Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа
Исследовано влияние предварительной обработки в водородной плазме (гидрогенизации) на процессы рассеяния носителей заряда в нелегированном арсениде галлия n-типа с n₀≅(5...7).10¹⁵см⁻³ и µ₀≅(5...6).10³см²/(В.с), облученном γ-квантами ⁶⁰Со. Проведено сравнение экспериментально полученных зависимостей...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2001 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2001
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78333 |
| 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 водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа / Ф.П. Коршунов, Н.Ф. Курилович, Т.А. Прохоренко, В.К. Шешолко, Ю.А. Бумай // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 38-42. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78333 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Коршунов, Ф.П. Курилович, Н.Ф. Прохоренко, Т.А. Шешолко, В.К. Бумай, Ю.А. 2015-03-13T20:06:58Z 2015-03-13T20:06:58Z 2001 Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа / Ф.П. Коршунов, Н.Ф. Курилович, Т.А. Прохоренко, В.К. Шешолко, Ю.А. Бумай // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 38-42. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78333 538.22 Исследовано влияние предварительной обработки в водородной плазме (гидрогенизации) на процессы рассеяния носителей заряда в нелегированном арсениде галлия n-типа с n₀≅(5...7).10¹⁵см⁻³ и µ₀≅(5...6).10³см²/(В.с), облученном γ-квантами ⁶⁰Со. Проведено сравнение экспериментально полученных зависимостей µ(Т) с расчетными в температурном интервале 77…291 К для негидрогенизированных и гидрогенизированных необлученных и облученных γ-квантами кристаллов. Показано, что основным механизмом рассеяния, определяющим подвижность носителей заряда в облученном негидрогенизированном материале, является рассеяние на заряженных центрах, какими являются радиационные дефекты в облученном γ-квантами GaAs; возможно присутствие двукратно ионизованных дефектов. Роль рассеяния носителей заряда на ионизированных центрах в облученных той же дозой γ-квантов гидрогенизированных предварительно кристаллах n-GaAs значительно меньше, чем в негидрогенизированных кристаллах. Это означает, что концентрация рассеивающих заряженных дефектов радиационного происхождения в гидрогенизированных кристаллах значительно меньше, чем в необработанных в водородной плазме, из-за пассивации их водородом. Досліджено вплив попередньої обробки у водневій плазмі (гідрогенізація) на явища розсіяння носіїв заряду у нелегованому арсеніді галію n-типу з n₀≅(5...7).10¹⁵см⁻³ та µ₀≅(5...6).10³см²/(B.с), опроміненому γ -квантами ⁶⁰Со Проведено порівняннє експериментально отриманих залежностей µ(Тз розрахунковими) у температурнім інтервалі 77…291 К для негідрогенізованих та гідрогенізованих неопромiнених та опромінених γ -квантами кристалів. Показано, що основним механізмом розсіяння, що визначає рухливість носіїв заряду в опроміненому негідрогенізованому матеріалі є розсіяннє на заряджених центрах, якими є радіаційні дефекти в опроміненому γ -квантами GaAs; можлива присутність двократно іонізованих дефектів. Роль розсіяння носіїв заряду на іонізованих центрах в опромінених тією ж самою дозою γ -квантів гідрогенізованих попередньо кристалів n-GaAs значно меньша, ніж у негідрогенізованих кристалах. Це означає, що концентрація розсіюючих заряджених дефектів радіаційного походження у гідрогенізованих кристалах значно нижча, ніж у необроблених у водневій плазмі внаслідок пасивування їх воднем. The pretreatment in hydrogen plasma ( the hydrogenation ) influences on the charge carrier dissipation processes in the non-alloyed gallium arsenide of n-type with n₀≅(5...7).10¹⁵см⁻³ and µ₀≅(5...6).10³см² /( bc ) irradiated by γ-quantums ⁶⁰Co was studied . The comparison of experimental dependence µ( T ) with the designed one in the temperature range 77…291 K for non-hydrogenized and hydrogenized non irradiated and γ - quantum irradiated crystals was carried out. It is shown