Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу
It is shown that the action of magnetic fields (MF) of different nature (constant and variable MF and a microwave superhigh-frequency field) changes the relaxation kinetics of photoconductivity (PC) in silicon crystals. For an explanation of the obtained results, the mechanism, according to which di...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6107 |
| 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: | Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу / В.А. Макара, Л.П. Стебленко, А.О. Подолян, А.М. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.М. Науменко // Доп. НАН України. — 2008. — № 10. — С. 91-95. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6107 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Макара, В.А. Стебленко, Л.П. Подолян, А.О. Курилюк, А.М. Кобзар, Ю.Л. Науменко, С.М. 2010-02-16T16:55:11Z 2010-02-16T16:55:11Z 2008 Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу / В.А. Макара, Л.П. Стебленко, А.О. Подолян, А.М. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.М. Науменко // Доп. НАН України. — 2008. — № 10. — С. 91-95. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6107 548.4;548.0:539.3.8 It is shown that the action of magnetic fields (MF) of different nature (constant and variable MF and a microwave superhigh-frequency field) changes the relaxation kinetics of photoconductivity (PC) in silicon crystals. For an explanation of the obtained results, the mechanism, according to which differences in the relaxation times of PC are related to structural changes in the surface layer of Si that are stimulated by the magnetic influence, is offered. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Фізика Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу |
| spellingShingle |
Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу Макара, В.А. Стебленко, Л.П. Подолян, А.О. Курилюк, А.М. Кобзар, Ю.Л. Науменко, С.М. Фізика |
| title_short |
Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу |
| title_full |
Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу |
| title_fullStr |
Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу |
| title_full_unstemmed |
Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу |
| title_sort |
фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу |
| author |
Макара, В.А. Стебленко, Л.П. Подолян, А.О. Курилюк, А.М. Кобзар, Ю.Л. Науменко, С.М. |
| author_facet |
Макара, В.А. Стебленко, Л.П. Подолян, А.О. Курилюк, А.М. Кобзар, Ю.Л. Науменко, С.М. |
| topic |
Фізика |
| topic_facet |
Фізика |
| publishDate |
2008 |
| language |
Ukrainian |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| description |
It is shown that the action of magnetic fields (MF) of different nature (constant and variable MF and a microwave superhigh-frequency field) changes the relaxation kinetics of photoconductivity (PC) in silicon crystals. For an explanation of the obtained results, the mechanism, according to which differences in the relaxation times of PC are related to structural changes in the surface layer of Si that are stimulated by the magnetic influence, is offered.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6107 |
| citation_txt |
Фотопровідність кремнію в умовах магнітного впливу / В.А. Макара, Л.П. Стебленко, А.О. Подолян, А.М. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.М. Науменко // Доп. НАН України. — 2008. — № 10. — С. 91-95. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT makarava fotoprovídnístʹkremníûvumovahmagnítnogovplivu AT steblenkolp fotoprovídnístʹkremníûvumovahmagnítnogovplivu AT podolânao fotoprovídnístʹkremníûvumovahmagnítnogovplivu AT kurilûkam fotoprovídnístʹkremníûvumovahmagnítnogovplivu AT kobzarûl fotoprovídnístʹkremníûvumovahmagnítnogovplivu AT naumenkosm fotoprovídnístʹkremníûvumovahmagnítnogovplivu |
| first_indexed |
2025-11-26T15:03:58Z |
| last_indexed |
2025-11-26T15:03:58Z |
| _version_ |
1850625627451817984 |
| fulltext |
11. Malomuzh M.N. Phase diagram of two-dimensional Coulombic gas // Ukr. J. Phys. – 2007. – 52. –
P. 1108–1115.
12. Маломуж М.М. Кластерна структура та її прояв в особливостях фазової дiаграми двовимiрного
кулонiвського газу // Вiсник Київ. ун-ту. Сер. фiз.-мат. науки. – 2008. – № 1.
13. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Ч. 1. – Москва: Наука, 1976. – 584 с.
14. Guillot B., Guissani Yv. Towards a theory of coexistence and criticality in real molten salts // Mol. Phys. –
1996. – 87. – P. 37–86.
