Кінетичні ефекти у твердих розчинах кремній-германій

ВОЛИНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ім. ЛЕСІ УКРАЇНКИ

 

Коровицький Андрій Михайлович

 

УДК 621. 315. 592

 

 

01. 04. 10 – фізика напівпровідників і діелектриків

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

 

Луцьк – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Луцькому державному технічному університеті, Міністерство освіти та науки України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Семенюк Анатолій Костянтинович Луцький державний технічний університет, професор кафедри фізики.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Шендеровський Василь Андрійович Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітник; кандидат фізико-математичних наук, доцент Доскоч Василь Петрович Волинський державний університет ім. Лесі Українки, доцент кафедри фізики твердого тіла.

Провідна установа: Інститут фізики напівпровідників НАН України, м. Київ.

Захист відбудеться “ 12 ” квітня 2002р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К. 32. 051. 01 при Волинському державному університеті ім. Лесі Українки за адресою м. Луцьк, вул. Потапова, 9.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Волинського державного університету ім. Лесі Українки за адресою м. Луцьк, вул. Винниченка, 30.

 

 

Актуальність теми. Напівпровідникові системи, які називаються твердими розчинами, давно знаходяться в чільному полі зору дослідників, оскільки варіювання складом кристала дозволяє плавно змінювати його фундаментальні параметри: постійну ґратки, ширину забороненої зони, оптичні, електричні характеристики. Поряд із важливими для опто- і мікроелектроніки змішаними кристалами напівпровідникових сполук останнім часом зростає інтерес до вивчення властивостей твердих розчинів кремній-германій, компоненти якого є основними промисловими матеріалами напівпровідникової електроніки. Необхідність детального вивчення властивостей твердих розчинів Si<Ge> зумовлена рядом важливих факторів. По-перше, тверді розчини кремній-германій є добрими модельними об'єктами для дослідження впливу зміни зонної структури, неоднорідностей та розмірних ефектів на властивості речовини. По-друге, Si<Ge> є базовою сировиною для створення надвисокочастотних приладів, пристроїв на поверхнево-акустичних хвилях, приймачів випромінювання для волоконно-оптичних ліній зв'язку, тощо. По-третє, прилади, виготовлені на основі Si<Ge>, мають значні переваги (висока швидкодія, низький рівень шумів, можливість досягнення високих робочих частот від двох до десятків ГГц, низька собівартість) над приладами на основі Si і, в ряді випадків, GaAs. По-четверте, Si<Ge> є перспективним матеріалом для створення приладів із підвищеною радіаційною стійкістю.

Найбільш характерні особливості фізичних властивостей напів-провідників визначаються симетрією кристалічної ґратки та специфікою міжатомної взаємодії. Застосування направлених деформаційних впливів на кристали, які зумовлюють зміну не тільки міжатомних відстаней, але й симетрії ґратки, призводить до найбільш суттєвих змін електронної підсистеми в багатодолинних напівпровідниках. Тому дослідження тензоефектів у напівпровідникових кристалах високої симетрії має важливе значення як у науковому, так і прикладному аспектах. Висока інформативність методу дозволяє з достатньою достовірністю вивчати особливості зонної структури багатодолинних напівпровідників, коректно визначати її параметри та величини, які характеризують механізми розсіяння носіїв заряду.

Особливе місце у фізиці напівпровідників належить вивченню кінетичних ефектів, які в значній мірі визначаються механізмами розсіяння носіїв струму. Тому дослідження величин, що характеризують ці процеси, дозволяє не лише вивчати, але й прогнозувати електричні та гальваномагнітні властивості кристала.

При масовому виробництві приладів напівпровідникової електроніки задовольнити сучасні вимоги відтворюваності й стабільності їх характеристик можна тільки, використовуючи матеріали з високою однорідністю. Це особливо важливо в мікроелектроніці та при виготовленні приладів значної площі, таких, як силові вентилі, тиристори, інтегральні мікросхеми. В останнє десятиріччя стало зрозумілим, що подальше підвищення густини інтегральних мікросхем, їх надійності й економічності, очевидно, вже не може бути здійснено тільки за рахунок удосконалення технології виробництва, а обмежується мікронеоднорідностями фізико-хімічних властивостей напівпровідникових матеріалів. Тому проблема дослідження неоднорідностей взагалі й, зокрема, при радіаційних впливах була і залишається актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження твердих розчинів кремній-германій безпосередньо пов'язане з державними науковими програмами і, зокрема, науковими планами кафедри фізики Луцького державного технічного університету. Базовою для підготовки й подання дисертаційної роботи була науково-дослідна робота на тему “Дослідження радіаційних дефектів у кристалах кремнію й твердих розчинах кремній-германій”, № державної реєстрації 0198У000265.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи: з'ясувати природу кінетичних ефектів у кристалах n-кремнію з ізовалентною домішкою (ІВД) германію.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- дослідити тензорезистивний ефект у кристалах твердих розчинів Si<Ge> при одновісних пружних деформаціях та коректно визначити константу деформаційного потенціалу ( ), параметри анізотропії рухливості ( ) та анізотропії часів релаксації носіїв струму ( ), перпендикулярну ( ) та поздовжню ( ) складові рухливостей носіїв струму в окремо взятому ізоенергетичному еліпсоїді;

- встановити вплив ізовалентної домішки германію на інтенсивність утворення дефекту радіаційного походження A-центра (асоціація вакансії й атома кисню) та його специфіку;

- змоделювати потенціал ізовалентної домішки та встановити температурні закономірності розсіяння при наявності ІВД у кристалах n-кремнію;

- дослідити наявність неоднорідних областей у кристалах твердих розчинів кремній-германій і оцінити їх основні параметри.

При вирішенні поставлених задач використовувався один із найбільш ефективних методів – метод дослідження тензоефектів при одновісній пружній деформації. Сукупність отриманих на даний час результатів дає право розглядати його у поєднанні з результатами вимірювань ефекту