that the main dissipative mechanism that determine the charged carrier mobility in the non hydrogenized material is th dissipation on the charged centers - the radiation defects in the γ - quantum irradiated GaAs; the presence of double ionized defects is possible. The effect of charged carrier dissipation on the ionized centers in the irradiated by the same γ - quantum dose of prehydrogenized n-GaAs crystals is considerably lower than in the non-hydrogenized crystals. It means that the concentration of dissipative charged defects of radiation origin in the hydrogenized crystals is lower than that in the crystals not treated in the hydrogenum plasma due to their passivation by hydrogen. Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа |
| spellingShingle |
Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа Коршунов, Ф.П. Курилович, Н.Ф. Прохоренко, Т.А. Шешолко, В.К. Бумай, Ю.А. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| title_short |
Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа |
| title_full |
Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа |
| title_fullStr |
Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа |
| title_full_unstemmed |
Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа |
| title_sort |
влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰со нелегированном gaas n-типа |
| author |
Коршунов, Ф.П. Курилович, Н.Ф. Прохоренко, Т.А. Шешолко, В.К. Бумай, Ю.А. |
| author_facet |
Коршунов, Ф.П. Курилович, Н.Ф. Прохоренко, Т.А. Шешолко, В.К. Бумай, Ю.А. |
| topic |
Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| topic_facet |
Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| publishDate |
2001 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| description |
Исследовано влияние предварительной обработки в водородной плазме (гидрогенизации) на процессы рассеяния носителей заряда в нелегированном арсениде галлия n-типа с n₀≅(5...7).10¹⁵см⁻³ и µ₀≅(5...6).10³см²/(В.с), облученном γ-квантами ⁶⁰Со. Проведено сравнение экспериментально полученных зависимостей µ(Т) с расчетными в температурном интервале 77…291 К для негидрогенизированных и гидрогенизированных необлученных и облученных γ-квантами кристаллов. Показано, что основным механизмом рассеяния, определяющим подвижность носителей заряда в облученном негидрогенизированном материале, является рассеяние на заряженных центрах, какими являются радиационные дефекты в облученном γ-квантами GaAs; возможно присутствие двукратно ионизованных дефектов. Роль рассеяния носителей заряда на ионизированных центрах в облученных той же дозой γ-квантов гидрогенизированных предварительно кристаллах n-GaAs значительно меньше, чем в негидрогенизированных кристаллах. Это означает, что концентрация рассеивающих заряженных дефектов радиационного происхождения в гидрогенизированных кристаллах значительно меньше, чем в необработанных в водородной плазме, из-за пассивации их водородом.
Досліджено вплив попередньої обробки у водневій плазмі (гідрогенізація) на явища розсіяння носіїв заряду у нелегованому арсеніді галію n-типу з n₀≅(5...7).10¹⁵см⁻³ та µ₀≅(5...6).10³см²/(B.с), опроміненому γ -квантами ⁶⁰Со Проведено порівняннє експериментально отриманих залежностей µ(Тз розрахунковими) у температурнім інтервалі 77…291 К для негідрогенізованих та гідрогенізованих неопромiнених та опромінених γ -квантами кристалів. Показано, що основним механізмом розсіяння, що визначає рухливість носіїв заряду в опроміненому негідрогенізованому матеріалі є розсіяннє на заряджених центрах, якими є радіаційні дефекти в опроміненому γ -квантами GaAs; можлива присутність двократно іонізованих дефектів. Роль розсіяння носіїв заряду на іонізованих центрах в опромінених тією ж самою дозою γ -квантів гідрогенізованих попередньо кристалів n-GaAs значно меньша, ніж у негідрогенізованих кристалах. Це означає, що концентрація розсіюючих заряджених дефектів радіаційного походження у гідрогенізованих кристалах значно нижча, ніж у необроблених у водневій плазмі внаслідок пасивування їх воднем.
