Особливості дефектоутворення в монокристалах n-Si <P> при електронному опроміненні

Автор(и)

  • Sergiy Luniov Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018, Україна https://orcid.org/0000-0003-0737-8703
  • Andriy Zimych Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018, Україна https://orcid.org/0000-0001-8228-3224
  • Mykola Khvyshchun Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018, Україна https://orcid.org/0000-0002-3918-4527
  • Mykola Yevsiuk Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018, Україна https://orcid.org/0000-0002-3768-8959
  • Volodymyr Maslyuk Інституту електронної фізики НАН України вул. Університетська, 21, м. Ужгород, Україна, 88017, Україна https://orcid.org/0000-0002-5933-8394

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150959

Ключові слова:

монокристали кремнію, інфрачервона Фур’є-спектроскопія, ефект Холла, одновісний тиск, радіаційні дефекти, глибокі енергетичні рівні

Анотація

На основі вимірювань iнфрачервоної Фур’є-спектроскопiї, ефекту Холла та тензо-холл-ефекту була встановлена природа та визначена концентрація основних типів радіаційних дефектів в монокристалах n-Si <P>, опромінених різними потоками електронів з енергією 12 МеВ. Показано, що для досліджуваних монокристалів кремнію при електронному опромінені є досить ефективним утворення нового типу радіаційних дефектів, що належать комплексам VOiP (А-центр, модифікований домішкою фосфору). З розв’язків рівняння електронейтральності отримано залежності енергії активації для глибокого рівня E1=EC–0,107 еВ, що належить комплексу VOiP, від одновісного тиску вздовж кристалографічних напрямків [100] та [111]. За допомогою методу найменших квадратів одержані апроксимаційні поліноми для розрахунку даних залежностей. При орієнтації осі деформації вздовж кристалографічного напрямку [100] глибокий рівень E1=EC–0,107 еВ буде розщеплюватись на дві компоненти з різною енергією активації. Це пояснює нелінійні залежності енергії активації глибокого рівня E1=EC–0,107 еВ від одновісного тиску P≤0,4 ГПа. Для тисків P>0,4 ГПа розщеплення даного глибокого рівня буде значним і можна вважати, що глибокий рівень комплексу VOiP взаємодіятиме тільки з двома мінімумами зони провідності кремнію, а зміна енергії активації буде лінійною за деформацією. Для випадку одновісного тиску P≤0,4 ГПа вздовж кристалографічного напрямку [111] зміна енергії активації для комплексу VOiP описується квадратичною залежністю. Відповідно зміщення глибокого рівня E1=EC–0,107 еВ для даного випадку теж є квадратичною функцією за деформацією. Різні залежності енергії активації комплексу VOiP від орієнтації осі деформації відносно різних кристалографічних напрямків можуть свідчити про анізотропні характеристики даного дефекту. Встановленні особливості дефектоутворення в опромінених електронами монокристалах n-Si <P> можуть бути використані при розробці на основі даних монокристалів різних приладів функціональної електроніки

Біографії авторів

Sergiy Luniov, Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра фундаментальних наук

Andriy Zimych, Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018

Молодший науковий співробітник

Кафедра фундаментальних наук

Mykola Khvyshchun, Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра електроніки та телекомунікацій

Mykola Yevsiuk, Луцький національний технічний університет вул. Львівська, 75, м. Луцьк, Україна, 43018

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроніки та телекомунікацій

Volodymyr Maslyuk, Інституту електронної фізики НАН України вул. Університетська, 21, м. Ужгород, Україна, 88017

Доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач відділу

Відділ фотоядерних процесів

Посилання

  1. Sun, Y., Chmielewski, A. G. (2017). Applications of Ionizing Radiation in Materials Processing. Warszawa: Institute of Nuclear Chemistry and Technology, 244.
  2. Quanfeng, L., Huiyong, Y., Taibin, D., Peiqing, W. (2001). Irradiation of semiconductor devices using a 10 MeV travelling wave electron linear accelerator. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 174 (1-2), 194–198. doi: https://doi.org/10.1016/s0168-583x(00)00438-9
  3. Fuochi, P. G. (1994). Irradiation of power semiconductor devices by high energy electrons: The Italian experience. Radiation Physics and Chemistry, 44 (4), 431–440. doi: https://doi.org/10.1016/0969-806x(94)90084-1
  4. Fuochi, P. G., Corda, U., Gombia, E., Lavalle, M. (2006). Influence of radiation energy on the response of a bipolar power transistor tested as dosimeter in radiation processing. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 564 (1), 521–524. doi: https://doi.org/10.1016/j.nima.2006.03.019
  5. Gradoboev, A. V., Simonova, A. V. (2017). Radiacionnye tekhnologii v proizvodstve poluprovodnikovyh priborov. Fiziko-tekhnicheskie problemy v nauke, promyshlennosti i medicine: sbornik tezisov dokladov IX Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. Tomsk, 69.
  6. Nalwa, H. S. (2001). Silicon-Based Materials and Devices. San Diego: Academic Press, 609.
  7. Siffert, P., Krimmel, E. (2004). Silicon. Springer-Verlag, 550. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-09897-4
  8. Fumio, S. (2012). Semiconductor Silicon Crystal Technology. Elsevier Science & Technology, 406.
  9. Hroza, A. A., Lytovchenko, P. H., Starchyk, M. I. (2006). Efekty radiatsiyi v infrachervonomu pohlynanni ta strukturi kremniyu. Kyiv: Naukova dumka, 124.
  10. Bogaerts, W., Selvaraja, S. K., Dumon, P., Brouckaert, J., De Vos, K., Van Thourhout, D., Baets, R. (2010). Silicon-on-Insulator Spectral Filters Fabricated With CMOS Technology. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 16 (1), 33–44. doi: https://doi.org/10.1109/jstqe.2009.2039680
  11. Tyszka, K., Moraru, D., Samanta, A., Mizuno, T., Jabłoński, R., Tabe, M. (2015). Comparative study of donor-induced quantum dots in Si nano-channels by single-electron transport characterization and Kelvin probe force microscopy. Journal of Applied Physics, 117 (24), 244307. doi: https://doi.org/10.1063/1.4923229
  12. Samanta, A., Muruganathan, M., Hori, M., Ono, Y., Mizuta, H., Tabe, M., Moraru, D. (2017). Single-electron quantization at room temperature in a-few-donor quantum dot in silicon nano-transistors. Applied Physics Letters, 110 (9), 093107. doi: https://doi.org/10.1063/1.4977836
  13. Dolgolenko, A. P. (2013). Modification of radiation defects in Si and Ge by background impurity. Nuclear Physics and Atomic Energy, 14 (4), 377–383.
  14. Gaidar, G. P. (2011). The kinetic of point defect transformation during the annealing process in electron-irradiated silicon. Semiconductor Physics Quantum Electronics and Optoelectronics, 14 (2), 213–221. doi: https://doi.org/10.15407/spqeo14.02.213
  15. Voronkov, V. V., Falster, R., Londos, C. A., Sgourou, E. N., Andrianakis, A., Ohyama, H. (2011). Production of vacancy-oxygen defect in electron irradiated silicon in the presence of self-interstitial-trapping impurities. Journal of Applied Physics, 110 (9), 093510. doi: https://doi.org/10.1063/1.3657946
  16. Musaev, A. M. (2013). Peculiarities of changes in electrical properties of the silicon p+–n–n+-structures irradiated with electrons. Uspekhi prikladnoy fiziki, 1 (2), 147–150.
  17. Yarykin, N., Weber, J. (2013). Metastable CuVO* Complex in Silicon. Solid State Phenomena, 205-206, 255–259. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.205-206.255
  18. Markevich, V. P., Peaker, A. R., Hamilton, B., Lastovskii, S. B., Murin, L. I., Coutinho, J. et. al. (2013). The Trivacancy and Trivacancy-Oxygen Family of Defects in Silicon. Solid State Phenomena, 205-206, 181–190. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.205-206.181
  19. Christopoulos, S.-R. G., Sgourou, E. N., Angeletos, T., Vovk, R. V., Chroneos, A., Londos, C. A. (2017). The CiOi(SiI)2 defect in silicon: density functional theory calculations. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28 (14), 10295–10297. doi: https://doi.org/10.1007/s10854-017-6797-6
