ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Игровые автоматы с быстрым выводом

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Влияние исходного уровня легирования бором на его распределение, возникающее при термообработке в облученном ионами бора кремнии

В ряде работ было установлено, что концен­трационные профили бора, полученные в результа­те отжига при температуре 900° C образцов крем­ния, исходно легированных бором до концентрации 2•10²⁰ см^-3 и дополнительно облученных ионами ¹⁰B⁺ дозой 10¹⁶ см^-2 с энергией 180 или 400кэВ, представляют собой немонотонные пространственные распределения и имеют пять максимумов. Поскольку в образцах с низким исходным уровнем легирования подобного эффекта не наблюдается, следует ожидать, что одной из основных причин, вызывающих его проявление, является именно высокий исходный уровень легирования.

Учеными была проведена работа [В. И. Ободников, Е. Г. Тишковский], цель которой состояла в исследовании влияния исходного уровня легирования кремния бором на характер пространственных распределений примеси, возникающих в результате термообработок образцов, облученных ионами бора.

В результате этой работы стало ясно, что особенности на концентрационных профилях примеси возникают лишь тогда, когда ис­ходный уровень легирования примерно совпадает, либо превышает предельную растворимость бора для исполь­зуемой температуры отжига.

Распределение атомов бора по глу­бине в кремнии, облученном ионами бора с энергией 180 кэВ дозой 10¹⁶ см^-2 и отожженном при 900^◦C в течение 1 ч, зависит от исходной концентрации бора. При исходном уровне легирования N_B > 6 · 10¹⁹ см^-3, превышающем предельную растворимость бора для ис­пользуемой температуры отжига, наряду со стягиванием и закреплением атомов бора на участке вблизи мак­симума распределения имплантированной примеси на концентрационных профилях примеси возникают допол­нительные максимумы.

Образование дополнительных максимумов на участках вблизи границ возмущенной имплантацией области связано с кластеризацией избытка межузельных атомов бора и стоком на возникшие класте­ры подвижного компонента бора. Избыточная концентра­ция межузельных атомов бора создается на этих участ­ках за счет реакции вытеснения атомов бора из узлов собственными межузельными атомами, выходящими из возмущенной имплантацией области.

Полученные результаты могут быть объяснены исходя из следующего:

– при имплантации ионов бора в облучаемой области одновременно с накоплением атомов бора, значительная доля которых не занимает регулярных положений в уз­лах кристаллической решетки, происходит и накопление дефектных комплексов, содержащих межузельные атомы кремния (I) и вакансии (V);

– область, где расположена основная доля импланти­рованного бора, и область, где генерируется основная доля первичных радиационных дефектов, в пространстве практически совмещены, вследствие чего в этом месте концентрация бора в позициях замещения (B_S) будет заведомо ниже исходного уровня легирования;

– на начальной стадии отжига происходит распад дефектных комплексов, приводящий к освобождению межузельных атомов кремния и вакансий; происходит также и освобождение из дефектно-примесных ассоциатов атомов бора, которые оказываются в межузельных позициях (B_I );

– освободившиеся вакансии участвуют в реакциях, связанных с встраиванием атомов бора в узлы, и в реакциях аннигиляции с собственными междоузлиями; собственные межузельные атомы кроме реакции анниги­ляции принимают участие и в реакциях вытеснения бора из узлов (реакция Воткинса).

Следовательно, на начальной стадии отжига наиболее вероятны следующие реакции:

B_S +I→B_I, (1)

B_I +V→B_S, (2)

V+I→0. (3)

Релаксация неравновесных элементарных дефектов внутри возмущенной имплантацией области за счет ре­акций (1)–(3) сопровождается также их диффузионным расплыванием в пространстве. Поскольку в области, воз­мущенной ионной имплантацией, концентрации компо­нентов B_I и I велики, распространение вакансий в первый момент лимитировано реакциями (2) и (3), и вакансии локализуются внутри этой области. В то же время рас­пространение собственных межузельных атомов в этой области лимитировано лишь реакцией аннигиляции (3), так как концентрация B_S мала и эффективность реакции (1) понижена.

Вследствие этого, непрореагировавшие собственные межузельные атомы в концентрации, значительно пре­вышающей концентрацию вакансий, диффундируют из имплантированной области. Они пересекают условные границы этой области, попадают в кремний, где концентрация бора в позициях замещения близка к исходному уровню легирования, и уже здесь вытесняют атомы бора из узлов.

В случае, когда исходный уровень легирования превы­шает предельную растворимость бора, все вытесненные из узловых положений атомы бора не могут снова занять места в узлах кремниевой решетки, т. е. избыток подвижных в межузельных положениях атомов бора не может быть снят за счет одной лишь реакции (2). Тогда можно предположить, что он одновременно снимается цепочкой реакций кластеризации:

B_I +P_i-1 ↔P_i, i=2,3,... ,n, (4)

где P_i — неподвижный кластер, включающий в себя i атомов бора.