The pretreatment in hydrogen plasma ( the hydrogenation ) influences on the charge carrier dissipation processes in the non-alloyed gallium arsenide of n-type with n₀≅(5...7).10¹⁵см⁻³ and µ₀≅(5...6).10³см² /( bc ) irradiated by γ-quantums ⁶⁰Co was studied . The comparison of experimental dependence µ( T ) with the designed one in the temperature range 77…291 K for non-hydrogenized and hydrogenized non irradiated and γ - quantum irradiated crystals was carried out. It is shown that the main dissipative mechanism that determine the charged carrier mobility in the non hydrogenized material is th dissipation on the charged centers - the radiation defects in the γ - quantum irradiated GaAs; the presence of double ionized defects is possible. The effect of charged carrier dissipation on the ionized centers in the irradiated by the same γ - quantum dose of prehydrogenized n-GaAs crystals is considerably lower than in the non-hydrogenized crystals. It means that the concentration of dissipative charged defects of radiation origin in the hydrogenized crystals is lower than that in the crystals not treated in the hydrogenum plasma due to their passivation by hydrogen.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78333 |
| citation_txt |
Влияние водорода на процессы рассеяния носителей заряда в облученном γ-квантами ⁶⁰Со нелегированном GaAs n-типа / Ф.П. Коршунов, Н.Ф. Курилович, Т.А. Прохоренко, В.К. Шешолко, Ю.А. Бумай // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 38-42. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT koršunovfp vliânievodorodanaprocessyrasseâniânositeleizarâdavoblučennomγkvantami60sonelegirovannomgaasntipa AT kurilovičnf vliânievodorodanaprocessyrasseâniânositeleizarâdavoblučennomγkvantami60sonelegirovannomgaasntipa AT prohorenkota vliânievodorodanaprocessyrasseâniânositeleizarâdavoblučennomγkvantami60sonelegirovannomgaasntipa AT šešolkovk vliânievodorodanaprocessyrasseâniânositeleizarâdavoblučennomγkvantami60sonelegirovannomgaasntipa AT bumaiûa vliânievodorodanaprocessyrasseâniânositeleizarâdavoblučennomγkvantami60sonelegirovannomgaasntipa |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:30Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:30Z |
| _version_ |
1850569403480932352 |
| fulltext |
УДК 538.22
ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА ПРОЦЕССЫ РАССЕЯНИЯ НОСИТЕЛЕЙ
ЗАРЯДА В ОБЛУЧЕННОМ γ-КВАНТАМИ 60Со, НЕЛЕГИРОВАННОМ
GaAs n-ТИПА
Ф.П.Коршунов, Н.Ф.Курилович, Т.А.Прохоренко, В.К.Шешолко,
Институт физики твердого тела и полупроводников НАНБ, г. Минск, Беларусь;
Ю.А.Бумай
Белорусская государственная политехническая академия , г. Минск, Беларусь
Досліджено вплив попередньої обробки у водневій плазмі (гідрогенізація) на явища розсіяння носіїв
заряду у нелегованому арсеніді галію n-типу з no≅(5…7)/1015cм-3 та µo≅(5…6)/103cм2/(B.с), опроміненому γ-
квантами 60Со Проведено порівняннє експериментально отриманих залежностей µ(Тз розрахунковими) у
температурнім інтервалі 77…291 К для негідрогенізованих та гідрогенізованих неопромiнених та
опромінених γ-квантами кристалів. Показано, що основним механізмом розсіяння, що визначає рухливість
носіїв заряду в опроміненому негідрогенізованому матеріалі є розсіяннє на заряджених центрах, якими є
радіаційні дефекти в опроміненому γ-квантами GaAs; можлива присутність двократно іонізованих дефектів.
Роль розсіяння носіїв заряду на іонізованих центрах в опромінених тією ж самою дозою γ-квантів
гідрогенізованих попередньо кристалів n-GaAs значно меньша, ніж у негідрогенізованих кристалах. Це
означає, що концентрація розсіюючих заряджених дефектів радіаційного походження у гідрогенізованих
кристалах значно нижча, ніж у необроблених у водневій плазмі внаслідок пасивування їх воднем.
Исследовано влияние предварительной обработки в водородной плазме (гидрогенизации) на процессы
рассеяния носителей заряда в нелегированном арсениде галлия n-типа с n0≅(5...7).1015см-3 и µ0≅
(5...6).103см2/(В.с), облученном γ-квантами 60Со. Проведено сравнение экспериментально полученных
зависимостей µ(Т) с расчетными в температурном интервале 77…291 К для негидрогенизированных и
гидрогенизированных необлученных и облученных γ-квантами кристаллов. Показано, что основным
механизмом рассеяния, определяющим подвижность носителей заряда в облученном
негидрогенизированном материале, является рассеяние на заряженных центрах, какими являются
радиационные дефекты в облученном γ-квантами GaAs; возможно присутствие двукратно ионизованных
дефектов. Роль рассеяния носителей заряда на ионизированных центрах в облученных той же дозой γ-
квантов гидрогенизированных предварительно кристаллах n-GaAs значительно меньше, чем в
негидрогенизированных кристаллах. Это означает, что концентрация рассеивающих заряженных дефектов
радиационного происхождения в гидрогенизированных кристаллах значительно меньше, чем в
необработанных в водородной плазме, из-за пассивации их водородом.
