Диссертация (1149284), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Для определения этой доли был проведён ряд RBA-процедур с постепеннымпоследовательным увеличением обратного смещения, начиная с нуля, результаты которыхприведены на Рис.27.Из Рис.27а,б, где приведены профили концентрации некомпенсированных акцепторов,и Рис.27в, где представлены сводные данные по полному количеству экстрагированноговодорода из приповерхностной области видно, что в дислокационном образце с каждымшагом увеличения обратного смещения наблюдается монотонное увеличение количестваводорода, аккумулируемого в объёме кристалла, в то время, как для контрольного образцауказанные профили смещаются вглубь как единое целое, сохраняя общее количество BH-парнеизменным.Значения выявленного водорода для образцов с СП интерфейсом всех разориентаций,как для каждого шага, так и итоговым количеством совпадают в пределах погрешности егоопределения, а его конечное значение близко к значению после 30 В RBA-процедуры,которой предшествовал одиночный отжиг при нулевом смещении (~6×1010 см-2 – см.
п. 4.4).Последнее указывает на то, что уже после одного трёхчасового отжига устанавливаетсястабильное, для данной температуры, соотношение количества сильно- и слабосвязанного наДС водорода, последний из которых характеризуется возможностью его выведения запределы СП интерфейса в результате дрейфа в электрическом поле. При этом большая часть(60-70%) водорода оказывается в положении, характеризуемом сильной связью сдислокациями.-3841412345Концентрация {BH}x1010, см-2103018 12 9 600 0 01551.0x101Глубина, мкма)151518455.0x100мин.1.2x1045609001012051.0x10151530Концентрация {Na-Nd}, см-3Концентрация {Na-Nd}, см0мин.23Глубина, мкмб)410tw=0o1tw=2,4otw=2,9otw=3,7otw=4,7otw=4,3o0.1в)050100150200Время, минРис.28 Эволюция профилей некомпенсированной легирующей примеси при проведении RBAпроцедуры а) контрольный образец б) СП, αtw=2,9°. в) Кривые кинетик, вычисленные изсоответствующих профилей, демонстрирующие процесс проникновения H из приповерхностнойобласти для СП с различными углами разориентации.
Условия проведения RBA-процедуры:380 K, -3 В, 0-3 часа.4.6 Оценка энергии связи водорода с дислокациямиСледующим логичным шагом для понимания процессов взаимодействия водорода сдислокациями СП интерфейса, является оценка его энергии связи, что можно сделать изизучения кинетик процесса экстракции водорода с ДС под действием внешнегоэлектрического поля (дрейфа) [194].85Для этого были проведены RBA-процедуры в режиме пошагового изотермическогоотжига с последовательным увеличением их длительности.
По завершению каждого из шаговобразец погружался в жидкий азот, затем при комнатной температуре измерялись ВФХ истроились зависимости выявленных BH-пар от времени для каждой из температур RBAобработок.На Рис.28 приведены примеры полученных при температуре 380K данных кинетикидрейфа водорода из приповерхностной области в объём кристалла для контрольного образцаи образцов с различными углами разориентации СП.RBA-эксперименты производились в условиях «слабого» (обратное смещение 3 В) и«сильного» (обратное смещение 10 В) значений внешнего электрического поля (Рис.32).Диффузия водорода в кремнии легированного бором при наличии внешнего поляописывается системой дифференциальных уравнений (2), однако, в нашем случае, естьвозможность значительно упростить данную систему:1) будем считать, что перемещения водорода из приповерхностной области в объёмкристалла происходит главным образом в результате дрейфа.2) будем пренебрегать процессом захвата водорода акцепторами при дрейфе в ОПЗдиода, поскольку частота диссоциации в диапазоне рабочих температур характеризуетсявременами 102-103 с, что значительно превышает время дрейфа от поверхности до края ОПЗ.4.6.1 Контрольные образцыВ случае контрольных образцов, как для «слабого», так и для «сильного» внешнегоэлектрического поля, кривые соответствующих кинетик, хорошо описывались однойединственно процессом, то есть BH (t ) BH (1 et),где BH общее количество водорода выявленного после RBA-процедуры.НаРис.29апредставленыэкспериментальныерезультаты,которыенагляднодемонстрируют экспоненциальный характер кинетики.
Для каждой из температуропределялась постоянные времени процесса активации дрейфового движения водорода:1R 0 exp(Ea) которые, в свою очередь, дают возможность построить графикkTАррениуса для определения энергии активации данного процесса Рис.29б.86340K0.1370K380K0.01а)0306090Рис.29 а) Зависимость 1 BH -6-8120 150 180Время, мин.-10B-3B-4360K8ln(1/)1-{BH}/{BH }1а)30(1.25+0.15)эВ3132e/kT3334BH от времени, демонстрирующая экспоненциальный характерпроцесса проникновения водорода в объём Si контрольного кристалла в результате RBA-процедуры(340-380 K, 10 В, 0-3часа).
