Нестационарная спектроскопия глубоких уровней в кремниевых диодах с p + -n переходом, облученных высокоэнергетическими тяжелыми ионами криптона Нгуен Тхи. - презентация

1 Нестационарная спектроскопия глубоких уровней в кремниевых диодах с p + -n переходом, облученных высокоэнергетическими тяжелыми ионами криптона Нгуен Тхи Тхань Бинь Руководитель доцент, к.ф.-м.н. доцент, к.ф.-м.н. Н.И. Горбачук

2 Содержание Актуальность проблемы исследования Актуальность проблемы исследования Актуальность проблемы исследования Актуальность проблемы исследования Цель работы Цель работы Цель работы Цель работы Методика исследования Методика исследования Методика исследования Методика исследования Результаты и их обсуждения Результаты и их обсуждения Результаты и их обсуждения Результаты и их обсуждения Вывод Вывод Вывод

3 Актуальность проблемы исследования Изучение радиационных дефектов (РД), возникающих в кремнии и структурах на его основе при облучении тяжелыми ионами с высокой энергией является актуальным, как для развития фундаментальных аспектов физики полупроводников, так и для создания новых технологий радиационно-термической оптимизации параметров полупроводниковых приборов, например, силовых быстродействующих диодов и транзисторов. Изучение радиационных дефектов (РД), возникающих в кремнии и структурах на его основе при облучении тяжелыми ионами с высокой энергией является актуальным, как для развития фундаментальных аспектов физики полупроводников, так и для создания новых технологий радиационно-термической оптимизации параметров полупроводниковых приборов, например, силовых быстродействующих диодов и транзисторов. Облучение высокоэнергетическими тяжелыми ионами позволяет добиться такого же быстродействия диодов, как и облучение электронами, но при меньшем увеличении сопротивления базы, а значит и прямого падения напряжения. Это открывает возможность использования облучения тяжелых ионов в технологии изготовления электронных полупроводниковых приборов. Облучение высокоэнергетическими тяжелыми ионами позволяет добиться такого же быстродействия диодов, как и облучение электронами, но при меньшем увеличении сопротивления базы, а значит и прямого падения напряжения. Это открывает возможность использования облучения тяжелых ионов в технологии изготовления электронных полупроводниковых приборов.

4 Цель работы Методом DLTS (deep level transient spectroscopy) установить особенности дефектно-примесного состава диодов, облученных высокоэнергетическими тяжелыми ионами криптона. Методом DLTS (deep level transient spectroscopy) установить особенности дефектно-примесного состава диодов, облученных высокоэнергетическими тяжелыми ионами криптона.

5 Методика исследования Диоды изготавливались на однородно легированном фосфором кремнии, выращенном методом бестигельной зонной плавки с удельным сопротивлением 90 Ом.см. Область p + -типа создавалась ионной имплантацией бора с энергией 60 кэВ и дозой 5, см -2 с последующим отжигом дефектов и разгонкой примеси в окислительной атмосфере. Диоды облучались криптонами 250 МэВ с флюенсом 10 8 см -2. Рис.1. Схематическое представление исследуемых диодов Образец Толщина алюминиевых контактов к p + - области диодов, m Глубина залегания p + n-перехода x j, m Расстояние между максимумом распределения первичных дефектов и p + n-переходом, m Площадь p + n- перехода, mm 2 I11,53,526,44,41 A44,51214,59,43

6 Методика исследования Спектры DLTS регистрировались на частоте 1МГц с помощью спектрометра СЕ-6 (НПООО ОМНИТЕЛ, г. Минск РБ). Напряжение эмиссии Ue и заполнения ловушек Up варьировалось от –2 В до –18 В и 0 В до -12 В, соответственно. Вольт-фарадные характеристики регистрировались при напряжениях обратного смешения 0-19 В, с шагом 0,1 мВ. На основании вольт-фарадных характеристик по стандартной методики рассчитывались профили распределения разности концентраций доноров и акцепторов по глубине диода. Спектры DLTS регистрировались на частоте 1МГц с помощью спектрометра СЕ-6 (НПООО ОМНИТЕЛ, г. Минск РБ). Напряжение эмиссии Ue и заполнения ловушек Up варьировалось от –2 В до –18 В и 0 В до -12 В, соответственно. Вольт-фарадные характеристики регистрировались при напряжениях обратного смешения 0-19 В, с шагом 0,1 мВ. На основании вольт-фарадных характеристик по стандартной методики рассчитывались профили распределения разности концентраций доноров и акцепторов по глубине диода. Рис. 2. Экспериментальная установка

