Автореферат (1149282), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дислокационная сетка, образованная сращенными пластинами кремния, является эффективным препятствием для диффузии водорода при низких температурах (до 400 K). Миграция водорода через интерфейс сращенных пластин можетбыть стимулирована приложением внешнего затягивающего электрическогополя.2.
Окрестность интерфейса сращенных пластин кремния характеризуется повышенным коэффициентом сегрегации (K≈20-100) водорода. Водород в этой области находится в нейтральном состоянии и локализован в центре связей междуатомами кремния (H0BC). H0BC в области упругих напряжений дислокационнойсетки относительно стабилен, и данная конфигурация частично сохраняетсявплоть до температур 500℃.3. Новая методика измерения слабых сигналов комбинационного рассеяния отзахороненных в объёме материала слоёв, основанная на использовании оптического интерференционного усиления в комбинации с применением методовпросвечивающих оптической и электронной микроскопий, позволяет обнаружить колебательную моду моноатомного водорода на дислокационных сетках вкремнии.64.
Энергия активации процесса экстракции слабосвязанного водорода с дислокационных сеток имеет широкий набор значений от 0,9 до 1,7 эВ, что объясняетсяего расположением в полях упругих напряжений дислокаций и разной удалённостью от их ядер. На основании экспериментальных данных предложена энергетическая диаграмма, объясняющая процесс миграции водорода в окрестностивинтовой дислокации.Личный вклад автораИзготовление и исследование Шоттки диодов методами ёмкостнойспектроскопии, составление и выполнение всей программы экспериментальнойчасти работы проводилось либо автором, либо студентами под его руководством. Изготовление фольг для просвечивающей электронной микроскопии, исследования методами просвечивающей электронной микроскопии и анализструктуры дислокационной сетки сращенных пластин кремния, проводилосьавтором на базе МРЦ «Нанотехнологии».
Измерения спектров комбинационногорассеяния проводилось на базе РЦ «Оптические и лазерные методы исследования вещества» и РЦ «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники» Исходные сращенные пластиныкремния предоставлены компанией Soitec.Предложенные подходы к изучению взаимодействия водорода с интерфейсом сращенных пластин, модели и выводы – результат обсуждения экспериментальных данных автора с научным руководителем.Достоверность полученных результатовДостоверность экспериментальных результатов подтверждает их воспроизводимость для большого числа образцов, совпадением экспериментальныхданных для контрольных образцов с литературными данными, хорошим качественным согласием экспериментальных результатов для структур с дислокационной сеткой с теоретическими предсказаниями и численным моделированием,а также внутренней согласованностью результатов, полученных различнымипредставленными в работе экспериментальными методами.Публикации.
Материал настоящей диссертации опубликован в 13 научных работах, в том числе в 4 статьях, индексируемых в международных библиографических базах данных Web of Science и Scopus, одна из которых также включенаВысшей аттестационной комиссией РФ в список изданий, рекомендуемых дляопубликования основных научных результатов диссертации на соискание учёной степени кандидата наук.Структура и объём диссертацииДиссертация состоит из введения, шести глав, обсуждения, заключения и спискацитируемой литературы из 207 наименований.
Объём диссертации 145 страниц,включая 51 рисунок и 6 таблиц.Основное содержание диссертацииВведение содержит информацию о причинах научного и практическогоинтереса к процессам взаимодействия водорода с дислокационными структурами в кремнии, а также о причинах крайне скудных экспериментальных данных,имеющихся к настоящему времени.7Глава 1. В первой главе приводится классификация дефектов в кристаллах, вводятся основные понятия, связанные с дислокациями. Обсуждаетсяструктура ядер 60°- и винтовой дислокаций в кремнии. Даётся обзор и проводится анализ экспериментальных и теоретических исследований глубоких дислокационных уровней в запрещённой зоне кремния.Глава 2 содержит обзор теоретических и экспериментальных результатов изучения поведения водорода в кристаллической решётке кремния.
Рассматриваются методы введения водорода в кристалл (гидрогенизация), отмечаютсяслабые и сильные стороны каждого из них. Описаны прямые и косвенные методы детектирования и контроля количества водорода в объёме кристалла, с указанием диапазона применимости того или иного метода.Далее приводятся теоретические и экспериментальные результаты,имеющиеся в данной области до настоящей работы, описывающие миграциюводорода и его реакцию с кристаллической решёткой, точечными и протяжёнными дефектами. В частности, приведены сводные результаты инфракраснойспектроскопии поглощения и спектроскопии комбинационного рассеяния – методов, характеризующих положения и конфигурации водорода, в кристаллической решётке. Экспериментальные результаты и теоретические расчёты поопределению энергии связи водорода и водородсодержащих комплексов в кремнии, а также результаты моделирования и измерения коэффициента диффузииводорода в аморфном, поликристаллическом, дислокационном и монокристаллическом кристаллах.Отмечается, что основной массив экспериментальных результатов приходится на изучение взаимодействия водорода с точечными дефектами, а еговзаимодействие с дислокациями ограничивается рядом теоретических работ инемногочисленными экспериментальными данными.
