Автореферат (1149282), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При этом максимальноеколичество выявленного водорода образцах с интерфейсом СП и количествоводорода в бездислокационных образцах довольно близки друг другу. Этот фактв совокупности с отсутствием выявляемого водорода до проведения указанныхпроцедур демонстрирует, что интерфейс СП является эффективным препятствием для миграции водорода вглубь кристалла. Результаты также указывают наотсутствие какой-либо зависимости величины, выявляемых в объёме ВН-пар, отплотности винтовых дислокации интерфейса СП.В разделе 4.3 произведён анализ изменения величины диффузионногонапряжения ( Vd ) в результате проведения RBA-процедур. Vd определялась какотсечка зависимости 1/C2(V) на оси ординат.Для контрольных образцов наблюдается хорошее соответствие междувеличинами Vd и концентрацией водорода на BH-парах, выявленных в результате RBA процедуры.
В случае СП образцов величина диффузионного напряженияоставалась неизменной, в то время как ожидаемое согласно расчётам значениеVd должно было составлять ~ 0,3 В.10qN H i xi d iqN H 2xi 0, 3 В 02 0где N H и N H – концентрации положительно заряженного водорода на акцепторахVd iи водорода в окрестности ДС, d i – область повышенной сегрегации в окрестности ДС, xi – положение интерфейса СП, q–заряд электрона, ε– диэлектрическаяпроницаемости среды, ε0– диэлектрическая постоянная. Обнаруженное несоответствие расчётных и экспериментальных значений величины Vd для образцов,содержащих СП интерфейс, указывает на то, что бóльшая часть аккумулируемого на интерфейсе СП водорода находится в нейтральном зарядовом состоянии.Оценка же коэффициента его сегрегации даёт величину K ~ 20-100.В разделах 4.4-4.5 рассматривается влияние предварительных отжиговпри температурах 340-380К на количество выявляемого результате RBAпроцедуры водорода.Показано, что в1.4x10результате трёхчасовогоСП (tw=2,9o)отжига 60-70% водорода1.2x10аккумулированного1.0x10окрестности ДС перехо8.0x10дят в сильносвязанноесостояния, что проявляRBA (30В) (II)6.0x10RBA (-30В) + Отжиг (II)ется в соответствующемОтжиг+RBA (-30В) (I)4.0x10Отжиг+RBA (-30В) (II)уменьшении концентраRBA: 380K, 3 часации BH-пар при проведе2.0x10123456789нии следующих за отжиГубина, мкмгомRBA-процедур(Рис.3).Рис.3 Профили концентрации некомпенсированной леВ разделе 4.6гирующей примеси, после RBA-процедуры с/без предваанализируются кинетикирительного отжига.
Профиль зелёного цвета демонстрипроцесса миграции водорует уширение в результате отжига распределения BHрода из приповерхностпар, сформированного при RBA-процедуре (синяя криной области в объём кривая).сталла при проведенииRBA-процедуры. Рассматриваются случаи «слабого» (напряжение обратногосмещения, Ur=3 В) и «сильного» (Ur=10 В) электрических полей, как для контрольных образцов, так и для СП образцов.Показано, что для контрольных образцов кинетики в обоих случая хорошо описываются экспонентой, а энергия активации процесса экстракции водорода равна 1,25±0,15 эВ, что соответствует энергии диссоциации BH-пар[1].Кинетики образцов с интерфейсом СП демонстрируют неэкспоненциальное поведение и форма временных зависимостей в случае «слабых» и «сильных» внешних электрических полей сильно различаются между собой.
