Автореферат докторской диссертации (1097791), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Возможности метода РСКР были апробированы при регистрации малых (вплоть до0.1 см-1) сдвигов линий КР в пористом кремнии [3, 4] и радиационных поврежденийкристаллов кварца [5].Для регистрации СФПМ, интенсивность которых на два порядка меньше интенсивностифононных пиков КР первого порядка, использовался специально разработанный и созданныймногоканальный автоматизированный КР спектрометр на базе полихроматора МДР-23 идвойногопредмонохроматора с вычитанием9дисперсии.В качествефотоприёмникаиспользована высокочувствительная передающая телевизионная трубка типа супервидиконЛИ-703 с усилителем яркости ЭП-10 на входе.
Приведено обоснование выбора оптическойсхемы многоканального анализатора с дополнительным предмонохроматором с вычитаниемдисперсии. Применение указанных выше технических решений позволило существенноповысить чувствительность и контраст прибора.Для регистрации спектров ФО предложена методика, с применением двойногомонохроматора [6], позволяющая минимизировать воздействие на образец зондирующегоизлучения и засветку фотоприемника рассеянным модулирующим излучением. Регистрацияспектров осуществлялась с помощью двойного монохроматора МДР-6, в который былавмонтирована дополнительная входная щель. Модуляция отражения осуществлялась либо HeNe лазером на длине волны 632.8 нм (мощность 1 мВт), либо узконаправленнымисветодиодами типа СДК с длинами волн 470 нм, 530 нм, 590 нм и 650 нм с помощьюмеханическогопрерывателясчастотой370Гц.Показано,чтовспектрахФО,зарегистрированных в оптической схеме с применением двойного монохроматора существенноулучшается соотношение «сигнал/шум».Третья глава посвящена исследованию методом КР структурного разупорядочениякремния в процессе ионной имплантации.
В ней рассматривается влияние технологическихрежимов имплантации (дозы, массы и энергии имплантируемых ионов) на спектры КР кремнияи возможности КР по идентификации типа структуры имплантированного слоя, его профиля ипороговой дозы аморфизации. Получены количественные оценки степени разупорядочениякристаллической решетки на всех этапах процесса имплантации [7-11] для различных типовионов в широком диапазоне доз и энергий.В § 3.1 установлены закономерности изменения спектра КР при увеличении дозыимплантации. Получены спектры КР кристаллов кремния, имплантированных ионами P+, Sb+,12Se+, As+, B+ с энергией Е=50 кэВ в диапазоне доз 1015- 10см-2 и спектры РСКР тех жеобразцов в области фундаментального колебания кремния (n = 520.5 см-1). Установлено, что,независимо от типа имплантируемых ионов, процесс трансформации спектра КР припоследовательном увеличении дозы имплантации осуществляется в три этапа, которымсоответствуют три типа структуры приповерхностного слоя, различающиеся степеньюнарушения дальнего порядка в кристалле.
Причиной изменения спектра КР являетсялокализация фононов вследствие сокращения корреляционной длины с ростом дозы. Тип ионавлияет лишь на дозовые границы этапов. В частности, в спектре КР кремния,имплантированного ионами фосфора (рис. 1) наблюдаются следующие закономерности:10Рис.1.СпектрыимплантированногоКРSi,ионамиP+(Е=50 кэВ). Дозы имплантации(см-2): 1 - 0, 2 - 3·1012, 3 - 6·1012, 4 6·1012, 5 – 1·1013, 6 - 3-1013, 7 6·10I3, 8 - 3·1014, 9 - 6·1014 (слева)и разностные спектры в областифундаментального(справа)колебанияэталонногоиимплантированных образцов.1) при дозах 3×1012 - 3×1013 присутствует максимум фундаментального колебания иполосы второго порядка, ответственные за двухфононные процессы.
При увеличении дозыимплантации происходит ослабление максимумов КР первого и второго порядка. Этосвидетельствует о сокращении корреляционной длины в кристалле, хотя ее величина остаетсябольшой по сравнению с длиной волны света. Такой вид спектра соответствует накоплениюточечных дефектов в решетке кремния при сохранении монокристалличности.2) при дозах 3×1013 - 3×1014см-2 появляются широкие полосы с максимумами 160, 300 и470 см, соответствующие максимумам плотности фононных состояний и свидетельствующие опереходе в аморфную фазу. Наблюдающаяся на их фоне уширенная и сдвинутая в областьнизких частот линия фундаментального колебания свидетельствует о наличии нанокристалловв аморфной матрице. Такому типу спектров соответствует величина корреляционной длины вдиапазоне 3 - 30 нм.3) Дозы 3.1014 - 6.1014 см-14 и более.
