Отзыв ведущей организации (Взаимодействие водорода с дислокационными сетками сращенных пластин кремния)

НАЦИОНАл1ЬН1а1Й ИСС 31ЕДОВАТЕ01ЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» ФедеРАльнОе 3ДЗГ.;удхрственнтте БюджетнОе Учреждение нГ$ееератргенна нненпзт ааернгга фнтннн нн, Б. П, К!гас!а!пег!гана Наг!ген!ос!оного ггсесгеаоаатеггаеного нппра ахтрчаговснна ннстнг3гн НПЕЦ гхурчгп авена а !гаге гтп3та — П ИЙФ! нкр. Орлова ров!а, л. !, г. !'агвына. Ланвнгралскал оолас!ь, !аа300 Телефон: ! в ! 37 ! ! 4-6035, факс: ! в ! 37 ! ! 3-6035. Ь-лгн3: г3!г!30ргкр!вгсМгн ОКНО 02698654, ОГ!г3! !03470!342443. ИНН 4705003Х50, !ге!!и 47050!00! ектора по научной работе кий институт» — ПИЯФ д.ф,-м.н. В.В.

Воронпи — Петербургского института ядерной физики им, В,П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»вЂ” на диссертационную работу Лошаченко Антона Сергеевича «Взаимодействие водорода с дислокационнь3мн сетками сра3ценнь3х пластин кремния», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 61.04.16 — физика нолупроводннков.

Актуальность темы Изучению дислокаций в кремнии уделялось и уделяется довольно большое внимание, Такой повышенный интерес к этой области исследований объясняется характеристики многих полупроводниковых приборов (солнеч33Ь3х элементов на мультнкрист33ллическом кремнии, детекторов ядерных излучений н др.) а также воспроизводимость результатов ряда технологических процессов хуже из-за дефектов структуры н„прежде всего, дислокаций.

Дислокации в алмазоподобной ре3петке вызывают разрыв межатомных связей, эффекти~но геттернруют различные примеси из объема кристалла и тем самым обуславливают повып3енную рекомбинацию неравновесных носителей заряда. С другой стороны, дислокации могут играть и положительную роль. Так кремний с дислокациями рассматривается в качестве материала для создания светоизлучающих элементов, 1 совместимых с существующими технологиями микроэлектроники, а также для разработки полевых транзисторов с каналом повышенной проводимости.

Поэтому совершенно ясно. что возникает необходимость в разработке технологических приемов, позволяюших, с одной стороны, подавлять рекомбинационную активность дислокаций. а с другой — увеличивать их излучательную способность. Одним из способов управления дефектно-прнмесными состояниями в полупроводниках является введение в материал водорода. К настоящему времени установлено, по во многих случаях взаимодействие водорода с примесью или дефектом приводит к подавлению их элекгрической активности, Достаточно хорошо исследован механизм взаимодействия мелких акцепторов и доноров с водородом. Определены основные конфигурации и параметры образующихся водородосодержащих комплексов.

Несколько иная ситуация в случае дислокаций. Несмотря на большое число исследований, четкое понимание механизма взаимодействия водорода с дислокациями в кремнии отсуп:твует. Нет данных о начальной стадии этого взаимодействия при низких температурах, когда водород уже имеет заметную подвижность в решетке кремния и способен попасть в область упругих напряжений дислокации, но при этом еще не взаимодействует с ее ядром, Детали процесса накопления водорода в деформационном поле дислокаций и влияние его на рекомбинационную активность дислокаций остались вне поля зрения исследователей. Данные об энергии связи водорода с дислокациями также скудны. Однако без знаний основных закономерностей процесса взаимодействия водорода с дислокациями, особенно при низких температурах 1300-400 К), невозможно создать комплекс технологических операций, способствующих получению приборов на дислокационном кремнии с оптимальными характеристиками.

Из всего вьппесказанного следует, что тема диссертационной работы Лошаченко А.С. кВзаимодействие водорода с дислокационными сетками сращенных пластин кремнияя является безусловно актуальной. Целью работы является установление основных закономерностей взаимодействия водорода с дислокациями в диапазоне температур 300-400 К, когда водород сохраняет свою подвижность, но не вступает в реакции с состояниями вблизи ядра дислокаций. Структура и краткое содержание работы Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, обсуждения результатов, заключения и списка цитируемой литературы.

Общий объем работы— 145 страниц печатного текста. в том числе 6 таблиц и 51 рисунок. Во введении обоснована актуальность работы„сформулирована цель и определены задачи, которые надо решить для ее достижения. Первая глава содержит подробный обзор литерагуры о природе и типах дислокаций, рассмотрены имеющиеся теоретические и экспериментальные данные о положении в запрещенной зоне энергетических уровней, ассоциированных с дислокациями, и влиянии на них отжнгов при высокой температуре. Приводится обоснование выбора объекта исследований - сращенных кремниевых пластин, интерФейс которых не содержит каких-либо заметных загрязнений переходными металлами, а регулярные дислокационные сетки локализованы параллельно поверхности на очень малой глубине.

