Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии
Описан отжиг А-центров, дивакансий, А-центров, модифицированных водородом, в n-Si (P ≈ 10^14 см^-3), в отсутствие и при наличии примеси платины, после облучения протонами с энергией 1,8 МэВ. Показано, что энергия активации отжига радиационных дефектов при взаимодействии с водородно-вакансионными деф...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17377 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии / М.Д. Варенцов, Г.П. Гайдар, А.П. Долголенко, П.Г. Литовченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 5. — С. 27-35. — Бібліогр.: 39 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859905445764792320 |
|---|---|
| author | Варенцов, М.Д. Гайдар, Г.П. Долголенко, А.П. Литовченко, П.Г. |
| author_facet | Варенцов, М.Д. Гайдар, Г.П. Долголенко, А.П. Литовченко, П.Г. |
| citation_txt | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии / М.Д. Варенцов, Г.П. Гайдар, А.П. Долголенко, П.Г. Литовченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 5. — С. 27-35. — Бібліогр.: 39 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Описан отжиг А-центров, дивакансий, А-центров, модифицированных водородом, в n-Si (P ≈ 10^14 см^-3), в отсутствие и при наличии примеси платины, после облучения протонами с энергией 1,8 МэВ. Показано, что энергия активации отжига радиационных дефектов при взаимодействии с водородно-вакансионными дефектами уменьшается с 1,1 до 0,8 эВ при увеличении концентрации платины в кремнии, так как деформационные поля, создаваемые атомами платины, уменьшают энергию переориентации дефектов. Уточнено энергетическое положение в запрещенной зоне кремния донорного уровня А-центра (ЕV + 0,415 эВ) на основании известных данных о положении А-центра, модифицированного атомом углерода (ЕV + 0,38 эВ) или водорода (ЕV + 0,28 эВ).
Описано відпал А-центрів, дивакансій, А-центрів, модифікованих воднем, у n-Si (P ≈ 10^14 см^-3), за відсутності та при наявності домішки платини, після опромінення протонами з енергією 1,8 МеВ. Показано, що енергія активації відпалу радіаційних дефектів при взаємодії з воднево-вакансійними дефектами зменшується від 1,1 до 0,8 еВ зі збільшенням концентрації платини в кремнії, оскільки деформаційні поля, які створюються атомами платини, зменшують енергію переорієнтації дефектів. Уточнено енергетичне положення у забороненій зоні кремнію донорного рівня А-центра (ЕV + 0,415 еВ), виходячи із відомих даних щодо положення А-центра, модифікованого атомом вуглецю (ЕV + 0,38 еВ) або водню (ЕV + 0,28 еВ).
The annealing of A-centers, divacancies, A-centers modified by hydrogen was described for n-Si (P ≈ 10^14 cm^-3), with and without platinum dopants, after the irradiation by protons with energy 1.8 MeV. It was shown that the activation energy of annealing for radiation defects under their interaction with hydrogen-vacancy defects is decreased from 1.1 to 0.8 eV with the increasing of platinum concentration in silicon, because the deformation fields, creating by platinum atoms, decrease the energy of the defect re-orientation. In the forbidden zone of silicon the energy state for the donor level of A-center (ЕV + 0.415 eV) was specified based on the data about the position of A-center modified by the carbon atom (ЕV + 0.38 eV) or the hydrogen atom (ЕV + 0.28 eV).
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:59:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2010. №5.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (96), с. 27-35. 27
УДК 539.125.5.04:621.315.59
ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ И ОТЖИГА НА ТЕРМИЧЕСКУЮ
СТАБИЛЬНОСТЬ РАДИАЦИОННЫХ ДЕФЕКТОВ В КРЕМНИИ
М.Д. Варенцов, Г.П. Гайдар, А.П. Долголенко, П.Г. Литовченко
Институт ядерных исследований НАН Украины, Киев, Украина
Е-mail: gaidar@kinr.kiev.ua, факс +38(044)265-44-63
Описан отжиг А-центров, дивакансий, А-центров, модифицированных водородом, в n-Si (P ≈ 1014 см-3), в
отсутствие и при наличии примеси платины, после облучения протонами с энергией 1,8 МэВ. Показано, что
энергия активации отжига радиационных дефектов при взаимодействии с водородно-вакансионными
дефектами уменьшается с 1,1 до 0,8 эВ при увеличении концентрации платины в кремнии, так как
деформационные поля, создаваемые атомами платины, уменьшают энергию переориентации дефектов.
Уточнено энергетическое положение в запрещенной зоне кремния донорного уровня А-центра
(ЕV + 0,415 эВ) на основании известных данных о положении А-центра, модифицированного атомом
углерода (ЕV + 0,38 эВ) или водорода (ЕV + 0,28 эВ).
ВВЕДЕНИЕ
При исследовании термической стабильности
радиационных дефектов в полупроводниках надо
учитывать вид облучения, энергию ядерных частиц
и температуру облучения. Кремний можно
выращивать различными методами, легируя
примесями типа Pt, Sn, Ge, которые создают
повышенную деформацию решетки. Обычно
ядерные частицы (Н, Не и другие) в решетке
кремния подвижны, что может усложнить описание
отжига радиационных дефектов. Водород в
кремнии, обладая высокой диффузионной
способностью, вступает во взаимодействие с
различными дефектами кристаллической решетки.
Поэтому изучение взаимодействия радиационных
дефектов с водородом не только представляет
научный интерес, но и имеет практическое
значение. Так, водород, пассивируя оборванные
связи на границе наноструктур, уменьшает
концентрацию центров безызлучательной
рекомбинации и таким образом повышает их
фотолюминесценцию.
К числу наиболее изученных собственных
дефектов в кремнии можно отнести дивакансии (V2)
и А-центры (VO). В кремнии с решеткой типа
алмаза дивакансии создают шесть оборванных
связей и являются амфотерными центрами. Они
могут находиться в четырех зарядовых состояниях,
которым соответствуют пять полос инфракрасного
поглощения.
А-центр представляет собой атом кислорода,
частично расположенный в вакантном узле решетки,
и оборванных связей не имеет. Вместе с тем
эксперименты свидетельствуют о том, что А-центр
может быть амфотерным дефектом [1, 2].
Как известно [3], водород (Н) модифицирует
электрические свойства точечных дефектов и, в
конце концов, может наблюдаться полная
пассивация. Пассивация донорных и акцепторных
уровней дефектов связана с амфотерным
поведением атомарного водорода, который может
находиться как в положительном зарядовом
состоянии, в центре Si-Si-связи, так и в
отрицательном (тетраэдрическом) междоузлии.
Пассивация дефектов обусловлена способностью
водорода насыщать оборванные связи атомов
кремния [4].
Одним из главных свойств водорода в кремнии
является понижение энергетического положения
акцепторных и донорных уровней дефектов,
которые исчезают в валентной зоне после одного
или двух атомов водорода, добавленных к дефекту.
Это является следствием кулоновского поля,
возникающего от протонов. Поэтому VOH2 и VO2
являются электрически неактивными.
Присоединение водорода к А-центру (VOH)
понижает энергию акцепторного уровня А-центра
(Ес - 0,175 эВ) на 0,135 эВ, т. е. энергетическое
положение А-центра, модифицированного
водородом, становится равным Ес - 0,31 эВ [5, 6].
