Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Эти примеси являются малоэффектывньпни центрами рекомбинации носителей и сравнительно слабо влияют на величину ых времени жизни. Примесы тяжелых и благородных металлов (Ге, Н), Сг, Аг, Сп, АВ Ап и др.) в большинстве П.м. образуют глубокие, часто многозарядные донорные или акцепторные уровни в запрещенной зоне, имеют большие сечения захвата носителей заряда ы являются эффективными центрами рекомбинации носителей, приводя к значит. снижению их 114 ы полупроводниковых времени жизни Эти примеси обладают малой и обычно ярко выраженной ретроградной р-рнмостью в П м и имеют очень малые значения коэф распределения между кристаллом и расплавом Легирование ими производят в тех случаях, когда надо получить П м с малым временем жизни носителей илн с высоким уд злектрич сопротивлением, достигаемым компенсацией мелких энергетич уровней противоположной природы Последнее часто используют для получения пол)!изолирующих кристаллов широкозонных П м типа АнВи (СаАв, ОаР, 1пР), легирукнцичи примесями служат Сг, Ре, )ь(1 Оси характеристики наиб распространенных примесей в важнейших П м представлены в табл 2 Легированне П м обычно осуществляют непосредственно в процессах получения монокристаллов и эпнтаксиальных структур Примесь вводится в расплав либо в вчде элемента, либо в виде сплава с данным П м (лигатуры) Часто легирование осуществляют из газовой фазы (паров) данного элемента или его легколетучих соединений Это — осн способ легнрования в процессах зпнтаксни при кристаллизации из Табл 2 -ХАРАКТЕРИСТИКА ВА2КНКЙШИХ ЛЕЕВ(РУЮШИХ ПРИМХСХИ а аь Се н Сап Прн Элект Энергии поиска- Кааалснт- месь рии тип пнн прнмесного имй (тет- примеси уровню еВ раалрие ) релиус, нм Макс р-рамость атом/сит Котф !мс препеле.
ниа меплу крнстлтлом н расплааом 6 !Оее (!4(Ю С\ 2 !О'е (1250'С) ! ю" (ю о'с) )з 10" Пгоо.с) !в !Ом (!гоо с) б 10'е (1350 'О в !о" (1320'с) 32 10ге (!320'С) 38 10ге (1320 С) 1,2 Ю' (1300*С) В А А1 А Са А Ы А т! А Р Д Ал Д вь д В~ Д о,в О'Ог 0 003 410' !о ' 035 Оз О Огэ 7 !О* 8 10 е ю' 25 1О Ре Д Мп Д Ао А д Германий 088 0 126 0126 О !44 0 147 О!!О 0 118 0 !16 0 146 0 126 0135 !о ООГ) 0 037 !гю' 4 10 012 ОО3 ООО3 4510' -)Ю е !510' В А А! А Оа А 1п А Т! А Р Д Ае Д 50 Д В! Д ре д со А 2110' 0150 Ап А Арсен Е 00024 Е. 'о ООИ е',-оип Е, + 0025 Меткий урааеиь Е -)003 чепкин уроаень е -оцм Е, — 0003 Е, — ООО3 Е„4037 Е„ь 054 Е 4-081 Е .! 0023 Е„е-0'5 Е„е- 024 Е„е- 051 нп галлиа О(3! 0 148 0 117 О 122 042 002 0 14 0 015 2 10м (!238'С) ! 10"' (Ю38 С) гл А Сб А д ж А д Се А вп Д в д Зе Д Тс Д 6 10" (Ы38 С) 6 10м (1238'С) 5Ю' 05 040 ООЮ го!а' 58 10 2 10 О 140 О !04 о!ы 0 132 0 126 О )3О 0 135 Ре А С А Со А Примечание 1)Длк анаеений макс р римастл аскобкак указана т ра «реп оиа соотаетстаует 2) А-акпептор Д лоаор 3) Е, палолнние лна зоны прааолпмостн, Е„-полопснне по~олив аалеитной зовы 115 Е, + 0045 Е, + 0 057 Е„+ 0065 Е,+016 е,'+ 026 Е,'-О ма Е, — 0049 Е' ,— 0 039 Е -0069 Е,— 053 Е'„4 040 Е,— 053 Е,+0!9 Е,' — 0,30 Е„+ 001 Е, 0001 Е.