Надiйшло до редакцiї 19.03.2008Київський нацiональний унiверситет
iм. Тараса Шевченка
УДК 548.4;548.0:539.3.8
© 2008
Член-кореспондент НАН України В. А. Макара, Л. П. Стебленко,
А.О. Подолян, А.М. Курилюк, Ю. Л. Кобзар, С.М. Науменко
Фотопровiднiсть кремнiю в умовах магнiтного впливу
It is shown that the action of magnetic fields (MF) of different nature (constant and variable MF
and a microwave superhigh-frequency field) changes the relaxation kinetics of photoconductivity
(PC) in silicon crystals. For an explanation of the obtained results, the mechanism, according to
which differences in the relaxation times of PC are related to structural changes in the surface
layer of Si that are stimulated by the magnetic influence, is offered.
Iснує немало наукових робiт, в яких дослiджується роль дефектiв, зокрема, рiзноманiтних
домiшок, iснуючих в напiвпровiдниках, в процесах генерацiї i рекомбiнацiї вiльних електро-
нiв i дiрок [1–7]. З iншого боку, вiдомо, що на рекомбiнацiйнi характеристики i, вiдповiдно,
на характеристики фотопровiдностi (ФП) напiвпровiдникiв iстотно впливає не лише на-
явнiсть електричноактивних дефектiв, але й стан поверхнi, з якою пов’язана iнтенсивна
рекомбiнацiя надлишкових носiїв заряду [5, 6, 8, 9]. Незважаючи на великий обсяг резуль-
татiв, одержаних при вивченнi фотоелектричних явищ у напiвпровiдниках, є ряд невирi-
шених питань в данiй областi дослiджень. Так, немає iнформацiї щодо зв’язку мiж дiєю
полiв зовнiшнього впливу на кристали напiвпровiдникiв i змiною в цих умовах електричної
активностi центрiв, якi пов’язанi з домiшками.
У дослiдженнях, виконаних нами останнiм часом [10], були виявленi змiни рельєфу по-
верхнi та змiни домiшкового стану приповерхневих шарiв кристалiв кремнiю, викликанi
дiєю слабкого магнiтного поля. З нашої точки зору цiкаво було прослiдкувати зв’язок мiж
структурними змiнами в приповерхневому шарi кремнiю пiсля його магнiтної обробки та
змiною характеристик фотопровiдностi. Дослiдження вказаного зв’язку i з’ясування йо-
го фiзичної природи i є метою даної роботи. Окрiм поодиноких робiт [11, 12], подiбнi до-
слiдження в лiтературi, практично, не представленi, що, в свою чергу, вказує на їх ак-
туальнiсть.
Методика. Дослiдження проводилися на зразках кремнiю n-типу, вирощених за мето-
дом Чохральського i легованих фосфором до питомого опору ρ = 4,5 Ом·см. Схема експери-
менту полягала в наступному. Зразки були роздiленi на три партiї, кожна з яких пiддавалась
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №10 91
магнiтнiй обробцi (МО). МО I партiї зразкiв здiйснювалася в постiйному магнiтному полi
(МП) з iндукцiєю B = 0,17 Tл протягом 7 дiб; II партiї — в змiнному магнiтному полi з iн-
дукцiєю B = 0,33 Tл протягом 180 хв; III партiї — в мiкрохвильовому електромагнiтному
полi мiлiметрового дiапазону (частота НВЧ–поля складала ν = 53 ГГц, а тривалiсть його
дiї — 1 год.). Далi на контрольних (еталонних) зразках Si, а також на зразках кремнiю,
оброблених вищезазначеними способами, за стандартною методикою здiйснювалися вимiри
кiнетики релаксацiї фотопровiдностi (РФП).
За кiнетичними залежностями спаду фотопровiдностi був розрахований час релаксацiї
ФП τ .
Експериментальнi результати та їх обговорення. У процесi вимiрiв i розрахункiв
нами було встановлено, що РФП у контрольних зразках характеризується однiєю коротко-
тривалою компонентою (τ1) (див. п. 1 табл. 1).
Виявилося, що кiнетика спаду ФП σ(t) для всiх партiй зразкiв, якi пройшли магнiтну
обробку, має особливостi i характеризується двома компонентами релаксацiї — короткотри-
валою (τ1) та довготривалою (τ2) (див. п.2, 3, 5, 7 табл. 1), а одержанi експериментальнi
данi досить добре можна апроксимувати залежнiстю
σ(t) = σ0 + σ1 exp
(
−
t
τ1
)
+ σ2 exp
(
−
t
τ2
)
, (1)
де σ0 — провiднiсть зразка у вiдсутностi свiтла; (σ0 + σ1 + σ2) — провiднiсть зразка при
освiтленнi; t — час.