The pretreatment in hydrogen plasma ( the hydrogenation ) influences on the charge carrier dissipation process-
es in the non-alloyed gallium arsenide of n-type with no`= (5...7 ).1015 cm-3 and µo = ( 5...6 ) . 103 cm2 /( βc ) ir-
radiated by γ-quantums 60Co was studied . The comparison of experimental dependence µ ( T ) with the designed
one in the temperature range 77…291 K for non-hydrogenized and hydrogenized non irradiated and γ - quantum ir-
radiated crystals was carried out . It is shown that the main dissipative mechanism that determine the charged carrier
mobility in the non hydrogenized material is th dissipation on the charged centers - the radiation defects in the γ -
quantum irradiated GaAs ; the presence of double ionized defects is possible . The effect of charged carrier dissipa-
tion on the ionized centers in the irradiated by the same γ - quantum dose of prehydrogenized n-GaAs crystals is
considerably lower than in the non-hydrogenized crystals . It means that the concentration of dissipative charged de-
fects of radiation origin in the hydrogenized crystals is lower than that in the crystals not treated in the hydrogenum
plasma due to their passivation by hydrogen
Одним из основных свойств, определяющих при-
менение арсенида галлия для создания СВЧ-прибо-
ров электронной техники, является довольно высо-
кая подвижность носителей заряда µ. Величина по-
движности носителей заряда в кристалле определя-
ется набором различных механизмов рассеяния но-
сителей заряда. Среди них рассеяние на колебаниях
решетки, на ионизованных примесях (заряженных
дефектах), на дислокациях, на неоднородностях,
электрон-электронное рассеяние и другие. Различ-
ного рода воздействия на кристалл, в том числе и
обработка кристалла в водородной плазме (гидроге-
низация), а также облучение ионизирующими излу-
чениями приводят к изменению его дефектного со-
става, что отражается на процессах рассеяния носи-
телей заряда, а следовательно, на их подвижности. В
последние годы опубликовано достаточно большое
количество работ по исследованию влияния водоро-
__________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.38-42.
38
да на свойства кристаллов кремния а также пассива-
ции водородом дефектов в кремнии, в том числе и
радиационных. Что касается арсенида галлия, то
подобных работ опубликовано значительно меньше,
и они, главным образом, посвящены вопросам пас-
сивации водородом собственных дефектов в эпитак-
сиальных пленках [1-5]. В данной работе исследует-
ся влияние водорода на процессы рассеяния носи-
телей заряда в монокристаллах GaAs, облученных γ-
квантами 60Со.
В качестве объекта исследования были использо-
ваны кристаллы нелегированного арсенида галлия
n-типа проводимости с концентрацией основных но-
сителей заряда n ≅ (5...7)⋅ 1015 см-3 и подвижностью
µ ≅ (5...6)⋅ 103 см2/(В⋅ с) (при T = 291 К). Концен-
трация и подвижность носителей заряда определя-
лись из измерений эффекта Холла и электропровод-
ности по стандартной методике в температурном
интервале 77…291 К. Толщина исследуемых образ-
цов составляла около 1 мм. Обработка водородом
объемных образцов GaAs выполнялась в плазме тле-
ющего разряда в реакторе для ионной очистки уста-
новки ВУП-5 при напряжении между электродами
700 В, плотности тока 44 мкА/см2, температуре об-
разцов, расположенных непосредственно на катоде,
400оC в течение 4 ч. Через 10 мин после выключе-
ния разряда (после остывания до 250оС) кристаллы
извлекались из реактора. Доза атомарного водорода,
внедренного в образцы, 4,0⋅ 1018 ион/см2 оценива-
лась из плотности ионного тока приблизительно, так
как водород вводится из плазмы тлеющего разряда в
виде Н+, Н2
+, Н0. Проводя оценку диффузионной
длины LH проникновения атомарного водорода при
обработке в течение t = 4 ч при 400оС для коэффици-
ента DH=Dо exp (−Eа/kT) cм2/c (где Do = 0,02 см2/c, Ea
= 0,83 эВ в слабо легированном и полуизолирующем
GaAs [4], k - постоянная Больцмана, T - абсолютная
температура), получим LH = (DH
.t)0,5 = 130 мкм (что
составляет ~ 10 % от общей толщины образца).
Облучение образцов арсенида галлия проводи-
лось γ-квантами 60Со на установке «Исследователь»
при комнатной температуре.
