Гетеруюча дія цинку. Оптимізація технологічного процесу за концентрацією домішки

3.3. Гетеруюча дія цинку. Оптимізація технологічного процесу за концентрацією домішки.

Для зменшення густини дефектів можна використовувати методи гетерування (див. §1.3). Переважна більшість з них передбачає спеціальну обробку поверхні пластин перед першою термічною операцією. До них відносяться гетерування з допомогою порушеного шару, який створюється різними методами, гетерування з допомогою нанесених шарів, термічна обробка в спеціальному хімічному середовищі.

Але, на нашу думку оптимальними були б такі методи, які можна сумістити з першою термічною операцією – термічним окисленням пластин. Зокрема, знизити активність процесу утворення пор, пов’язаного з рухом дислокацій підкладки вздовж ліній ковзання можна шляхом впровадження в їх ядра домішкових атомів з газової фази в процесі росту плівки. Згідно літературних даних [25] в якості гетеруючої домішки ми вибрали цинк, який буде декорувати дислокації, заповнювати і зв’язувати їх незавершені зв’язки.

Дослідження гетеруючого впливу цинку, який вводили в реактор з розчину хлориду цинку, проводили при таких концентраціях у вихідному розчині, що заливався у барботер: 0; 0.1; 0.5; 1; 2; 3; 5% для визначення оптимального вмісту.

Отримані плівки диоксиду кремнію товщиною 120¸140 нм досліджували мідножелатиновим методом і селективним травленням для визначення густини пор (див. § 2.3).

Встановлено, що густина пор в плівках SiO₂ при окисленні за стандартною технологією складає від 6.5 до 15 см^-2. Отримані дані узгоджуються з результатами роботи [23].

При введенні хлориду цинку в процесі окислення густина пор складала від 0.3 до 1.5 см^-2, що на порядок нижче, ніж при окисленні за стандартною технологією. Дослідження показали, що навіть при незначних концентраціях (менше 1%) пористість плівок різко понижується. Зниження пористості йде до певного рівня, який близький до 1 см^-2. Мінімальне значення пористості спостерігали на зразках, які окислювали при концентрації хлориду цинку в діапазоні 1…3%. Суттєво, що в цьому діапазоні концентрації пористість плівок диоксиду кремнію слабо залежить від концентрації розчину хлористого цинку. При подальшому збільшенні концентрації пористість отриманих плівок збільшується. Отже, збільшення концентрації водного розчину хлористого цинку вище 3% недоцільно.

Отримані результати ілюструє рис. 3.3.1. .

Таким чином, експериментально підтверджена можливість пониження дефектності плівок диоксиду кремнію гетеруванням домішкового цинку дислокацій підкладки. Ефективність запропонованого методу, як показали експериментальні дослідження, у два-три рази вища, ніж при гетеруванні дефектів порушеним шаром неробочої сторони пластини Si. Це пов’язане з тим, що в нашому випадку знижується рухливість існуючих дислокацій, а не тільки їх густина на робочій стороні пластини.

Недоліком методу барботування для створення парогазового окислювального середовища у реакторі є зміна концентрації розчину, пов’язана з різною швидкістю випаровування компонентів.

Для усунення цього недоліку ми відпрацювали процес монокристалічного кремнію з домішкою хлориду цинку в газовый фазі при миттєвому випаровуванні компонентів розчину. (див.2.1)

Результати досліджень пористості вирощених плівок приведені на рис 3.3.2.

Рис. 3.3.2. залежність густини пор у плівок SiO₂ від концентрації водного розчину хлориду цинку при миттєвому випаровуванні для різної товщини вирощеної плівки: трикутник - товщина плівки 1200А; кружок - товщина плівки 5000А.

Як видно з рис. На кривій концентраційної залежності густини дефектів у плівках також чітко проявляється область мінімальної концентрації пор. Процес вирощування плівок найкраще проводити у цій області, яка лежить біля 0.001%

Для подальшого використання необхідні дослідження електрофізичних параметрів структур, результати яких приведені у наступному параграфі.

