Диссертация (1149284), страница 16

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

Текст из файла (страница 16)

Отметим, что предложенный алгоритм позволяет определить величинупостоянной времени неизвестного быстрого процесса, независимо от доли второго, болеемедленного.90Рис.32б демонстрирует результат описанного вычитания нормированных кинетик(Рис.32а) и результат подгонки исходя из известного времени диссоциации BH-пар.Полученные таким образом значения постоянных времени диссоциации водороднодислокационных комплексов от температуры, представлены на графике Аррениуса (Рис.33),откуда энергия активации определяется как (0,9±0,2) эВ. Найденной значение заметноменьше энергии диссоциация BH-пар, и тем более, меньше наблюдаемых ранее энергий связиН на дислокациях [62; 148; 149]. Отметим также, что хотя оценка проводилась впредположении, что наблюдаемый «быстрый» процесс является моноэкспоненциальным,что, конечно же, не соответствует действительности, но подобный приём можно встретитьпри вычислениях глубины залегания локальных уровней в запрещённой зоне при анализе неэкспоненциальных кинетик опустошения электронных состояний дислокаций в методеDLTS.Рис.33(0.9 +- 0.2) эВ-2ГрафикиАррениуса,построенные из кинетик в условиях«слабого» и «сильного» полей –краснаяln(1/, мин-10исиняяпрямаясоответственно.

Пунктирная линия-4результат аппроксимации второго-6-3B-10B-830квазилинейного участка кинетики(1.7 +- 0.2) эВСП в случае «слабого» внешнегоэлектрического32q/kT34поля(Ea2= 1,07±0,17 эВ)4.6.3 Образцы с СП интерфейсом. Случай «сильного» поляКинетики, в случае «сильных» внешних электрических полей как видно, напротив,отстают от соответствующих кривых контрольных образцов (Рис.31б), то есть здесьдоминируют относительно медленные процессы.Для оценки характеристик, как и в случае «слабых» полей, положим, что имеет местотолько один «медленный» процесс, диссоциацией BH-пар в приповерхностной области ивовсе пренебрежём, так как при больших смещениях вклад последнего не превышает 15% отобщегоколичествавыявленноговодорода.Моноэкспоненциальнаяаппроксимация91экспериментальных кривых для определения постоянных времени «медленного» процесса(τs), дала возможность построить график Аррениуса (Рис.33), из которого была полученаоценка значение энергии активации «медленного» процесса.

Конечные результаты могутзаметно варьироваться в зависимости от выбранного квазилинейного участка от 1,4 до 1,7 эВ,на рисунке изображён предельный случай (1,7±0,2) эВ.К найденному предельному значению нужно относиться как к верхней границе энергииактивации, слабосвязанного водорода, который находится, по всей видимости, в областяхупругих деформаций вокруг дислокаций.Выводы к главе 4В контрольных образцах количество водорода, выявляемого после соответствующихRBA-процедур, не зависит ни от приложенного напряжения, ни от режима проведениякаждой конкретной процедуры.

Энергия активации процесса миграции (1,25±0,15 эВ) вданном случае определяется исключительно процессом диссоциации BH-пар. При этомобнаружено, что увеличение внешнего электрического поля приводит к пропорциональномуросту частотного фактора миграционного процесса, как следствие и скорости самогопроцесса.Для образцов с СП интерфейсом, установлено, что наличие дислокационной сеткиявляется препятствием для миграции водорода при ЖХТ гидрогенизации, а также припоследующих низкотемпературных отжигах.

Для начала миграции через СП интерфейспомимо повышения температуры необходимо также и внешнее затягивающее электрическоеполе, и чем больше поле, тем эффективней процесс.Согласно анализу изменения значения диффузионных напряжений до и послепроведения RBA-процедуры, водород, аккумулированный на интерфейсе СП и егоокрестности, находится в нейтральном состоянии.Количество водорода, экстрагированного из приповерхностной области в условиях«предельной» RBA-процедуры, более чем на порядок превосходит количество водорода,который может обеспечить диссоциация BH-пар в приповерхностном слое СП интерфейса.Откуда, можно сделать вывод, что большая часть водорода после ЖХТ гидрогенизацииоказывается захваченной дислокационной сеткой СП интерфейса.

Из полученных данных92количество водорода, захваченного на единицу длины дислокации и выявленного затем припроведении «предельной» RBA-процедуры:Hd  BH  (21 )d sc d tlможно оценить как 106 см-1. При этом нужно отметить, что проведённая оценка являетсяоценкой «снизу», поскольку не учитывает сильносвязанный водород на ДС.Кинетики миграционного процесса водорода через интерфейс СП в условиях«малого» и «большого» значения внешнего электрического поля, в отличие от контрольныхобразцов, характеризуются не экспоненциальным поведением. Согласно оценкам в случае«малого» внешнего электрического поля преобладает процесс с энергией активации(0,9±0,2) эВ, в то время как, для «большого» внешнего электрического поля было полученозначение (1,7±0,2) эВ.Таким образом, впервые экспериментально наблюдался слабосвязанный водород,локализованный окрестности ДС, который характеризовался широким спектром значенийэнергий связи, что было предсказано расчётами из первых принципов [3].935.

Спектроскопия комбинационного рассеяния образцов, содержащих СП интерфейс.Согласно, приведённому выше в п. 4.3 анализу результатов ВФХ, водород вокрестности СП интерфейса находится в нейтральной форме. Под словами «нейтральнаяформа» может скрываться как атомарный (H0) или молекулярный (H2) водород, так и болеесложная конфигурация водорода, например, H*2. Более того, в случае атомарного H0,открытым также остаётся вопрос относительного его положение в кристаллической решёткеSi (п. 2.4.2). Поэтому, для определения состояния и конфигурации водорода применяласьдополнительные исследования спектроскопия комбинационного рассеяния (п.

3.5).5.1 Объёмные образцыИзмерялись спектры СП различной разориентации обоих p- и n-типов проводимости(исходные, после ЖХТ гидрогенизации и после RBA-процедур), а также контрольныеобразцы без СП интерфейса. Измерения осуществлялись при комнатной температуре спомощью комплекса люминесцентной и рамановской микроспектрометрии NT-MDT Ntegra.Доминирующими в спектре КР (Рис.34) являлись не представляющие для нас интересафононные пики и их повторения присущие кристаллическому Si, а также азотный пикокружающей воздушной атмосферы 2330 см-1.

Кроме них в диапазоне 3600-3800 см-1(Рис.34б и в) наблюдалась серия из трёх пиков, которые могут быть связаны с поверхностьюи предысторией её подготовки перед измерениями КР.Непосредственнопосле-1наблюдался пик 3600 смгидрогенизациивдиапазоне3600-3800 см-1спектра(Рис.34б,в), который в результате RBA-обработки и/илидлительной выдержки на воздухе пропадал. Интенсивность данного пика одинакова как дляобразцов с СП интерфейсом, так и для контрольных пластин. Положение пика, а также то,что он проявляется после ЖХТ гидрогенизации, позволяет с большой долей вероятностиассоциировать его с H2 в Td-положении, который со временем и/или в результате обработокимеет тенденцию к трансформации в более стабильную конфигурацию и/или покидаеткристалл.Пара пиков 3700 и 3750 см-1 в диапазоне 3600-3800 см-1, для всех образцов с СПинтерфейсом оказались идентичными и абсолютно неотличимые от спектров контрольных94633 нмСигнал КР, у.е.62LATO [520]103TO500002LO4600048000600N246500650700750800850900455001500510"0"2TO2TA20002500N23TO2LA 2LO05001000 1500 2000 2500 3000Волновые числа, см-1б)3.69x1053.68x1053.67x105Контр.oСП tw= 2.936003800-1Волновые числа, смСигнал КР, у.е.Сигнал КР, у.е.а)4.00x1033.50x1033.00x1032.50x1032.00x103Êîíòð.

(RBA: 3÷., 380Ê, 10Â )oÑÏ tw=2,9 (RBA: 3÷., 380Ê, 10Â )+1 год36003800-1Волновые числа, смв)Рис.34 Характерные КР спектры исследуемых Si структур (контрольные и СП αtw=2,9ºобразцы): а) обзорный спектр, на котором представлены акустические и оптические фононныеколебания и их повторения; б) пики, наблюдаемые непосредственно после ЖХТ гидрогенизации вдиапазоне 3600-3800 см-1; в) пики, оставшиеся в диапазоне 3600-3800 см-1 после RBA-обработки ивыдержке на воздухе при комнатной температуре более 1 года.

Обозначения - в подписях.95пластин (Рис.34в). Природа данной пары доподлинно не установлена, анализ литературныхданных указывает в пользу колебаний поверхностных Si-Ox, Si-(OH)x связей [120].Поскольку КР спектры для СП и контрольных пластин во всех случаях былиидентичны – ни один из обнаруженных пиков «объёмных» образцов не удалось связать сводородом на интерфейсе СП.5.2 Тонкие ПЭМ плёнки.

Пик 2000 см-1Далее КР исследования проводились для образцов, представляющих собой тонкиеПЭМ плёнки сращенных пластин кремния в планарной геометрии [195], приготовленные постандартной процедуре (см п. 4.2.).Данный подход позволил значительно повысить чувствительность измерений КР,благодаря интерференционному усилению при одновременном снижении доли фоновогосигнала за счёт уменьшения толщины образца. Первое даёт выигрыш 20-30 раз (будетрассмотрено ниже). Чтобы оценить вклад второго рассчитаем долю атомов водорода поотношению к доле атомов кремния (SB).Для объёмного образца, концентрация атомов кремния:n Si N A N A  Si= 5×1022 см-3,VMM SiЧто с учётом поглощения α на длине волны 633 нм, даёт:N Si  n Si  e h dh ~ 7,5×1018 см-2.0Проведённая ранее оценка количества водорода на интерфейсе СП (пп. 5.2 и 5.3)составляетN H ~ 1011 см-2, откудаNS B   H N Si ~ 1.3×10-8 ,что ниже чувствительности методаВN / N Si ~ 10-7-10-6 [136; 137]При уменьшении толщины уменьшается доля Si атомов при том, что доля H остаётсянеизменной: NH  NH-7  S ( x )   , что для L=200нм даёт S(L)~10 и S(L)/ SB >10h( L) N Si ( L )   h n Si   e dh 096Таким образом, только за счёт утонения исследуемой области удалость увеличитьчувствительность более чем в 10 раз.ВэкспериментеиспользовалисьПЭМфольгиобоихтиповпроводимости.Контрольные образцы изготовлялись на основе тыльной стороны исходных СП несодержащей вблизи поверхности какого-либо интерфейса.

Гидрогенизация для данныхобразцовпроисходилаприЖХТвраствореполирующеготравителяHF(49%):HNO3(70%) (7:1). После изготовления плёнки и до проведения КР измеренийобразцы выдерживались в условиях окружающей атмосферы при комнатной температуреболее 1 года.КР спектры были получены при комнатной температуре на спектрометре BRUKERSenterra.

Оценка диаметра пятна лазера 6-7 мкм. Реализуемая геометрия – рассеяние назад.350Сигнал КР, у.е.300250p- тип СП (tw=2,9 )oРис.35 Сигналn- тип СП (tw=2,7 )op- тип контрольныйКР-12000 смFWHM ~ 90 см-1вокрестности2000 см-1для200контрольного образца150и для дислокационных100образцов p- и n-типов.[195]5001700180019002000210022002300-1Волновые числа, смПри КР исследовании ПЭМ плёнок было обнаружено, что в фольгах р- и n-типовсодержащих интерфейс СП присутствует уширенный пик (FHWM~90 см-1) в окрестности2000 см-1 (Рис.35), который не наблюдался в случае объёмных СП пластин и отсутствовал вфольгах контрольных образцов [194; 195].

На Рис.35 представлены спектры различныхобразцов, полученные при оптимальных условиях. Оптимальные условия соответствуютминимальной толщине ПЭМ фольги с СП интерфейсом (160-200 нм), при которойвыполняется условие возникновения интерференционного усиления (будет рассмотренониже).975.2.1 Зависимость профиля интенсивности пика 2000 см-1 по толщине ПЭМ фольгиНа примере образца n-типа [194; 195] было проведено построение профиляинтенсивности пика 2000 см-1 в максимуме в зависимости от толщины ПЭМ фольги (Рис.36).На Рис.36а приведена схема поперечного среза с указанием направления сканированиялазерным лучом при построении профиля. По мере удаления в радиальном направлении открая центрального отверстия ПЭМ фольги к её периферии происходит возрастание толщиныи можно различить две области, содержащую (область 2) и свободную от интерфейса СП(наиболее тонкое место – область 1).

Характеристики

Список файлов диссертации