Очень большой разброс существует в литературе
относительно энергии активации диффузии
водорода в кремнии (от 0,48 эВ при высокой
температуре до 1,2 эВ при 225…350 оС), вероятно,
отражая сильную зависимость подвижности
водорода от его зарядового состояния [7, 8].
Используемые численные значения для
коэффициентов диффузии водорода в кремнии
даются формулой: DH = 5 ⋅ 10–3exp(–0,8 / k T ) см2/с.
Энергия активации ~ 0,8 эВ получена и для
диффузии молекулы водорода (Н2), но пред-
экспоненциальный фактор составляет ∼ 10-4 см2/с
[9, 10].
Энергия активации для аннигиляции дефектов,
содержащих вакансии, определяется захватом
межузельного атома кремния (ISi). Она включает как
энергию активации движения ISi, так и энергию его
связи на уровне захвата [11]. Энергия связи
определяется химической природой двух атомов.
Энергия связи вакансии с фосфором большая и
изменяется от 0,92 до 1,28 эВ в первой
координационной сфере [12]. Энергия связывания
вакансий в дивакансии равна 1,6 эВ [13], а миграции
– 1,3 эВ. Энергия диссоциации Н2 в двух
тетраэдрических пустотах (НВС), как было
определено в [14], равна ~ 1,6 эВ. Энергия
связывания водорода с межузельным атомом
кремния Есв = 1,34 эВ [15]. Деформация в образце
кремния в определенном кристаллографическом
28
направлении позволила определить энергию
реориентации (переориентации) радиационных
дефектов. Процесс электронной реориентации,
измеренный G. D. Watkins и J. W. Corbett [13], при
термической активации прыжков дивакансии
показал, что энергия переориентации дивакансии
равна 0,056 эВ, а А-центра – Еп = 0,38 эВ [16].
Введение водорода в кислородно-обогащенный
кремний также ведет к повышенной диффузии
кислорода в температурной области около 350 оС с
энергией активации 1,7…2,0 эВ [8]. Предполагается,
что водород катализирует движение кислорода.
Барьер при обычной диффузии кислорода (2,5 эВ)
эффективно устраняется в присутствии Si-H. Это
происходит из-за формирования метастабильных
конфигураций с участием атомов кислорода и
водорода (ОН), благодаря которым существенно (в
200 раз при температуре 300 оС) повышается
коэффициент диффузии кислорода [17]. Водород,
вводимый в кристаллы имплантацией, обработкой в
водородной плазме или отжигом в атмосфере
водорода с последующей закалкой, приводит к
повышению коэффициента диффузии алюминия и
других примесей [18]. Обработка образцов кремния
в водородной плазме приводит к уменьшению
скорости введения углеродных дефектов (СіОі, СіСs
и др.), так как вводятся протяженные дефекты типа
вакансионных конгломератов, в которых
оборванные связи пассивированы водородом [19].
Атомы платины (Pt) широко применяются в
полупроводниковой технологии для уменьшения
времени жизни носителей заряда, потому что
акцепторный уровень платины является идеальным
рекомбинационным центром. Переходные металлы
(Pt, Pd, Au, Ag) имеют большой атомный радиус,
поэтому, с одной стороны, гасят эффект растяжения
вокруг пустот в кристалле, а с другой стороны,
используются для улучшения гетерирования.
Упругое сжатие уменьшает энергию активации
отжига. Так энергия активации отжига А-центра
(1,3 эВ) при одноосном сжатии уменьшается до
1,03 эВ, а Е-центра (VP) – с 0,94 до 0,73 эВ [20].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для восстановления электрофизических свойств
полупроводниковых материалов и приборов на их
основе обычно используют отжиг. Когда
концентрация радиационных дефектов, созданных
ядерным излучением в твердом теле, превышает
равновесный уровень при данной температуре, то
при подходящих условиях эти дефекты будут
взаимодействовать не только с фоновыми
примесями, но и с атомами, введенными ядерными
частицами, и таким образом уменьшать свободную
энергию кристалла. Описать отжиг проще всего с
помощью уравнений, подобных тем, которые
применяются в химической кинетике.
Накопление или исчезновение Р концентрации
дефектов вследствие процесса отжига первого
порядка можно определить через константы
скорости K:
0)( =−+ i
m
i
i
i
PPK
dt
dP , j
j
j
PK
dt
dP
−= . (1)
Обычно константа скорости равна
)/(exp ,,
, TkEAK ji
a
ji
ji −= , где jiA , – частотные
факторы; ji
aE , – энергия активации процесса;
k - постоянная Больцмана; Т – абсолютная
температура; j, i – количество каналов отжига и
накопления дефектов соответственно.
Проинтегрировав уравнения (1) и
просуммировав разные каналы отжига или
накопления дефектов, получим
( )[ ]+−−=∑
=
k
j
j
a
jj TkEtAPTP
1
0 /expexp)(
( )( )[ ] ∑∑
==
−−−−+
n
l
l
m
i
i
a
ii
m PTkEtAP
1
00
1
/expexp1 . (2)
Последний член lP00 связан с тем, что процесс
отжига идет не до конца. Тут jP0 – доля отжига
концентрации дефектов в j-способе; i
mP – доля
накопления концентрации дефектов в i-способе;
t - время отжига. Образование более стабильного
дефекта возможно, например, за счет отжига
другого дефекта. Межузельные атомы кремния,
подвижные при комнатной температуре, способны
отжигать не только А-центры, но и дивакансии.
Скорости изменения концентрации вакансий и
А-центров равны:
badt
d
ττ
]V[]I[]V[
−= ,
b
i
dt
d
τ
]V[]VO[
= , (3)
где ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
==
Tk
Ea
aa
a exp11
0νν
τ , ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
==
Tk
Eb
bb
b exp11
0νν
τ
– времена жизни межузельного атома и вакансии
соответственно до захвата дивакансией и
межузельным кислородом; [V], [I], [VOi] –
концентрации вакансий, межузельных атомов,
А-центров соответственно; 0
aν , 0
bν – частотные
предэкспоненциальные множители; Ea, Eb – энергии
активации отжига дивакансий и активации
образования А-центров соответственно.
Решения уравнений (3) являются функциями от
температуры отжига Т. Изменение концентрации
А-центров в зависимости от температуры отжига
облученного кремния равно
( )[ ] ( )[ ]( )
( )ba
abba
i
tt
νν
νννν
−
−−−−
=
exp1exp1
]I[]VO[ 0 . (4)
Изменение концентрации вакансий в зависимости от
температуры отжига облученного кремния
( ) ( )[ ] ( )abbaa tt ννννν −−−= /expexp]I[]V[ 0 , (5)
где [I0] – первоначальная концентрация меж-
узельных атомов кремния.
Полученные уравнения (1)-(5) были применены
29
нами при описании изохронного отжига А-центров,
дивакансий и А-центров, модифицированных
водородом (рис. 1). Образцы, облученные на
глубину 39,6 мкм протонами с энергией 1,8 МэВ,
были легированы фосфором с концентрацией
~ 1014 см–3. Отжиг проводился на структурах р+n n+ в
области 100…400 оС в течение 30 мин.
Радиационные дефекты были изучены с помощью
спектрометра DLTS [21].