Таблиця 1. Значення часiв релаксацiї фотопровiдностi в зразках кремнiю, якi пройшли рiзнi види магнiтних
обробок
№
п/п Зразок
Короткотривала
компонента, τ1, мкс
Довготривала
компонента, τ2, мкс
Додатковi
вiдомостi
1 Контрольний (еталонний)
кремнiй
17,37 ± 0,04 — —
2 Кремнiй, що пройшов МО
в постiйному магнiтному
полi
16,15 ± 0,05 161± 5 Вимiри τ проводилися вiд-
разу пiсля завершення МО
3 Кремнiй, що пройшов МО
в постiйному магнiтному
полi
16,16 ± 0,04 162± 7 Вимiри τ проводилися че-
рез 25 дiб пiсля завершен-
ня МО
4 Кремнiй, що пройшов МО
в постiйному магнiтному
полi
16,25 ± 0,08 — Вимiри τ проводилися че-
рез 4 мiсяцi пiсля заверше-
ння МО
5 Кремнiй, що пройшов МО
в змiнному магнiтному по-
лi
16,36 ± 0,04 230± 7 Вимiри τ проводилися вiд-
разу пiсля завершення МО
6 Кремнiй, що пройшов МО
в змiнному магнiтному по-
лi
16,48 ± 0,04 — Вимiри τ проводилися че-
рез 4 мiсяцi пiсля заверше-
ння МО
7 Кремнiй, що пройшов об-
робку в НВЧ-полi
16,06 ± 0,03 285± 9 Вимiри τ проводилися
вiдразу пiсля завершення
НВЧ-обробки
8 Кремнiй, що пройшов об-
робку в НВЧ-полi
16,06 ± 0,06 — Вимiри τ проводилися че-
рез 4 мiсяцi пiсля завер-
шення НВЧ-обробки
92 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №10
Кривi спаду ФП для зразкiв Si, що пройшли магнiтну обробку, мали форму, яка опису-
ється рiвнянням (1) i вiдрiзнялися лише рiзними значеннями параметрiв, якi входять в (1).
Таким чином, на вiдмiну вiд контрольних зразкiв, для зразкiв кремнiю, якi зазнали магнi-
тного впливу, характерна наявнiсть двох компонент. Останнє свiдчить про те, що в умовах
магнiтної дiї фотопровiднiсть зазнає реальних змiн.
Друга виявлена в роботi особливiсть спаду фотопровiдностi полягає в тому, що з часом,
який минув пiсля завершення МО, змiнюється величина довготривалої компоненти РФП τ2.
Вказана компонента, яка з’являється на кiнетичних залежностях ФП вiдразу пiсля завер-
шення МО, з часом зменшується i, нарештi, через певний промiжок часу (4 мiсяцi) повнiстю
зникає.
Третьою особливiстю фотопровiдностi в умовах магнiтного впливу є деяке зменшення,
порiвняно з контрольними зразками кремнiю, короткотривалої компоненти τ1. Поряд з цим
короткотривала компонента РФП в зразках Si, якi пройшли МО, з часом, фактично, не
зазнає змiн, тобто релаксацiї параметра τ1, до значень даного параметра в контрольних
зразках не спостерiгається.
Метод вимiрювання РФП дозволяє нам обговорювати природу рекомбiнацiйних центрiв,
якi виникають пiд впливом магнiтних обробок i, вiдповiдно, краще розумiти механiзми
виникнення в умовах магнiтного впливу локалiзованих поверхневих електронних станiв
(ПЕС).