Вторая глава посвящена водороду в кремнии. Она весьма информативна. Рассмотренная диссертантом литература свидетельствует об имеющемся на сегодняшний день огромном объеме экспериментальных результатов и теоретических расчетов, описывающих процессы взаимодействия водорода с точечными дефектами в кремнии. В то же время, как следует из представленного обзора, многие детали процесса взаимодействия водорода с дислокациями остаются практически не изучениымн, что затрудняет полное понимание механизма водородно-дислокационного взаимодействия.

В главе 3 приведено описание технологии изготовления сращенных пластин и способов приготовления образцов для исследования. Дается подробное описание методов исследования: просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), нестационарной спектроскопии глубоких уровней (В1.ТК), спектроскопии комбинационного рассеяния (КС). Рассмотрена теория жидкостно-химического способа введения водорода и определения концентрационного профиля легирующей примеси из измерения вольт-фарадных характеристик (С-У метод). Приводятся результаты, взятые из литературы, свидетельствующие о влиянии на концентрационный профиль легирующей примеси дрейфа водорода в поле обратно-смещенного барьера Шотткн при повьппе иной температуре (КВА- процедура).

В этой же главе представлены полученные автором с помощьк> ПЭМ фотографии интерфейса сращенных пластин. Глава 4 — демонстрация и анализ полученных автором многочисленных экспериментальных результатов по поведению водорода в контрольных образцах и в образцах с интерфейсом сращенных пластин кремния р-типа проводимости, полученных из вольт-фарадных характеристик концентрационных профилей бора после различных КВА-процедур.

В главе 5 для определения конфигурации водорода в окреспюсти интерфейса срагценных пластин диссертантом проведены дополнительные исследования исходных и прошедших термическую обработку образцов методом спектроскопии ~о~б~~ационно~о рассеяния. За счет уменьшения 1ол1цины исследуемых пленок Лошаченко А.С. удалось увеличить чувствительность метода почти в 25 раз. Глава 6 посвяшена изучению ~з~~~одеЙс~в~~ водорода с электрически активными центрами вблизи и непосредственно в ядре дислокации.

На основании сопоставления данных, полученных при измерении (Н.,ТЯ„С-'Ч характеристик и КР, сделано заключение, что энергия связи (Ноас*) с решеткой растет по мере приближения к ядру дислокации и предлагается диаграмма хода потенциала для миграции водорода в окрестности ядра дислокации, объясняющая полученные экспериментальные результаты, В заключении формулирузотся основные результаты.

Список литературы содержит 207 наименований. Результаты работы и нх новизна Использование сращенных кремниевых пластин в качестве объекта исследований и комплекса экспериментальных методов позволило Лошаченко А.С. получить обширную информацию о поведении водорода в кремнии и механизме его взаимодействия с дислокациями. Получено очень много интересных„представляющих научный и практический интерес результатов. Некоторые из них, с нашей точки зрения, заключаются в следующем: Установлено, что дислокационная сетка на интерфейсе сращенных пластин кремния ля~~ется препятствием для миграции водорода в объем кристалла, а окрестность интерфейса характеризуется повышенным коэффициентом сегрегации водорода (К=20-100). Впервые показано, что миграция водорода через дислокационную сетку возможна только при отжиге с приложением внешнего электрического поля.

— Выявлено, что отжиги приводят к перераспределению водорода в окрестности ядра дислокации. при этом часть его переходит в ядро дислокации. Последнее проявляется как пассивация дислокационных глубоких уровней. Установлено, что водород в области упругих напряжений кристаллической реп1етки находится в относительно стаби~~~о~ нейтральном состоянии и локализован в центре связей между атомами кремния -~Ноас). — Впервые обнаружено наличие слабосвязанного водорода в окрестности дислокаций.

Проведень1 оценки энергии связи водорода с дислокациями при низких температурах Предложена новая методика измерения слабых сигналов комбинационного рассеяния от захороненных в объеме материала слоев. основанная на использовании ~и~и~еского интерференцнонного усиления в комбинации с методами просвечивающей оптической и электронной микроскопии. Новизна исследований Автором четко сформулирована цель диссертационной работы, которая заключается в установлении основных закономерностей взаимодействия водорода с дислокациями в диапазоне температур 300-400 К, когда водород сохраняет свою подвижность„но не вступает с состояниями вблизи ядра дислокаций.