Диссертация (1097819), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Обработка кристаллов вактивной плазме не позволяет очистить их поверхность от загрязнений.Процесс активации поверхности полупроводниковых соединений 2 5 включает в себя прогрев в вакууме при высоких температурах. При этом наряду судалением поверхностных загрязнений следует ожидать разложение соединений или неконгруэнтное испарение составляющих его компонентов.

В результате возможно изменение стехиометрического состава приповерхностной области,ее физико — химических свойств, что может привести к изменениям в закономерностях процесса активирования и в эмиссионных характеристиках поверхности полупроводника. Процесс термоочистки весьма критичен к температуреи продолжительности прогрева.Для определения допустимого температурного прогрева проводился систематический контроль за амплитудой оже — пиков компонентов соединения наразных этапах термообработки.162На рис. 3.2(а) и (б) представлены оже — спектры поверхности кристаллов2 и 2 , записанные после прогрева при разных температурах. Измерение оже — спектров производилось после охлаждении кристалла до комнатнойтемпературы.

Вакуум во время прогрева (до разложения материала) был нехуже, чем 6 ÷ 7 · 10−6 , а во время измерения оже — спектров — в пределах2 ÷ 1 · 10−7 Па. Термообработка кристаллов с целью удаления углерода и кис5лорода проводилась до температур сублимации или близких к ним: 2 (2ℎ)— 400, 2 — 575, 4 — 475, 2 — 450.‰Как следует из оже —спектров, термическим отжигом кристаллов не удается очистить поверхностьот и . Очистить поверхности всех исследованных кристаллов от углерода не удается даже припрогревах, при которых начинается диссоциация соединения. При температурах начала диссоциации навсех исследованных образцах появляются ямки термического травления, и поРисунок 3.3: а — температурная зависимость отношений оже —5пиков () к ( ) для 4 (1), 2 (2), 2 (2ℎ ) (3) и2 (4); б — изменение относительного содержания углерода наповерхности кристаллов при их прогреве; в, г — распределениеконцентрации свободных носителей заряда по глубине образцов8после отжига 2 (4 ) (в),52 (2ℎ) (г).верхность образцов в поглощенных электронах выглядит существенно неоднородно.

Процесс испаре-ния компонент кристалла контролировался масс — спектрометрическими измерениями при помощи квадрупольного фильтра масс. Анализ масс — спектров при соответствующих температурах разложения кристаллов 2 , 2 ,4 и 2 свидетельствует, что в спектрах присутствуют пики ионов + ,163+ , + , + .

Процесс термической диссоциации соединений 2 5 изучалсяв работе [148]. Количественная оценка парциальных давлений, полученная внастоящей работе по масс — спектрам, показывает, что в динамических условиях при температурах сублимации эти соединения испаряются конгруэнтно.Этот вывод согласуется с результатами работы [148].

В области более низкихтемператур процессы на поверхности развиваются не столь однозначно.На рис. 3.3(а) представлено изменение отношения интенсивностей оже — пиков (990 эВ) и (370 эВ) к оже — пикам (120 эВ) и (1128 эВ) для5соединений 2 (2ℎ), 2 , 2 и 4 в зависимости от температурыпрогрева кристалла. Это отношение для каждого из перечисленных материалов, начиная с некоторой температуры, претерпевает заметные изменения.

Для2 при температуре от 20 до 500 ‰ наблюдается лишь слабое падение отношения / , связанное с обогащением поверхности из-за его диффузиииз объема к поверхности и испарении. В температурном интервале от 500 до575‰наблюдается заметный рост / , связанный с увеличением относи-тельной концентрации в этой области из-за преимущественного испаренияатомов мышьяка.

Такой характер зависимости свидетельствует о конгруэнтности испарения до температур порядка 500‰5)для 2 . Для 2 (2ℎувеличение относительной концентрации атомов наблюдается в температурноминтервале 200÷250 и далее до 475 ‰ мало изменяется. Это, как в случае 2 ,связано с началом термической диссоциации 2 , диффузией к поверхности ииспарением . Этот факт подтверждается масс—спектрометрическим изучением продуктов испарения этих соединений. Испарение мышьяка может быть объяснено с позиций работы [148]. Согласно диаграмме состояния системы 2 ,реакция термической диссоциации имеет вид32 (тв) = 3 2 + 4 (г)Изотермы одного испарения навески 2 , полученные в работе [148], подтверждают именно такую схему испарения при температуре выше 500 ‰.

Масс— спектры 2 при температурах выше 500‰содержат следующие пики++++ (0.70), +4 (100), 3 (10), 2 (30), (12) (в скобках приведены от-164носительные интенсивности). Кристаллы 2 и 4 имеют более сложнуютемпературную зависимость относительных концентраций. Для 4 наблюдаются резкий рост отношения / при температуре 250 ÷ 300уменьшение / в температурном интервале от 300 до 400После прогрева при 475‰‰‰и резкое(рис. 3.3(а)).соотношение оже — пиков и в 2 раза вышепервоначального значения. Поверхность имеет избыток атомов кадмия по сравнению с начальным состоянием. Масс-спектрометрический анализ состава паранад поверхностью позволяет объяснить полученную зависимость.