На рис. 1, а показан изохронный отжиг
А-центров в n-Si, содержащем различную
концентрацию платины, описанный с помощью
уравнения (2) и трех каналов исчезновения
DLTS-сигнала от А-центра и одного канала
накопления. Параметры расчета, реакции
накопления и отжига А-центров приведены в
табл. 1. Здесь Еа и ν – энергия активации
накопления и исчезновения А-центров и их
частотный фактор; Еб – потенциальный барьер
взаимодействия между подвижным дефектом и
стоком; h – концентрация стадий в единицах
DLTS-сигнала; N, см–3 – концентрация стоков; T –
температура центра стадий отжига; D0, см2/с –
предэкспоненциальный множитель коэффициента
диффузии подвижного дефекта; R – радиус захвата
А-центром или стоком подвижного дефекта при
температуре центра стадии отжига. Стадия
накопления А-центров в области температур
350…400 К была описана с помощью уравнения (4).
Как видно из табл. 1, отжиг А-центров происходит
путем захвата вакансионно-водородных комплексов.
При увеличении концентрации Pt в n-Si энергия
активации отжига А-центра уменьшается с 1,1 до
0,7 эВ и также уменьшается средняя температура
стадий отжига А-центров. Такое изменение энергии
активации отжига А-центра аналогично его отжигу
при одноосном упругом сжатии [20], так как атомы
Pt вносят в образец дополнительное упругое сжатие
решетки кремния. А энергия миграции А-центра на
кислородный сток (Оі), равная 1,86 эВ, не зависит от
содержания платины, хотя средняя температура
стадии отжига А-центра уменьшается с
увеличением концентрации платины. Отжиг
А-центров в n-Si, выращенном методом
Чохральского, после облучения быстрыми
электронами происходит путем захвата
димежузельных и межузельных атомов кремния.
Эти стадии отжига А-центров при облучении
1,8 МэВ протонами отсутствуют, так как при этом
вводятся протяженные дефекты типа вакансионных
конгломератов, в которых оборванные связи
пассивированы водородом и которые обладают
высокой вероятностью захвата межузельных атомов
кремния [19].
300 400 500 600 700
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
1 - без Pt
2 - Pt 3⋅1011 см-3
3 - Pt 4⋅1012 см-3
С
иг
на
л
D
LT
S,
Δ
C
/C
0
Тотж , К
1
2
3 VO
а
300 400 500 600 700
0,00
0,01
0,02
0,03
3
2
1
V2
Тотж , К
С
иг
на
л
D
LT
S,
Δ
C
/C
0
1 - без Pt
2 - Pt 3⋅1011 см-3
3 - Pt 4⋅1012 см-3
б
300 400 500 600 700
0,00
0,01
0,02
1 - без Pt
2 - Pt 3⋅1011 см-3
3 - Pt 4⋅1012 см-3
3
2
1
VOH
С
иг
на
л
D
LT
S,
Δ
C
/C
0
Тотж , К
в
Рис. 1. Изохронный отжиг дефектов в n-Si с примесью платины (крив. 2, 3) и без нее (крив. 1),
облученном протонами с энергией 1,8 МэВ: а – А-центров (VO); б – дивакансий (V2); в – А-центров,
модифицированных водородом (VOH). ▲, □, ● – экспериментальные данные получены в [21];
––––– – теоретическое описание сделано авторами данной работы
30
Таблица 1
Параметры изохронного отжига А-центров (VO) в n-Si c примесью платины и без нее, облученном
протонами с энергией 1,8 МэВ (экспериментальные данные [21])
А-
центры Процесс Реакция Ea,
эВ
Eб,
эВ
kT
Eá
e
−
ν ,
c-1
h N, cм-3 D0,
см2/с
T ,
oC
R,
Å
VO+VH2→V2OH2 0,9 4,5⋅105 0,0105 2,61⋅1012 2,53⋅10-3 227,22 1041
VO+VH→V2OH 1,1 4,5⋅105 0,0236 1,15⋅1012 2,28⋅10-3 338,38 1370 Отжиг
VO+Oi→VO2i 1,86 3,5⋅1010 0,0014 9,27⋅1017 2,04⋅10-2 398,56 14,7
I2Si+V3→V 0,74 5⋅106 0,0042 - - - -
VO-Pt-0
NPt=0
Образо-
вание V+Oi→VOi 0,8 2⋅107 0,0042 - - - -
VO+VH2→V2OH2 0,8 1,5⋅105 0,0055 2,76⋅1012 4,24⋅10-4 196,33 1023
VO+VH→V2OH 1,0 1,5⋅105 0,028 1,32⋅1012 6,94⋅10-4 313,66 1300 Отжиг
VO+Oi→VO2i 1,86 8⋅1010 0,0015 9,27⋅1017 4,67⋅10-2 381,72 14,7
VO-Pt-11
NPt=3⋅1011см-3
Образо-
вание V+Oi→VOi 0,8 3⋅108 0,001 9,27⋅1017 3,27⋅10-4 58,5 14,7
VO+VH2→V2OH2 0,7 2⋅106 0,0035 3,76⋅1012 4,59⋅10-3 90,12 922
VO+VH→V2OH 0,8 8,5⋅104 0,022 2,67⋅1012 2,46⋅10-4 210,2 1034 VO-Pt-12
NPt=4⋅1012см-3
Отжиг
VO+Oi→VO2i 1,86 0,36 8,3⋅1010 0,020 9,27⋅1017 134,4 254,33 14,7
Примечание. Отсутствие значений в столбце Еб (табл. 1) свидетельствует о том, что значения частотных
факторов приводятся в предположении Еб = 0 .
На рис. 1, б показан изохронный отжиг
дивакансий в n-Si, содержащем различную
концентрацию платины, описанный с помощью
уравнения (2) и трех каналов исчезновения
DLTS-сигнала от дивакансии и одного канала ее
диссоциации. Параметры расчета и реакции отжига
дивакансий представлены в табл. 2. Как видно,
отжиг V2 происходит путем захвата атомов и
молекул водорода. При увеличении концентрации Pt
в n-Si энергия активации отжига дивакансии не
зависит от содержания платины, хотя средняя
температура стадий отжига V2 слегка растет с
увеличением концентрации платины. Энергия
миграции V2 на свободный кислород (Оі), равная
1,3 эВ, не зависит от содержания платины, но
средняя температура отжига этой стадии
увеличивается с ростом концентрации Pt, а
температура диссоциации дивакансии уменьшается.
Стадии взаимодействия V2 с ISi и димеждоузлиями
кремния, как и в случае А-центров, отсутствуют.