Получены экспериментальные температурные
зависимости подвижности носителей заряда, а также
расчетные зависимости µ(Т) в интервале температур
77…291 К для кристаллов GaAs, негидрогенизиро-
ванных и гидрогенизированных, необлученных и
облученных γ-квантами дозой 4,8.1017см-2.
Каждый из механизмов рассеяния µi вносит свой
вклад в рассеяние носителей заряда и определяет
подвижность носителей заряда. Суммарная подвиж-
ность µполн определяется из соотношения Маттиссе-
на: 1/µполн=∑1/µi . В нашем случае преобладающими
механизмами рассеяния являются механизмы рассе-
яния на ионизованных примесях и на колебаниях
кристаллической решетки. Другие механизмы рассе-
яния, такие как рассеяние на нейтральных примесях,
на дислокациях, на неоднородностях, на плазме и
прочие мы не рассматриваем, поскольку предпола-
гаем, что в нашем случае (довольно узкий диапазон
температур, низкий уровень легирования, отсут-
ствие механических воздействий, относительно не-
большие дозы облучения и т.д.) другие механизмы
рассеяния не реализуются. Подвижность носителей
заряда, определяемая тем или иным механизмом
рассеяния носителей заряда, для большинства меха-
низмов рассеяния имеет зависимость от температу-
ры кристалла. Подвижность, обусловленная рассея-
нием носителей заряда на ионизованных центрах µ
I~Т3/2. Рассеяние носителей заряда на колебаниях
кристаллической решетки, которое определяет ве-
личину µреш, включающее в себя рассеяние на поляр-
ных оптических фононах µPO, рассеяние на акусти-
ческих фононах µAC, пьезоэлектрическое рассеяние
µPE (1/µреш=1/µPO+1/µAC+1/µPE), причем, величина µAC
~ Т-3/2, величина µPO ~ Т1/2, a величина µPE~T1/2. Для
построения зависимости µреш(Т) мы использовали
результаты работы [7]. Кривые µI(Т) рассчитыва-
лись с применением формул Брукса-Херринга (со-
кращенно Б-Х) [8] и Конуэлл-Вайскопфа (сокращен-
но К-В) [8]. Формулы Брукса-Херринга и Конуэлл-
Вайскопфа могут быть представлены соответствен-
но в удобном для расчетов виде :
( ) ( )
µ
ε
β
β
β
IБХ
I БХ
БХ
БХ
T
N m m Z
= ⋅
⋅
⋅ ⋅
⋅
+ −
+
∗
3 3 10
1
1
1
15
2 3
2
0
1
2 2
,
/ ln
(1)
( ) ( )µ
ε
βIКВ
I КВ
T
N m m Z
= ⋅
⋅
⋅ ⋅
⋅
+∗
3 3 10
1
1
15
2 3
2
0
1
2 2
,
/ ln
(2)
где члены βБХ и βКВ, имеют вид:
β
ε
БХ
T m m
n
= ⋅
⋅ ⋅ ∗
1 3 1014
2 2
0,
/
(3)
β
ε
КВ
IZ
T
K N=
⋅
⋅
⋅
1
16 100
2 10
2
2 2 19 2 3
,35
/
(4)
В формулах (1) - (4) для полупроводника n-типа
ε - относительная диэлектрическая проницаемость
среды; T - абсолютная температура; m* - эффек-
тивная масса электрона; m0 - масса свободного
электрона; Z - кратность ионизации рассеивающего
центра; NI - суммарная концентрация ионизованных
центров; n - концентрация свободных электронов.
В работе [9] на примере арсенида галлия n-типа
мы показали, что при расчетах подвижности носи-
телей заряда, обусловленной рассеянием на заря-
женных центрах, применение формулы Брукса-Хер-
ринга правомочно лишь в относительно слабо
компенсированном материале; при высоких степе-
__________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.38-42.
39
нях компенсации при расчетах µI следует использо-
вать формулу Конуэлл-Вайскопфа. Также были
определены области применимости формулы Б-Х и
К-В в поле значений n и µ.