Прояв фiзичних ефектiв, якi зумовлюють рiзну кiнетику РФП, рiзними авторами трак-
тується по-рiзному. З точки зору авторiв робiт [5, 6, 9], особливостi кiнетики фотопровiд-
ностi пов’язанi з впливом поля поверхневого бар’єра на рекомбiнацiю надлишкових носiїв
заряду на поверхнi i в приповерхневiй областi просторового заряду (ОПЗ) напiвпровiдни-
ка. Спираючись на зазначену точку зору, проаналiзуємо ситуацiю, яку ми маємо в нашому
випадку. З того факту, що фотопровiднiсть пiсля МО змiнюється, випливає, що змiнюється
i величина вигину зон бiля поверхнi. При бар’єрному механiзмi рекомбiнацiї ця змiна по-
винна приводити до змiни часу життя. Останнє ми i спостерiгали експериментально. Згiдно
з [5], причинами змiни величини потенцiального бар’єра на поверхнi можуть бути: 1) переза-
рядка глибоких уловлювачiв поблизу ОПЗ; 2) змiна концентрацiї заряджених уловлювачiв
в шарi природного окислу завдяки дiї полiв зовнiшнього впливу; фотохiмiчнi реакцiї побли-
зу поверхнi, якi приводять до змiни концентрацiї заряджених адсорбованих центрiв.
Одержанi нами ранiше результати [10] дають пiдставу вважати, що з вiдзначених ви-
ще механiзмiв визначальним в нашому випадку є останнiй. Проте в приповерхневих шарах
Si вiдразу пiсля завершення МО в 2–4 рази зростає концентрацiя iонiв лужних металiв (K,
Na, Ca) та концентрацiя iонiв алюмiнiю. Природно припустити, що стимульована магнiтним
впливом особлива активнiсть поверхневих станiв i посилення перебiгу процесiв адсорбцiї на
поверхнi проявляється в гетеруваннi поверхнею домiшок як з об’єму кристалу, так i з ото-
чуючого середовища. Адсорбованi магнiтоактивною поверхнею зарядженi домiшки викли-
кають змiну вигину зон, i вiдповiдно, змiну кiнетики фотопровiдностi.
В електричному полi потенцiального бар’єра, який створюється адсорбованими завдяки
магнiтнiй активацiї поверхнi iонами домiшок, нерiвноважнi електрони i дiрки просторово
роздiляються, а час їх рекомбiнацiї значно зростає згiдно з виразом:
τ = τ0 exp
(
φ
kT
)
, (2)
де τ0 — час рекомбiнацiї в однорiдному кристалi, а φ — висота потенцiального бар’єра.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №10 93
Отже, на наш погляд, наявнiсть довготривалої компоненти ФП (τ2) в кристалах крем-
нiю пiсля магнiтної обробки зумовлена появою макроскопiчного рекомбiнацiйного бар’єра,
пов’язаного з сильним вигином зон бiля поверхнi Si.
Як видно з табл. 1, час рекомбiнацiї носiїв τ2 залежить вiд способу магнiтної обробки. Це
може бути пов’язане з рiзною iнтенсивнiстю перебiгу процесiв адсорбцiї на магнiтоактиво-
ванiй поверхнi Si. Як уже зазначалось, через певний час (4 мiсяцi) довготривала компонента
РФП зникає. Останнє свiдчить про поступове вiдновлення зарядового стану поверхнi i про
релаксацiю макроскопiчного рекомбiнацiйного бар’єра, який виник пiд впливом сильного
вигину зон.
Коротко зупинимося ще на одному питаннi. Однiєю з особливостей кiнетики фотопро-
вiдностi в умовах магнiтного впливу є те, що короткотривала компонента РФП(τ1) дещо
зменшується (в середньому ∼ на 1 мкс). Останнє вказує на те, що дiя МП приводить до ге-
нерацiї додаткової кiлькостi поверхневих станiв (ПС). Спираючись на лiтературнi данi [13],
а також на данi, одержанi нами i наведенi в [10], можна зробити висновок, що причиною
генерацiї ПС в результатi МО є зростання на поверхнi Si кiлькостi обiрваних кремнiй-ки-
сневих зв’язкiв, iснуючих на поверхнi Si в природнiй окиснiй плiвцi. Не виключена також
поява нових центрiв рекомбiнацiї, наприклад, iонiв гiдроксильних груп ОН−, якi з’явля-
ються в шарi окислу за рахунок пiдсилення в результатi магнiтної дiї адсорбцiйної функцiї
поверхнi. Розiрванi ненасиченi зв’язки Si, а також зарядженi iони гiдроксильних груп ви-
ступають в ролi додаткових генерацiйно-рекомбiнацiйних центрiв в Si, якi знижують час
життя τ1 нерiвноважних носiїв заряду. Слiд зазначити, що вищезазначенi ПС є стiйки-
ми. На це вказує той факт, що навiть через тривалий час (4 мiсяцi) цi зарядовi стани не
релаксують i короткотривала компонента залишається без змiн. В той же час, як уже вiд-
значалося, зарядовий стан центрiв, якi вiдповiдальнi за довготривалу компоненту РФП(τ2),
є нестiйким i з часом повнiстю релаксує. Це може бути пов’язано з тим, що вказанi центри
(нагадуємо, що в ролi цих центрiв виступають iони домiшок лужних металiв i алюмiнiю,
якi гетеруються з об’єму матерiалу пiд впливом МП) вступають у стимульованi магнiтним
полем мiждефектнi реакцiї, наприклад, у реакцiї з гiдроксильними групами, за рахунок
чого їх зарядовий стан нейтралiзується.