Особенностипроцесса испарения 4 связаны с тем, что первоначально интенсивно испаряется с поверхности фосфор, однако в парах при температуре 300 ÷ 350‰ре-гистрируются и ионы кадмия. С увеличением температуры парциальное давление кадмия растет, а парциальное давление фосфора падает. Уменьшениепарциального давления фосфора связано с тем, что приповерхностная областьна большую глубину обедняется им, а скорость диффузии фосфора из объемасоединения недостаточно велика.

Коэффициент диффузии фосфора в 4 ,определенный авторами [148], составляет при 300‰1.4 · 10−18 см−2 /с. Для2 из—за более жестких связей коэффициент диффузии имеет более низкоезначение, поэтому обеднение приповерхностной области атомами фосфора происходит лишь в нескольких атомных слоях, что с учетом глубины выхода оже— электронов (370 эВ) и (120 эВ) объясняет меньшее значение кривой / в максимуме при температурах 250 ÷ 300.‰На рис. 3.3(б) приведены кривые изменения приведенной амплитуды оже —пиков углерода в зависимости от температуры для тех же образцов. Из графиков видно, что очистить поверхность от углерода прогревом до указанных температур не удается.

Для всех кристаллов наблюдается даже некоторый общийрост содержания углерода на поверхности. Это объясняется адсорбцией из остаточной атмосферы на поверхности кристалла и протеканием под действием электронного пучка реакции 2 → 2 + ↓. Необходимо отметитьпрактически одинаковую температурную зависимость изменения содержания5углерода на поверхности кристаллов 2 (2ℎ) и 2 .

Особенности на этойкривой практически совпадают с особенностями на кривых температурного из-165менения / и / . Такой корреляции у кристаллов 2 и 4 необнаружено.Оже — спектры, записанные с разных участков поверхности, указывают наприсутствие атомов углерода и кислорода практически на всех участках поверхности, не содержащих ямок термического травления. Оже-спектры, записанные с участков поверхности со множеством дефектов и ямок термическоготравления, содержат лишь пики элементов кристаллов ( и ), т.е. атомыуглерода и кислорода могут быть удалены с поверхности кристаллов лишь притермическом разложении и испарении материала.Интересно отметить, что температурный отжиг кристаллов приводит к изменению их электрофизических свойств на поверхности. На рис.

3.3(г) показаны профили распределения концентрации свободных носителей заряда по глу5) при температурахбине образца. Последовательный отжиг в вакууме 2 (2ℎ200 ÷ 450‰приводит к росту поверхностной концентрации носителей заряда.Отжиг в парах фосфора не приводит к изменению типа проводимости и концентрации носителей заряда. Увеличение концентрации свободных носителейв образцах — типа при отжиге в вакууме связано с увеличением вакансийфосфора в поверхностной области кристалла [149].Отжиг кристаллов 2 (48 ) (рис.

3.3(в)) электронного типа проводимостипри температурах < 350‰не приводил к изменению свойств кристаллов. Прибольших температурах происходило изменение типа проводимости с электронного на дырочный с ≈ 4 · 1015 см−3 . Послойное стравливание кристалловпоказало, что инверсия типа проводимости происходит на глубине, не превышающей 1.25 мкм. Аналогичные результаты получены на 2 .Выводы: Методами оже — спектроскопии изучены процессы на поверхности и в приповерхностной области полупроводников при термической обработкекристаллов и после ионного травления поверхности.

Установлено поведение адсорбированных атомов углерода и кислорода на поверхности после химическойобработки и температурных прогревов в вакууме, а также после воздействия активной плазмы. Оже — спектрометрическим анализом определено, что плазменная обработка поверхности и термический прогрев кристаллов 2 , 2 ,1662 и 4 до температуры сублимации материала не могут служить методомочистки поверхности от углерода и кислорода. Из масс-спектрометрических измерений установлено, что при температурах сублимации исследуемые соединения испаряются конгруэнтно. Определены технологические режимы получениячистых поверхностей с составами близкими к стехиометрическим для исследования процессов фотоэлектронной эмиссии в вакуум, создания состояния ЭОЭСна поверхности и получения поверхностно — барьерных структур на основе этихполупроводников. Установлена корреляции между физическими и структурными свойствами поверхности в процессе технологических операций.

Показано,что прогрев тетрагональных кристаллов 2 при температурах 200÷450 ‰ ведет к росту концентрации основных носителей заряда в кристаллах — типапроводимости и к инверсии знака проводимости в приповерхностной области вкристаллах — типа проводимости.3.2Влияние ионной бомбардировки на свойства поверхности 2 5 .Ионному травлению подвергались поверхности кристаллов 2 (48 ),5), 3 2 , 2 , 2 и 4 . Ионы аргона (+ ) с энергией 3 кэВ2 (2ℎ(ток в пучке — 2 мкА) направлялись под углом 30°к плоскости образцов. В процессе ионной бомбардировки, с целью контроля процесса очистки, фиксировалось изменение во времени амплитуды оже — пика углерода (наиболее стойкогоповерхностного загрязнения).На рис.

Характеристики

Список файлов диссертации