'1. 001 Г, '4- ОО! Ео 4001 е'- оо! р.,— оо! Е.,'— ОО! Е' — 0 01 Е,— 027 Е.'+Овс Е 4-004 е,'+ озг Е,-026 Е, +005 Е„'+О!5 Е,— 004 Е,-020 Кремней овв Оыб 0126 О 144 О 147 ОП 01!9 0 136 0145 0,126 0 127 0 150 4 !Ом()СО С! 5 10к (700'С) 4 !Ом (ВОО С) 6 1О" (800'О 5 ю" ПОО с) 13 10'е (870'С) 5 10м (750 С) г !Ом бчо с) газовой фазы При молекулярно-пучковой эпитаксии источником легнруюшей добавки обычно является сама элементарная примесь Расчет необходимого солержания легирующей примеси требует знания точной кочичеств связи между ее концентрацией и заданными св-вами П м, а также основных физико-хнм характеристик примеси коэф распределения между газовой !разой и кристаллом (К), упругости паров и скорости испарения в широком интервале т-р, р-римости в твердой фазе и т п Одна из главных задач легирования-обеспеченне равномерного распределения вводимой примеси в объече кристалла и по толщине зпвтаксиального слоя При направленной кристаллизации из расплава равномерное распрслеленне примеси по длине слитка достигается либо путем поддержания ее пост концентрации в расплаве за счет его нодпнткн из твердой, жидкой или газовой фазы, либо путем программированного изменения эффективного коэф распрелеления примеси при соответствующем изменении параметров процесса роста При зонной перекриставлизапии для примесей с К «1 обычно используют целевую загрузку примеси в начальную раснлавл зону с послелуюшим ее проходом через всю заготовку Эффективный способ повьппения объемной однородности монокрнсталлов-воздействие на массоперенос в расплавс наложением майн воля Однородного распределения примеси по толщине слоя в процессе жидкофазной эпитаксни достигают кристаллызацией при пост т-ре в условиях подпитки расплава, а прн газофазной эпитаксни — поддерх,анием пост концентрации легирчющей примеси в газовой фазе над подложкой на протяжении всего процесса наращивания Легирование П м может быть осуществлено также путем радиац воздействия на кристалл, когда в рсзулыате ядерных р-ций с участием собств атомов в-ва образуются электрически активные примеси Наиб интерес для радиац легирования представляет воздействие тепловыми нейтронами, к-рые обладают большой проникающей способностью, что обеспечивает повыш однородность легировання Концентрация примесей, образующихся в результате ней ронного облучения, определяешься соотношением Р( = т'(ОП,Сер(, где )((о — кол-во атомов в единице объема ук м, а,— сечение поглощения тепловых нейтронов, С,-содержание (%) соответствующего нуклида в естеств смеси, !р— плотность потока тепловых нейтронов, (-время облучения Легирование облучением тепловыми нейтронами обеспечивает строго контролируемое введение заданных концентраций примеси и равномерное ее распределение в объеме кристалла Однако в процессе облучения в кристалле образуются радиац дефекты, для устранения к-рых необходим последующий высокотемпературный отжиг Кроме того, может появиться наведенная радиоактивность, требующая выдержки образцов после облучения Легирование облучением тепловыми нейтрона лн обычно используют для получения однородно легированных фосфором монокрнсталлов В! с высоким уд электрич сопротивлением В данном случае происходят след ядерные р-ции зоо („ Т)3! о, () 3! Р г,бч Перспективен этот метод для ОаА8 и ряда др П м При создании стр)ьтур с р —,и-переходами для полупроводниковых приборов широко используют легированис путем диффузионно! о введения примеси Профиль концентрации примеси прн диффузии описывается обычно ф-цией ошибок и имеет вцд плавной кривой, характер к-рой определяегсч след фаьторамн т-рой и временем проведения процесса, толщиной слоя, из к-рого осуществляется диффузия, концентрацией н формой нахождения примеси в источнике, а также ее злектрич зарядом и возможностью взаимодействия с сопутствующими примесями н дефектамн в П м Из-за малых значений козф диффузии осн легнрующих примесей диффузионное легирование обычно проводят при высоких т-рах (для Вп напр, при \100- !350'С) и в течение длит 11б времени; прн этом оно, как правило, сопровождается генерированнем в кристалле значит.