Рис.1. Температурные зависимости подвижности
носителей заряда µ(Т), полученные эксперимен-
тально, в кристаллах арсенида галлия n-типа, неле-
гированных с концентрацией носителей
n=(5...7).1015 см-3 негидгогенизированных - 1 и гидро-
генизированных - 2
Концентрация и подвижность носителей заряда
при температуре 77 К, определенные эксперимен-
тально, в исходном (до облучения) материале соста-
вили соответственно n=5,0.1015 см -3 и µ=2,1.104
см2/(В.c). Концентрация ионизованных центров в
необлученном материале NI исх получена из значений
n и µ, измеренных экспериментально при 77 К, при
помощи формулы Брукса-Херринга (1), (3). Заме-
тим, что использование формулы Брукса-Херринга
при значении n=5,0.1015 см-3 и µ=2,1.104 см2/(В.c),как
следует из диаграммы, полученной нами расчетным
путем в [9], правомочно. Необходимо отметить, что
концентрация ионизованных дефектов, принимаю-
щих участие в рассеянии носителей заряда, не яв-
ляется неизменной величиной в интервале темпера-
тур 80...300 К из-за ионизации дефектов с ростом
температуры кристалла. Поэтому при построении
расчетных кривых µI(Т) мы использовали значения
(NIисх, NIобл)T - концентрации заряженных дефектов
при некоторой температуре в необлученном и облу-
ченном материале соответственно, где
(NIисх)Т=(NIисх)77К + ∆n1 (∆n1 - разность концентраций
носителей заряда при некоторой температуре Т и
при температуре 77 К, взятых из зависимости n(T),
полученной экспериментально для необлученного
кристалла), а (NIобл)Т=(NIобл)77К + ∆n2 (∆n2 - разность
концентраций носителей заряда при некоторой тем-
пературе Т и при температуре 77 К, заимствованные
из зависимости n(T), полученной экспериментально
для облученного кристалла). Концентрация ионизо-
ванных центров в облученном материале рассчиты-
валась из соотношения NI обл = NI исх + ∆n (∆n -
уменьшение концентрации свободных носителей за-
ряда вследствие введения радиационных дефектов
(РД)), т.е. полагалось, что введенные облучением РД
являются однозарядными дефектами [10] акцептор-
ного типа [11], а концентрация доноров остается
неизменной [11].
Температурные зависимости подвижности носи-
телей заряда в необлученных негидрогенизирован-
ных и гидрогенизированных кристаллах GaAs изоб-
ражены на рис 1.
Из рисунка видно, что подвижность носителей
заряда в кристаллах, прошедших обработку в водо-
родной плазме, незначительно изменилась во всем
температурном диапазоне по сравнению с µ в исход-
ном кристалле. Водород, внедренный в кристаллы
GaAs, легко связывается в комплексы с мелкими до-
норами [4].
Рис.2. Сравнение экспериментальной температур-
ной зависимости подвижности носителей заряда µ
эксп(Т) – 1; с расчетными температурными зависи-
мостями подвижности носителей заряда µреш(Т) –
2; µI(Т)Б-Х –3; µI(Т)К-В – 4; µполн(Т)Б-Х – 5; µполн(Т)К-В -6 в
кристаллах арсенида галлия с n=(5...7).1015 см-3 не-
гидрогенизированных, необлученных гамма-кванта-
ми
Однако ввиду малой энергии связи комплексы
«мелкий донор-водород» при температуре гидроге-
низации 400о С распадаются, а атомарный водород в
основном взаимодействует с глубокими примесями
и дефектами структуры, увеличивая количество
электрически активных дефектов, являющихся цен-
трами рассеяния, что приводит к изменению по-
движности носителей заряда. Однако отметим, что
введение водорода в кристаллы слаболегированного
и полуизолирующего GaAs не приводит к суще-
ственному изменению его электрических свойств
[5]. В нашей работе мы имеем случай слаболегиро-
ванного кристалла GaAs, и, кроме того, глубина
проникновения водорода в исследуемые кристаллы
40
незначительна (по нашим оценкам она составляет
приблизительно 10% от общей толщины исследуе-
мых кристаллов). Следовательно, взаимодействие
водорода с дефектами (концентрация которых в не-
легированном кристалле невелика) происходит
лишь в приповерхностном слое кристалла, поэтому
влияние водорода на процессы рассеяния в данном
случае невелико. Однако забегая вперед, отметим,
что после облучения гамма-квантами дозой
4,8.1017 см-2 присутствие водорода в исследуемых
кристаллах GaAs сильно влияет на их дефектный со-
став.
