Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКИ НАПІВПРОВІДНИКІВ ім. В. Є. ЛАШКАРЬОВА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

01. 04. 07 - фізика твердого тіла

Модифікація дефектної структури напівпровідникових сполук А2В6 та А3В5 високочастотним електромагнітним випромінюванням

Редько Роман Анатолійович

Київ 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної Академії наук України

Науковий керівник: кандидат фізико-математичних наук Мілєнін Віктор Володимирович, Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова

Національної Академії наук України, старший науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Горбик Петро Петрович,

Інститут хімії поверхні Національної Академії наук України, в.о. директора

доктор фізико-математичних наук, професор Корсунська Надія Овсіївна, Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова Національної Академії наук України, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Інститут металофізики Національної Академії наук України, м. Київ

Захист відбудеться “ 16 “ лютого 2007 р. о 1430 на засіданні спеціалізованої вченої ради К.26.199.01 в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України за адресою: 03028, Київ-28, проспект Науки, 41.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України: 03028 Київ-28, проспект Науки, 45.

Автореферат розіслано “___“ січня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат фізико-математичних наук О.Б. Охріменко

1. Загальна характеристика роботи

випромінювання дефектний напівпровідниковий кристал

Актуальність теми. Як відомо, власні та домішкові дефекти, а також комплекси на їхній основі, визначають електричні та оптичні властивості напівпровідників сімейства А2В6 і А3В5, такі як спектри випромінювання та поглинання, провідність, ефекти захоплення та рекомбінації нерівноважних носіїв. Варіюючи концентрацію та склад дефектів, можна цілеспрямовано керувати цими властивостями, що є однією з найважливіших задач напівпровідникової електроніки.

Ефективним і перспективним підходом до вирішення цього завдання є використання надвисокочастотного (НВЧ) випромінювання для спрямованої та керованої перебудови дефектної структури напівпровідників. Об'ємний характер поглинання НВЧ випромінювання напівпровідниковим матеріалом дозволяє здійснювати протікання необхідних реакцій по всій товщині матеріалу, а з використанням імпульсної обробки - робити різні структурні трансформації без змін агрегатного стану основної маси матеріалу. Використовуючи НВЧ опромінювання, можна керувати параметрами не лише напівпровідників, а й готових приладових структур. Проте, для вирішення сформульованого завдання необхідне чітке розуміння природи процесів, які відбуваються в кристалі при дії на нього НВЧ випромінювання різної частоти та потужності.

При очевидних перевагах НВЧ обробок у порівнянні з іншими активними впливами (швидкі термічні відпали, лазерні та радіаційні обробки) як способу спрямованого впливу на різні типи дефектів у напівпровідниках, розрізненість і обмеженість існуючих на сьогодні експериментальних результатів не дозволяє створити послідовну картину впливу електромагнітного випромінювання НВЧ- діапазону на дефектну структуру напівпровідників і встановити особливості перебудови в залежності від режимів опромінювання. В цьому контексті подальший розвиток експериментальних досліджень по виявленню впливу НВЧ випромінювання на напівпровідники є безсумнівно актуальним.

Вивченню впливу випромінювання міліметрового та сантиметрового діапазону довжин хвиль на структурні недосконалості напівпровідників присвячено досить незначну кількість робіт, виконаних в основному на Si, а бінарні сполуки А2В6 і А3В5 практично не досліджені. Відзначимо, що найбільш широке розповсюдження отримала думка, що стимульована НВЧ випромінюванням трансформація дефектної структури пов'язана з тепловою дією електромагнітної хвилі. При цьому неочевидні фактори існування нетеплового впливу мікрохвильового поля на процеси структурної перебудови в напівпровідниках, як правило, не враховувалися. В той же час саме нетепловий вплив електромагнітного поля визначає перспективи застосування мікрохвильового випромінювання для технологічних цілей.

З цих позицій особливий інтерес становить собою вивчення процесів трансформації дефектів при НВЧ випромінюванні в приповерхневих областях напівпровідників із діелектричними та пористими шарами, які широко використовуються в напівпровідниковій мікроелектроніці. Питання про механізми перетворення дефектів у цих об'єктах під дією мікрохвильового опромінювання до останнього часу не досліджене.