б) Графики Аррениуса для зависимостей постоянных времени ln(1/τ),определённых из 1 BH (t )BH от температуры (e/kT). Представлены случаи «слабого» и«сильного» внешнего электрического поля для контрольного образца. Пунктирная линия результатаппроксимации начального участка кинетики СП в случае «слабого» внешнего электрического поля(Ea1= 0,96±0,13 эВ)В обоих случаях энергия активации, определённая из соответствующих графиков Аррениуса,равна 1,25±0,15 эВ, что находится в хорошем соответствии со значениями активация Hобусловленной диссоциацией BH-пар [163]. При этом частотный фактор, найденный какотсечка интерполяции линейной аппроксимации графика Аррениуса, с увеличениемобратного смещения возрастает в ~2 раза, то есть примерно пропорционально роступриложенного внешнего электрического поля (1,8 раза).8711-{BH}/{BH }181-{BH}/{BH }340K8360K340K360K0.1380K0.1380K00306090120150Время, мина)проникновения6090120150180б)Рис.30 Зависимость 1 BH процесса30Время, мин180BH водородаот времени, демонстрирующая экспоненциальный характервобъёмSiСПврезультатеRBA-процедуры:а) (340-380 K, 3 В, 0-3часа).
б) (340-380 K, 10 В, 0-3 часа). Пунктирные линии указываютквазилинейные участки кривых кинетик в логарифмическом масштабе.4.6.2 Образцы с СП интерфейсом. Случай «слабого» поляКинетики экстракции водорода в образцах с интерфейсом СП демонстрируют неэкспоненциальное поведение (Рис.30). При этом форма временных зависимостей в случае«слабых» и «сильных» внешних электрических полей сильно различаются между собой.Более отчётливо это проявляется при их сравнении с кинетикой диссоциации BH-пар, какпоказано на примерах при 360 K (Рис.31). Данные на Рис.31 приведены к максимальномузначениюколичестваBH-пар,выявленногопосле«предельной»RBA-процедуры(380 K, 3 часа).Для слабых полей (Рис.31а) кинетика СП опережает соответствующую кинетикуконтрольного образца, что указывает на преобладание быстрых по отношению кдиссоциации BH-пар процессов.
Оценку параметров данных процессов можно провестидвумя различными способами. Первый заключается в поиске экспоненциальных участковэкспериментальных кривых (линейные участки кривых построенных в соответствующеммасштабе на Рис.30).8881.23B0.6otw=2.90.48otw=00.2360K0.010B1.00.8otw=2.90.6tw=0o0.4360K0.20.01а){BH}/{BH }{BH}/{BH }0.810Время, мин.100б)110Время, мин.100Рис.31 Сравнение кинетики образцов с СП интерфейсом и без него для случаев: а)«слабого» и б) «сильного» внешнего электрического поля. На рисунке приведены кинетики,построенные согласно ВФХ-профилям, после соответветвующих 360 K RBA-процедур.
Всепредставленные кинетики приведены к значению концентрацииBH соответствующейконцентрации BH-пар после «предельной» RBA-процедуры (380 K, 3 часа).И при внимательном рассмотрении кривых на Рис.30а можно выделить, по крайне мере, дваквазилинейных участка (обозначены пунктирными линиями), аппроксимация которыхпозволяет определить временные константы и построить графики Аррениуса (пунктирныелинии на Рис.29б и Рис.33). В результате данной процедуры получаем энергии активацииEa1= 0,96±0,13 эВ и Ea2= 1,07±0,17 эВ, что в обоих случаях не превышает энергиюдиссоциации BH-пар. Однако диссоциация BH-пар, в приповерхностной области в случае«слабых» полей может обеспечить до половины выявленного в процессе RBA-процедурыводорода, поэтому при таком способе не удаётся определить вклад в значения энергииактивации процесса экстракции водорода с дислокаций в чистом виде.В связи с чем, был применён другой метод обработки данных [194], предполагая, чтоодин из наблюдаемых процессов есть диссоциация BH-пар с постоянной времени τBH иискомый процесс с другой постоянной времени DN .89380K360K340K340K360K370K380K0.10{BH}/{BH }{BH}/{BH }1880.10.01а)0.050.001110100Время, мин.б)10Время, мин.100Рис.32 а) Сравнение кинетик для образцов с СП интерфейсом (полые точки) и без него (сплошныеточки) в случае «слабого» внешнего электрического поля.
б) Разница между соответствующимикинетиками образцов с СП интерфейсом и без него. Точки – экспериментальные значения, кривые –аппроксимация y =A∙exp(-t/τBH) + B∙exp(-t/τDN) + y0.Оба процесса будем считать экспоненциальными и независимыми друг от друга, асуммарный процесс рассматривать как алгебраическую сумму экспонент, что даёт намвозможность разделить их простым вычитанием нормированных на единицу кинетик дляобразцов содержащих СП интерфейс ( S DN ) и без него ( S BH ) (Рис.32а):S DN (1 J ) exp(t BH) J exp(S BH exp( S DN S BH (1 J ) exp(t BHt DNt DN))) exp(t BH)Из последнего выражения оценка постоянной времени быстрого процесса можетбыть получена из временного положения максимумов полученной разницы по формуле:tm DN BHln DN , DN BH BHкоторая зависит только от BH и отношения BH и DN – характерных времён, указанныхвыше процессов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