Таблица 2
Параметры изохронного отжига дивакансий (V2) в n-Si c примесью платины и без нее, облученном
протонами с энергией 1,8 МэВ (экспериментальные данные [21])
Дивакансии Про-
цесс Реакция Ea,
эВ
Eсв,
эВ
kT
Eсв
e
−
ν ,
c-1
h N, cм-3 D0, см2/с T , oC R, Å
V2+H2→V2H2 0,8 - 2⋅108 0,0042 1,64⋅1012 0,798 71,14 1215
V2+H→V2H 1,0 - 2,5⋅108 0,0025 1,35⋅1012 1,14 153,65 1297
V2+Oi→V2Oi 1,3 - 1,5⋅1010 0,0052 9,27⋅1017 8,76⋅10-3 209,08 14,7
V2-Pt-0
NPt=0 Отжиг
V2↔V+V 2,5 1,6 8,6⋅104 0,0095 8,16⋅1011 3,81⋅1011 270,25 1534
V2+H2→V2H2 0,6 - 2⋅105 0,0042 1,59⋅1012 8,15⋅10-4 73,95 1228
V2+H→V2H 0,7 - 5⋅104 0,0035 1,41⋅1012 2,21⋅10-4 161,82 1278
V2+Oi→V2Oi 1,3 - 1,3⋅1010 0,006 9,27⋅1017 7,59⋅10-3 211,29 14,7
V2-Pt-11
NPt=3⋅1011см-3
Отжиг
V2↔V+V 2,5 1,6 1,33⋅105 0,007 1,62⋅1012 8,06⋅1011 258,27 1221
V2+H2→V2H2 0,6 - 1,8⋅105 0,0054 1,95⋅1012 7,11⋅10-4 73,95 1147
V2+H→V2H 0,7 - 2,7⋅104 0,0072 1,41⋅1012 1,33⋅10-4 174,04 1278 V2-Pt-12
NPt=4⋅1012см-3 Отжиг
V2+Oi→V2Oi 1,3 - 2⋅109 0,0128 9,27⋅1017 1,17⋅10-3 242,25 14,7
31
На рис. 1, в приведен изохронный отжиг
А-центра, модифицированного водородным атомом,
в n-Si, содержащем различную концентрацию
платины. Отжиг описан с помощью уравнения (2) и
трех каналов исчезновения DLTS-сигнала от
VОН-дефекта, а также трех каналов его накопления
в процессе термического воздействия. Параметры
расчета и реакции отжига VОН-дефекта приведены
в табл. 3, где также показаны энергии связи Есв:
V-OH (0,8 эВ); V-VOH2 (1,6 эВ); VOH-Н (0,7 эВ);
V-VOH3 (1,6 эВ). Энергия связывания водорода и
кислорода ~ 0,28 эВ [10]. Основными стадиями
отжига VOH-дефекта являются диссоциация с
энергией активации 2,5 эВ и объединение со
свободным кислородом (2,0 эВ). С увеличением
концентрации платины средняя температура этих
двух стадий уменьшается. Так как энергия
диффузии кислорода в кремнии в присутствии
водорода уменьшается до 2,0…1,7 эВ, то можно
предположить, что не VOH-дефект мигрирует на
кислородный сток, а свободный кислород мигрирует
к VOH-дефекту.
Таблица 3
Параметры изохронного отжига А-центров, модифицированных водородом (VOH), в n-Si c примесью
платины и без нее, облученном протонами с энергией 1,8 МэВ (экспериментальные данные [21])
А
–
це
нт
ры
Процесс Реакция Ea,
эВ
Eсв,
эВ
kT
Ecв
e
−
ν ,
c-1
h N, cм-3 D0, см2/с T , oC R, Å
VOH+VH2→V2OH3 0,7 - 3⋅106 0,0004 1,20⋅1012 1,47⋅10-2 83,65 1347
VOH+Oi→VO2iH 2,0 - 2⋅1015 0,0012 9,27⋅1017 1,17⋅103 265,57 14,7 Отжиг
VOH↔Oi+VH 2,5 0,8 7,89⋅109 0,0198 9,27⋅1017 8,47⋅103 370,62 14,7
VO+H→VOH 0,9 - 8⋅107 0,0009 3,04⋅1012 2,12⋅10-1 127,78 989
VOH2↔VOH+H 1,6 0,7 3,83⋅105 0,0022 1,36⋅1012 2,04⋅104 228,85 1294 V
O
H
-P
t-O
N
Pt
=0
Образова-
ние
V2OH2↔VOH+VH 3,2 1,6 5,29⋅1010 0,0042 1,53⋅1012 2,82⋅1016 298,00 1244
VOH+VH2→V2OH3 0,7 - 5⋅107 0,0002 1,23⋅1012 0,242 44,43 1338
VOH+Oi→VO2iH 2,0 - 1,5⋅1013 0,0161 9,27⋅1017 8,76 334,55 14,7 Отжиг
VOH↔Oi+VH 2,5 0,8 6⋅1012 0,001 9,27⋅1017 1,46⋅108 256,11 14,7
VO+H→VOH 0,9 - 3⋅107 0,0002 2,98⋅1012 8,04⋅10-2 143,45 996
←
VO +H→VOH 1,3 - 2,8⋅1010 0,0007 2,73⋅1012 79,5 199,65 1025 V
O
H
-P
t-1
1
N
Pt
=3
⋅1
011
см
-3
Образова-
ние V2OH3↔VOH+VH2
VH2+Pt→PtVH2
2,5 1,6 2,6⋅105 0,002 1,38⋅1012 5,81⋅1012 240,67 1286
VOH+О2і→VO3iH 1,5 - 2⋅1016 0,0009 9,27⋅1017 1,17⋅104 110,44 14,7
VOH+Oi→VO2iH 2,0 - 2⋅1014 0,009 9,27⋅1017 116,8 295,97 14,7 Отжиг
VOH↔Oi+VH 2,5 0,8 3,43⋅1012 0,0096 9,27⋅1017 6,43⋅107 264,16 14,7
OH+V→VOH 0,7 - 1⋅107 0,0012 5⋅1013 4,09⋅10-3 65,75 389
VOH2↔VOH+H 1,6 0,7 2,41⋅107 0,0013 1,38⋅1012 2,69⋅107 147,14 1379 V
O
H
-P
t-1
2
N
Pt
=4
⋅1
012
см
-3
Образова-
ние V2OH3↔VOH+VH2
VH2+Pt→PtVH2
2,5 1,6 2,53⋅105 0,002 1,46⋅1012 5,2⋅1012 241,4 1265
Известно [22], что А-центр не имеет оборванных
связей, и электрическая активность VO возникает из
реконструкции Si-Si-связи. VOH-дефект образуется,
когда А-центр захватывает атом водорода. Чтобы
VO мог взаимодействовать с атомом Н,
реконструируемая связь Si-Si прерывается и надо
затратить энергию для уменьшения взаимодействия
VO с Н. Также VOH-дефект (см. табл. 3), образуется
как продукт диссоциации VOH2, V2OH2, V2OH3 с
большей вероятностью, чем при взаимодействии
А-центра с атомарным водородом. При этом энергия
активации возрастает с 0,9 до 1,3 эВ, когда А-центр
переориентируется в процессе взаимодействия с
атомом водорода. Средняя температура
диссоциации V2OH3 (~ 240 oC) не зависит от
концентрации платины в образце Si, и VOH2 с
увеличением содержания Pt также не меняет
энергию диссоциации, тем не менее, средняя
температура диссоциации уменьшилась почти на
~ 80 oC. V2OH2 обладает самой высокой
температурой диссоциации (~ 300 oC) и наблюдается
лишь в n-Si, не содержащем платины. Диссоциация
V2OH3 в кремнии без платины не происходит, так
как платина выступает в качестве катализатора при
его диссоциации, взаимодействуя с водородно-
вакансионным дефектом VH2.
Концентрация дефекта, обозначенного в работе
[21] как Р3 (258 К), достигает своего максимума в
температурном интервале отжига 225…275 oC.
Авторы [21] предположили, что Р3 связан с
комплексом, содержащим вакансии, атомы платины
и кислорода. Из нашей табл. 3 видно, что при
температуре отжига ~ 240 oC концентрация VOH и
VН2 растет за счет диссоциации V2OH3. Поэтому
можно предположить, что Р3 – это дефект PtVН2.
Полученная авторами [21] кинетика накопления
Е6 (V2Н) позволила нам показать, что молекула
водорода (Н2) и ее комплекс с вакансией обладают
32
меньшей энергией миграции, чем атом водорода и
его комплекс с вакансией (VН).