Таким чином, вiдсутнiсть релаксацiї короткотривалої компоненти РФП(τ1) i наявнiсть
релаксацiї РФП(τ2) у довготривалої компоненти свiдчить про рiзну стiйкiсть зарядового
стану центрiв, якi зумовлюють час життя носiїв i визначають, вiдповiдно, релаксацiю ФП
на виявлених двох дiлянках РФП.
1. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. – Москва: Мир, 1984. – 472 с.
2. Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках. – Москва: Мир, 1974. – 463 с.
3. Глинчук К.Д., Литовченко Н.М., Сальник З.А., Скрыль С.И. О влиянии термообработки на время
жизни неосновных носителей тока в кислородосодержащем кремнии // Фiзика и техника полупро-
водников. – 1985. – 19, вып. 2. – С. 341–343.
4. Неймаш В.Б., Саган Т. Р., Цмоць В.М. и др. О некоторых механизмах влияния тепловой предысто-
рии на поведение параметров Si под облучением // Там же. – 1991. – 25, вып. 11. – С. 1857–1863.
5. Балагуров Л.А., Омельяновский Э.М., Фистуль В.И. Отрицательная фотопроводимость и фотопа-
мять, обусловленные потенциальным барьером на поверхности InAs // Там же. – 1978. – 12, вып. 5. –
С. 944–947.
6. Лашкарев В.Е., Любченко А.В., Шейнкман М.К. Неравновесные процессы в полупроводниках. –
Киев: Наук. думка, 1981. – 264 с.
7. Вавилов В. С., Кисельов В.Ф., Мукашев Б.Н. Дефекти в кремнiї й на його поверхнi. – Москва: Наука,
1990. – 216 с.
94 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №10
8. Литовченко В.Г., Фролов О.С., Бао Ши Мао. Исследование длинновременных изменений электри-
ческих свойств поверхности германия // Физика тверд. тела. – 1962. – 4. – С. 833–845.
9. Карева Г. Г., Коноров П.П. Фотопроводимость германия и кремния в условиях сильных приповерх-
ностных изгибов зон // Физика и техника полупроводников. – 1972. – 6, вып. 2. – С. 271–275.
10. Макара В.А., Стебленко Л.П., Кордубан А.М. и др. Изменение топологии поверхности и дефе-
ктно-примесного состояния монокристаллического кремния под влиянием слабого постоянного ма-
гнитного поля // II Междунар. науч. конф. “Материалы и структуры современной электроники”. –
Минск, 5–6 октября 2006 г. – С. 189–192.
11. Венгер Е.Ф., Ермолович И.Б., Миленин В.В. и др. Влияние внешних радиационных, СВЧ- и меха-
нических возбуждений на образование дефектов в неметаллических кристаллах // Вопросы атомной
науки и техники (Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение). – Харьков:
ННЦ “Харьков. физ.-техн. ин-т”, 1999. – Вып. 3(75). – С. 60–72.
12. Кадменский А. Г., Кадменский С.Г., Левин М.Н. и др. Релаксационные процессы в МДП-элемен-
тах интегральных схем, вызванные ионизирующим излучением и импульсным магнитным полем //
Письма в ЖТФ. – 1993. – 19, вып. 3. – С. 41–45.
13. Левин М.Н., Зон Б.А. Воздействие импульсных магнитных полей на кристаллы Cz-Si // Журн.
эксперим. и теорет. физики. – 1997. – 111, № 4. – С. 1373–1397.
Надiйшло до редакцiї 14.02.2008Київський нацiональний унiверситет
iм. Тараса Шевченка
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №10 95
|