Рис.3. Сравнение экспериментальной температур-
ной зависимости подвижности носителей заряда µ
эксп(Т) -1 с расчетными температурными зависимо-
стями подвижности носителей заряда µреш(Т) -2, µ
I(Т)Б-Х -3, µI(Т)К-В -4, µполн(Т)Б-Х -5, µполн(Т)К-В - 6 в кри-
сталлах арсенида галлия с n=(5...7).1015 см-3 гидроге-
низированных, необлученных гамма-квантами
На рис.2 изображены зависимости µ(Т) для необ-
лученного γ-квантами негидрогенизированного кри-
сталла: полученная экспериментально µэксп и расчет-
ные кривые µI(Т) c использованием формулы Брук-
са-Херринга µI(Т)Б-Х и формулы Конуэлл-Вайскоп-
фа µI(Т)К-В, расчетная кривая µреш, а также суммар-
ные зависимости µполн(Т)Б-Х и µполн(Т)К-В соответ-
ственно с применением формулы Б-Х и К-В.
Из рисунка видно, что экспериментально полу-
ченная кривая µэксп (Т) удовлетворительно описыва-
ется расчетной зависимостью µполн(Т)Б-Х. Из темпера-
турной зависимости µэксп следует, что в области низ-
ких температур ~ 100...175 К подвижность опреде-
лятся преимущественно рассеянием на ионизован-
ных примесях, а в области температур 175...300 К -
рассеянием на колебаниях кристаллической решет-
ки, что характерно для достаточно чистых кристал-
лов с малой концентрацией дефектов.
Аналогичная ситуация наблюдается для необлу-
ченного гидрогенизированного кристалла (рис 3).
Экспериментальная зависимость µэксп (Т) достаточно
хорошо описывается расчетной суммарной кривой µ
полн(Т)Б-Х. Таким образом, механизмы рассеяния но-
сителей заряда в гидрогенизированном кристалле
такие же, как и в негидрогенизированном кристалле.
То есть дефектный состав гидрогенизированного ис-
следуемого кристалла мало отличается от дефектно-
го состава исходного кристалла, и влияние водорода
на подвижность носителей заряда практически
неощутимо.
Рис.4. Сравнение экспериментальной температур-
ной зависимости подвижности носителей заряда µ
эксп(Т) -1 с расчетными температурными зависимо-
стями подвижности носителей заряда µреш(Т) -2, µ
I(Т)Б-Х -3, µI(Т)К-В -4, µполн(Т)Б-Х -5, µполн(Т)К-В - 6 в кри-
сталлах арсенида галлия с n=(5÷7).1015 см-3 негидро-
генизированных, облученных гамма-квантами Со60
дозой 4,8.1017кв/см2.
После облучения негидрогенизированного кри-
сталла арсенида галлия гамма-квантами дозой
4,8.1017 см2 температурная зависимость подвижности
носителей заряда µэксп (Т) сильно изменилась по
сравнению с температурной зависимостью µэксп (Т) в
необлученном кристалле (рис. 4). Величина подвиж-
ности при Т=77 К упала на порядок, а зависимость
подвижности от температуры µ(Т)~Т3/2 во всем ис-
следуемом интервале температур, т.е. преобладаю-
щим механизмом рассеяния в этом случае является
рассеяние на ионизованных центрах (сравниваем µ
эксп (Т), µI(Т)Б-Х и µI(T)К-В).
Из рис.4 видно, что экспериментальная кривая µ
эксп (Т) не описывается двумя выбранными нами ме-
ханизмами рассеяния. В данной ситуации, возмож-
но, присутствует еще некоторый механизм рассея-
ния носителей заряда, для которого величина рассе-
яния не зависит от температуры кристалла в интер-
вале температур 77…291 К, за счет которого могла
так сильно уменьшиться подвижность носителей за-
ряда в облученном кристалле. Возможно положен-
__________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.38-42.
41
ное нами в основу расчетов µI(Т)Б-Х и µI(T)КВ) пред-
положение об однозарядности вводимых облучени-
ем дефектов не выполняется, т.е. в формулах (1) и
(3) Z ≠ 1, значит, в облученном кристалле присут-
ствуют дефекты с большей кратностью ионизации
(Z = 2). Таким образом, в данном случае можно
предположить, что спектр дефектов, влияющих на
подвижность носителей заряда, не ограничивается
однозарядными дефектами, а более многообразен.