В табл. 1-3 приведен расчет радиуса захвата
стоком подвижного дефекта и пред-
экспоненциального множителя его коэффициента
диффузии, а также средняя температура стадий
предложенных реакций по отжигу и накоплению
радиационных дефектов VО, V2, VOH в образцах
n-Si с различным содержанием платины.
Параметры, определяющие атомные
взаимодействия, – это энергия связи и радиус
захвата, которые можно определить недостаточно
надежно. Радиус захвата – это не стопроцентная
вероятность захвата подвижного дефекта на сток. В
работе [23] даны выражения для расчета радиуса
захвата подвижного дефекта неподвижным стоком.
Если существует барьер для захвата дефекта на
сток, то эффективный радиус захвата и его
вероятность будут пропорциональны ехр (–Еб / k T),
где Еб – величина барьера. Радиус эффективного
взаимодействия можно оценить из условия, когда
энергия связи порядка k T. В случае, когда
подвижный дефект и сток обладают зарядом q1 и q2,
то Rэф = q1q2 / k T.
Исследование миграции межузельного углерода
(Сі) и дивакансии (V2) в кремнии, выращенном
зонной плавкой (FZ) и методом Чохральского (Cz),
на стоки типа межузельного кислорода показали,
что энергии активации движения не зависят от
метода выращивания, а частотные факторы больше
в кремнии, полученном методом Cz [24, 25]. Так как
при таком движении, описываемом марковским
процессом, средний путь дефекта на сток зависит от
частотного фактора, то обычно говорят, что чем
меньше частота скачков, тем больший путь должен
пройти дефект на сток при отжиге. Температурная
зависимость частоты скачков дефектов (ν),
называемая аррениусовской, определяется
выражением ν = ν0ехр (–Еб / k T), где ν0 = 15 ГГц –
типичная фононная частота атомов в кремнии.
В работе [26] предложен механизм образования
V2О в предположении, что при Т ~ 220 оС
межузельный кислород Оі неподвижен и служит
ловушкой для диффундирующей нейтральной
дивакансии. При миграции V2 по решетке кремния с
энергией 1,3 эВ дивакансия преодолевает в среднем
барьер +0,31 эВ, но при взаимодействии с Оі
вынуждена преодолевать барьер +0,42 эВ. Энергия
связи V2О равна 1,34 эВ. Частотные факторы
миграции V2 на стоки равны ~ 5 ⋅ 108 с–1 и 1 ⋅ 109 с–1
в Si (FZ) и Si (Cz) [25] соответственно.
Следовательно, при миграции V2 на стоки
дивакансия преодолевала кинетический барьер
~ 0,44 и 0,4 эВ соответственно. При 300 оС V2О
диссоциирует по реакции V2О → V2 + Оі. При этом
энергия диссоциации равна 1,34 + 1,3 = 2,64 эВ.
Итак, энергия движения V2 в решетке кремния равна
кинетическому барьеру (~ 0,4 эВ) и энергии
миграции (1,3 – 0,4 = 0,9 эВ). Увеличение барьера
при миграции V2 с 0,31 до 0,42 эВ авторы [26]
связывают с переориентацией Оі в вакантном узле
V2.
При исследовании термической стабильности
А-центров (экспериментальные данные Whan R.E.
[27]) нами получена энергия активации отжига
1,3 эВ [28], связанная с аннигиляцией межузельного
атома кремния с А-центром (реакция
∧
VO + ISi → Oi), в процессе которого Oi внутри
вакансии переориентировался с энергией 0,38 эВ
[28]. Если при взаимодействии V2 с Оі дивакансии
не надо преодолевать барьеры, то при
взаимодействии Сi с Оі [28] такие барьеры, которые
не превышают энергию связывания СiОі (1,7 эВ),
межузельному атому углерода пришлось
преодолевать. Эти барьеры обусловлены
деформацией, создаваемой межузельным атомом
кислорода в решетке кремния.
Таким образом, энергия активации
взаимодействия подвижного дефекта со стоком
определяется кинетическим барьером, энергией
миграции дефекта, энергией реориентации стока и
барьером захвата на сток. При диссоциации
радиационного комплекса надо знать энергию связи
и энергию движения подвижного дефекта в решетке
кремния.
Энергия связи вакансии и межузельного атома
кислорода в А-центре равна Есв = (0,7 ÷ 0,8) эВ [29].
Механизм миграции А-центра на сток (Оi) cостоит,
по нашему мнению, из последовательных процессов
– диссоциации А-центра на V и Оi (при этом Оi
возвращается в межузельное положение), миграции
вакансии и скачка Оi в новое положение,
занимаемое вакансией. Тогда величина барьера
захвата А-центра на сток Оi будет следующей:
Еб = Еа – (Есв + V
mE ). Энергия миграции вакансии
определена в [30]: V
mE = 0,8 эВ. Учитывая энергию
активации движения А-центра на сток (Еа = 1,86 эВ),
получим барьер захвата
Еб = 1,86 - (0,7 +0,8) = 0,36 эВ (см. табл. 1). Тогда
частотный фактор с учетом полученного барьера
равен kT
Eá
e
−
ν = 8,3 ⋅ 1010 с-1. Ранее полученное
значение частотного фактора (2,3 ⋅ 1014 с-1)
превышало допустимое значение для кремния, так
как максимальная частота колебаний атомов
кремния не может быть выше 1,5 ⋅ 1013 с-1. Поэтому
и возник вопрос о наличии барьера захвата А-центра
на сток Оi. В других случаях, когда температура
отжига выше (~ 400 oC), энергия миграции вакансии
возрастает до V
mE = 1,1 эВ [28]. Поэтому Еб = 0, как
мы и предположили (см. Примечание к табл. 1).
В работе [31] сообщается об одновременном
появлении двух дефектов с уровнями в запрещенной
зоне кремния ЕV + 0,35 эВ и ЕV + 0,38 эВ при отжиге
Сі-центров. Первый уровень не стабилен при
комнатной температуре, и его исчезновение
сопровождается дальнейшим ростом концентрации
дефектов с уровнем ЕV + 0,38 эВ. Межузельный
углеродный дефект возникает как продукт
взаимодействия между атомом кремния и узельным
33
углеродом (Cs) путем "kick out" - механизмом
захвата [32]. В первой конфигурации С и Si атомы
размещаются вдоль <001> направления, деля
вакантный узел решетки кремния. Эта "split"-
конфигурация является наиболее стабильной
конфигурацией для Сі в кремнии. Реакция
Cs + ISi → Сі cчитается экзотермической с
освобождением энергии 1,2 эВ. Поэтому углерод из
узла перемещается в межузельное положение и
движется по решетке кремния с энергией
Еm = 0,87 эВ. "Split"-конфигурация Сі взаимодей-
ствует с Оі, который тут же занимает вакантный
узел, образуя дефект СіVOіISi (ЕV + 0,35 эВ). Этот
дефект при Ткомн не стабилен, так как ISi уходит на
стоки [31], образуя дефект СіVOі (ЕV + 0,38 эВ).
Увеличение энергии донорного дефекта СіVOі на
0,03 эВ свидетельствует, что именно ISi уходит на
стоки при комнатной температуре [33]. Сі в
межузельном положении взаимодействует с Оі с
энергией активации процесса 0,87 эВ, образуя (СО)і
дефект с энергетическим положением ЕV + 0,34 эВ
[34]. Но при взаимодействии с А-центрами энергия
активации уменьшается до 0,77 эВ, так как барьер
взаимодействия Сі с VOі меньше, чем с Оі. Как
видно из рис. 2, рост колебательной полосы
865,9 см-1 (крив. 2) после отжига Сі (крив. 1, 3)
происходит с энергиями активации 0,77 эВ и 2,5 эВ
в температурных интервалах 260…310 К и
310…325 К соответственно. Последний процесс
можно объяснить как движение Оі в вакансию,
которую покидает атом углерода: CsОі → СіVOі.
Именно Оі имеет энергию активации диффузии в
кремнии, равную 2,5 эВ.
220 240 260 280 300 320 340
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
К
оэ
фф
иц
ие
нт
п
ог
ло
щ
ен
ия
, с
м-1
К
он
це
нт
ра
ци
я
де
фе
кт
ов
, о
тн
ос
ит
. е
д.
Тотж , К
3
1
2
Рис. 2. Образование колебательной полосы
865,9 см-1 (2) при изохронном отжиге межузельного
углерода (Ci) в электронно-облученном Cz-Si (1, 3).
●, ▲ – экспериментальные данные [35];
■ – экспериментальные данные [27];
––––– – теоретическое описание кривых 1–3
сделано авторами данной работы
Авторы [36] с помощью DLTS-измерений
связали донорный уровень ЕV + 0,38 эВ с
С-VO-комплексом. В дальнейшем в работе [2] на
основе данных магнитного спектрометра было
установлено, что А-центр является амфотерным
дефектом с акцепторным Ес - 0,17 эВ и донорным
уровнем Ес - 0,76 эВ. Согласно модели
модификации донорных и акцепторных уровней
радиационных дефектов фоновыми примесями типа
Сі и Oі в работе [37] показано, что межузельный
углерод повышает энергию акцепторных уровней в
запрещенной зоне кремния и понижает энергию
донорных уровней на 0,035 эВ. Поэтому можно
предположить, что А-центр в кремнии имеет
донорный уровень (0/+) ЕV + 0,415 эВ.
С другой стороны, известно, что водород,
пассивируя А-центр, понижает энергетическое
положение не только донорных, но и акцепторных
уровней. VOН-комплекс с акцепторным Ес – 0,31 эВ
и донорным уровнем ЕV + 0,28 эВ был детально
изучен, включая экспериментальное
микроскопическое определение с помощью
ЭПР-методики [5].
Таким образом, при модификации А-центра
атомом водорода энергия его акцепторного и
донорного уровней понижается на величину
0,31 - 0,175 = 0,135 эВ. Тогда донорный уровень
А-центра равен ЕV + 0,415 эВ (0,28 + 0,135 = 0,415).
Так как А-центр и VOН-комплекс являются
амфотерными дефектами, которые при захвате
электрона увеличивают энергетическое положение в
запрещенной зоне кремния на величину
Δ = 0,265 эВ, тогда можно предположить, что
А-центр будет иметь в запрещенной зоне кремния и
второй донорный уровень (+/++) ЕV + 0,15 эВ, а
VOН-комплекс – второй акцепторный уровень (=/–)
Ес – 0,045 эВ. Таким образом, показываем, что
А-центр и VOН-комплекс являются
многозарядными центрами.
В работе [38] изучено формирование
метастабильного водородосодержащего
радиационного дефекта (MHR). Комплексные
исследования электрических, оптических и
магнитных свойств MHR-центров показали, что они
являются многозарядными дефектами с
отрицательной корреляционной энергией (U < 0),
т. е. дефектами с инверсным расположением
уровней в запрещенной зоне кремния с уровнем
Ес - 0,075 эВ. Ранее было сделано заключение, что
MHR-центр является комплексом VOН [39].
Поэтому естественно предположить, что VOН имеет
еще метастабильный акцепторный уровень
Ес - 0,075 эВ (≡/=), который лежит ниже
акцепторного уровня VOН (Ес – 0,045 эВ) (=/–) в
запрещенной зоне кремния.
ВЫВОДЫ
В данной работе на основе экспериментальных
данных [21] рассчитаны кривые отжига А-центров,
дивакансий и VOН-комплексов в образцах n-Si с
различной концентрацией платины после облучения
протонами с энергией 1,8 МэВ.
Определены радиусы взаимодействия
радиационных дефектов с водородными
комплексами.
Показано, что уменьшение энергии активации
движения водородно-вакансионных комплексов с
1,1 до 0,8 эВ обусловлено деформационными
полями, создаваемыми атомами платины.
34
Приведены доказательства, что Р3-дефект – это
PtVН2-комплекс.
Уточнено энергетическое положение в
запрещенной зоне Si донорных уровней А-центров
(0/+) ЕV + 0,415 эВ и (+/++) ЕV + 0,15 эВ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Л.Ф. Макаренко. Проверка применимости
модели моновалентного дефекта для
описания свойств комплекса вакансия-
кислород в кремнии // ФТП. 2000, т. 34, № 10,
с. 1162–1165.
2. A.M. Frens, M.T. Bennebroek, A. Zakrzewski,
J. Schmidt, W.M. Chen, E. Janzen,
J.L. Lindstrom, B. Monemar. Observation of
Rapid Direct Charge Transfer between Deep
Defects in Silicon // Phys. Rev. Lett. 1994, v. 72,
N 18, p. 2939–2942.
3. Yu.V. Gorelkinskii, N.N. Nevinnyi. Electron
paramagnetic resonance of hydrogen in silicon //
Physica B: Condensed Matter. 1991, v. 170,
N 1–4, p. 155–167.
4. N.M. Johnson, C. Herring, Van de C.G. Walle.
Inverted order of acceptor and donor levels of
monatomic hydrogen in silicon // Phys. Rev.
Lett. 1994, v. 73, N 1, p. 130–133.
5. O. Feklisova , N. Yarykin, E.B. Yakimov,
J. Weber. On the nature of hydrogen-related
centers in p-type irradiated silicon // Physica B:
Condensed Matter. 2001, v. 308–310, p. 210–
212.
6. Y. Tokuda, H. Shimada, A. Ito. Light-
illumination-induced transformation of electron
traps in hydrogen-implanted n-type silicon // J.
Appl. Phys. 1999, v. 86, N 10, p. 5630–5635.
7. Van A. Wieringen and N. Warmoltz. On the
permeation of hydrogen and helium in single
crystal silicon and germanium at elevated
temperatures // Physica. 1956, v. 22, N 6–12,
p. 849–865.
8. R.C. Newman, J.H. Tucker, A.R. Brown, and
S.A. McQuaid. Hydrogen diffusion and the
catalysis of enhanced oxygen diffusion in silicon
at temperatures below 500 °C // J. Appl. Phys.
1991, v. 70, N 6, p. 3061–3070.
9. N.M. Johnson and C. Herring. Migration of the
H2
* complex and its relation to H– in n-type
silicon // Phys. Rev. B. 1991, v. 43, N 17,
p. 14297–14300.
10. V.P Markevich and M. Suezawa. Hydrogen–
oxygen interaction in silicon at around 50 °C //
J. Appl. Phys. 1998, v. 83, N 6, p. 2988–2993.
11. В.Л. Винецкий, Г.А. Холодарь. Радиационная
физика полупроводников. Киев: "Наукова
думка", 1979, 335 с.