Отже, на сьогодні реальність ефектів впливу НВЧ випромінювання на дефектну структуру напівпровідників є безсумнівною. Проте, лишається багато питань щодо їхньої природи. До цього часу не зрозуміло, один механізм чи декілька визначають закономірності перетворення дефектної структури під впливом НВЧ обробки. З огляду на це, виконані в роботі наукові дослідження, які передбачали отримання нових результатів про структурні перетворення під дією НВЧ опромінення напівпровідникових об'єктів різної природи та можливість їх використання в практичних цілях, є безумовно актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках наступних тем: “Механізми впливу технології отримання і зовнішніх факторів на властивості напівпровідникових структур і функціональних елементів сенсорних систем на їх основі”, 2003-2005 рр. (рішення Бюро ВФА НАНУ №11 від 27.11.2002 р. Номер держреєстрації 0103U000364);. Державна науково-технічна програма розвитку мікро та оптоелектронних технологій на 2005-2007 рр. (постанова Кабінету Міністрів України від 15 жовтня 2004 р. №1368). Розділ IV. Напівпровідникова надвисокочастотна електроніка міліметрового діапазону довжин хвиль (номер держреєстрації 01050000990).

Об`єкт дослідження: Напівпровідникові матеріали різної фізичної природи: CdS, GaAs, GaP, InP та пористий InP, гомоепітаксійні плівки на пористому InP та структури SiO2/GaAs.

Предмет дослідження: Ефекти стимульованої НВЧ впливом трансформації дефектно-домішкових центрів напівпровідникових матеріалів.

Метою роботи є комплексне експериментальне дослідження впливу НВЧ випромінювання різної потужності та частоти, на еволюцію дефектної структури напівпровідників різної природи і встановлення загальної закономірності у перебудові їх домішково-дефектних центрів.

Для досягнення поставленої мети було необхідно вирішити такі задачі:

1. Дослідити зміни рекомбінаційних процесів у бінарних сполуках CdS, GaAs, GaP, InP, при варіюванні параметрів НВЧ опромінювання та співставити їх з термічним відпалом.

2. Дослідити вплив морфологічної та структурної неоднорідності приповерхневих шарів напівпровідників на перебудову домішкових і власних дефектів при НВЧ опроміненні.

3. Дослідити вплив слабких магнітних полів на випромінювальну рекомбінацію в напівпровідниках з різною морфологією поверхні та співставити з дією мікрохвильового опромінення на ті ж матеріали.

Методи дослідження: Основним методом дослідження була фотолюмінесценція (ФЛ), яка дозволяла вивчати вплив НВЧ опромінення на дефектну структуру безпосередньо за зміною концентрації дефектів з відомою мікроскопічною структурою. Для дослідження морфології поверхні використовувалися скануюча атомно-силова та растрова електронна мікроскопія. Атомний та фазовий склад міжфазових меж і поверхонь вивчався методами Оже-електронної та рентгенівської фотоелектронної спектроскопії. Структурна однорідність матеріалів контролювалася методами рентгеноструктурного аналізу, електрофізичними та оптичними вимірюваннями.

Наукова новизна роботи:

1. Показано, що опромінення може призводити як до розпаду асоційованих комплексів домішка-власний дефект, так і до їх генерації. Встановлено, що стимульована НВЧ опроміненням перебудова в дефектній структурі напівпровідників залежить від їх вихідного домішково-дефектного складу, у тому числі від неконтрольованих домішок.

2. Експериментально підтверджено і розвинуто механізм нетеплового впливу мікрохвильового випромінювання на домішково-дефектну структуру напівпровідників різної природи: CdS, GaAs, InP, GaP.

3. Встановлено, що модифікація дефектів у приповерхневих областях GaAs з осадженим шаром SiO2 при НВЧ обробці визначається двома факторами: дефектами гратки, які виникають при формуванні межі поділу фаз, а при більших дозах опромінення - домішковими атомами Cu, які дифундують в GaAs із SiO2.

4. Показано, що НВЧ опромінення пористого InP та епітаксійних плівок на його основі призводить до змін інтенсивності домішкових смуг ФЛ, зумовлених вакансійними комплексами. Виявлено, що ефект перебудови рекомбінаційних центрів при змінюванні дози опромінення має складний немонотонний характер.

5. Вперше виявлений вплив слабких магнітних полів на випромінювальну рекомбінацію пористого та епітаксійного InP.

Практична цінність результатів роботи:

1. Отримана в дисертації інформація про еволюцію дефектної структури бінарних напівпровідників, підданих магнітній і НВЧ обробкам, може бути використана при вирішенні такої важливої практичної задачі, як керування їх структурно-залежними властивостями (електрофізичними, оптичними, фотоелектричними).