кол-ва структурных дефектов, в частности дислокаций. При диффузионном лсгированин возникают трудности в получении тонких легированных слоев и достаточно резких р-л-переходов. Для получения топких легированных слоев перспективны процессы ионного лбгирования (ионной иыплантации), при к-рых введение примесных атомов в приповерхностиый слой материала осугцествЛяется путем бомбардировки соответствующими ионааги с энергией от песк. КэВ до песк.
МЭВ. Возможность введенич практически любой примеси в любой П.м., низкие рабочие т-ры процесса, гибкое управление концентрацией и профилем распределения вводимой примеси, возможность легнрования через диэлсктрич. покрытия с получением тонких, сильно'легированных слоев обеспечили широкое распространение этого метода в технологии полупроводниковых приборов.
Однако в процессе ионного легирования генерируются собств. точечные дефекты структуры, возникают области разупорядочения решетки, а при болыцих дозах — аморфизованные слои. Поэтому для получения качеств. легированных слоев необходим последующий отжиг введенных дефектов. Отжиг проводят при т-рах существенно более низких, чем прн диффузии (для %, напр., не выше 100 — 800'С), После отжита св-ва имплантнрованных слоев близки к св-вам материала, легированного до тех же концентрапий траднц. Методами. Структурные дефекты.
Осн. структуоными дефектами в монокристаллах и эпитаксиальных слоях П.м, являются дислокации, собств. точечные лефекгы и нх скопления, дефекты упаковки. При выращивании моиокристаллов дис локации возникают под действием термич. напряжений, обусловленных неоднородным распределением т-ры в объеме слитка. Др.
источниками дислокаций в монокрис~аллах являются дислокации, прорастающие из затравки, примесиые неоднородности, отклонения от стехиометрич. состава, Часто дислокации образуют в кристаллах устойчивые скопления — малоугловые границы. Оси. способами сннжения плотности дислокаций в монокристаллах являются: уменьшение уровня термич. напряжений путем подбора соответствующих тепловых условий выращивания, обеспечение равномерного распределения состава в объеме, строгий контроль стехиометрич. состава, введение «упрочняющих» примесей, затрудняющих движение дислокаций и их размножение. В настоящее время даже в проы. условиях выращивают бездислокац, монохрнсталлы % диаметром до 210 мм.
Успешно решается задача получения бездислокац. Монокристаллов Ое, ОаАз, 1пБЬ н др. П. м. В эпитаксиальных композициях оси. источниками дислокаций являются: напряжения несоответствия, обусловленные различием периодов решетки сопрягающихся материалов; термнч. напряжения из-за различия коэф. термич. Расширения сопрягающихся материалов или неравномерного распределения т-ры по толщине и пов-стн наращиваемого слоя; наличие градиента состава по толщине эпитаксиального слоя. Особенно трудна задача получения маиоднслокап. гетерокомпозицнй, Для снижения плотности дислокаций в рабочем слое заданного состава используют технику создания промежуточных по составу «градиентных» слоев нли подбирают изопериодные (с близкими значениями периодов кристаллич.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