12. M.G. Ganchenkova, V.A. Borodin,
R.M. Nieminen. Annealing of vacancy
complexes in P-doped silicon // Nucl. Instr. and
Meth. in Phys. Res. Section B: Beam
Interactions with Materials and Atoms. 2005,
v. 228, N 1–4, p. 218–225.
13. G.D. Watkins and J.W. Сorbett. Defects in
Irradiated Silicon: Electron Paramagnetic
Resonance of Divacancy // Phys. Rev. 1965,
v. 138, N 2A, p. A543–A555.
14. C.G. Van de Walle Energies of various
configurations of hydrogen in silicon // Phys.
Rev. B. 1994, v. 49, N 7, p. 4579–4585.
15. C.G. Van de Walle and J. Neugebauer.
Hydrogen interactions with self-interstitials in
silicon // Phys. Rev. B. 1995, v. 52, N 20,
p. R14320–R14323.
16. J.W. Corbett, G. D. Watkins, R.M. Chrenko, and
R.S. McDonald. Defects in Irradiated Silicon. II.
Infrared Absorption of the Si-A Center // Phys.
Rev. 1961, v. 121, N 4, p. 1015–1022.
17. S.K. Estreicher. Interstitial O in Si and its
interactions with H // Phys. Rev. B. 1990, v. 41,
N 14, p. 9886–9891.
18. Ю.В. Горелкинский, Б.Н. Мукашев, Х.А. Абд
ул-лин. Обнаружение низкотемпературной
диффузии примесных атомов алюминия в
имплантированном водородном кремнии //
ФТП. 1998, т. 32, № 4, с. 421–428.
19. J.N. Heyman, J.W. Ager III, E.E. Haller,
N.M. Johnson, J. Walker, C.M. Donald.
Hydrogen-induced platelets in silicon: Infrared
absorption and Raman scattering // Phys. Rev. B.
1992, v. 45, N 23, р. 13363–13366.
20. Л.С. Милевский, Т.М. Ткачева,
А.А. Золотухин. Влияние внешнего упругого
поля на введение и кинетику отжига
радиационных дефектов в кремнии // Труды
Международной конференции по
радиационной физике полупроводников и
родственных материалов (Тбилиси, 1979).
Тбилиси: Изд-во Тбилисского университета,
1980, с. 350–354.
21. P. Hazdra and V. Komarnitskyy. Radiation
Defects in Silicon: Effects of Contamination by
Platinum Atoms // Solid State Phenomena. 2010,
v. 156–158, р. 167–172.
22. G.D. Watkins and J.W. Сorbett. Defects in
Irradiated Silicon. I. Electron Spin Resonance of
the Si-A Center // Phys. Rev. 1961, v. 121, N 4,
р. 1001–1014.
23. А.П. Долголенко, М.Д. Варенцов,
Г.П. Гайдар, П.Г. Литовченко. Термический
отжиг кластеров и точечных дефектов в
n-Si (Cz), облученном быстрыми нейтронами
реактора // Ядерная физика и атомная
энергетика. 2008, № 2 (24), с. 73–80.
24. В.П. Маркевич, Л.И. Мурин. Селективный
захват межузельных атомов углерода в
облученном кремнии // ФТП. 1988, т. 22, № 5,
с. 911–914.
25. P. Pellegrino, P. Leveque, J. Lalita, A. Hallen,
C. Jagadish, B.G. Svensson. Annealing kinetics
of vacancy-related defects in low-dose MeV
self-ion-implanted n-type silicon // Phys. Rev. B.
2001, v. 64, N 19, р. 195211–10.
26. J. Coutinho, R. Jones, S. Oberg, P.R. Briddon.
The formation, dissociation and electrical
activity of divacancy-oxygen complexes in Si //
Physica B. 2003, v. 340–342, р. 523–527.
35
27. R.E. Whan. Oxygen-Defect Complexes in
Neutron-Irradiated Silicon // J. Appl. Phys. 1966,
v. 37, N 9, р. 3378–3382.
28. Г.П. Гайдар, О.П. Долголенко,
П.Г. Литовченко, О.П. Литовченко. Кінетика
трансформації точкових дефектів у процесі
відпалу е-опроміненого кремнію // Тези
доповідей ІV Української наукової
конференції з фізики напівпровідників.
(Запоріжжя, 15-19 вересня 2009 р.), т 1,
с. 185–186.
29. В.Е. Бахрушин. Получение и физические
свойства слаболегированных слоев
многослойных композиций. Запорожье:
Гуманитарный университет “ЗИ ГМУ”, 2001,
248 с. (С. 41).
30. А.П. Долголенко, М.Д. Варенцов,
Г.П. Гайдар, П.Г. Литовченко. Радиационная
стойкость кремния, легированного
германием, с высокой концентрацией
свободного кислорода // Ядерна фізика та
енергетика, 2006, № 1(17), с. 60-66.
31. Kh.A. Abdullin, B.N. Mukashev, M.F. Tamen-
darov, and T.B. Tashenov. New defect states in
irradiated p-type silicon // Phys. Lett. A. 1990,
v. 144, N 3, р. 198–200.
32. A. Mattoni, F. Bernardini, and L. Colombo.
Self-interstitial trapping by carbon complexes in
crystalline silicon // Phys. Rev. B. 2002, v. 66,
N 19, р. 195214–6.
33. А.П. Долголенко, Г.П. Гайдар, М.Д.
Варенцов, П.Г. Литовченко. Влияние
примеси германия на радиационную
стойкость кремния с высокой концентрацией
кислорода // Вопросы атомной науки и
техники. Серия «Физика радиационных
повреждений и радиационное материало-
ведение». 2008, № 2, с. 28–36.
34. C.P. Ewels, R. Jones, S. Oberg, J. Miro, and
P. Deak. Shallow Thermal Donor Defects in
Silicon // Phys. Rev. Lett. 1996, v. 77, N 5,
p. 865–868.
35. L.I. Khirunenko, M.G. Sosnin, Yu.V. Pomozov,
L.I. Murin, V.P. Markevich, A.R. Peaker,
L.M. Almeida, J. Coutinho, and Torres V. J. B.
Formation of interstitial carbon–interstitial
oxygen complexes in silicon: Local vibrational
mode spectroscopy and density functional theory
// Phys. Rev. B. 2008, v. 78, N 15, p. 155203–8.
36. P.M. Mooney, L.J. Cheng, M. Suli, J.D. Gerson,
and J.W. Corbett. Defect energy levels in boron-
doped silicon irradiated with 1-MeV electrons //
Phys. Rev. B. 1977, v. 15, N 8, p. 3836–3843.
37. A.P. Dolgolenko, P.G. Litovchenko,
M.D. Varen-tsov, G.P. Gaidar,
A.P. Litovchenko. Particularities of the
formation of radiation defects in silicon with low
and high concentrations of oxygen // Phys. stat.
sol. (b). 2006, v. 243, N 8, p. 1842–1852.
38. И.Ф. Медведева, Л.И. Мурин, В.П. Маркевич,
Б.А. Комаров. Образование и отжиг
метастабильного водородосодержащего
центра в облученных кристаллах Cz-Si:
влияние различных факторов // Вопросы
атомной науки и техники. Серия «Физика
радиационных повреждений и радиационное
материалове-дение». 2001, № 2, с. 48–52.