2. Виявлене в роботі явище стимульованої НВЧ обробкою зміни морфології поверхні GaAs може бути використане в технології виготовлення плівкових покриттів з метою керування початковими стадіями їх росту.

3. Експериментально обгрунтована можливість використання НВЧ обробки для поліпшення параметрів поверхнево-бар'єрних структур.

4. Досліджені в роботі особливості перебудови дефектної структури дозволяють глибше зрозуміти явище деградації мікроелектронних приладів, підданих впливу мікрохвильових перешкод, джерелом яких можуть бути радіолокаційні засоби, промислові установки тощо.

Апробація роботи. Основні результати дисертації доповідались і обговорювались на: шостій міжнародній конференції „ВИТТ” (Мінськ, 2005), п'ятій міжнародній науково-технічній конференції „МЭПП” (Баку-Сумгаїт, 2005), другій міжнародній конференції „СЕМСТ-2” (Одеса, 2006), другій міжнародній науково-технічній конференції “COMINFO'2006” (Київ, 2006), шістнадцятій міжнародній кримській конференції по мікрохвильовим та телекомунікаційним технологіям (Севастополь, 2006).

Публікації по роботі. По матеріалах дисертації опубліковано 10 робіт, в тому числі 5 статей в провідних фахових журналах, та 5 тез доповідей на міжнародних конференціях.

Особистий внесок здобувача. Експериментальні дослідження, математична обробка результатів та формулювання висновків виконані здобувачем самостійно. Постановка задач, обговорення результатів, їх теоретичний аналіз були проведені спільно з науковим керівником. Всі наукові положення та висновки сформульовані автором особисто. Редько Р.А. у роботах [1-10] брав участь у проведені мікрохвильової обробки експериментальних зразків, а також у підготовці об'єктів досліджень, проведенні вимірювань спектрів ФЛ, обробці та обговоренні експериментальних даних, виборі режимів опромінювання напівпровідникових структур для НВЧ приладів. Редьком Р.А. у роботах [2-9] проведені вимірювання спектрів ФЛ, обробка та інтерпретація експериментальних даних. Він брав участь в обговоренні та написанні статей [2-10], представляв результати досліджень [6-9] на міжнародних конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, одного додатку та висновків, містить 157 сторінок тексту, основний текст дисертації викладено на 125 сторінках в тому числі 35 рисунків, з них 3 на окремих аркушах, та список використаних джерел (275 найменувань).

2. Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовується актуальність теми досліджень, визначається мета і задачі роботи, формулюється наукова новизна та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі представлений короткий літературний огляд результатів, які відносяться до дисертаційної роботи. Його основу складає систематизація даних про основні види дефектів у CdS, GaAs, GaP, InP, які є центрами випромінювальної рекомбінації. Проведений аналіз свідчить про те, що хоча в літературі накопичений великий обсяг інформації про дефекти і особливості їх проявлення в спектрах ФЛ, мікроскопічна природа локальних центрів, процеси їх утворення та руйнування до кінця не вивчені. В заключному підрозділі розглядається питання впливу НВЧ опромінення на еволюцію структурно-домішкових неоднорідностей, дифузійні та релаксаційні процеси в напівпровідниках. Визначається коло невирішених питань для такого типу активних впливів.

У другому розділі описуються використані в роботі методи дослідження. Особливості технології підготовки зразків різних напівпровідникових матеріалів, досліджуваних в роботі: отримання шарів SiO2 на поверхні GaAs, електрохімічне формування пористого шару на фосфіді індію, особливості мікрохвильової обробки із застосуванням гіротронного та магнетронного випромінювання.

Основним експериментальним методом дослідження був фотолюмінесцентний метод. За допомогою комп'ютерного моделювання з використанням відповідних прикладних програмних пакетів проводились обробка та перерахування спектральних даних ФЛ. Крім цього, використовувалися також інші сучасні вимірювальні методики, що включають визначення структурних характеристик напівпровідників (растрова електронна, атомно-силова мікроскопія, рентгенодифракційний метод), а також методи дослідження елементного та фазового складу (Оже- та рентгенівська фотоелектронна спектроскопії) та метод вольт-амперних характеристик.

Третій розділ присвячений дослідженням домішково-дефектної ФЛ в бінарних напівпровідниках при низькоінтенсивних НВЧ впливах (?100 Вт/см2) на частоті f=2,45 ГГц та при потужних впливах (>1000 Вт/см2) на частоті f=84 ГГц. Опромінення проводилось на повітрі.