Рис.5. Сравнение экспериментальной температур-
ной зависимости подвижности носителей заряда µ
эксп(Т) - 1 с расчетными температурными зависимо-
стями подвижности носителей заряда; µреш(Т) –2;
µIБ-Х(Т) - 3; µIК-В(Т) – 4; µполнБ-Х(Т) –5; µполнК-В(Т) - 6 в
кристаллах арсенида галлия с n=(5...7).1015 см-3 гид-
рогенизированных, облученных гамма-квантами 60
Со дозой 4,8.1017см2
На рис.5 изображены зависимости µ(Т) (экспери-
ментальная и расчетные как составляющие, так и
суммарные) для облученного той же дозой гамма-
квантов обработанного предварительно в водород-
ной плазме кристалла GaAs.
Из рисунка видно, что подвижность носителей
заряда после облучения в этом кристалле не так
сильно уменьшилась, как в негидрогенизированном
кристалле, что роль рассеяния на заряженных де-
фектах не так велика, как в негидрогенизированном
облученном кристалле, что в данном случае ощуща-
ется роль рассеяния на колебаниях кристаллической
решетки и что экспериментальная кривая удовлетво-
рительно описывается расчетной кривой, получен-
ной с учетом двух механизмов рассеяния: на колеба-
ниях кристаллической решетки и на заряженных де-
фектах (по К-В).
Удовлетворительное соответствие эксперимен-
тальной кривой и расчетной, полученной с исполь-
зованием формулы К-В, свидетельствует о достаточ-
но высокой степени компенсации кристалла. Однако
количество рассеивающих центров в гидрогенизиро-
ванном облученном материале значительно меньше,
чем в облученном негидрогенизированном кристал-
ле. Это означает, что в результате взаимодействия
водорода с дефектами структуры происходит их
пассивация, что в конечном итоге положительно
сказывается на подвижности носителей заряда в об-
лученных кристаллах GaAs. Таким образом, иссле-
дование механизмов рассеяния в гидрогенизирован-
ных и негидрогенизированных необлученных и об-
лученных кристаллах GaAs n-типа показало, что в
негидрогенизированных облученных кристаллах
спектр радиационных дефектов не ограничивается
однозарядными дефектами акцепторного типа, а, по-
видимому, более многообразен. Предварительная
обработка в водородной плазме приводит к частич-
ной пассивации дефектов в облученных гамма-кван-
тами кристаллах арсенида галлия.
Работа выполнена при финансовой поддержке
Белорусского республиканского фонда фундамен-
тальных исследований
ЛИТЕРАТУРА
1.J.L.Benton, C.J.Doherty, S.D.Ferris, D.L.Flamm,
L.C.Kimerling, H.J.Leamy. //Appl. Phys. Lett. 1980,
v.36, N8, p.670.
2.Э.М.Омельяновский, А.Я.Поляков. //Высокочи-
стые вещества. 1988, N 5, c.5 - 19.
3.J.Lagowski, M.Kaminska, J.M.Parsey., H.C.Gatos.
M.Lichtensteiger. //Appl. Phys. Lett. 1982, v.41, N11,
p.1078.
4.S.J.Pearton. //Hydrogen in III-V Compound Semicon-
ductors. Materials Science Forum. 1994, v.148–149,
p.493–480.
5.Э.М.Омельяновский, А.В.Пахомов, А.Я.Поляков.
//ФТП, т.21, вып 5, c.842-847.
6.D. Lancefield, A.K. Adams, M.A.Fisher .//J. Appl.
Phys. 1987, v.62, N6, p.2342-2359.
7.С.M. Wolfe, G.E. Stillman, and W.T.Lindley. //Jour-
nal of Applied Physics. 1970, v.41, N7, p.3088-3091.
8.К. Зеегер. Физика полупроводников. /Под ред.
Ю.К.Пожелы. М.: «Мир», 1978, 615 c.
9.Ф.П.Коршунов, Н.Ф.Курилович, Л.И.Мурин.,
Т.А.Прохоренко //Неорганические материалы. 2000,
т.36, №2, с.147-152.
10.D.Pons, J.Bourgoin .//J.Phys. C: Solid State Phys.
1985, v.18, p.3839 - 3871.
11.Ф.П Коршунов, Т.A.Прохоренко, Н.А.Соболев.
//Весцi Акадэмii навук БССР. Сер. фiз.-мат. Навук.
1991, N1, с.44 - 50.
12.
42
ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА ПРОЦЕССЫ РАССЕЯНИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ОБЛУЧЕННОМ -КВАНТАМИ 60Со, НЕЛЕГИРОВАННОМ GaAs n-ТИПА
ЛИТЕРАТУРА
|