Помозов, М.Г. Соснин, Л.И. Хируненко, Н.В. Абросимов, В. Шрёдер Интересные особенности поведения полосы поглощения, соответствующей V2, были обнаружены при изохронном отжиге образцов. На рис. 3 приведены экспериментальные данные для кристаллов с содержанием германия 3.5 ат%. В области температур Tann = 150-240C происходит изменение высокочастотного крыла полосы поглощения, максимум полосы постепенно сдвигается в сторону низких частот и наблюдается некоторое увели чение ее интенсивности (рис. 3, кривая 3 Ч V2 ). Все эти изменения происходят в пределах исходной полосы поглощения. Такие изменения характерны для всех исследуемых в работе концентраций германия и происходят они в области одних и тех же температур отжига независимо от содержания германия. В контрольных образцах кремния в области температур Tann = 150-240C наблюдается отжиг значительной части дивакансий (рис. 4, кривая 1), сопровождающийся дополнительным образованием центров вакансияЦкислород (A-центров). Для всех исследуемых кристаллов Si1-xGex отжиг в этом Рис. 1. Спектры поглощения в области 5560 см-1 для образцов температурном интервале не приводит к каким-либо Si1-xGex, облученных электронами дозой 51017 см-2. NGe, ат%:

1 Ч0, 2 Ч3.5, 3 Ч8.5, 4 Ч 11.5, 5 - 15.

Рис. 2. Зависимости изменения Eg (1) [14] и величины смещения полосы поглощения V20 (2) от содержания германия Рис. 3. Полоса поглощения вблизи 5560 см-1 до отжига (1) и в Si1-xGex.

ее поведение при отжиге образцов Si0.065Ge0.035 (2Ц7). Tann, C:

2 Ч 180, 3 Ч 240, 4 Ч 310, 5 Ч 320, 6 Ч 330, 7 Ч 335.

для сравнения приведена аналогичная зависимость для изменения ширины запрещенной зоны Eg (Eg) согласно [14]. Из сравнения видно, что зависимость для сдвига полосы поглощения не совпадает с зависимостью для изменения Eg в противоположность тому, что сообщалось в работе [9]. При концентрациях германия NGe 1.7ат% величина сдвига полосы V2 близка к изменению Eg, а при более высоких концентрациях сдвиг полосы Vнамного превышает изменение Eg. Оценки концентраций дивакансий по интенсивности полосы поглощения вблизи 5560 см-1 показали, что не наблюдается заметного влияния германия в области исследуемых концентраций на эффективность введения дивакансий, в то время как Рис. 4. Относительное изменение интенсивности (I/I0) полос ранее нами наблюдалось снижение эффективности ввепоглощения V20 в Si (1) и V2 в Si1-xGex (2Ц5) при отжиге.

дения A-центров в этих кристаллах [15]. NGe, ат%: 2 Ч3.5, 3 Ч6.5, 4 Ч8.5, 5 Ч 11.5.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. О природе полосы поглощения дивакансии 5560 см-1 в Si1-xGex изменениям в области поглощения, соответствующего A-центрам.

При дальнейшем повышении температуры отжига интенсивность образовавшейся в результате отжига при Tann = 150-240C полосы V2 остается вначале неизменной и затем полоса начинает постепенно уменьшаться как целое, сохраняя свое положение. Результа ты отжига Ч поведение полосы V2 (интенсивность в максимуме) Ч для исследуемых образцов приведены на рис. 4. Как видно из рис. 4 температура исчез новения полосы V2 выше температуры исчезновения полосы дивакансии 5560 см-1 в кремнии и повышается с увеличением содержания германия в образцах. Это не согласуется с результатами, полученными в работах [10,11] при исследовании тонких слоев Si1-xGex Рис. 5. Спектры поглощения Si (1) и Si0.065Ge0.035 (2), методом емкостной спектроскопии глубоких уровней.

облученных при Tirr 90 K электронами дозой 6 1017 см-2.

Авторами этих работ было показано, что не наблюдается изменения термостабильности дивакансий в зависимости от компонентного состава образцов.

Известно, что дивакансии в кремнии отжигаются образца с содержанием германия 3.5 ат%, облученных вследствие их диффузии по решетке, пока они не будут дозой 6 1017 см-2 при Tirr 90 K. Как видно, сразу захвачены ловушкой (стоком); при этом они могут диф- после облучения в спектре поглощения Si0.065Ge0.фундировать на большие расстояния по решетке кремния не наблюдается полосы поглощения 835 см-1, без диссоциации [1]. Энергия активации диффузии дива- соответствующей A-центрам. Однако не наблюдается кансии 1.25 эВ, в то время как энергия ее диссоциации заметного влияния германия на полосу поглощения выше 1.6 эВ. V2 эффективно взаимодействуют с приме- дивакансий вблизи 5560 см-1 и, соответственно, сями I с образованием комплексов V2 + I (например, на концентрацию дивакансий, определенную по эффективно образуются комплексы V2O, V2O2, HV2, SnV2, интенсивности этой полосы. Хотя, как известно, Sn2V2, и т. д.) [16Ц20]. эффективность образования вторичных V2 вследствие Наблюдаемые нами особенности поведения полосы взаимодействия вакансии с вакансией при используемых поглощения вблизи 5560 см-1 в образцах Si1-xGex при нами энергиях и дозах облучения в материале, полученотжиге в интервале температур Tann = 150-240C Ч ном по методу Чохральского, должна быть ниже чем изменение высокочастотного крыла полосы поглоще- A-центров, а эффективность образования центров GeV, ния, сдвиг максимума полосы, увеличением ее интен- учитывая высокую концентрацию германия, намного сивности, отсутствие стадии Фотрицательного отжигаФ превышает эффективности введения вторичных и A-, и A-центров Ч позволяют сделать предположение, что в V2-центров [6,21] и, следовательно, должно наблюдаться кристаллах Si1-xGex в этом интервале температур при влияние германия на образование дивакансий.

