Структура та фізичні властивості кремнійових композицій з розупорядкованими шарами

Розглянуто результати експериментальних і теоретичних робіт, які досліджують поведінки рухомих дефектів та небажані домішок, що здійснюють суттєвий вплив на електричні характеристики композиції, який можна зменшити за допомогою проведення відповідних гетеруючих обробок.

Проведено також огляд робіт, присвячених з’ясуванню впливу дефектів, які виникають під час іонної імплантації, і викликають розвинення додаткових пружних напруг і зміну коефіцієнтів дифузії легуючих домішок.

Подано перелік методів гетерування дефектів в активних областях кристала, які базуються на створенні в неактивних ділянках недосконалостей, що поглинають як швидкодифундуючі домішки, так і точкові дефекти.

Описано фізичні ефекти, що супроводжують процес гетерування. Проведено огляд засобів реалізації процесу гетерування, які базуються на ефекті звільнення домішок або розкладання дефектів на складові частини.

Проаналізовано роботи, в яких подано відомості щодо засобів внутрішнього, локального і комбінованого гетерування.

Проведено огляд і аналіз інформаційних джерел, які торкаються умов формування розупорядкованих гетеруючих шарів у транзисторних структурах.

Особливу увагу, зважаючи на істотні переваги, приділено дослідженням властивостей та структури розупорядкованих шарів у транзисторних композиціях, при формуванні яких використовується іонна імплантація.

У другому розділі наведено результати розробки та дослідження методів виготовлення кремнійових структур з розупорядкованими шарами, що використовувались в дисертації.

Описано оригінальну методику виготовлення бар’єроутворюючого широкозонного низькоомного напівпровідника пульверизацією з наступним піролизом, обгрунтовано та рекомендовано основні параметри процесу пульверизації.

Для отримання ITO -шару використовували розчин InCl3: SnCl4 (5H2O) : H2O: CH3CH2OH у таких співвідношеннях: 30-35: 1: 100-150: 100-150.

Температуру підкладки витримували в межах 400-490 С0, час нанесення розчину – від 30 до 50 секунд.

Розупорядкований шар з пористою структурою створювали перед операцією нанесення ITO-плівки.

Для цієї мети була розроблена спеціальна лабораторна установка формування шарів пористого кремнію методом анодного травлення в розчині плавикової кислоти, опис якої наведено в дисертації.

У процесі проведення травлення утримання плавикової кислоти в розчині змінювали від 10% до 49%. Товщина отриманих шарів пористого кремнію знаходилася в межах від 0, 514 мкм. Визначення товщини пористого кремнію здійснювали за допомогою оптичного мікроскопу методом косого шліфа з наступним декоруванням межі розділу у розчині  (CrO3: H2O: HF=3: 6: 2).

Детально описано розроблену експериментальну методику виготовлення фотоперетворювачів, за допомогою якої було виготовлено дослідні зразки.

Розроблено і представлено методику формування транзисторних структур з використанням комбінованих методів гетерування.

Приховані n+-шари створювали за допомогою локальної іонної імплантації сурми з енергією 60 кеВ при дозі 1. 5*1015см-2 на установці "Везувий-5". З наступною її розгонкою при температурі 1200Со протягом 3, 5 годин в атмосфері аргону в дифузійній печі типу СДО 125/3-15. Товщина прихованого n+-шару при цьому склала 3, 00, 5 мкм, а поверхневий опір – 3510 Ом/ .

Приховані р+-шари формували за допомогою двостадійної дифузії бору  (температури загонки та розгонки відповідно склали 950Со і 1050Со).

Формування бази здійснювали за допомогою іонної імплантації бору з енергією 120 кеВ при дозі 3, 5*1013см-2 і розгонкою при температурі 1050Со.

Емітерну область створювали методом іонної імплантації миш'яку з енергією 60 кеВ при дозі 2, 5*1015 см-2. Термообробку імплантованих шарів здійснювали витримкою при температурі 900Со в азоті з присутністю парів соляної кислоти.

Формування розупорядкованої гетерної області у епітаксійному шарі здійснювалось методом локальної імплантації іонів аргону з енергією 80 кеВ при дозі 6*1014см-2. Аналогічно була сформована планарна гетерна область перед операціями формування бази та емітера з енергією 80 кеВ при дозах 2*1014см-2, 5*1014см-2, 7*1014см-2, 4*1015см-2, 8*1015см-2.

На основі цієї методики виготовлені з використанням комбінованих методів гетерування дослідні транзисторні композиції.

Формування шарів пористого кремнію виконувалось перед нарощуванням епітаксійного шару травленням у 10% водному розчині плавикової кислоти при густині анодного току 4 мА/см2. Протягом 80 с створювали рівномірний шар пористого кремнію товщиною 0, 7 мкм і густиною 1, 94 г/см3.

Епітаксійний шар, на якому була сформована транзисторна композиція, мав товщину 1, 900, 03 мкм.

Отримано профілі розподілу домішок в епітаксійному шарі. Товщина перехідної області на структурах без плівки пористого кремнію складала 0, 6-0, 7 мкм, тобто практично вона досягала переходу колектор-база, тим самим зменшуючи його пробивну напругу. Товщина перехідної області на структурах з плівкою пористого кремнію складає 0, 2-0, 3 мкм, що позитивно позначається на стабілізації і зростанні пробивних напруг Uкб. Привертає увагу зниження величин струмів витоку Iвитэб і Iвиткб, а також деякий зріст значень пробивних напруг колектор-база Uкбо (24В), колектор-емітер Uкэо (6В), зменшення витоків.

Третій розділ дисертації присвячено розробкам, проведеним з метою методичного та метрологічного забезпечення виміру фізичних параметрів та ступеню структурної досконалості кремнійових композицій з розупорядкованими шарами.

Описано особливості методики визначення коефіцієнту поглинання та методику розрахунку коефіцієнта відбиття, що використовувались в роботі.

Надано опис методики вимірювання товщини шарів, питомого і поверхневого опору, спектральних, вольт-амперних і вольт-фарадних характеристик фотоперетворювачів та