Шляхом порівняння спектрів ФЛ вихідних та опромінених зразків, було встановлено, що при малих потужностях НВЧ випромінювання, незалежно від їхньої природи, обробка супроводжувалася трансформацією дефектної структури (як правило, асоціативних комплексів власний дефект-домішка), яка залежала від вихідного впорядкування кристалічної структури та наявності швидко дифундуючих неконтрольованих домішок. Чим досконаліша структура напівпровідника, тим слабше проявляються ефекти мікрохвильової обробки.

Експериментально встановлено, що НВЧ обробка викликає зміни в спектрах ФЛ внаслідок стимульованого гетерування центрів безвипромінювальної рекомбінації, розпаду та утворення центрів випромінювальної рекомбінації. Зазначенні особливості перебудови домішково-дефектної структури при НВЧ опромінюванні зображені.

З даних, приведених, випливає ще один нетривіальний результат мікрохвильового впливу: це немонотонний характер залежності інтенсивності смуги з hvmax=1,97 еВ, яка утворена донорно-акцепторними (ДА) парами [VCd+Cdi] або [CuCd+Cdi]. Згасання цієї смуги при тривалій експозиції опромінення супроводжується ростом інтенсивності смуг, утворених ізольованими акцепторами, і в деяких випадках виникненням нової смуги з hvmax=1,6 еВ, яку пов'язують із асоціативною парою [CuCd-+D+III,VII].

Враховуючи те, що аналіз причин спостережуваних змін в дефектній структурі напівпровідника вимагає оцінки параметрів теплових полів, які виникають при опроміненні, для з'ясування ролі термічного фактора в перебудові точкових дефектів були проведені контрольні експерименти з впливу термовідпалу (ТВ) на спектр ФЛ CdS, які показали відмінності у процесах перебудови локальних центрів при цих обробках. Проведені дослідження з впливу ТВ на смуги домішкової ФЛ і теоретичні оцінки необхідної потужності НВЧ випромінювання (порядку декількох кіловат) для досягнення температури, при якій спостерігалися помітні зміни в спектрах ФЛ, свідчать про те, що спостережувані зміни в дефектній структурі CdS пов'язані з нетепловою дією електромагнітного випромінювання на матеріал.

Додаткові дані про особливості модифікації дефектної структури при мікрохвильовому опромінюванні були отримані при дослідженні спектрів домішкової ФЛ в GaAs

В спектрах ФЛ спостерігались дві смуги: з hvmax=1,4 еВ (яку зазвичай пов'язують з точковим дефектом, утвореним неконтрольованою домішкою міді CuGa), положення максимуму якої не залежало від тривалості експозиції, та широкої смуги, утвореної принаймні двома локальними центрами. Максимум цієї смуги під дією опромінення зміщується від 1,4 еВ до 1,3 еВ. Смугу з hvmax=1,32 еВ пов'язують з ДА парою [CuGa+Te], а смугу з hvmax=1,4 еВ - з локальними центрами на поверхні.

Спостережувані зміни спектрів домішкової ФЛ при НВЧ опроміненні можуть бути пояснені збільшенням концентрації ДА пар [CuGa+Te] за рахунок зменшення концентрації центрів CuGa, а також зменшенням каналу випромінювальної рекомбінації, пов'язаного з поверхнею.

На користь останнього висновку свідчать дані про морфологічну перебудову поверхні GaAs, підданого мікрохвильовому опромінюванню, представлені.

Найбільш реальною фізичною причиною розпаду дефектних комплексів і утворення нових є діелектричні втрати в напівпровідникових матеріалах. Якщо за рахунок взаємодії з електромагнітним випромінюванням енергія передається коливальним ступеням вільності, то відбувається ніби “локальний розігрів” дефектного центру, при якому температура гратки кристала майже не змінюється. Обмін коливальною енергією між граткою та центром з частково порушеним зв'язком є затрудненим через відмінність локальних мод дефекту та об'ємних фононів. Останнє дозволяє очікувати досить значних амплітуд коливань, що може призвести до розпаду центра і утворення нового, навіть у відсутності можливого резонансного поглинання електромагнітного випромінювання. Ефективність трансформації дефектної структури визначається вихідною дефектністю кристала, наявністю деформованих напружених зв'язків, які є потенційним фактором виникнення нових дефектів. Їх концентрація є максимальною в приповерхневих шарах, які мають підвищений рівень діелектричних втрат.