3.4.     Електрофізичні характеристики структур.

Як видно з результатів, описаних вище, у легованих цинком структурах Si-SiO₂ спостерігається покращення суцільності плівок SiO₂. Це пов’язане з заповненням легуючою домішкою незавершених зв’язків дислокацій приповерхневої області кремнієвої пластини і зниження, за рахунок цього, рухливості дислокацій. Оскільки одним з механізмів утворення пор є деформаційне локальне руйнування плівки, щільно з’єднаної з підкладкою, за рахунок напружень, які перевищують критичні, під час зміщення сусідніх атомних площин при русі дислокацій. Вказане легування при оптимальних концентраціях повинне приводити до покращення структурної досконалості межі розділу, зменшення рухливості дислокацій і, відповідно, пористості плівок SiO₂ [19].

Можна сподіватися, що легування приповерхневої області кремнію приводитиме і до покращення електрофізичних характеристик межі розділу, що буде проявитися перш за все на таких параметрах, як густина поверхневих станів та генераційно-рекомбінаційний час життя.

Розрахунок приводили за результатами вимірювання вольт-фарадних характеристик за методикою, описаною в § 2.4

Результати дослідження параметрів ОПЗ легованих цинком структур приведені в таблиці.

Таблиця. 3

Як видно з таблиці, введення домішки цинку приводить до підвищення структурної досконалості приповерхневої області кремнію, що виявляється в зменшенні з ростом рівня легування густини поверхневих станів та підвищенні часу життя нерівноважних носіїв заряду, причому вказане покращення спостерігається лише при повному рівні легування, який має свій оптимальний діапазон. Високолеговані структури порівняно з контрольними характеризувалися гіршими показниками якості. Це пояснюється тим, що при концентрації домішки 3´10^-3% і вище, атоми цинку будуть входити не лише в ядро дислокацій, а й легувати поверхню кремнію і цілому, тобто створювати точкові дефекти в кристалічній гратці, а при високому рівні – і дислокації невідповідності [10]. Наявність дефектів структури приводить до появи додаткових рекомбінаційних центрів і енергетичних станів, пов’язаних з ними, що знижує рухливість носіїв заряду, їх час життя і підвищує концентрацію енергетичних поверхневих станів, тобто в цілому призводить до погіршення параметрів структур.

Симптоматично, що структури з оптимальним рівнем легування після опромінення і наступного відпалу характеризувалися кращими значеннями параметрів межі розділу порівняно з контрольними, тобто мали нижчу радіаційну чутливість. Це пояснюється зниженням рівня механічних напружень приповерхневої області за рахунок легування та зменшення її дефектності. Як відомо [17], підвищення структурної досконалості кристалічної гратки в області межі розділу повинно приводити до покращення електрофізичних характеристик системи Si-SiO₂.

На рис.3.4.1 приведені концентраційні залежності часу життя неосновних носіїв заряду 1/t_g = f(С). У діапазоні концентрацій, близьких до 0.002% спостерігається чітко виражений мінімум, характерний як для опромінених, так і для неопромінених структур. Причому величина часу життя неосновних носіїв заряду при оптимальному рівні легування в області мінімуму кращі, ніж у контрольних зразках, що піддавались і не піддавались радіаційно-термічній обробці.

Зниження часу життя при рівнях легування, що перевищують оптимальні, найвірогідніше зумовлене структурним розпорядкуванням приповерхневої області під впливом високої концентрації легуючої домішки, утворенням складних комплексів, що містять цинк та самочинно не розпадаються під час відпалу.

Залежність величини, оберненої до часу життя, від концентрації домішки, а не часу життя, приводиться тому, що 1/t_g пропорційна густині генераційно-рекомбінаційних центрів і виражає зміну рівня дефектності приповерхневої області кремнію.