Так, присопоставлении между собой кинетик контрольных образцов и образцов, содерКонцентрация (Na-Nd), см-31515151414141411жащих ДС, обнаружилось, что в «слабом» электрическом поле кинетика первыхотстаёт от кинетики вторых, а в «сильном» наоборот (Рис.4). Последнее указывает на то, что для СП при экстракции водорода в «слабых» полях преобладаютотносительно быстрые процессы, при «сильных» относительно медленные.Энергии активации соответствующих быстрых и медленных процессов былиоценены как (0,9±0,2) и (1,7±0,2) эВ. Таким образом, впервые экспериментальнонаблюдался слабосвязанный водород, локализованный окрестности ДС, которыйхарактеризовался широким спектром значений энергий связи, что было ранеепредсказано расчётами из первых принципов[2]81.23B0.6{BH}/{BH }{BH}/{BH }0.88otw=2.90.4otw=00.2360K0.00.8otw=2.90.6tw=0o0.4360K0.20.01а)10B1.010Время, мин.100б)110Время, мин.100Рис.4 Сравнение кинетик экстракции водорода из приповерхностной области образцов с СП интерфейсом и без него для случаев: а) «слабого» и б) «сильного» внешних электрических полей.
Точки на графиках соответствуют доле количества ВНпар, экстрагированных в объём образцов за данное время при 360 K, по отношениюк полному числу BH-пар BH , выявленных после «предельной» RBA-процедуры(380 K, 3 часа).Глава 5 посвящена применению метода спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) для исследования положения водорода на ДС в СП кремния.В разделе 5.1 приведены результаты измерений спектров КР для объёмных образцов после гидрогенизации и продемонстрировано отсутствие какихлибо различий между спектрами контрольных образцов и образцов СП. В обоихтипах образцов непосредственно после гидрогенизации обнаружена линия КР3600 см-1 молекулярного водорода в кремнии.В разделе 5.2 предлагается новая методика измерения слабых КР сигналов от захороненных слоёв, которая заключается в измерении КР на тонкихфольгах для ПЭМ, что позволяет увеличить чувствительность к слабому КР12350Сигнал КР, у.е.300250p- тип СП (tw=2,9 )on- тип СП (tw=2,7 )op- тип контрольный-12000 смFWHM ~ 90 см-12001501005001700180019002000210022002300-1Волновые числа, смРис.5 Сигнал КР в окрестности 2000 см-1для контрольного образца и для дислокационных образцов p- и n-типов.сигналу от захороненного рассеивающего центра на 2-3 порядка посравнению с объёмным кристаллом.Благодаряиспользованиютакой методики удалось зарегистрировать широкий пик в окрестности2000 см-1 спектра КР.
Сигнал от данного пика наблюдался исключительно в СП образцах (Рис.5) и пропадалтой части ПЭМ фольги, где ДС отсутствует (Рис.6).Проведено моделированиеинтерференционного усиления сигнала КР от локализованного на глубине 170 нм рассеивающего центра взависимости от толщины плёнки.
РезульAтаты моделирования продемонстрировалихорошее соответствие с экспериментальным профилем интенсивности КР пика2000 см-1.В разделе 5.3 приводится результаты влияния отжигов на интенсивностьипика 2000 см-1, которые привели к выводуБо термической устойчивости рассеивающего центра вплоть до 500℃.На основании анализа полученных результатов пик 2000 см-1 был ассоциирован с нейтральным атомом водородом в центре кремниевых связей, находящихся в поле упругих напряжении от ДС.Глава 6 посвящена изучению взаимодействия водорода с электрически активнымицентрами ДС сращенных пластин, обнаруживаемых методом DLTS - нестационарной спектроскопии глубоких уровней(ГУ).Рис.6.А-СхематическоеВ разделе 6.1 исследуются ГУ визображение ПЭМ фольги содержазапрещённой зоне кремния, возникающиещей интерфейс СП с линией сканиров узкой приповерхностной области образцов при использовании различных метования лазерным лучом. Б-: профилидов напыления титановых шотткиинтенсивности КР-сигнала основногоконтактов.
Показано, что независимо отфононного пика кремния (520 см-1) иметода напыления концентрация ГУ впика 2000 см-1.контрольных образцах на несколько порядков меньше, чем в дислокационных. Минимальная концентрация ГУ наблю-13Концентрация, см-2дается при резистивном термическом испарении титана, сопровождающимсясущественным нагревом образцов.В разделе 6.2 рассматриваются дислокационные ГУ СП образцов с различной разориентацией, для диодов приготовленных термическом испарениититана. Отмечается антикорреляция интенсивностей DLTS пиков мелких дислокационных уровней (МДУ) и дислокационного F-уровня, при изменении угларазориентации СП.