Последнее объясняетсясложностью и зачастую неоднозначностью дислокационной структуры в исследуемых образцах, и, как следствие, со сложностью и неоднозначностью анализаполученных результатов.Глава 3 посвящена описанию используемых в настоящей работе образцов и структур, применяемых процедур обработки и измерительных методов.Описаны процедуры приготовления фольг для исследований методамипросвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Определены типы и плотности дислокаций на интерфейсе исследуемых сращенных пластин кремния. Пример такого рода полученных данных показан на Рис.1.8Описаныметодыизготовления диодов Шоттки дляобразцов p-Cz-Si и приведены теоретические основы ёмкостных методов (вольт-фарадной характеристики (ВФХ) и нестационарнойспектроскопии глубоких уровней(DLTS)).Описана процедура отжигапри наличии обратного смещения(RBA-процедура), которая позволяет перемещать протоны из приповерхностной области вглубь кристалла, где они взаимодействуют сакцепторами и образуют нейтральные бор-водородные комплексы.Введение водорода в обРис.1 ПЭМ фотография ДС образца с угломразцы (гидрогенизация) для такихразориентации (αtw=4,25º).
Синие ломанныеисследований производилось прилинии повторяют контур зигзагообразных 60ºих обработке в разбавленной пла- дислокаций; красная сетка – сетка винтовыхвиковой кислоте при комнатнойдислокаций; зелёная сетка – муаровый контраст. Вверху представлена планарная(100),температуре.внизу поперечная (110) ориентация, съёмкаГлава 4 содержит описапроизводилась в многолучевых условиях.ние экспериментальных результатов по экстракции водорода изприповерхностной области контрольных образцов и образцов с дислокационными сетками (ДС). Основные данные получены при анализе ВФХ-профилей концентрации нескомпенсированных акцепторов до и после проведения различныхRBA-процедур, которые использовались для определения количества водорода,экстрагированного из приповерхностной области в объём кристалла.В разделе 4.1 обнаружены и демонстрируется различия ВФХ - профилейнепосредственно после жидкостно-химического травления (ЖХТ) для образцов,содержащих ДС, и контрольных образцов.
Для контрольных образцов характерна особенность в виде резкого спада концентрации нескомпенсированных акцепторов в окрестности 2-3 мкм (Рис.2а), связанная с нейтрализацией легирующей примеси водородом в приповерхностной области. Данная особенность отсутствует в образцах с ДС, при этом небольшое снижение концентрации вокрестности 1-1,5 мкм (Рис.2б), обусловлено наличием интерфейса как такового,возможно, локальным уменьшением концентрации акцепторов вблизи него, таккак не изменяется после проведения последующих процедур.
В этом разделетакже показано, что повторное ЖХТ приводит к увеличению количества введённого водорода.9Исх.0В-1В-3В-5В-10В-20В-30В151.2x10151.0x10148.0x10146.0x10144.0x10142.0x10RBA: 380K, 3 часа1234567Губина, мкма)8910Концентрация (Na-Nd), см-3-3Концентрация (Na-Nd), см1.4x1015Контрольные (tw=00)151.4x10СП (tw=2,9o)1.2x10151.0x10158.0x1014Исх.0В-1В-5В-10В-20В-30В6.0x10144.0x10142.0x101412RBA: 380K, 3 часа345678Губина, мкмб)Рис.2 Профили концентрации некомпенсированной легирующей примеси, вычисленные из ВФХ после проведения соответствующих RBAпроцедур при 380К при обратных напряжениях смещения, указанных вподписях.
а) серия контрольных образцов (СП, αtw=0°); б) серия образцовс СП интерфейсом (СП, αtw=2,9°).В разделе 4.2 проведён сравнительный анализ ВФХ-профилей до и после трёхчасовых RBA-процедур с различными обратными смещениями для СП сразличными разориентациями и контрольных образцов (Рис.2).Показано, что в случае контрольных образцов увеличение обратногосмещения RBA-процедуры приводит только лишь к увеличению глубины проникновения протонов в кристалл, то есть при проведении RBA-процедуры водород из приповерхностной области полностью единым фронтом перемещаетсявглубь пластины к краю области пространственного заряда, без изменения количества выявляемых в объёме бор-водородных (BH) пар.Для образцов с СП, напротив, наблюдается ярко выраженная зависимость количества ВН-пар, выявленных в результате RBA-процедуры, котороерастёт с увеличением значения обратного смещения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
