Кінетичні ефекти у твердих розчинах кремній-германій

3. При зниженні температури кристалів менше 200K і концентраціях неосновної компоненти від 2*1019 см-3 до 2*1020 см-3 крім існуючих механізмів розсіяння додається механізм розсіяння електронів на ІВД германію. В області температур 220... 450К нахили всіх кривих однакові, що свідчить про основну роль міждолинного розсіяння і розсіяння на коливаннях ґратки в досліджуваних кристалах. Порівняння температурних залежностей рухливості електронів у температурному інтервалі 77... 300К для недеформованих та пружнодеформованих (при повному міждолинному перерозподілі електронів) кристалів Si<Ge> свідчить про визначальний вклад f-переходів у міждолинне розсіяння у твердих розчинах Si<Ge> при NGe<=2*1020 см-3 так само як і в n-кремнії без ІВД Ge. Експериментально встановлено та теоретично обґрунтовано, що рухливість, яка характеризує розсіяння на ІВД, проявляє температурну залежність ~T-0. 5.

4. Запропоновано метод визначення концентрації ізовалентної домішки, яка суттєво починає впливати на загальну рухливість носіїв струму при певних значеннях температури та концентрації іонізованої домішки.

5. У твердих розчинах Si<Ge> атоми ізовалентної домішки германію утворюють невеликі кластери, кількість атомів у яких змінюється в межах від 20 до 100, залежно від рівня легування; ефективні значення геометричного розміру таких неоднорідностей знаходяться в межах 20…200A. Використання дифузійного наближення дає змогу описати температурну залежність рухливості в кристалах Si<Ge> в інтервалі температур 77…200K, причому, причини зменшення рухливості електронів як у кристалах Ge<Si> так і в кристалах Si<Ge> обумовлені неоднорідністю розподілу неосновної компоненти твердого розчину у вигляді флуктуаційних скупчень атомів цієї компоненти (кластерів) і локальними механічними напруженнями кристалічної ґратки, пов'язаними з наявністю цих кластерів.

 

 

1. A. Semenyuk, A. Korovytsky Study of electrophysical parameters and tensoeffects in n-type Si<Ge> crystals // Functional materials. – 2001. – v. 8, №3. – Р. 493-497.

2. Семенюк А., Коровицький А. Вплив ізовалентної домішки германію на розсіювання електронів у кремнії // Фізичний вісник НТШ. – т. 4. – 2001. – С. 124-128.

3. Семенюк А., Коровицький А. Про розсіювання електронів у кремнії з домішкою германію // Науковий вісник ВДУ. Серія фізичні, хімічні, математичні науки. – Луцьк: Волин. держ. ун-т ім. Лесі Українки. -1998. – №6. – С. 8 – 11.

4. А. Семенюк, А. Коровицький Тензоефекти в n-кремнії з ізовалентною домішкою германію // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. – Луцьк: Волин. держ. ун-т ім. Лесі Українки. – 1999. – № 14. – С. 119-124.

5. Коровицький А. М. Вплив неоднорідних областей на рухливість носіїв струму в твердих розчинах   // Науковий вісник ВДУ. Фізичні науки. – Луцьк: Волин. держ. ун-т ім. Лесі Укранки. – 2001. – №7. – С. 58-60.

6. A. Semeniuk, A. Korovytsky The influence of isovalent impurity of germanium upon the electrophysical properties of silicon // Науковий вісник ВДУ. Серія фізичні науки. – Луцьк: Волин. держ. ун-т ім. Лесі Українки. – 2001. – №7. – С. 53-58.

7. Дослідження радіаційних дефектів в кристалах кремнію і твердих розчинах кремній германій: Звіт про НДР (заключний) / Луцький держ. техн. ун-т; № ДР 0198У000265. – Луцьк, 1999. – 67с.

8. Семенюк А., Коровицький А. Моделювання потенціалу ізовалентної домішки в ковалентних кристалах і його роль у розсіюванні електронів // Тези доповідей 4th International modeling school of AMSE_UAPL, Crimea 2000. – Rzeszуw: Politechnika Rzesz. – 2000. – С. 231-232.

9. Коровицький А. М., Семенюк А. К. Дослідження впливу ізовалентної домішки   на рухливість електронів у   // Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики. Матеріали ІІ Міжнародного Смакулового симпозіуму. – Тернопіль: ТДТУ, Джура. – 2000. – С. 163-164.