В заключній частині розділу аналізуються причини та особливості модифікації дефектної структури в сполуках GaAs, GaP, InP, підданих потужному НВЧ опроміненню на частоті f=84 ГГц. Аналіз даних домішкової ФЛ дозволяє зробити висновок про те, що перебудови в дефектній структурі напівпровідників пов'язані з комплексами власний дефект-домішка.

В четвертому розділі приведені результати досліджень трансформації домішково-дефектних центрів, відповідальних за ФЛ в області 0,8-1,4 еВ, в GaAs з напиленим діелектричним шаром SiO2, під дією НВЧ опромінення. Методом Оже-електронної спектроскопії виявлено, що твердофазні взаємодії між шаром SiO2 та GaAs можна розглядати як процес переважного видалення Ga, що призводить до підвищення концентрації вакансій VGa у приповерхневій області

Мікрохвильове опромінювання збіднює поверхню кристала атомами As, що супроводжується збільшенням концентрації кисню і вуглецю в приповерхневому шарі GaAs. Обидві домішки є електрично-активними в GaAs і можуть впливати на спектри домішково-дефектної ФЛ. Тому особливості перебудови домішково-дефектної структури SiO2/GaAs, підданої НВЧ опроміненню, вивчалися на зразках з різним ступенем первинної дефектності.

Люмінесцентні дослідження показали, що досліджувані зразки можна розділити на дві групи. Для зразків 1-ої групи інтенсивність вихідних смуг люмінесценції в кілька разів вище, ніж для 2-ої, а в спектрах ФЛ домінує смуга з hv' =1,04 еВ. Смуги з hv'm=l,04 еВ і hv''m=l,30 еВ, пов'язують з присутністю в GaAs неконтрольованої домішки міді.

Представлені спектри ФЛ підтверджують висновок про те, що трансформація дефектної структури при мікрохвильовому опромінюванні напівпровідника залежить від його “первинної дефектності”, яка забезпечує стимульовану перебудову дефектів: ріст їх концентрації, взаємне перетворення або розпад асоційованих комплексів. Спостережуваний немонотонний характер зміни інтенсивності смуги ФЛ з hv'm=l,04 еВ в залежності від тривалості експозиції вказує на спільну дію різних факторів, які можуть мати місце при НВЧ обробці.

Було показано, що спостережувані зміни в спектрах домішкової ФЛ не пов'язані з неоднорідностями в кристалі. Відомо, що області з високим вмістом дефектів і домішок є ефективними центрами поглинання енергії НВЧ хвилі. Вважаючи, що граничні розміри таких включень не перевищують 100 мкм, а самі включення є сферичними, була проведена оцінка максимальної температури розігріву:

,

де Т0 - температура на межі поділу напівпровідник - “включення”; РТ - густина потужності тепла, яке виділяється в області включення при поглинанні НВЧ енергії; k - коефіцієнт теплопровідності. Було визначено, що Tmax?Т0. Таким чином, не виникають градієнти температури, які могли б впливати на розпад і дифузійний перерозподіл домішок та дефектів. Зроблений висновок підтверджують і літературні дані по вивченню впливу термічного відпалу на люмінесценцію GaAs з плівкою SiO2.

Для з'ясування ролі йонізаційних процесів у перебудові дефектних центрів, що пов'язані з розігрівом носіїв струму електромагнітним випромінюванням, були виконані розрахунки зміни енергії електронів у полі НВЧ хвилі, що підтвердили відсутність вкладу цього механізму в перебудову мікроструктури кристалу.

Дані досліджень Оже-електронної спектроскопії, які підтверджують вплив НВЧ опромінювання на дифузійні процеси, що протікають на межах поділу фаз SiO2-GaAs, дозволяють запропонувати інший підхід для пояснення всієї сукупності результатів ФЛ. Він базується на стимульованому НВЧ обробкою внеску у випромінювальну рекомбінацію домішок, які містяться в діелектричному шарі. З літератури відомо, що однією із основних неконтрольованих домішок в SiO2 є Cu. Збільшення діелектричних втрат на дефектах структури оксидного шару та виникнення пов'язаних з ним градієнтів температури і власних механічних напружень призводять до збільшення дифузійних потоків атомів металу в приповерхневий шар, збагачений вакансіями, що й забезпечує збільшення концентрації центрів випромінювальної рекомбінації. Спостережуване згасання ФЛ може бути зумовлене як зміною в складі рекомбінаційних центрів (найімовірніший механізм цих змін буде аналізуватися в наступному розділі), так і змінами спектрів поверхневих електронних станів, викликаних стимульованими НВЧ обробкою порушеннями стехіометрії, і, можливо, процесами окислення. В останньому випадку стає зрозумілою відсутність змін у спектрах ФЛ, пов'язаних з киснем.

У п'ятому розділі наведені результати порівняльних досліджень пористого та епітаксійного InP, вирощеного на пористій підкладці, які були піддані НВЧ та магнітній обробці.

Дослідження залежності інтенсивності домішкової ФЛ від тривалості НВЧ обробки показали, що інтенсивність домішкових смуг з hvmax=1,02 еВ; 1,14 еВ і 0,82 еВ змінюється симбатно, а характер цих змін в залежності від дози опромінення є хвилеподібним. Було встановлено, що спостережувані зміни в спектрах домішкової ФЛ є відмінними від перебудови ФЛ спектрів, стимульованої термічним відпалом, і корелюють зі змінами в спектрах ФЛ por-InP, підданого дії слабкого магнітного поля (В=0,2 Тл), що дозволяє зробити висновок про спільність механізмів перебудови домішково-дефектної структури при досліджуваних впливах. Зроблений висновок був підтверджений дослідженнями епітаксійних шарів, вирощених на пористих підкладках InP. Вважається, що слабкі магнітні поля можуть знімати заборони на електронні переходи із зміною спіну, наслідком чого є послаблення зв'язків у дефектних комплексах, а руйнування та генерація дефектів відбуваються за рахунок теплової та пружної енергії кристалічної гратки.

Внаслідок розпаду утворюються нерівноважні власні та домішкові точкові дефекти, які мігрують в полях пружних напружень в приповерхневій області напівпровідника і можуть вступати в реакції з іншими дефектами, що призводить до утворення нових центрів, або захоплюватися поверхнею (аналогічно до гетерування точкових дефектів, яке спостерігається при підвищених температурах), що призводить до їх видалення, в результаті чого вони не беруть участі у формуванні ФЛ спектрів.

Роль магнітного поля НВЧ випромінювання в структурній перебудові підтверджується також результатами досліджень стимульованої випромінюванням активації поверхні, гетеруванням дефектів, збагаченням приповерхневих шарів киснем, дифузією атомних компонент гратки напівпровідників і домішок, які якісно подібні діям слабких магнітопольових обробок.

У додатку представлені дані, які свідчать про можливість поліпшення електрофізичних параметрів бар'єрів Шотткі при використанні НВЧ опромінювання. Дифузійна довжина неосновних носіїв струму Lp, як і спектри ФЛ, несе інформацію про ефективність перебудови локальних центрів. Зростання Lp, яке спостерігається в експерименті, свідчить про гетеруючу дію НВЧ обробки, яка зумовлює часткову анігіляцію вихідних структурних дефектів або їх структурну перебудову, чому сприяє близькість міжфазової межі.

Висновки

Процес перебудови домішково-дефектних станів у приповерхневих шарах CdS, GaAs, GaP, InP, а також у структурах на їх основі під дією мікрохвильового опромінювання НВЧ діапазону не є однозначно єдиним для всіх об'єктів обробки. Він також залежить від

режиму обробки зразків та їхнього вихідного домішково-дефектного складу. Підсумовуючи результати досліджень, було зроблено наступні висновки:

1. Показано, що при великих потужностях (~1 кВт/см2) відбувається розігрів носіїв заряду опроміненої структури і процеси, пов'язані з нетермічними механізмами не є значними, а всі зміни дефектних станів при цьому відбуваються за механізмом, подібним до того, що має місце при термічному відпалі зразка. Якщо ж потужність мікрохвильового випромінювання не є великою (<100 Вт/см2), то ефекти, пов'язані із нетепловими факторами, стають більш помітними, і посилюються із зменшенням густини потужності джерела випромінювання електромагнітної хвилі.

2. Встановлено, що стимульована НВЧ обробкою трансформація домішково-дефектного складу в сполуках CdS, GaAs, GaP, InP відбувається внаслідок наступних процесів: гетерування домішок і дефектів, розпаду асоціативних дефектів і виникнення нових, в утворенні яких активну участь беруть неконтрольовані домішки.

3. Встановлено, що при НВЧ опроміненні просторово-неоднорідних структур SiO2/GaAs джерелом неконтрольованих домішок, зокрема атомів Cu, є діелектричний шар.

4. Виявлено, що НВЧ випромінювання змінює стехіометрію та морфологію поверхні напівпровідників і сприяє підвищенню концентрації домішок (вуглець, кисень, мідь) в приповерхневих шарах напівпровідників.

5. Вперше виконано дослідження впливу НВЧ обробок на спектр локальних центрів в пористому InP та епітаксійних плівках на його основі і показано, що основним фактором чутливості цих матеріалів до дії електромагнітного випромінювання є комплекси, до складу яких входять власні точкові дефекти (вакансії).

6. Виявлений вплив слабких магнітних полів на випромінювальну рекомбінацію в por-InP та епітаксійних плівках, вирощених на пористому InP.

7. На основі уявлень про можливі механізми стимульованого мікрохвильовим опромінюванням дефектоутворення і виконаних оцінок зроблено висновок про найбільш імовірні причини нетеплової перебудови мікроструктури дефектів.

8. Отримані в роботі результати розширюють уявлення про вплив НВЧ опромінення на напівпровідники і приладові структури на їх основі та можуть бути використані при розробці технологічних режимів їх обробок, що було продемонстровано на прикладі діодів з бар'єром Шотткі.

Список публікацій за темою дисертації

1. Arsentyev I.N., Bobyl A.B., Konnikov S.G., Tarasov I.S., Ulin V.P., Shishkov M.V., Boltovets N.S., Ivanov V.N., Belyaev A.E., Konakova R.V., Kudryk Ya.Ya., Kamalov A.B., Lytvyn P.M., Markovskiy E.P., Milenin V.V., Red'ko R.A. Porous nanostructured InP: technology, properties, application // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics.- 2005.- Vol.8, №4.- P.95-104.

2. Red'ko R. Microwave irradiation of gallium arsenide // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics.- 2006.- Vol.9, №1.- P. 97-98.

3. Ермолович И.Б., Миленин В.В., Конакова Р.В., Редько Р.А. Влияние микроволнового облучения на излучательную рекомбинацию соединений А3В5 // Физика и химия обработки материалов.- 2006.- №5.- С.13-18.

4. Ермолович И.Б., Миленин В.В., Редько Р.А., Редько С.Н. Влияние микроволнового облучения на излучательную рекомбинацию CdS // Известия вузов. Радиоэлектроника.- 2006.- T.7, №8.- C.71-75.

5. Єрмолович І.Б., Конакова Р.В., Мілєнін В.В., Охріменко О.Б., Редько Р.А. Модифікація дефектної структури SiO2/GaAs високочастотним електромагнітним випромінюванням // Фізика і хімія твердого тіла.- 2006.- Т.7, №4.- С. 618-621.

6. Ермолович И.Б., Редько Р.А. Влияние кратковременного СВЧ облучения CdS кристаллов на спектр центров излучательной рекомбинации в них. Материалы 6-й международной конференции „ВИТТ”, Минск.- 2005.- С.36-38.

7. Редько Р.А. Микроволновое облучение арсенида галлия // Труды 5-й международной научно-технической конференции „МЭПП”, Баку-Сумгаит. - 2005.- С.154-156.

8. Редько Р.А., Мілєнін В.В. Вплив НВЧ- випромінювання на випромінювальну рекомбінацію GaAs // Матеріали 2-ої міжнародної конференції „СЕМСТ-2”, Одеса.- 2006.- С.207.

9. Редько Р.А., Редько С.М. НВЧ опромінювання як метод керування оптичними властивостями por-InP // “COMINFO'2006” / Тези доповідей ІІ Міжнародної науково-технічної конференції, 8-14 жовтня. Київ.- 2006. - C.88-89.

10. Arsentyev I.N., Belyaev A.E., Bobyl A.B., Boltovets N.S., Ivanov V.N., Kovtonyuk V.M., Konakova R.V., Kudryk Ya.Ya., Milenin V.V.,Tarasov I.S., Markovskiy E.P., Red'ko R.A., Russu E.V. Physico-technological fabrication features and parameters of InP mm-wave Gunn diodes // 16th Int. Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology”.- Sevastopol.- 2006.- P.642-643.

Анотація

Редько Р.А. Модифікація дефектної структури напівпровідникових сполук А2В6 та А3В5 високочастотним електромагнітним випромінюванням. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2007.

