Книги по разным темам
Pages: | 1 | ... | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ... | 9 | Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1168 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский Так, в работе [48] рассматривается общий случай Традиционные для КРТ представления о химической инверсии типа проводимости в нелегированном КРТ. диффузии ртути для объяснения механизма инверсии В этой работе предложенная ранее модель, описыва- при НИО КРТ были использованы в работе [50]. В этом ющая инверсию проводимости КРТ из p- в n-тип при случае при анализе электрических свойств кристалотжиге в парах ртути [49], развивается для получения лов КРТ принимались во внимание только такие дефеканалитического выражения для z /t в зависимости от ты, как вакансии ртути и ее межузельные атомы, приJ концентрации основных дефектов кристалла и концен- чем перенос при диффузии осуществлялся подвижными трации остаточных донорных примесей Nd (z Чглуатомами HgI, а определяющим актом было взаимодейJ бина залегания p-n-перехода, достигнутая за время t).
ствие этих атомов с неподвижными относительно них Такое выражение было получено, и подгонка аналивакансиями. Оба типа дефектов при анализе считались тической кривой к данным экспериментов по отжигу двукратно заряженными.
монокристаллов КРТ при различных значениях давлеВ отличие от других работ авторы [50] считали, ния паров ртути позволила определить ряд параметров что процесс инверсии определяется не теми атомами собственных дефектов в КРТ. В нашем случае наибомежузельной ртути, которые образуются на поверхности лее интересными представляются оценки параметров в результате ее травления, а теми, что высвобождаются процессов, происходящих при ИЛТ КРТ, сделанные в результате поглощения энергии падающего иона на авторами работы [48] с использованием полученного некоторой глубине. При этом в подвергаемом ИЛТ ими аналитического выражения. Для этого авторы искристалле авторы различали три зоны. Прилегающая к пользовали данные экспериментальных работ [18,20] по поверхности зона толщиной порядка глубины проникноИЛТ КРТ составов с 0.20 < x < 0.24.
вения ионов в результате ИЛТ содержала большое коПолученное аналитическое выражение не содержит в личество дефектов и была обеднена ртутью в результате явном виде значений концентрации акцепторов (ваканее испарения в вакуум. Последнее обстоятельство пресий) в исходном материале Na, влияющих на глубину пятствовало дальнейшему оттоку атомов межузельной инверсии при НИО КРТ, но содержит величину суммарртути к поверхности, так как ее химическая диффузия ной концентрации избыточного теллура CXTe, равную происходит тем медленнее, чем больше ее недостаток в сумме концентрации вакансий ртути и концентрации кристалле [51] (аналогично [20]). Таким образом, межтеллура в форме преципитатов (модель работы [49] узельная ртуть диффундирует от поверхности в глубь считает избыточный теллур в кристалле КРТ одним кристалла, создавая там диффузионный слой определениз ключевых ДучастниковУ процессов, происходящих ной толщины. При этом внутренняя часть кристалла в КРТ, и рассматривает движение границы инверсный (ядро) сохраняет свою дефектную структуру неизменповерхностый слой - ядро кристалла, а не собственно ной. При условии, что количество заряженных точечp-n-перехода). Приняв Na = CXTe, авторы [48], испольных дефектов не превышает концентрацию собственных зуя данные работы [18], оценили, что при инверсии в ре2 носителей (высокая температура), должен выполняться зультате ИЛТ величина Naz /t превосходит в 108 раз J закон действующих масс:
значение, которое она имела бы при ДотжигеУ КРТ при температуре 25C, типичной для процесса НИО. Авторы [VHg] [HgI] =KF, (10) отмечают, что при такой низкой температуре сложное аналитическое выражение, полученное ими для z /t, J переходит в простое соотношение Naz /t = 2DHgCI0, где KF Ч константа равновесия. В результате диффуJ где DHg Ч коэффициент диффузии атомов межузельной зионная область в ходе диффузии очищается от вакансий ртути, а CI0 Ч их поверхностная концентрация. Очевидпрактически на всю глубину, а на фронте диффузии но, что выражение полностью аналогично тем, что были концентрация вакансий скачком возрастает до своего получены для глубины залегания p-n-переходов, форисходного значения. Тогда глубина залегания фронта мирующихся в результате НИО КРТ ранее [18,20]. Таким диффузии определяется как образом, в предположении о неизменности величины коэффициента диффузии DI единственным фактором, 1/l = 2DIt[HgI]s [VHg]. (11) отличающим процесс ИЛТ от диффузии ртути при отжиге в ее парах, становится значение поверхностной Все сказанное выше относится к химической диффузии концентрации HgI. Оценки, сделанные авторами [48], при термическом отжиге КРТ. В случае ИЛТ концентраговорят о том, что величина CI0, достигаемая при ИЛТ, ция собственных носителей оказывается гораздо меньв зависимости от плотности тока ионного пучка может ше, чем при отжиге, а вблизи поверхности формирудостигать 3 1013 см-3.