Порівняно з нелегованими структурами, оптимальне легування приводить до швидшого відновлення густини поверхневих станів після радіаційно-термічної обробки, що відображено на рис.3.4.1. Причому, як видно з малюнка, термічна обробка після опромінення приводить до менших значень густини поверхневих станів приповерхневої області кремнію, порівняльно з вихідними структурами.

Характерно, що оптимальні значення параметрів структур спостерігаються при тих же значеннях концентрацій домішки, при яких плівки SiO₂ характеризуються найкращою суцільністю.

Таким чином, встановлений нами діапазон оптимальних концентрацій гетеруючої домішки буде приводити не тільки до зниження густини структурних дефектів плівок SiO₂, але й до покращення електрофізичних характеристик м6ежі розділу діелектрика з монокристалічною підкладкою, що важливо для подальшого практичного використання.

Рис. 3.4,1. Залежності впливу опромінення та наступного вщпалу на 1/Тд: 1 - вихідні; 2 - після опромінення.

Рис. 3.4.2. Концентраційна залежність відносної зміни густини поверхневих станів після радіаційно-термічної обробки.

Висновки

1.         Вивчені механізми попроутвореня і плівках термічного диоксиду кремнію;

2.         Показано, що переважаюча кількість пор утворюється вздовж ліній ковзання внаслідок напружень плівок, викликаних рухом дислокацій монокристалічнолї підкладки.

3.         Запропоновано механізм гетерування дуфектів шляхом гальмквання руху дислокацій атомами цинку;

4.         Визначений діапазон оптимальних концентрацій домішки у газовій фазі при якій плівки характеризуються мінімальними значеннями пористості і оптимальними електрофізичними параметрами.

5. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА

У зв’язку з особливостями науково-дослідних розробок для їх ефективного здійснення, координацій робіт, оперативного управління ходом робіт, передбачене сіткове планування та керування.

5.1. Планування науково-дослідної роботи (НДР).

В розрахунково - пояснювальній записці до дипломної роботи планування НДР здійснюється в наступній послідовності :

1.   Розбиття комплексу робіт на окремі етапи.

2.   Виявлення та опис всіх подій та робіт.

3.   Визначення часу виконання робіт.

4.   Побудова сіткового графіка.

5.   Розрахунок параметрів сіткового графіка.

5.1.1 Розбиття комплексу робіт на окремі етапи.

Весь комплекс робіт ділиться на такі етапи :

*            підготовчий;

*            теоретична розробка теми;

*            проведення експерименту;

*            обробка даних, отриманих при експериментах;

*            технічний звіт;

Таблиця 1.Тривалість розробки етапів проекту

Похожие работы

Фізичні основи роботи комп’ютера

Скачать

191192

6

39

... принтера також містить різні мови опису даних (Adobe PostScript, PCL і тощо.). Ці мови знову ж таки призначені для того, щоб забрати частину роботи у комп'ютера і передати її принтеру. Розглянемо фізичний принцип дії окремих компонентів лазерного принтера. 2.5.29 Фотобарабан Як вже писалося вище, найважливішим конструктивним елементом лазерного принтера є фотобарабан, що обертається, за ...

Процес ручного дугового зварювання

Скачать

67249

2

1

... а все обладнання кабіни - надійно заземлене. Пересувні пости використовують при зварюванні великих виробів безпосередньо на виробничих ділянках. Розділ 2.Основна частина 2.1 Опис технологічного процесу ручного дугового зварювання В основі будь-якого промислового виробництва лежить технологічний процес, який є частиною виробничого процесу. Виробничий процес – це сукупність технологічних ...

Загальна характеристика напівпровідникових матеріалів

Скачать

40780

0

4

... ією носіїв заряду, що забезпечують велику холівську напругу. Для виготовлення магнітоелектричних приладів використають арсенід індію й телурид ртуті. Термоелектричні прилади виготовляють із напівпровідникових матеріалів, що забезпечують максимальний коефіцієнт ефективності, тобто які мають високу і низьку теплопровідність. Такими властивостями володіють антимонід цинку телурид і селенід вісмуту ...