Робота присвячена дослідженню особливостей перебудови домішково-дефектних станів у сполуках А2В6 та А3В5 під дією високочастотного електромагнітного випромінювання. У роботі розвивається перспективний напрямок фізики твердого тіла, пов'язаний з використанням НВЧ випромінювання як цілеспрямованого методу модифікації дефектної структури напівпровідників. Результати роботи є важливими також для розвитку наукових основ створення детальної та послідовної картини взаємодії НВЧ хвилі з напівпровідниковими матеріалами. Вперше проведено експериментальне дослідження впливу електромагнітного випромінювання НВЧ діапазону різної потужності та частоти на спектр дефектних станів напівпровідникових кристалів CdS, GaAs, GaP, InP, а також на структури SiO2/GaAs, por-InP. Проведено оцінку можливих механізмів трансформації дефектної структури при мікрохвильовому опромінюванні. Зміни у спектрах випромінювальної рекомбінації досліджуваних структур пояснюються перетвореннями, якісно подібними до тих, що мають місце при магнітній обробці. Показано можливість використання мікрохвильового опромінювання в технологічних цілях.

Ключові слова: CdS, GaAs, InP, GaP, por-InP, SiO2/GaAs, мікрохвильове опромінювання, дефекти, модифікація домішково-дефектного складу, люмінесценція.

Аннотация

Редько Р.А. Модификация дефектной структуры полупроводниковых соединений А2В6 и А3В5 высокочастотным электромагнитным излучением. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, Киев, 2007.

Работа посвящена исследованию особенностей перестройки примесно-дефектных состояний в соединениях А2В6 и А3В5 под действием высокочастотного электромагнитного излучения. В работе развивается перспективное направление физики твердого тела, связанное с использованием СВЧ излучения в качестве целенаправленного метода модификации дефектной структуры полупроводников. Результаты работы важны также для развития научных основ создания детальной и последовательной картины взаимодействия СВЧ волны с полупроводниковым материалом. Впервые проведено экспериментальное исследование влияния электромагнитного излучения СВЧ диапазона разной мощности и частоты на спектр дефектных состояний полупроводниковых кристаллов CdS, GaAs, GaP, ІnP, а также на структуры SіО2/GaAs, por-InP. Показано, что при больших мощностях (~1 кВт/см2) существенную роль играет термический разогрев всего материала в целом, а при малых (<100 Вт/см2) более заметными становятся “микроволновые эффекты”. Проведена оценка возможных механизмов трансформации дефектной структуры при микроволновом облучении полупроводниковых материалов: локального разогрева структурных неоднородностей, возможности возникновения горячих носителей заряда. Для обоснования нетеплового фактора воздействия микроволнового облучения на дефектную структуру проведены сопоставления с данными термической и магнитной обработок. Было обнаружено, что наблюдаемая трансформация дефектов отличается от таковой при термических отжигах и качественно подобна изменениям при магнитополевой обработке. Показана возможность использования микроволнового облучения для улучшения характеристик пространственно-неоднородных структур на основе контакта металл-полупроводник.

Ключевые слова: CdS, GaAs, ІnP, GaP, por-InP, SіO2/GaAs, микроволновое облучение, дефекты, модификация примесно-дефектного состава, люминесценция.

Summary

Red'ko R.A. Modification of defect structure of IIVI and IIIV semiconductor compounds by high-frequency electromagnetic radiation. - A manuscript.

Thesis for a Candidate of Phys.-Math. Sci. degree (specialty 01.04.07 - solid state physics). - V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics NAS of Ukraine, Kyiv, 2007.

The thesis deals with investigation of the features of modification of impurity-defect states in IIVI and IIIV compounds under action of high-frequency electromagnetic radiation. A promising line in solid state physics is developed which is related to application of microwave radiation as purposeful technique for modification of defect structure of semiconductors. The results of the thesis are of importance also for development of scientific basis of a comprehensive and consistent notion of interaction of a superhigh-frequency wave with semiconductor materials. For the first time the effect of microwave electromagnetic radiation of various radiating powers and frequencies on the spectra of defect states in semiconductor crystals CdS, GaAs, GaP and InP, as well as SiO2/GaAs and por-InP structures, was studied experimentally. Possible mechanisms of defect structure transformation under microwave irradiation were estimated. The changes in spectra of radiative recombination of the structures studied are attributable to transformations which are qualitatively similar to those occurring on magnetic treatment. A possibility of application of microwave irradiation for technological purposes is shown.

Key words: CdS, GaAs, InP, GaP, por-InP, SiO2/GaAs, microwave irradiation, defects, modification of impurity-defect composition, luminescence.

Размещено на Allbest.ru