7 Результаты и их обсуждения Исследованы DLTS исходных диодов (до и после отжига) Исследованы DLTS исходных диодов (до и после отжига) Изучены DLTS облученных диодов Изучены DLTS облученных диодов Исследованы профили РД по глубине диодов Исследованы профили РД по глубине диодов Составлена таблица классификации РД Составлена таблица классификации РД

8 Рисунок 3. DLTS-Сигналы исходного диода I1 ( =26,4 mm) (до облучения ионами криптона) При U p =0V, U e =10V, t p =5ms, t e =15ms t 1 =7,5ms, t 2 =15ms

9 Рисунок 4. Обзорный DLTS-спектр 1-обзорный DLTS-спектр диода I1 ( = 26,4 m) полученный при U p = 0V, U e =16V, t p =5 ms, t e =10 ms, t 1 =1,2ms, t 2 =2,5ms. 2-обзорный DLTS-спектр диода A4 ( = 14,5 m) полученный при выборе входных параметров U p = 0V, U e = 2V t p = 5ms, t e = 10ms, t 1 = 1,2 ms, t 2 =2,5ms. 3- DLTS-спектр исходных диодов типа I1

10 Таблица: Параметры дефектов и их вероятная идентификация ПикДефект Зарядовое состояние Энергетический уровень, эВ Энергетический уровень, согласно Е1O-V(-/0) E C – 0,20±0,01 [1] E2E2E2E2 V-VV-VV-VV-V(=/-) E C – 0,25±0,01 [1] E3E3E3E3 V-VV-VV-VV-V(-/0) E C – 0,40±0,01 (A4-δ=14,5 m) [1] E C – 0,35±0,02 (I1-δ=26,4 m) E4E4E4E4 Многовакансионный комплекс (?) E C – 0,50±0,01 (A4-δ=14,5 m) [1] E C – 0,51±0,01 (I1-δ=26,4 m) [1]-V. Eremin. Effect of radiation induced deep level traps on Si detector performance/ Eremin, E Verbitskaya, Z. Li// NIM A. – – V – P

11 Рисунок 5. Профили распределения логарифма разности концентрации ионизированных доноров и акцепторов N= N D -N A при разных температурах I1I1I1I1 A К, 2-150К, 3-130К, 4-100К, 5-81,4К 1-260К, 2-150К, 3-140К, 4- 81,4

12 Рисунок 6. DLTS-Сигналы E1(A-центр) и E2(VV =/- ) (a) и их амплитуда (б) в зависимости от значения напряжения эмиссии U e (I1 ( =26,4 m)) U p = 0V, t p = 5ms,t e =15ms, t 1 =5ms, t 2 =10ms при изменении U e аб

13 Рисунок 7. DLTS-Cигналы E3 и E4 I1 ( =26,4 m) U p =0V,t p =5ms,t e =15ms, t 1 =5ms,t 2 =10ms при изменении U e U e =16V,t p =5ms,t e =15ms, t 1 =5ms,t 2 =10ms при изменении U p

14 Рисунок 8. DLTS-Cигналы E3 и E4 A4 ( =14,5 m) Up = 0 V, tp = 5 ms, te = 15 ms, t1 = 5 ms, t2 = 10 ms при изменении Ue Сканирование равной глубины в базе диода tp = 5 ms, te = 15 ms,t1 = 5 ms, t2 = 10 ms варьированием Up и Ue Up = 0 V, tp = 5 ms, te = 15 ms, t1 = 5 ms, t2 = 10 ms при изменении Ue

15 Вывод DLTS-методом исследованы облученные ионами криптона 250МэВ с флюенсом 10 8 см -2 кремниевые диоды с p + n-переходом, установлено, на вид спектров DLTS диодов оказывает существенное влияние неравномерность распределения по глубине радиационных дефектов; на вид спектров DLTS диодов оказывает существенное влияние неравномерность распределения по глубине радиационных дефектов; варьирование напряжения эмиссии в ходе эксперимента позволяет разделить вклады в спектр от различных РД варьирование напряжения эмиссии в ходе эксперимента позволяет разделить вклады в спектр от различных РД основными радиационными дефектами, вводимыми при облучении являются A-центры и дивакансии; основными радиационными дефектами, вводимыми при облучении являются A-центры и дивакансии; изолированные A-центры и дивакансии вводятся как правило в начале проекционного пробега ионов, в конце проекционного пробега они образуют скопления; изолированные A-центры и дивакансии вводятся как правило в начале проекционного пробега ионов, в конце проекционного пробега они образуют скопления; помимо А-центров и дивакансий при облучении формируются многовакансионные комплексы, глубина залегания энергетического уровня которых составляет E t E C эВ, а сечение захвата электронов σ n см 2. помимо А-центров и дивакансий при облучении формируются многовакансионные комплексы, глубина залегания энергетического уровня которых составляет E t E C эВ, а сечение захвата электронов σ n см 2.

16