термически активированной диффузии V2 происходит их Для более детального выяснения влияния содержания взаимодействие с примесями (ловушками) и при этом германия на образование дивакансий в Si1-xGex нами ис + V2 трансформируется в другие комплексы V2. Учитывая, следовалось также зарядовое состояние дивакансии V2, что содержание германия в исследуемых образцах на- которому в спектре соответствует полоса поглощения много превышает концентрации всех возможных стоков вблизи 2760 см-1 и ее фононное повторение, наблюв образцах, и именно этим они отличаются от контроль- даемое со стороны высоких энергий от полосы. Как ного кремния, логично сделать предположение, что при видно из рис. 5, полоса поглощения вблизи 2760 см-отжиге происходит взаимодействие диффундирующих в Si0.065Ge0.035 сдвигается в сторону низких частот по дивакансий с атомами Ge с образованием центров V2Ge, сравнению с Si на 20 см-1 (против 100 см-1 для которым и соответствует полоса V2. полосы в области 5560 см-1) и уменьшается по ин+ Для подтверждения сделанного предположения тенсивности. Сравнение площадей под полосами Vо сложной структуре полосы поглощения вблизи показывает, что происходит уменьшение концентрации 5560 см-1 в Si1-xGex были проведены исследования дивакансий в Si0.065Ge0.035 по сравнению с Si, что, как образцов, облученных при температурах Tirr 90 K. отмечалось выше, и должно наблюдаться в условиях низКак известно, при этой температуре облучения идет котемпературного облучения. Проведенный изохронный эффективное образование центров GeV и практически отжиг образцов показал, что отжиг центров, которым совсе вакансии захватываются атомами германия, что ответствует полоса поглощения V2+, в Si0.065Ge0.035 просказывается на эффективностях введения вторичных ходит аналогично отжигу дивакансий в кремнии и полоса вакансионных дефектов [21,22]. На рис. 5 приведены исчезает в интервале температур Tann = 180-260C, что спектры поглощения, снятые при T = 4.2 K для Si и для согласуется с результатами, полученными в [10,11]. Все 3 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 930 Ю.В. Помозов, М.Г. Соснин, Л.И. Хируненко, Н.В. Абросимов, В. Шрёдер эти факты свидетельствуют в пользу сделанного нами вторичных радиационных дефектов в кремнии в области предположения о сложной природе полосы поглощения низких концентраций германия (< 1ат%), когда атом вблизи 5560 см-1. германия можно рассматривать как обычную изовалентКак видно из рис. 3 и как показывают результаты ную примесь, будет преимущественно определяться поразложения полос поглощения вблизи 5560 см-1 на со- лями упругих напряжений, создаваемых атомами гермаставляющие, наблюдаемая в спектре сразу после облу- ния в кремнии. Этим, очевидно, и объясняется наблючения Si1-xGex полоса во всех исследуемых образцах давшееся ранее снижение эффективности введения всех является суперпозицией двух полос: одна соответствует вторичных радиационных дефектов [22], и это подобно дивакансиям V2, другая Ч обнаруженным центрам V2, тому, что наблюдается, например, для примеси олова причем вклад от V2 в полосу поглощения увеличивается в кремнии [23,24]. В области высоких концентраций с увеличением содержания германия. Таким образом, германия происходит изменение энергетической струк образование V2 происходит и в процессе облучения. Так туры, изменяются вероятности взаимодействий дефектов как атомы германия являются эффективными стоками и сечения их образования Ч этим и будут определяться для вакансий, то, очевидно, при облучении устремля- процессы образования радиационных дефектов.

ющиеся к атомам германия вакансии ассоциируются с ними в комплексы V2Ge.

Список литературы Таким образом, образование центров V2 может происходить в результате двух реакций: первой Ч во время [1] G.D. Watkins, J.W. Corbett. Phys. Rev., 138, A543 (1965).

облучения, [2] J.W. Corbett, G.D. Watkins. Phys. Rev., 138, A555 (1965).

Ge + V + V V2Ge, (1) [3] R.C. Young, J.C. Corelli. Phys. Rev. B, 5, 1455 (1972).

[4] L.J. Cheng, J.C. Corelli, J.W. Corbett, G.D. Watkins. Phys. Rev., и второй, термически стимулированной реакции 152, 761 (1966).

[5] B.G. Svensson, M. Willander. J. Appl. Phys., 62, 2758 (1987).

V2 + Ge V2Ge. (2) [6] Л.С. Смирнов. Вопросы радиационной технологии полупроводников (Новосибирск, Наука, 1980) c. 20.

С учетом сложной структуры полосы поглощения [7] В.В. Емцев, Т.В. Машовец. Примеси и точечные дефекдивакансии вблизи 5560 см-1 наблюдаемый в экспериты в полупроводниках (М., Радио и связь, 1981) с. 42.

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам