На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

К вопросу динамического подпорогового дефектообразования в вузькозоннихнапівпровідниках АIIIВV

Категория: Физика, Астрономия

версия для печати

Страница: [1] [2] [3]

К вопросу динамического подпорогового дефектообразования в узкозонных

полупроводниках АIIIВV

Есть целый ряд экспериментальных данных необратимой взаимодействия лазерного излучения с узкозонных полупроводников АIIIВV [1-3]. Эти результаты наводят на мысль, что в полупроводниках при облучении излучением рубинового лазера возникаютдефекты локального типа с различными энергиями активации и отжига. Эти дефекты имеют n-тип проводимости.

Энергетическая зависимость для распределения n-центров в приповерхностном слое представлена ??на рис.1 кривой 1 [1]. Эти n-центры обусловленные дефектами (кривая 2, рис. 1). Кроме того они имеют низкую подвижность, почти на порядок меньшую свободных носителей. При термообработкеколичество носителей в слое уменьшается. Однако часть n-центров для достаточно высоких интенсивностей облучения сохраняет свою устойчивость при T = 4000C в InSb и при T = 8000C в InAs.

Следует отметить, что концентрация оптически генерируемых дефектов настолько велика, что при средних дозах ионной имплантации дополнительное облучение импульсами рубинового лазераприводит к увеличению количества дефектов (кривая 3, рис. 1), тогда как облучение импульсами лазера на СО2 приводит к отжигу дефектов (кривая 4 рис. 1) и к активации внедренной примеси [1].

При этом концентрационный профиль зависит от кристаллографической ориентации [2, 3] (рис. 2). Это обусловлено тем, что кристаллы InSb имеют значительный процентковалентных связей, что и приводит к анизотропии дефектообразования.

В спектрах оберненорозсияних ионов в режиме каналирования зарегистрирована генерация дефектов решетки в приповерхностном слое [1-3] кристаллов InSb под действием излучения рубинового лазера с плотностью энергии в импульсе I0 = 0,018 ((0,078 Дж (см-2 до уровня, который регистрируется методике.Относительное изменение дефектности (D изображена кривой 2 на рис.1. Сопоставляя данные для (D = f (I0) и для nS = f2 (I0) (где nS — слойная концентрация), легко видеть, что генерация n-центров обусловлена ??дефектообразования под действием

в слое достигается минимальный уровень дефектности, регистрируемой методике.

На рис. 3 приведена динамика поведениядефектов после облучения импульсами рубинового лазера различной интенсивности.

Эти эффекты объясняются тем, что при взаимодействии лазерного излучения с h ((Eg происходит интенсивное дефектообразования. Причем концентрация дефектов и время их жизни существенно зависят от интенсивности их введения, то есть от интенсивности облучения. В классическойфизике полупроводников считается, что при взаимодействии оптического излучения, частота которого лежит в полосе собственного поглощения монокристалла, с полупроводником происходит адиабатический процесс возвращения кристалла в исходное состояние. Однако, как видно из вышеприведенного, это не так. Приведем упрощенную модель процесса взаимодействия лазерного излучения с антимонидаиндия. Этот кристалл может находиться в следующих фазах (кристаллографических модификациях): сфалерита (кубическая), вюрциту (гексагональная), поликристаллический и аморфной. Каждой из этих модификаций соответствует своя структура и симметрия энергетических зон кристалла. Переход между ними сопровождается изменением внутренней (потенциальной) энергии кристалла. Следует отметить,что физика взаимодействия оптического излучения в полосе собственного поглощения с точки зрения релаксационной оптики толком не разработана.

При упрощенном расчете взаимодействие кванта оптического излучения с энергией 1,78 эВ с антимонида индия, ширина запрещенной зоны которого при комнатной температуре равна 0,18 эВ, соответствует энергии минимальногохимической связи в кристалле (поскольку кристаллы антимонида индия прямозонни).

Кроме того, этот полупроводник более чем на половину ковалентная. С кристаллографической точки зрения чистая ковалентная связь 1 соответствует ширине запрещенной зоны кристалла (рис. 4).

С чисто геометрических соображений видно, что в кристаллографической направлении {111} сечениеэффективного взаимодействия кванта рубинового лазера со связью 1 более эффективен, чем для направления {110}. Кванты рубинового лазера при достаточно низких интенсивностях облучения (однофотонные процессы) с другими связями практически не взаимодействуют, так как их энергия значительно меньше энергии этих связей. Простой геометрический подсчет утверждает, что в случаесферического или эллипсоидального связи соотношение площадей связи 1 из рис.4 будет равна тангенсу или котангенс нашего угла связи.

можно податиты в следующем виде [4]

, (1)

— знак суммы.

. Примерно же такое соотношение между концентрациями донорных центров антимонида индия полученных с помощью облученияимпульсами рубинового лазера для соответствующих кристаллографических направлений (рис. 4). Именно короткое время взаимодействия оптического излучения с антимонида индия и позволяет связать наблюдаемые эффекты с механизмами собственного поглощения оптического излучения (в данном случае с рассеянием света на связи 1 рис. 4).

Связано с различной подвижностьюатомов индия, сурьмы и мышьяка, атомы индия в решетке более подвижны, а в междоузлиях менее подвижны, чем атомы сурьмы. Так, коэффициент самодиффузии атомов индия в антимонида индия при комнатной температуре на три порядка больше, чем сурьмы [6]:

;

.

;

,

— коэффициент самодиффузии, а D — коэффициент диффузии.

Этообусловлено, главным образом, асимметрией расположения атомов в кристалле (рис. 4). Поэтому дефекты имеют донорный тип проводимости. Оценку коэффициента диффузии дефектов при низких температурах можно оценить благодаря соотношению [7]:

(2)

— количество разорванных связей.

Представление о разорванные связи можно использоватькак в радиационной физике [7], так и в физике взаимодействия оптического излучения с твердыми телами [8]. Образования дефектов связано с изменением соответствующих химических связей, поэтому эти процессы можно описывать благодаря количества разорванных связей («dangling bonds» [8]).

Это вполне соответствует наблюдаемым экспериментальным результатам: при низкихинтенсивностях облучения профили распределения донорных центров соответствуют закону Бугера-Ламберта (рис.2). Кстати, это значение коэффициента диффузии соизмеримы со значением коэффициента самодиффузии атомов индия в антимонида индия при сравнительно низких температурах. Донорный тип проводимости связан с тем, что атомы индия в свободном состоянии менее подвижны,чем атомы сурьмы. Иными словами, атомы индия легче выходят в междоузлия, но тяжелее возвращаются назад, как атомы сурьмы, поэтому после облучения в междоузлиях остается больше атомов индия, которые являются донорами. При повышении дозы облучения, когда большой вклад имеют тепловые эффекты, коэффициент диффузии увеличивается, и поэтому дефекты прорастают в глубину кристалла,при этом за счет того, что коэффициенты самодиффузии атомов индия и сурьмы близки между собой, проходит уменьшения слойной концентрации дефектов.

То, что с дальнейшим увеличением интенсивности облучения больший вклад начинают давать тепловые эффекты, которые приводят как к отжигу, так и к миграции дефектов, связанных с перераспределением компонентбазового материала полупроводника в глубь кристалла, подтверждают экспериментальные данные для КРТ [9]. Поэтому при больших интенсивностях облучения происходит рекристаллизация приповерхностного слоя с учетом внутрикристаллических полей, тепловых процессов и перераспределения ионов базового материала, что обусловлено их различной подвижностью, особенно напервичной стадии облучения (стадии образования первичных радиационных дефектов). Это и приводит к уменьшению слойной концентрации дефектов. При меньших интенсивностях (для антимонида индия 0,07 Дж (см-2) основной причиной уменьшения количества дефектов является внутрикристаллических поля, что и объясняет уменьшение количества дефектов с тем при меньших интенсивностяхоблучения.

Страница: [1] [2] [3]

версия для печати