Магнітостимульовані зміни дефектно-домішкового стану та фізичних характеристик кристалів кремнію

Підтвердити гіпотезу про зміни пружно-напруженого стану Si вдалося експериментально із залученням дифракційних рентгенівських методів дослідження. При цьому було враховано, що випромінювання приладу дає додаткову малодозову рентгенівську обробку величиною (D ? 10⁴ Р). Аналіз дифракційних кривих свідчить про зменшення відносної деформації, і відповідно внутрішніх напружень в монокристалі Si на ? 4% - 10% після проведених комбінованих обробок. Величина ефекту залежить від послідовності використаних обробок. Зміни були більш значними у випадку, коли рентгенівська обробка передувала магнітній. Факт зміни мікронапружень внаслідок таких зовнішніх впливів було підтверджено і в мікрострукурованому кремнії - величина внутрішніх напруг після МО зменшується на ? 14%. Ці зміни позначаються і на величині параметра гратки Si. Після завершення магнітної обробки величина мікронапружень поступово повертається практично до вихідних значень, що корелює з релаксацією мікромеханічних характеристик (мікротвердості, модуля Юнга, коефіцієнта пластичності).

ВИСНОВКИ

У дисертації з використанням комплексу структурних та спектроскопічних методів визначені головні закономірності еволюції фізико-хімічного стану та фізичних властивостей кристалів Si внаслідок дії слабкого (В = 0,17 Тл) постійного магнітного поля:

1. Виявлено зміну складу парамагнітних та діамагнітних домішок в приповерхневих шарах монокристалічного Si, а також релаксацію його структурно-фазового стану та рельєфу поверхні після дії слабкого постійного магнітного поля.

2. Поверхнево-чутливими методами зафіксовано низку альтернативних релаксаційних процесів, зумовлених магнітним впливом: процес розриву хімічних зв'язків у комплексах точкових дефектів, стимульований посиленням адсорбції на магнітоактивованій поверхні Si процес схожий до окисно - відновного, і процес гетерування поверхнею кремнію парамагнітних домішок.

3. За допомогою методу катодолюмінісценції виявлено чутливість власних дефектів системи Si/SiO₂ до дії магнітного поля. Магнітостимульована дефектно-домішкова перебудова центрів випромінювальної рекомбінації призводить до зміни інтенсивності всіх смуг люмінесценції у спектрі.

4. Визначено, що дія слабкого постійного магнітного поля призводить до релаксації електрофізичних характеристик поверхнево бар'єрних структур, виготовлених на основі кремнію: ВАХ, ВФХ, густини ПЕС, поверхневого електроопору, фотопровідності. Виявлено накопичення електричного заряду в діелектричному прошарку, величина якого внаслідок магнітної дії зростає в ~ 3 рази.

5. Встановлено, що магнітна обробка кристалів кремнію спричинює релаксаційні зміни цілої низки механічних характеристик (мікротвердості, модуля Юнга, коефіцієнта пластичності) і позначається на пружно-напруженому стані приповерхневих шарів. Зясовано, що зафіксовані зміни механічних характеристик носять оборотний арактер. Виявлено, що низькоенергетичне малодозове рентгенівське опромінення (10⁴ R) в комбінуванні з дією слабкого магнітного поля зумовлює зменшення внутрішніх напружень та зростання параметра гратки кремнію після проведених обробок. При цьому величина змін структурних параметрів залежить від послідовності проведення обробок.

6. Виявлені магнітостимульовані процеси довготривалої структурної релаксації, які позначаються на магніточутливих фізичних характеристиках кристалів Si, аналізуються на основі положень спін-залежної електронної теорії. В роботі одержано експериментальне підтверження цим уявленням, які передбачають вплив слабких магнітних полів на міцність хімічних звязків в структурних нанокластерах магнітоневпорядкованих матеріалів.

магнітний поле дефектний фізичний

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вызванные действием магнитного поля изменения примесного состава и микротвердости приповерхностных слоев кристаллов кремния / В.А. Макара, М.А. Васильев, Л.П. Стебленкo, О.В. Коплак, А.Н. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.Н. Науменко // Физика и техника полупроводников. - 2008. - T.42, №9. - C.1061-1064.

2. Вплив магнітної обробки на мікротвердість та структуру приповерхневих шарів кристалів кремнію / В.А. Макара, М.А. Васильев, Л.П. Стебленко, О.В. Коплак, А.Н. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.Н. Науменко // Фізика і хімія твердого тіла. - 2009. - Т.10, № 1. - С.193-198.

3. Вплив магнетного поля на електрофізичні характеристики поверхнево-бар'єрних структур Ві-Si-Al / Б. В. Павлик, Л. П. Стебленко, О. В. Коплак, А. С. Грипа, Д. П. Слободзян, Р. М. Лис, Й. А. Шикоряк, Р.І. Дідик // Металлофизика и новейшие технологии. - 2009. - Т. 31, № 9. - С. 1169-1178.

4. Зміна наноструктури та фізичних властивостей монокристалічного кремнію під дією слабкого магнітного поля / В.А. Макара, Л.П. Стебленко, В.Ф. Горбань, І.В. Короташ, Е.М. Руденко, О.В. Коплак, А.Н. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.Н. Науменко // Наноструктурное материаловедение. - 2009. - № 1. - С.45-51.

5. Влияние адсорбции алюминия на характер релаксации магнитомеханического эффекта в кремнии / В.А. Макара, М.А. Васильев, Л.П. Стебленко, О.В. Коплак, А.Н. Курилюк, С.Н. Науменко, Ю.Л. Кобзар, Г.В. Весна // Металлофизика и новейшие технологии. - 2008. - Т.30, № 10. - С.1339-1348.

6. Change in the state of paramagneticncenters and lattice parameter of micro-structured Si under the influence of week magnetic field / V.V.Trachevsky, L. P. Steblenko, P.Y.Demchenko, O.V.Koplak, A.M. Kuryliuk, A.K. Melnik // Semicondactor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2010. - Vol. 13, N 1. - P. 87-90.

7. Зміни внутрішніх напружень та параметру гратки кристалів кремнію, стимульовані комбінованою дією рентгенівського опромінення та магнітного поля / Л.П.Стебленко, С.І. Мудрий, О.В. Коплак, Р.О. Кулик, С.М. Науменко, Ю.Л.Кобзар, А.М.Курилюк //Фіз. і хім. тв. тіла. - 2010. - Т.11, №2. - С. 334-337.

8. Изменение физико-химического состояния и топологии поверхности монокристаллического кремния под влиянием слабого постоянного магнитного поля / В. А. Макара, Л. П. Стебленко, А. М. Кордубан, О.В. Матвеева, А.Н. Курилюк, С.Н. Науменко, Ю.Л. Кольченко // Сборник научных трудов II международной научной конференции «Материалы и структуры современной электроники». - Минск. - 5-6 октября, 2006. - с. 189-192.

9. Steblenko L.P. Influence of the weak magnetic field on nanostructure and physical properties of the Si single crystal / L.P. Steblenko, O.V. Koplak, S.I. Mudry // XV^th international seminar on physics and chemistry of solids “ISPCS`09”. - Szklarska Рoreba. - June 7- 9, 2009. - Р. 46.

10. Вплив магнітного поля на катодолюмінесцентні властивості термічного окисла, вирощеного на кремнії / Л.П. Стебленко, О.В. Коплак, А.Н. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.Н. Науменко // Збірник наукових праць по матеріалам міжнародної науково-практичної конференції «Структурна релаксація у твердих тілах». - Вінниця. - 19-23 травня, 2009. - C.179-181.

11. Тіньков B. Магнітоіндуковані зміни дефектної структури в приповерхневих шарах Si / B. Тіньков, Л. Стебленко, О. Коплак // Міжнародна наукова конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «Еврика-2010». - Львів. - 19-21 травня, 2010. - C. D18.

12. Зміна фізичних властивостей та наноструктури кристалів кремнію під дією слабкого магнітного поля / В.А. Макара, Л.П. Стебленко, М.О. Васильєв, А.М. Курилюк, Ю.Л. Кобзар, С.М. Науменко, О.В. Коплак // Международная научно-техническая конференция «Повышение качества, надежности и долговечности технических систем и технологических процессов». - Хургада. - 2-9 декабря, 2007. с.85.

Размещено на Allbest.ru