В спектре наблюдаются только полосы,соответствующиеаморфнойфазе.Этосвидетельствуетополнойаморфизацииприповерхностного слоя. Характерная для такой структуры корреляционная длина сравнима спараметрами кристаллической решетки.В § 3.2 для количественной оценки степени аморфизации имплантированного слоя мыввели параметр x = 1 -I impI0(где Iimp и I0 – интегральные интенсивности имплантированного иэталонного образца, соответственно) и измерили методом РСКР его значение для нескольких11серий образцов кремния, имплантированного ионами фосфора, сурьмы, бора, мышьяка, селенас энергией Е=50 кэВ в диапазоне доз 1012 - 1015 см-2.В зависимостиx от дозы имплантации для различных ионов наблюдаются трихарактерных участка (рис.
2): I - медленное возрастаниеx вблизи 0; II - резкое возрастание x ;III - "насыщение" вблизи 1. Каждый из участков соответствует определенному типу структурыимплантированного слоя: I - монокристалл с дефектами; II - аморфная матрица снанокристаллами, количество и размер которых уменьшаются с ростом дозы имплантации; III полностью аморфный слой. Используя модель, описывающую связь параметрадолей аморфной фазыx с объемнойf a , мы определили степень и пороговые дозы аморфизацииимплантированного слоя для ионов различного типа (рис. 3).Рис.2.Зависимостьx= 1 - Iimp I 0отпараметраРис. 3.
Зависимость объемной долидозыаморфной фазы fa кремния, от дозыимплантации для различных ионов.имплантации для различных ионов.В§3.4рассмотрены особенностиКР,обусловленныеизменениемэнергииимплантированных ионов, и установлена их корреляция с соответствующими изменениямипрофиля структуры имплантированного слоя. Для повышения чувствительности к малымизменениям в спектре использовалась методика РСКР. Анализ спектров КР кристалловкремния, имплантированных ионами P+, As+, Se+, Si+, показал, что вид спектра зависит как отвеличины энергии имплантируемых ионов, так и от конкретного сочетания энергии и дозыимплантации.
Для примера рассмотрим спектры КР кристаллов кремния, имплантированных12ионами фосфора с дозой D = 3.10 14 см-2 и энергиями Е1 = 50 кэВ (а) и Е2 =150 кэВ (b) (рис.4).Рис. 4. Спектры КР кристаллов кремния,имплантированных ионами фосфора с дозойD = 3.10 14 см-2 и энергиями Е1 = 50 кэВ (а),Е2 =150 кэВ (b), а также спектр эталонногомонокристалла кремния из той же серии (c)(слева). Разностные спектры для тех жеобразцов приведены справа.Рис.
5. Плотность энергетических потерьионов Р+ в кремнии в зависимости отрасстояния до поверхности. Волнистыестрелки указывают глубины проникновениясвета ( l =488 нм) в аморфном икристаллическом кремнии.Для энергии Е2 =150 кэВ линии, соответствующие аморфному кремнию, не наблюдаются, хотядоза имплантации превышает порог аморфизации.
Линия фундаментального колебанияфактически не изменяется по интенсивности по сравнению с эталонным образцом. Однако,соответствующий спектр РСКР свидетельствует о сдвиге ее частоты ( Dn = 0,16 + 0,08 см-1) иуширении ( Dg = 0,3 + 0,1 см-1). Такие изменения параметров линии обычно наблюдаются привозникновении в решетке механических напряжений. Полученные результаты можнообъяснить, учитывая, что критическая плотность потерь энергии для спонтанного перехода ваморфное состояние не зависит от типа иона и энергии и составляет ~ 5.1020 кэВ/см3.
Такимобразом, аморфный слой может формироваться, начиная с доз имплантации, для которыхмаксимальное значение плотности потерь энергии превышает критическое значение. Если приэтом энергия имплантации невелика, то максимум плотности потерь энергии лежит вблизиповерхности, и критическое значение достигается как в максимуме, так и на поверхности. В13этом случае аморфная фаза формируется непосредственно на поверхности и существует толькоодна (нижняя) граница ее раздела с кристаллической фазой.При увеличении энергии имплантации максимум энергетических потерь сдвигаетсявглубь кристалла. На поверхности плотность потерь энергии падает ниже критическогозначения, и аморфный слой формируется, начиная с глубины, где это значение достигается.Между поверхностью и аморфным слоем образуется деформированный слой, сохраняющийкристаллическую структуру.
Таким образом, кроме нижней границы раздела аморфного слоя исубстрата возникает вторая (верхняя) граница раздела аморфной и кристаллической фаз. Придальнейшем увеличении энергии имплантации граница раздела фаз сдвигается вглубькристалла, толщина приповерхностного кристаллического слоя растет, и его деформацияуменьшается. Увеличение дозы имплантируемых ионов приводит к уменьшению толщиныприповерхностного кристаллического слоя, и при определенной дозе амoрфная фаза можетснова выйти на поверхность.На рис.5 приведена плотность энергетических потерь ионов фосфора в кремнии взависимости от их глубины проникновения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