ется слой с высокой плотностью заряженных дефектов.
Аналогичные оценки были сделаны в [48] на базе экспериментальных данных работы [20]. Оценки пока- В этой ситуации система уравнений, записанная для случая отжига КРТ в [51], должна быть дополнена уравненизали, что величина Naz /t в этих экспериментах должна J составлять в среднем 2.9 109 см-1 с-1, а эффективная ем, учитывающим влияние внутреннего электрического концентрация CI0 была в 1.5 108 раз больше своего поля (потенциала ), а выражение для потока HgI Ч значения при ДотжигеУ и составила 2.4 1014 см-3. дрейфовым слагаемым. В результате система уравнений Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Модифицирование свойств Hg1-xCdx Te низкоэнергетичными ионами принимает вид превышает концентрацию в равновесии с паровой фазой и достигает значения 1012 см-3. Эти значения по 2e порядку величины согласуются с оценками из рабо[HgI] - DHg [HgI] + [HgI] t z z kBT z ты [48]. Отметим также, что для обоих рассмотренных механизмов (диффузионного и краудионного) квадрат = kF KF - [VHg] [HgI], (12) толщины инвертированного слоя пропорционален дозе облучения = jt и обратно пропорционален исходной [VHg] =kF KF - [VHg] [HgI], (13) концентрации вакансий. Это наблюдение согласуется t с результатами большинства экспериментов по НИО 2 e КРТ [18,20,22]. Предсказанное в работе [50] уменьшение = n - p + 2[VHg] - 2[HgI]. (14) z скорости инверсии с увеличением содержания Cd в твердом растворе и соответственно ширины запрещенЗдесь kF Ч константа скорости реакции, ось z направленой зоны, связанное с эффектом внутреннего электрина по внутренней нормали к поверхности кристалла; за ческого поля, также наблюдалось позднее в работе [19].
начало отсчета z = 0 принята граница зоны диффузии Отметим, что в самое последнее время разработанный и поверхностного дефектного слоя, и тогда, с учетом в [50] механизм инверсии был дополнен учетом участия малости толщины дефектного слоя, фронту диффузии в реакциях нейтральных бивакансий ртути [52].
отвечает точка z l. С учетом того что электрическое Существует и иной подход к объяснению механизма поле сосредоточено главным образом у границы раздела z = 0, в подавляющей части диффузионной области оно инверсии в нелегированном КРТ, подвергнутом ИЛТ [53]. Он базируется на экспериментальных пренебрежимо мало. В итоге авторы полагают, что влияние внутреннего поля может сказаться только на ве- фактах, многие из которых противоречат изложенным личине эффективной поверхностной концентрации HgI, выше. В частности, авторы [53] утверждают, что:
но не на качественной картине процесса диффузии. 1) зависимость глубины залегания p-n-перехода Таким образом, движение фронта диффузии должно от времени не проходит через начало координат, происходить согласно выражению (2). т. е. в первые секунды НИО происходит более Далее авторы [50], учитывая реальную ситуацию в интенсивный процесс инверсии (в отличие от [18,20]);
кристалле, сделали ряд упрощений и рассматривали два 2) размер области инверсии практически не зависит от возможных механизма внедрения ртути в кристалл Ч температуры (что противоречит данным [14]); 3) фронт диффузию точечных дефектов и образование краудио- p-n-перехода имеет форму, близкую к полусфере нов, выводя для кажого из них зависимость глубины (в отличие от [20]); 4) инвертированный слой состоит не залегания фронта диффузии от основных параметров из двух, а из трех подслоев Ч радиационно-нарушенного кристалла. Детали этого анализа могут быть найдены n+-слоя (толщиной 0.5-1мкм), слоя с экспоненциально в работе, здесь же отметим, что ряд выполненных уменьшающимся от поверхности значением n (2-3мкм) авторами оценок позволил сделать некоторые важные и однородного n--слоя, толщиной которого можно заключения. В частности, сделан вывод, что в боль- управлять; 5) глубина инверсии практически одинакова шей части зоны диффузии при ИЛТ вакансии ртути в КРТ, легированном Ag, Na, Cu и Au. На основании отсутствуют, т. е. на фронте диффузии со стороны по- полученных данных авторы [53] делают предположение верхности [VHg] =0, а со стороны неинвертированного о том, что воздействие низкоэнергетичного ионного ядра кристалла [HgI] =0. Этим ситуация при НИО пучка на КРТ сводится к трем основным эффектам:
КРТ отличается от картины, устанавливающейся при 1) разрушению кристаллической решетки на термическом отжиге, где концентрация вакансий в зоне поверхности, 2) ДимплантацииУ части (примерно 0.02%) диффузии понижается лишь до значения, соответству- высвобожденных на ней атомов ртути в кристалл ющего равновесию с паровой фазой. Таким образом, и 3) плазма-стимулированной диффузии. При этом ИЛТ в принципе должно формировать n-слой ДлучшегоУ считается, в соответствии с более ранними наблюдекачества, чем термический отжиг, в том смысле, что ниями этих же авторов [54], что механизм внедрения слой будет практически некомпенсированным и должен атомов ртути в кристалл при НИО коренным образом обладать максимальной подвижностью электронов. отличается от механизма диффузии при термообработке.