  20. Joita, A. C., Nistor, S. V. (2018). Production and aging of paramagnetic point defects in P-doped floating zone silicon irradiated with high fluence 27 MeV electrons. Journal of Applied Physics, 123 (16), 161531. doi: https://doi.org/10.1063/1.4998518
  21. Radu, R., Pintilie, I., Makarenko, L. F., Fretwurst, E., Lindstroem, G. (2018). Kinetics of cluster-related defects in silicon sensors irradiated with monoenergetic electrons. Journal of Applied Physics, 123 (16), 161402. doi: https://doi.org/10.1063/1.5011372
  22. Radu, R., Pintilie, I., Nistor, L. C., Fretwurst, E., Lindstroem, G., Makarenko, L. F. (2015). Investigation of point and extended defects in electron irradiated silicon – Dependence on the particle energy. Journal of Applied Physics, 117 (16), 164503. doi: https://doi.org/10.1063/1.4918924
  23. Dolgolenko, A. P. (2016). Role of interstitial silicon atoms in the configuration restructuring divacancies in the defect clusters. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki, 2, 3–9.
  24. Sgourou, E. N., Angeletos, T., Chroneos, A., Londos, C. A. (2015). Infrared study of defects in nitrogen-doped electron irradiated silicon. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 27 (2), 2054–2061. doi: https://doi.org/10.1007/s10854-015-3991-2
  25. Pizzini, S. (2017). Point Defects in Group IV Semiconductors. Materials Research Forum LLC, 10. doi: https://doi.org/10.21741/9781945291234
  26. Murin, L. I., Markevich, V. P., Hallberg, T., Lindström, J. L. (1999). New Infrared Vibrational Bands Related to Interstitial and Substitutional Oxygen in Silicon. Solid State Phenomena, 69-70, 309–314. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.69-70.309
  27. Trombetta, J. M., Watkins, G. D. (1987). Identification of an interstitial carbon‐interstitial oxygen complex in silicon. Applied Physics Letters, 51 (14), 1103–1105. doi: https://doi.org/10.1063/1.98754
  28. Watkins, G. D., Brower, K. L. (1976). EPR Observation of the Isolated Interstitial Carbon Atom in Silicon. Physical Review Letters, 36 (22), 1329–1332. doi: https://doi.org/10.1103/physrevlett.36.1329
  29. Gritsenko, M. I., Kobzar, O. O., Pomozov, Yu. V., Sosnin, M. G., Khirunenko, L. I. (2010). Efficiency of Interaction of Interstitial Carbon with Oxygen, Tin, and Substitution Carbon in Irradiated Silicon. Ukrainskyi fizychnyi zhurnal, 55 (2), 223–228.
  30. Davies, G., Oates, A. S., Newman, R. C., Woolley, R., Lightowlers, E. C., Binns, M. J., Wilkes, J. G. (1986). Carbon-related radiation damage centres in Czochralski silicon. Journal of Physics C: Solid State Physics, 19 (6), 841–855. doi: https://doi.org/10.1088/0022-3719/19/6/006
  31. Kireev, P. S. (1969). Fizika poluprovodnikov. Moscow: Vysshaya shkola, 590.
  32. Hensel, J. C., Hasegawa, H., Nakayama, M. (1965). Cyclotron Resonance in Uniaxially Stressed Silicon. II. Nature of the Covalent Bond. Physical Review, 138 (1A), A225–A238. doi: https://doi.org/10.1103/physrev.138.a225
  33. Polyakova, A. L. (1979). Deformaciya poluprovodnikov i poluprovodnikovyh priborov. Moscow: Nauka, 168.
  34. Luniov, S. V., Panasiuk, L. I., Fedosov, S. A. (2012). Deformation potentia constants Ξu and Ξd in n-Si determined with the use of the tensoresistance effect. Ukrainskyi fizychnyi zhurnal, 57 (6), 637–642.
  35. Fedosov, A. V., Lunov, S. V., Fedosov, S. A. (2011). Vplyv odnovisnoi deformatsiyi na zapovnennia rivnia, poviazanoho z A-tsentrom, u krystalakh n-Si. Ukrainskyi fizychnyi zhurnal, 56 (1), 70–74.
  36. Fedosov, A. V., Lunov, S. V., Fedosov, S. A. (2010). Osoblyvosti piezooporu -oprominenykh krystaliv u vypadku symetrychnoho rozmishchennia osi deformatsiyi vidnosno vsikh izoenerhetychnykh elipsoidiv. Ukrainskyi fizychnyi zhurnal, 55 (3), 322–325.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-13

Як цитувати

Luniov, S., Zimych, A., Khvyshchun, M., Yevsiuk, M., & Maslyuk, V. (2018). Особливості дефектоутворення в монокристалах n-Si &lt;P&gt; при електронному опроміненні. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (96), 35–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150959

Номер

Том 6 № 12 (96) (2018): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Sergiy Luniov, Andriy Zimych, Mykola Khvyshchun, Mykola Yevsiuk, Volodymyr Maslyuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.