10. Семенюк А. К., Коровицький А. М. Розсіювання електронів у кристалах твердих розчинів кремній-германій // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції присвяченої 150-річчю від дня народження видатного українського фізика і електротехніка Івана Пулюя. – Львів: Держ. ун-т “Львівська політехніка”. – 1995. – С. 76.

11. Коровицький А. М. Дослідження впливу ізовалентних домішок Ge на тензоефекти та міцність кристалів Si // Тези Першого наукового симпозіуму “Сучасні проблеми інженерної механіки”. – Луцьк: ТзОВ “Ковельська міська друкарня”. – 2000. – С. 57-58.

12. Коровицький А. М. Дослідження особливостей розсіювання електронів на ізовалентних домішках у кристалах твердих розчинів Si<Ge> // Збірник наукових праць ЛІІ (ч. І). – Луцьк: Волин. держ. ун-т ім. Лесі Українки. – 1997. – С. 153-156.

13. Семенюк А. К., Коровицький А. М. Електронні властивості багатодолинних напівпровідників із радіаційними дефектами // Збірник наукових статей ЛДТУ ч. І. – Луцьк: Луцький держ. техн. ун-т. -1998. – С. 163-167.

14. Семенюк А. К., Коровицький А. М. Вплив ізовалентної домішки германію в кристалах кремнію на рухливість електронів // Збірник наукових статей ЛДТУ ч. І. – Луцьк: Луцький держ. техн. ун-т. -1998. – С. 159-163.

15. Коровицький А. М. Розсіювання електронів на ізовалентних домішках у кристалах твердих розчинів Si<Ge>. Науковий вісник ЛДТУ. – Луцьк: Луцький держ. техн. ун-т. – 1999. – № 1. – С. 37-44.

16. Семенюк А. К., Коровицький А. М. Міждолинне розсіювання електронів у кремнії з домішкою германію // Тези доповідей ІХ науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу ЛІІ. – Луцьк: ТзОВ “Ковельська міська друкарня”. – 1994. -С. 103.

17. Семенюк А. К., Коровицький А. М. Особливості кінетичних ефектів у кристалах твердих розчинів кремній-германій // Тези доповідей Х науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу ЛІІ. – Луцьк: ТзОВ “Ковельська міська друкарня”. – 1995. – С. 186.

 

 

Коровицький А. М. Кінетичні ефекти у твердих розчинах кремній-германій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01. 04. 10 – фізика напівпровідників і діелектриків. – Волинський державний університет ім. Лесі Українки, Луцьк, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню кінетичних ефектів у твердих розчинах кремній-германій Si1-xGex. Встановлено, що збільшення концентрації неосновної компоненти спричиняє зменшення ефекту п'єзоопору, параметра анізотропії рухливості. Чутливим параметром щодо введення додаткового механізму розсіяння є поперечна складова рухливості електронів. При NGe>=7*1019 см-3 спостерігається тенденція до зменшення константи деформаційного потенціалу. У гама-опромінених кристалах n-Si<Ge> виявлена релаксація п'єзоопору, зумовлена атомною переорієнтацією A-центрів. Експериментально встановлено та теоретично обґрунтовано, що рухливість, яка характеризує розсіяння на ізовалентних домішках, проявляє температурну залежність ~T-0. 5. Показано, що у твердих розчинах Si<Ge> атоми неосновної компоненти германію утворюють невеликі кластери, кількість атомів у яких змінюється в межах від 20 до 100, залежно від рівня легування; ефективні значення геометричного розміру таких неоднорідностей знаходяться в межах 20…200A.

Ключові слова: кінетичні ефекти, твердий розчин, напівпровідник, рухливісь, ізовалентна домішка, радіаційні дефекти, кластер.

 

A. M. Korovytsky. Kinetic effect in silicon-germanium solid solutions. – Manuscript.

Thesis for Candidate's of Science Degree on speciality 01. 04. 10 – semiconductors and dielectric physics. Lesia Ukrainka Volyn State University, Lutsk, 2002.