Причина таких особенностей диффузии ртути при Отсутствие зависимости скорости процесса инверсии от ИЛТ заключается, по мнению авторов [50], в действии температуры и большие глубины инверсии объясняются двух факторов. С одной стороны, при ИЛТ диффу- эффектом возбуждения металлической подрешетки зия протекает при более низкой температуре, когда ионным пучком или аномальной подвижностью атомов константа равновесия KF мала и равна 108 см-6. ртути. Одним из выводов подобного рассмотрения С другой стороны, НИО вызывает появление вблизи является то, что процессы, происходящие в кристалле поверхности атомов HgI в количестве, намного превы- при НИО, схожи с имеющими место при ионной шающем предельную их концентрацию в равновесии с имплантации. К сожалению, более подробный анализ парами ртути. Так, оценки показывают, что при 300 K этой модели затруднен в силу скупости представленых концентрация HgI на поверхности при ИЛТ в 107 раз в работе [53] экспериментальных данных.
2 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1170 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский 5.2. Легированный КРТ Эта идея была детально развита в работе [41]. Ключевым здесь являлось то же самое предположение о Очевидно, что модель инверсии типа проводимости, взаимодействии атомов HgI во время НИО с другиразработанная для вакансионно-легированного КРТ, не ми точечными дефектами решетки и формированием, должна адекватно описывать процессы, происходящие например, комплексов с атомами примеси. Изначальпри НИО КРТ, легированного акцепторной примесью.
но, до НИО, атомы V группы выступают как акцепПри изготовлении таких образцов после выращивания торы (AX), находясь в подрешетке Te. Центр такого проводится отжиг в условиях, близких к насыщению рода может образовывать в КРТ стабильный донорный кристалла ртутью, так что большинство вакансий ртукомплекс DХ, связываясь с атомом межузельной ртути ти оказываются заполненными. В этом случае конпосредством реакции центрация дырок в исходном материале определяется концентрацией атомов акцепторной примеси, а диффунHgI + AX DХ. (15) дирующие при НИО атомы HgI не могут эффективно аннигилировать с вакансиями, поскольку число послед- Закон действующих масс для такой реакции выглядит них мало.
как Ситуация оказалась интересной и тем, что характе[HgI] [AX] =K[DХ]. (16) ристики диффузии атомов HgI (толщина инвертированЗдесь K = K0 exp(- Hc/kBT ) Ч константа равновесия ного слоя, скорость его продвижения в глубь образца) (K0 N0, где N0 Ч плотность узлов в подрешетке для НИО образцов КРТ, как легированных примесью, металла, Hc Ч теплота образования комплекса). Кэтотак и вакансионно-легированных, оказались практически му следует добавить условие постоянства количества идентичными [39]. Кроме того, и параметры получаемых атомов примеси, растворенной в кристалле, [A]tot:
после НИО слоев n-типа проводимости (концентрация электронов, их подвижность) для образцов КРТ, леги[AX] +[DХ] =[A]tot (17) рованных As и Sb и вакансионно-легированных, были весьма близкими [41].
(количество атомов примеси в междоузлиях считается Исключением из этой закономерности оказались обпренебрежимо малым, а все замещающие атомы примеразцы КРТ, легированные Au [36]. Исходная концентраси полагаются ионизованными).
ция акцепторов в таком образце КРТ до НИО составТогда ляла 2 1016 см-3, а после НИО (ПТ) концентрация электронов при низких температурах (в области при[DХ] =[A]tot [HgI] [HgI] +K. (18) месной проводимости) в инвертированном слое составляла (1-3) 1015 см-3, т. е. на порядок меньше. Авторы Отсюда следует, что при [HgI] K преобладают одипредположили, что это связано с эффектом Двытесне- ночные центры замещения AX, а при [HgI] K атонияУ атомов Au с поверхности эпитаксиального слоя, мы примеси предпочтительно находятся в комплексах.
из образующегося в ходе НИО слоя n-типа, в глубь Таким образом, доминирующая форма существования образца, в слой p-типа. Другим возможным объяснением находящегося в подрешетке элемента V группы (одибыло следующее: атомы водорода, содержащиеся в плаз- ночный атом или комплекс) определяется теплотой ме H2 + CH4, деактивируют атомы Au, формируя ней- образования комплекса. Сделанные авторами расчеты тральные комплексы (Au--H+). В обоих случаях при показали, что при комнатной температуре и концентраэтом должен работать механизм инверсии, аналогичный ции межузельных атомов ртути [HgI] 1012 см-3 (такое предложенному для вакансионно-легированного КРТ.
Pages: | 1 | ... | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ... | 9 | Книги по разным темам