Проводится сравнение спектров DLTS диодов приготовленных различными методами с литературными данными.В разделе 6.3 исследуется влияние низкотемпературных (до 100℃) отжигов на интенсивность DLTS пиков от дислокационных ГУ. Обнаружено, чтотолько часть электрически активных центров подвержены водородной пассивации (F0 и F1), концентрации других же центров (МДУ, В и F) остаются без изменения. Уменьшение концентрации центров в результате пассивации оцениваетсяпри этом около 1011 см-2, что находится в хорошем согласии с количеством водорода, переходящего из слабосвязанного в сильносвязанное состояния припредварительных отжигах, рассматриваемых в предыдущих главах.В разделе 6.4 приведены результаты высокотемпературных (200-500℃)отжигов и их влияния на интенсивность DLTS пиков (Рис.7).RT200C500C6.0x1010Sh14.0x1010F2.0x1010F0Sh2F1B0.0(VB=-1 В, Vp=3 В, Tp=50 мкс, Tp=1 мкс, τ=2,7 мкс).050100150200250300Рис.7 Спектры DLTSдиодов с СП интерфейсом: αtw=4,7º, изготовленныхэлектроннымиспарением Ti.
Переднапылением каждый изобразцов 3 часа отжигался в вакууме притемпературе, указаннойв легенде.Температура, KОбнаружено, что концентрация ГУ в целом уменьшается, а концентрация МДУ, имеют тенденцию к росту при увеличении температуры отжига. Отсутствие водородной пассивации центров ответственных за мелкие дислокационные уровни, указывает на то, что они не связаны ни с сегрегированной примесью, ни с оборванными связями и перегибами на ядре дислокации, но можетбыть объяснено протяжённым характером волновых функций их электронныхсостояний, например, состояниями деформационного потенциала.В конце главы проводится обсуждение результатов, полученных внастоящей работе различными методами, на основании которых предлагаетсядиаграмма хода потенциала водорода в окрестности ядра дислокации.
Диаграмма предполагает, что увеличение энергии связи водорода при приближении к14ядру дислокации сопровождается также некоторым увеличением барьера для егомиграции, что объясняет необходимость температурной активации процессовего перемещения к ядру дислокации.В заключении перечисляются основные результаты работы по изучению свойств водорода на дислокационных интерфейсах сращенных кремниевыхпластинах:1.2.3.4.5.Предложен новый подход к измерению слабых сигналов комбинационногорассеяния от захороненных в объёме материала слоёв, основанный на использовании оптического интерференционного усиления в комбинации сприменением методов просвечивающей оптической и электронной микроскопий, который позволил зарегистрировать линию комбинационного рассеянья атомарного водорода на дислокационных сетках в кремнии.Установлено, что дислокационная сетка на интерфейсе сращенных пластинкремния является эффективным препятствием для миграции в объём кристалла водорода, введённого при комнатной температуре из раствора кислоты, а окрестность интерфейса сращенных пластин кремния характеризуется повышенным коэффициентом сегрегации (K ≈ 20-100) водорода.
Экстракция водорода, захваченного дислокационной сеткой, возможна толькопри температурах выше 340К и приложении внешнего электрического поля.Установлено, что водород в области упругих напряжений кристаллическойрешётки кремния находится в относительно стабильном нейтральном состоянии и локализован в центре связей между атомами кремния (H0BC). Егоэнергия связи с решёткой имеет широкий набор значений, что объясняетсяего разным пространственным положением H0BC по отношению к ядрамдислокаций.Установлено, что при повышении температуры может происходить пространственное перераспределение водорода с переходом некоторой его доли на ядра дислокаций, что проявляется как в уменьшении количества экстрагированного водорода, так и в пассивации дислокационных глубокихуровней.Показано, что мелкие акцепторные уровни и не подвержены водороднойпассивации при термических отжигах вплоть до 500℃, что может объясняться протяженным характером их электронных состояний.151.2.3.4.Список публикаций автора по теме диссертацииA.S.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
