Структура та фізичні властивості кремнійових композицій з розупорядкованими шарами

Розрахунок коефіцієнтів рівняння вольтамперних характеристик фотоелектричних перетворювачів проводився методом найменших квадратів за результатами вимірів темнових ВАХ із установленою загальною похибкою Е=1*10-4. Значення Е визначалося таким рівнянням:

 

де yi -експериментальне значення пошукової функції; f (xi)  – теоретичне значення функції; i – похибка в одиничному досвіді; i – номер досвіду; m – кількість досвідів.

Якщо f (x) =Z (x, a0, a1, a2, a3.... ak), де a0, a1, a2... ak -коефіцієнти, то Е можна уявити як функцію до перемінного. Тоді за необхідною умовою існування екстремуму функції в точках екстремуму приватні похідні за змінними повинні дорівнювати нулю. Одержимо систему рівнянь:

Вирішуючи чисельним методом цю систему рівнянь, визначаємо значення коефіцієнтів a0, a1, a2,..., ak.

Введемо такі заміни:

 

I (Ui) =f (Ui) =  

Ii=yi;

 

Тоді отримаємо таке рівняння:

 

А система рівнянь  (3)  буде мати вигляд:

У п'ятому розділі проведено дослідження фізичних властивостей і розподілу дефектів у кремнійових транзисторних композиціях.

Відомо, що основними видами дефектів у приповерхневих областях мішені при іонній імплантації є вакансії і міжвузлові атоми. Вони мігрують у кристалічній решітці і взаємодіють із домішками, сприяючи збільшенню концентрації вторинних дефектів – дівакансій, тривакансій, тетравакансій і комплексів з атомами домішок. У процесі відпалів лінійні дефекти можуть змінювати свої розміри і місцезнаходження в решітці. При цьому встановлено, що дислокації не відпалюються аж до температури 10000С. Характер дефектів в основному визначається типом іонів, дозою та енергією імплантації, а також умовами термообробок. Після імплантації з дозами, що перевищують дозу аморфізації і відповідної термообробки в приповерхневій області, спостерігається полікристалічна фаза.

Іонна імплантація і термообробки при епітаксійному нарощуванні сприяють винекненню механічних напруг і стимулюванню міграції точкових і інших структурних дефектів.

Як відомо, точкові дефекти активно взаємодіють із дислокаціями. Проте вони, як і міжвузлові атоми, можуть знаходиться в квазірівновазі як із дислокаціями, так і з поверхнею.

Для аналізу наслідків взаємодії різних дефектів було проведено моделювання пружних напруг при імплантації іонів аргону в приповерхневий шар кремнію.

Значення пружних напруг розраховували за допомогою рівняння

 

де Е – модуль Юнга,  – коефіцієнт стиску  (розтяги)  штахети, обумовлений розмірною невідповідністю атомів впроваджених домішок і атомів решітки, С (х, z)  – профіль розподілу домішок; х – розмір області імплантації; z – глибина проникнення іонів;  – коефіцієнт Пуасона.

Звідси розраховано дозові залежності значень пружних напруг, утворених розупорядкованими шарами внаслідок іонної імплантації аргону.

З метою визначення розміру довжини рухомості дефектів проведено експериментальні дослідження генераційного часу життя в неімплантованих областях структури. З’ясовано, що збільшення дози імплантації зменшує кількість домішкових та точкових дефектів, що може бути пов’язано з виникненням перехідної області між імплантованими та неімплантованими ділянками, розміри яких за нашими вимірюваннями досягають 50 мкм.

У роботі вперше досліджена можливість використання плівок пористого кремнію як структурного гетеру у процесі виготовлення епітаксійних структур.

Проведено дослідження гетеруючих властивостей пористого кремнію, отриманого перед епітаксійним нарощуванням. Експериментальні дослідження виявили, що збільшення товщини пористого кремнію веде до зростання товщини аморфного кремнію та утворення як полікристалічної фази під час нарощування епітаксійних шарів.

При зміні ефективної густини пористого кремнію від 1, 92 г/см3 до 1, 48 г/см3 густина дефектів у епітаксійній плівці знаходиться в межах від 8. 0*100см-2 до 1. 2*107см-2.

Збільшення ефективної густини пористого кремнію від 1, 7 г/см3 до 2, 0 г/см3 веде до зростання густини дефектів до 8*102см-2, а зниження її від 1, 54 г/см3 до 1, 5 г/см3 призводить до збільшення густини дефектів до 104см-2, що відбувається в основному за рахунок проникнення дефектів в епітаксійний шар з гетеруючих ділянок.

Експериментальні залежності густини дефектів у епітаксійному шарі кремнію над областями, які були оброблені анодним травленням, і ті, що не були оброблені, від густини шару пористого кремнію показують, що при густині від 1, 54 до 1, 62 г/cм3 щільність дефектів упаковки та діслокацій над р+-областями склала 4*105см-21, 1*106см-2, при цьому щільність дефектів над n+-областями склала 8*100см21, 1*101см-2. Це можна пояснити формуванням локальних механічних напруг як у латеральному, так і у поперечному напрямках.

Досліджувалась також залежність густини дефектів від послідовності операцій виготовлення транзисторних композицій з різними дозами імплантації 2*1014 – 7*1015см-2 іонів аргону при утворенні комбінованого гетерування.

Таким чином, показано, що ефективність методу структурного гетерування базується на створенні стабільних центрів захоплення домішок і дефектів у локальних ділянках поверхні кремнійових пластин за рахунок бомбардування іонами аргону і забезпеченні відповідних умов утворювання зародків на них. У діапазоні використаних у роботі доз 5-7*1014 см-2 імплантовані іони аргону створюють радіаційні дефекти, глибина проникнення яких у кремній складає більше 60 нм.

Зменшення густини дефектів до 1, 45*101см-2 спостерігається, якщо доза імплантації складає 7*1014см-2. Це дає додаткові можливості для керування якістю транзисторної структури в залежності від дози імплантації.

В роботі показано, що ефективне керування електрофізичними параметрами транзисторної композиції можливе також шляхом створення гетерних стоків як в об'ємі епітаксійного шару, так і на його поверхні в