Образующиеся на границах возмущенной облучением области борсодержащие кластеры служат стоками для свободного компонента бора, что при последующем прогреве и обеспечивает накопление примеси на этих выделившихся участках.

Таким образом, возникновение боковых максимумов может быть обусловлено процессами, в которых закрепление примеси в районе максимума распределения имплантированного бора связывается с избытком примеси, который не может раствориться в узлах кремниевой решетки и скапли­вается в кластеры. Отличие состоит лишь в том, что в центре возмущенной имплантацией области высокая концентрация атомов бора, не занимающих регулярных положений в узлах решетки кремния, создается при про­гревах за счет распада дефектно-примесных комплексов, возникших при имплантации ионов, а при образовании боковых максимумов — за счет реакции (1) вытеснения атомов бора из узлов собственными междоузлиями, вы­ходящими из возмущенной имплантацией области.

В случае, когда исходный уровень легирования оказы­вается ниже предельной растворимости бора в позициях замещения, подвижный компонент бора по мере распро­странения за пределы возмущенной имплантацией обла­сти принимает участие в реакции (2) и занимает места в узлах кристаллической решетки, где в условиях экспе­римента он относительно неподвижен. Такое протекание процессов проявляется в образовании ”крыльев”, как бы выходящих из-под уровня предельной растворимости (профиль распределения ¹⁰B после отжига на рис. 3).

Рис.3.Профили концентрации N изотопов бора в кремнии с исходной концентрацией бора N_B = 10¹⁹ см~³, получен­ные в результате имплантации ионов ¹⁰B (Е = 180кэВ, D = 10¹⁶ см^-2) и отжига при 900°C в течение 1 ч. 1 — ¹⁰B, 2 — ¹¹B. Штриховые кривые — до отжига, сплошные — после отжига. B_L = 6 • 10¹⁹ см~³ — предельная растворимость бора в позициях замещения для Т = 900° C.

Таким образом, наблюдаемое в эксперименте много­образие профилей распределения атомов бора в крем­нии зависит от исходного уровня легирования.

Влияние имплантации бора и последующих отжигов на свойства нанокристаллов кремния

Кремниевые наноструктуры привлекают в настоящее время исключительно большое внимание исследовате­лей. Причинами являются главенствующее место Si в микроэлектронике, стремительное сокращение размеров приборных элементов и проявление новых физических свойств Si вследствие квантово-размерных эффектов. В частности, обнаружение способности нанокристаллов кремния (нк-Si) излучать интенсивный свет открыва­ет перспективу использования кремния не только в электронных схемах, но и в оптоэлектронике. Столь высокая значимость кремниевых наноструктур делает весьма актуальным разработку и исследование методов их создания и модификации. Одним из основных методов модификации полупроводников является легирование, причем для Si из примесей чаще всего используют бор и фосфор.

Вопрос о последствиях легирования квантово-размерных структур достаточно сложен и до настоящего време­ни однозначно не решен. Введение дополнительных но­сителей заряда могло бы способствовать излучательной рекомбинации компонентов возбужденных пар. Однако единичному носителю в нанокристалле Si соответствует концентрация более 10¹⁹ см^-3, и, согласно расчетам, люминесценция в нк-Si должна подавляться из-за ре­комбинации Оже, когда энергия возбужденной пары не высвечивается в виде фотона, а передается третьему носителю.

Учеными [. А, Качурин, С. Г. Черкова, В. А. Володин, Д. М. Марин, Д. И. Тетельбаум] были изучены в широком интер­вале доз особенности имплантации квантово-размерных кристаллов Si ионами B — основной акцепторной при­месью. При этом пост-имплантационные отжиги было решено проводить не только стационарно в печи, но и с помощью мощных наносекундных лазерных импульсов. Подобные импульсы позволяют мгновенно нагревать поверхность выше точки плавления Si, производить закалку за счет высоких скоростей охлаждения и обес­печивают растворение примесей во много раз выше рав­новесных значений.

Рис.4.Спектры фотолюминесценции исходных нанокристаллов Si (1) и после имплантации ионов B дозами, 10¹³ см^-2: 2 — 1,3 — 3.

На рис.4 показаны спектры ФЛ образцов, изме­ренные непосредственно после синтеза нк-Si и по­сле имплантации различных доз ионов B. Исходные нк-Si давали интенсивный пик ФЛ вблизи 790 нм (кри­вая 1), который обычно связывают с рекомбинацией возбужденных носителей в квантово-размерных кри­сталлах Si. Внедрение ионов B при дозе 10¹³ см^-2 привело к резко­му падению интенсивности ФЛ со смещением максиму­ма в коротковолновую сторону (кривая 2).Если же дозу увеличить до 3 · 10¹³ см^-2, то ФЛ гасится полностью, также как и после более высоких доз (кривая 3).

Рис.5. Спектры фотолюминесценции нанокристаллов кремния, сформированных отжигом при 1100^◦C в течение 2ч (1), и после имплантации в них ионов В дозами, 10¹⁴ см^-2: 2 -0,3, 3-10, 4-30, 5-100 с последующим отжигом при 1000 ^◦C в течение 30 мин. Ординаты кривых 3-5 увеличены.

Результаты влияния пост-имплантационного отжига при различных дозах ионов B на спектры ФЛ приведены на рис. 5. Отметим, что после имплантации малой дозы (3 · 10¹³ см^-2) и отжига при 1000^◦C в течение 30 мин интенсивность ФЛ (кривая 2) оказывается даже несколь­ко выше, чем в исходных кристаллах, сформированных отжигом при 1100^◦C в течение 2ч (кривая 1). Прирост интенсивности заметнее в длинноволновой части спек­тра. Второй эффект заключается в том, что при высоких уровнях легирования имеется область величины доз, где с ростом концентрации примеси отжиг приводит к увеличению интенсивности ФЛ (см. кривые 3 и 4 на рис. 5). Правда, дальнейший рост дозы от 3 · 10¹⁵ см^-2 до 10¹⁶ см^-2 ослабляет ФЛ.

Быстрое гашение ФЛ при малых дозах ионов бора — результат ожидаемый. Это затрудняет излучательную ре­комбинацию возбужденных носителей, и время их жизни в нк-Si достигает сотни микросекунд. Теоретические оценки показали, что в таких условиях достаточно одного центра безызлучательной рекомбинации, чтобы подавить люминесценцию. После имплантации ионов бора дозой 10¹³ см^-2 (∼ 10 смещений на нк-Si) еще сохранялось ∼ 10% интенсивности ФЛ, и только после дозы 3 · 10¹³ см^-2 ФЛ гасла полностью (рис. 5).

Имплантация ионов B сопровождается гашением ФЛ при введении в нк-Si единичных центров безызлучательной рекомбинации. Сравнение с действи­ем других легирующих примесей показало, что с ростом их атомной массы затраты упругих потерь на гашение ФЛ возрастают. Это объясняется ростом вероятности об­разования в нк-Si неподвижных комплексов дефектов, ко­торые сами центрами безызлучательной рекомбинации не являются, но связывают подвижные вакансии и (или) междоузлия, способные создавать такие центры, напри­мер на границах нк-Si. Отжиги после имплантации ионов B показали усиление послеотжиговой ФЛ после внедрения B при малых дозах имплантации, снижение ее с дальнейшим ростом дозы, наличие участка, где восстановление ФЛ ускоряется с ростом концентрации примеси. Вместе с тем имплантации больших доз бора присущи такие особенности, как более затрудненный отжиг для восстановления ФЛ и меньшее совершенство нк-Si в сравнении с легированием фосфором. Они объяс­няются малыми размерами атомов B, способствующими деформации решетки вокруг них и накоплению трудно отжигающихся структурных несовершенств. По сравне­нию с длительными термообработками при 1100^◦C от­жиги мощными неносекундными лазерными импульсами лучше восстанавливают ФЛ. Это обусловлено возмож­ностью достижения на короткое время очень высоких температур нагрева, вплоть до плавления. Полученные зависимости свойств нк-Si от дозы B и режима отжигов указывают на попадание атомов примеси внутрь нк-Si, однако признаки появления свободных дырок отсутству­ют. Причиной является заглубление примесных уров­ней из-за усиления кулоновского взаимодействия между ядрами атомов B и носителями в нк-Si.

Структурные нарушения имплантированных бором монокристаллов кремния.

Ионная имплантация является эффективным сред­ством изменения электрических свойств полупроводни­ковых материалов. При этом в качестве имплантанта довольно часто используется бор. Следствием ионной имплантации являются нарушения приповерхностной структуры кристаллов, подверженных облучению. Ис­следования нарушений структуры проводятся разными методами. Из неразрушающих методов весьма инфор­мативными являются методы двух- и трехкристальной рентгеновской дифрактометрии.

График зависимости средней деформации от дозы при­веден на рис. 6.

Рис 6. Зависимость относительной деформации от дозы имплантации D.

На рис. 7 представлен профиль деформации для образца, облученного с дозой 6.25 • 10¹⁵ см ^-2.

Рис 7. Профиль деформации от глубины z.