39. H. Hatakeyama, M. Suezawa. Hydrogen-
oxygen-vacancy complexes in Czochralski-
grown silicon crystal // J. Appl. Phys. 1997,
v. 82, N 10, p. 4945–4951.
Статья поступила в редакцию 16.02.2010 г.
ВПЛИВ ОПРОМІНЕННЯ ТА ВІДПАЛУ НА ТЕРМІЧНУ СТАБІЛЬНІСТЬ РАДІАЦІЙНИХ
ДЕФЕКТІВ У КРЕМНІЇ
М.Д. Варенцов, Г.П. Гайдар, О.П. Долголенко, П.Г. Литовченко
Описано відпал А-центрів, дивакансій, А-центрів, модифікованих воднем, у n-Si (P ≈ 1014 см-3), за
відсутності та при наявності домішки платини, після опромінення протонами з енергією 1,8 МеВ. Показано,
що енергія активації відпалу радіаційних дефектів при взаємодії з воднево-вакансійними дефектами
зменшується від 1,1 до 0,8 еВ зі збільшенням концентрації платини в кремнії, оскільки деформаційні поля,
які створюються атомами платини, зменшують енергію переорієнтації дефектів. Уточнено енергетичне
положення у забороненій зоні кремнію донорного рівня А-центра (ЕV + 0,415 еВ), виходячи із відомих даних
щодо положення А-центра, модифікованого атомом вуглецю (ЕV + 0,38 еВ) або водню (ЕV + 0,28 еВ).
INFLUENCE OF IRRADIATION AND ANNEALING ON THE THERMAL STABILITY
OF RADIATION DEFECTS IN SILICON
M.D. Varentsov, G.P. Gaidar, A.P. Dolgolenko, P.G. Litovchenko
The annealing of A-centers, divacancies, A-centers modified by hydrogen was described for n-Si (P ≈ 1014 cm-3),
with and without platinum dopants, after the irradiation by protons with energy 1.8 MeV. It was shown that the
activation energy of annealing for radiation defects under their interaction with hydrogen-vacancy defects is
decreased from 1.1 to 0.8 eV with the increasing of platinum concentration in silicon, because the deformation
fields, creating by platinum atoms, decrease the energy of the defect re-orientation. In the forbidden zone of silicon
the energy state for the donor level of A-center (ЕV + 0.415 eV) was specified based on the data about the position
of A-center modified by the carbon atom (ЕV + 0.38 eV) or the hydrogen atom (ЕV + 0.28 eV).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17377 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:59:36Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Варенцов, М.Д. Гайдар, Г.П. Долголенко, А.П. Литовченко, П.Г. 2011-02-26T10:29:28Z 2011-02-26T10:29:28Z 2010 Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии / М.Д. Варенцов, Г.П. Гайдар, А.П. Долголенко, П.Г. Литовченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 5. — С. 27-35. — Бібліогр.: 39 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17377 539.125.5.04:621.315.59 Описан отжиг А-центров, дивакансий, А-центров, модифицированных водородом, в n-Si (P ≈ 10^14 см^-3), в отсутствие и при наличии примеси платины, после облучения протонами с энергией 1,8 МэВ. Показано, что энергия активации отжига радиационных дефектов при взаимодействии с водородно-вакансионными дефектами уменьшается с 1,1 до 0,8 эВ при увеличении концентрации платины в кремнии, так как деформационные поля, создаваемые атомами платины, уменьшают энергию переориентации дефектов. Уточнено энергетическое положение в запрещенной зоне кремния донорного уровня А-центра (ЕV + 0,415 эВ) на основании известных данных о положении А-центра, модифицированного атомом углерода (ЕV + 0,38 эВ) или водорода (ЕV + 0,28 эВ). Описано відпал А-центрів, дивакансій, А-центрів, модифікованих воднем, у n-Si (P ≈ 10^14 см^-3), за відсутності та при наявності домішки платини, після опромінення протонами з енергією 1,8 МеВ. Показано, що енергія активації відпалу радіаційних дефектів при взаємодії з воднево-вакансійними дефектами зменшується від 1,1 до 0,8 еВ зі збільшенням концентрації платини в кремнії, оскільки деформаційні поля, які створюються атомами платини, зменшують енергію переорієнтації дефектів. Уточнено енергетичне положення у забороненій зоні кремнію донорного рівня А-центра (ЕV + 0,415 еВ), виходячи із відомих даних щодо положення А-центра, модифікованого атомом вуглецю (ЕV + 0,38 еВ) або водню (ЕV + 0,28 еВ). The annealing of A-centers, divacancies, A-centers modified by hydrogen was described for n-Si (P ≈ 10^14 cm^-3), with and without platinum dopants, after the irradiation by protons with energy 1.8 MeV. It was shown that the activation energy of annealing for radiation defects under their interaction with hydrogen-vacancy defects is decreased from 1.1 to 0.8 eV with the increasing of platinum concentration in silicon, because the deformation fields, creating by platinum atoms, decrease the energy of the defect re-orientation. In the forbidden zone of silicon the energy state for the donor level of A-center (ЕV + 0.415 eV) was specified based on the data about the position of A-center modified by the carbon atom (ЕV + 0.38 eV) or the hydrogen atom (ЕV + 0.28 eV). ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии Вплив опромінення та відпалу на термічну стабільність радіаційних дефектів у кремнії Influence of irradiation and annealing on the thermal stability of radiation defects in silicon Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии Варенцов, М.Д. Гайдар, Г.П. Долголенко, А.П. Литовченко, П.Г. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| title | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии |
| title_alt | Вплив опромінення та відпалу на термічну стабільність радіаційних дефектів у кремнії Influence of irradiation and annealing on the thermal stability of radiation defects in silicon |
| title_full | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии |
| title_fullStr | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии |
| title_full_unstemmed | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии |
| title_short | Влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии |
| title_sort | влияние облучения и отжига на термическую стабильность радиационных дефектов в кремнии |
| topic | Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| topic_facet | Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17377 |
| work_keys_str_mv | AT varencovmd vliânieoblučeniâiotžiganatermičeskuûstabilʹnostʹradiacionnyhdefektovvkremnii AT gaidargp vliânieoblučeniâiotžiganatermičeskuûstabilʹnostʹradiacionnyhdefektovvkremnii AT dolgolenkoap vliânieoblučeniâiotžiganatermičeskuûstabilʹnostʹradiacionnyhdefektovvkremnii AT litovčenkopg vliânieoblučeniâiotžiganatermičeskuûstabilʹnostʹradiacionnyhdefektovvkremnii AT varencovmd vplivopromínennâtavídpalunatermíčnustabílʹnístʹradíacíinihdefektívukremníí AT gaidargp vplivopromínennâtavídpalunatermíčnustabílʹnístʹradíacíinihdefektívukremníí AT dolgolenkoap vplivopromínennâtavídpalunatermíčnustabílʹnístʹradíacíinihdefektívukremníí AT litovčenkopg vplivopromínennâtavídpalunatermíčnustabílʹnístʹradíacíinihdefektívukremníí AT varencovmd influenceofirradiationandannealingonthethermalstabilityofradiationdefectsinsilicon AT gaidargp influenceofirradiationandannealingonthethermalstabilityofradiationdefectsinsilicon AT dolgolenkoap influenceofirradiationandannealingonthethermalstabilityofradiationdefectsinsilicon AT litovčenkopg influenceofirradiationandannealingonthethermalstabilityofradiationdefectsinsilicon |