Градієнти питомого опору в напівпровідникових монокристалах з неоднорідним розподілом домішок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Градієнти питомого опору в напівпровідникових монокристалах з неоднорідним розподілом домішок

О.О. Дмитрук - ст. гр. ТТ-11

Луцький національний технічний університет

Досліджено вплив неоднорідностей в розподілі легуючих домішок на фізичні властивості напівпровідникових монокристалів. Показано, що наявність шарових періодичних неоднорідностей в напрямку росту кристалу призводить до появи в даному напрямку градієнтів питомого опору.

Постановка проблеми

Монокристали, вирощені методами Чохральського та зонної плавки, мають так звану шарувату структуру (шари чи смуги росту). Шарувата структура, яку виявляють за допомогою вибірного травлення, декорування, рентгенівської топографії чи скануючої електронної мікроскопії, являє собою періодичну зміну концентрації домішок і дефектів вздовж осі росту кристалу [1]. Це призводить до періодичних змін питомого опору та інших параметрів кристалів, впливає на характеристики приладів, вихід придатних інтегральних схем, характеристики позиційно-чутливих детекторів і детекторів довгопробіжних часток, для яких максимальний геометричний розмір вибирається вздовж осі росту [1, 2].

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Накопичений в науковій літературі досвід свідчить про те, що навіть не різкі, а досить плавні зміни у розподілі легуючих домішок в напівпровідникових кристалах суттєво змінюють їх властивості, порівняно з впливом тієї ж домішки (і в тій же концентрації), що однорідно заповнює їх об'єм [3]. Авторами [4] показано, що атоми неосновної компоненти у слабоконцентрованих твердих розчинах впливають на електронний транспорт як нейтральні розсіюючі центри, а також як нейтральні чи заряджені комплекси, які утворюються в результаті взаємодії ізовалентного (по відношенню до матриці) елемента з атомами легуючих чи залишкових домішок.

Не можна не враховувати і той факт, що в результаті сильної сегрегації в процесі кристалізації твердого розчину з підвищенням концентрації неосновної компоненти в ньому, розподіл цієї компоненти при цьому буде ставати все більш нерівномірним [5]. Значна концентрація неосновної компоненти може призвести до того, що носії заряду будуть розсіюватись не тільки на сторонніх (по відношенню до матриці) атомах, але і на невпорядкованостях кристалічної гратки.

Рисунок 1 - Відносні відхилення питомого опору від середнього значення для зразків CdSb(Te), вирізаних: а) паралельно; б) перпендикулярно до осі росту кристалу

напівпровідниковий монокристал домішки

Мета дослідження - дослідити вплив неоднорідностей в розподілі легуючих домішок на градієнти питомого опору в напівпровідникових монокристалах. Результати дослідження. Дослідження проводилися в монокристалах CdSb, легованих Te (I група) та In (II група). Зразки вирізались паралельно та перпендикулярно до осі росту кристалу. Вимірювання питомого опору проводились двохзондовим компенсаційним методом, точність якого практично мало залежить від питомого опору матеріалу, оскільки струм через вимірювальні зонди при повній компенсації не проходить і вони є потенціальними. За результатами вимірювань побудовані експериментальні криві розподілу питомого опору по довжині зразків (рис. 1 та 2).

Рисунок 2 - Відносні відхилення питомого опору від середнього значення для зразків CdSb(In), вирізаних: а) паралельно; б) перпендикулярно до осі росту кристалу

На одержаних залежностях Дрфс=/(Х) для кристалів обох груп виявлено значно більші відносні відхилення питомого опору від середнього значення рс в зразках, вирізаних вздовж осі росту кристалу, ніж у зразках, вирізаних перпендикулярно до даної осі. Різкі зміни градієнтів питомого опору Др в напрямі росту кристалу пояснюються існуванням в даному напрямі значних градієнтів концентрації носіїв заряду Дп. А отже, можна говорити про наявність в даному напрямі шаруватих неоднорідностей, при чому необхідно відмітити певну періодичність в їх розподілі по довжині зразків.

В якості чисельної характеристики неоднорідності досліджуваних кристалів використовувалося стандартне відхилення окремих значень Pi ( i = 1, N ) від середнього значення рс, що розраховувалося за формулою [6]:

Одержані середні значення S для монокристалів антимоніду кадмію, легованих Те та In, відповідно рівні: S| |те = 9,85-10-3 Омюм, SiTe = 5,94-10"3 Омюм, Silin = 11Д2-10"3 Ом-см, Si in = 6Д6-10"3 Ом-см.

Висновки

Як слідує з проведених досліджень, відносні відхилення питомого опору Дрфс і стандартні відхилення S для зразків обох груп радіального напряму менші, ніж для зразків, вирізаних вздовж осі росту кристалу, на основі чого можна зробити висновок про наявність неоднорідного розподілу домішок Te та In в об'ємі монокристалів антимоніду кадмію. При чому, порівнюючи результати, одержані методом оптичної топографії [7] та двохзондовим компенсаційним методом, необхідно зауважити, що в досліджуваних кристалах проявляється шарувата структура з декількома типами шарів, що характеризуються різними періодами.

Вивчення даних особливостей створює передумови для врахування згаданих вище ефектів при конструюванні різного роду напівпровідникових приладів, а також забезпечить реальні шляхи мінімізації проявів цих ефектів там, де вони можуть виявитись досить небажаними.

Перелік джерел посилання

1. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии. / К. Рейви ; пер. с англ. - М. : Мир, 1984. - 475 с.

2. de Kock A.J.R. Effect of growth parameters on formation and elemination of vacancy clusters in dislocation-free silicon crystals / A. J. R. de Kock, P. J. Roksnouer, P. G. T. Boonen // J. Cryst. Growth. - 1974. - Vol. 22, № 4. - P. 311320; 1975. -Vol. 28, № l. - P. 125-137.

3. Баранський П. І. Неоднорідності напівпровідників і актуальні задачі міждефектної взаємодії в радіаційній фізиці і нанотехнології / П. І. Баранський, А. В. Федосов, Г. П. Гайдар. - Луцьк : Надстир'я, 2007. - 323 c.

4. Баранский П. И. Эффект Холла в Ge, легированном Si, а также РЗ элементами Sm, Nd, Pr / П. И. Баранский, В. В. Байдаков, Д. И. Левинзон // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. - 1967. -Т. 3, № 7. - С. 1259-1262.

5. Масштабы флуктуаций состава в сплавах Ge1+xSix / С. И. Шаховцова, К. В. Шаховцов, Л. И. Шпинар, И. И. Ясковец // Физика и техника полупроводников. - 1993. - Т. 27, № 6. - С. 1035-1039.

6. Mazur R. G. Resistivity inhomogeneities in silicon crystals / R. G. Mazur // J. Electrochem. Soc. - 1967. - Vol. 114, № 3. - Р. 255-259.

7. Федосов А. В. Дослідження неоднорідностей в монокристалах антимоніду кадмію / А. В. Федосов, Л. В. Ящинський, Ю. В. Коваль // Актуальні проблеми та перспективи науки та виробництва : тези XXIV -ої наук.-техн. конф. - Луцьк : Навч.-наук. відділ ЛНТУ, 2009. - С. 211-212.

Размещено на Allbest.ru