The thesis is dedicated to investigation of kinetic effects in silicon-germanium solid solutions (Si1-xGex). It has been determined that the increase of piezoresistance effect and mobility anisotropy parameter. Lateral component of electron mobility is a sensitive parameter in respect to the introduction of additional scattering mechanism. At NGe>=7*1019 сm-3 a tendency of decreasing the deformation potential constant is observed. Piezoresistance relaxation caused by the atomic reorientation of A-centres has been fixed in  -irradiated crystals n-Si<Ge>. It has been experimentally determined and theoretically grounded that the mobility which characterizes scattering on isovalent impurities manifests temperature dependency ~T-0. 5. It is shown that atoms of germanium nonbasic components form small clusters with the number of atoms changing on the level doping. The effective values of geometric dimentions are within 20…200A.

Key words: kinetic effects, solid solution, semiconductors, isovalent impurity, radiation-induced defects, clusters.

 

Коровицкий А. М. Кинетические эффекты в твердых растворах кремний-германий. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01. 04. 10 – физика полупроводников и диэлектриков. – Волынский государственный университет им. Леси Украинки, Луцк, 2002.

Диссертация посвящена изучению кинетических эффектов в твердых растворах кремний-германий. Показано, что в области сильных упругих одноосных деформаций вдоль кристаллографического направления [100] пьезосопротивление невырожденных кристаллов n-Si<Ge> определяется перераспределением электронов между эквивалентными долинами (при отсутствии деформации) зоны проводимости, причем при увеличении концентрации изовалентной примеси (ИВП) Ge пьезосопротивление и параметр анизотропии подвижности уменьшаются. Параметр анизотропии времен релаксации при рассеянии на ИВП стремится (при NGe~1020см-3) к единице, что указывает на изотропность процессов рассеивания электронов проводимости на ИВП, при указанной выше концентрации Ge. Чувствительным параметром относительно дополнительного механизма рассеяния является перпендикулярная составляющая подвижности электронов. Установлено, что константа деформационного потенциала для концентраций ИВП NGe<7*1019 см-3 не изменяется, а при увеличении концентрации ИВП германия до NGe=2*1020 см-3 обнаруживается тенденция к уменьшению этой константы до значений 9. 0еВ.

Установлено, что изовалентная примесь германия практически не влияет на интенсивность образования А-центров при  -облучении, но приводит к увеличению энергетического зазора между дном с-зоны и уровнем А-центра до 0. 19еВ. Кроме того, ИВП Ge обуславливает смещение энергетического уровня А-центра под воздействием одноосной упругой деформации и для направления [111], чего не наблюдается в кристаллах n-Si без ИВП Ge. В  -облученных кристаллах n-Si<Ge> обнаружена релаксация пьезосопротивления, обусловленная атомной переориентацией A-центров.

Показано, что при T<200K и концентрациях неосновной компоненты NGe (2*1019... 2*1020) см-3 твердого раствора Si<Ge> кроме существующих механизмов рассеяния проявляется дополнительный механизм рассеяния электронов на ИВП германия. В области температур 220…450K основной вклад вносит междолинное рассеяние и рассеяние на колебаниях решетки. Сравнение температурных зависимостей подвижности электронов в температурном диапазоне 77…300K для недеформированных и упругодефоримрованных (при полном междудолинном перераспределении) кристаллов Si<Ge> свидетельствует об основном вкладе f – переходов в междолинное рассеяние в твердых растворах Si<Ge> при NGe<=2*1020см-3 так же как и в n-кремнии без ИВП Ge. Экспериментально установлено и теоретически обосновано, что подвижность, которая характеризует рассеяние на ИВП, имеет температурную зависимость ~T-0. 5.

Исследовано, что в твердых растворах Si<Ge> атомы неосновной компоненты германия локализуются в виде небольших кластеров, количество атомов в которых изменяется в пределах от 20 до 100 в зависимости от уровня легирования, причем эффективные значения геометрических размеров таких скоплений (кластеров) составляет 20…200A. Использование диффузионного приближения дает возможность описать температурную зависимость подвижности в кристаллах Si<Ge> в диапазоне температур 77…200K, что указывает на общность причин лимитирующих подвижность как в кристаллах Ge<Si> так и в кристалах Si<Ge>, которые обусловленны неоднородным характером распределения неосновной компоненты твердого раствора.

Ключевые слова: кинетические эффекты, твердый раствор, полупроводник, подвижность, изовалентная примесь, радиационные дефекты, кластер.