Speaker
Description
Ш.А.Махмудов1, М.А.Жалелов2, Н.Ж. Одилова3, М.Ф. Жураева1
1Институт ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан, Ташкент, Узбекистан,
2Нукусский государственный педагогический институт имени Ажинияза, Нукус, Узбекистан,
3Каршинский государственный университет, Карши, Узбекистан.
Известно, что кислород в монокристаллическом кремнии является основной фоновой примесью, определяющей поведение термодоноров, термостабильность времени жизни носителей заряда, образование микродефектов. Эффективность формирования микродефектов определяется диаметром и массой выращенного кристалла, скоростью его охлаждения и концентрацией кислорода в кремнии. Уменьшение содержания микродефектов можно достичь, регулируя режим выращивания и понижая концентрацию кислорода в кристалле дополнительной термообработкой. Таким образом в процессе роста кристалла по мере его охлаждения на поверхность монокристалла и фронта кристаллизации стекают различные дефекты типа вакансии, собственные и примесные атомы внедрения, ассоциаты атомов примеси друг с другом и точечными дефектами. Но при высокой скорости охлаждения эти дефекты остаются в объеме кристалла и являются причиной образования неоднородностей в монокристалле. В данной работе приводятся экспериментальные результаты исследований структурных неоднородностей, образованных в монокристаллическом кремнии с участием кислорода.
Объектом исследования являлся монокристаллический кремний p-типа марки КДБ-20, выращенный методом Чохральского; характеристики: удельное сопротивление ρ≃18,7 Ω·см, концентрация примеси дырок ≃9·1014 см-3, подвижность дырок 367 см2/В·с, концентрация кислорода ≈1017 см-3. Из слитков монокристалла кремния вырезали образцы в виде параллелепипеда с размерами 10101 мм3, большая плоскость ориентирована перпендикулярно кристаллографической с-оси. Поверхность перед измерениями шлифовали карборундовым порошком М10. Структурные характеристики и фазовый состав определяли на рентгеновском дифрактометре EmpyreanMalvern в геометрии пучка Брэгга – Брентано в диапазоне 2θБ = от 15° до 120° непрерывно со скоростью сканирования 0,33 градуса/мин и угловым шагом 0,0200 (град)по программе OriginPro2019. Обнаружено диффузное отражение в интервале углов по 2 от 12° до 53°, обусловленное аморфными нанофазами. Поскольку поверхность пластин кремния соответствует кристаллографической ориентации (100), на рентгенограмме присутствуют селективные интенсивные рефлексы: (200) с d/n = 0,2717 (2 = 32,97°), (400) 0,1357 (69,23°). Большая интенсивность (1,82105импсек-1) и узкая ширина (FWHM = 2,7310-3 рад) дифракционного отражения (400) свидетельствуют о совершенстве кристаллической решетки кремния марки КДБ-20, поэтому этот рефлекс (400) использовали для определения параметра решетки образцов кремния as= 0,54292 нм. Бета (β) составляющая (400) при угле рассеяния 2 = 61,75°. Однако присутствие на рентгенограмме структурных линий другими индексами 111), (220), (311), (331) и (531) с малой интенсивностью и сравнительно большой шириной по сравнению с (400)Si, указывает на наличие поликристаллических участков в приповерхностном объеме пластин кремния. По законам погасания, эти рефлексы не должны появляется на рентгенограмме от неискаженной решетки алмазоподобной структуры кремния. Запрещенные (200) и дополнительные (111),(220), (311),(331) и (531) отражения появляются при наличии искажений в решетке матрицы, вызванные термоупругими напряжениями, возникающие в технологических процессах при получения образцов и напряжений, связанные с неоднородным распределением один из основных фоновых примесей – кислорода в решетке кремния [3]. Характерные размеры субкристаллитов кремния, определялись из ширины рефлекса (400)Si по формуле Селякова-Шерерра и составили 94 нм.
В интервале углов по 2 от 12° до 53° на рентгенограмме наблюдается широкое (FWHM = 0,348 рад) диффузное отражение, обусловленное структурными фрагментами SiOx в приповерхностных слоях с ненасыщенными химическими связями. Известно, что в монокристаллах кремния, выращенных по методу Чохральского, кислород может находиться не только в межузельном положении в виде квазимолекул Si-O-Si, но и в виде различных преципитатов SiOx, которые образуются в процессе выращивания слитка.Так, литературных данных было показано, что в некоторых выращенных кристаллах содержание кислорода в различных преципитатах может достигать 20 % от общей концентрации кислорода.
Таким образом,исследованные монокристаллические кремния имеют совершенную структуру с параметрами решетки 0,54292 нм и субкристаллитами размерами 94 нм. В монокристаллах кремния, выращенных по методу Чохральского в областях примесно-дефектных скоплениях, происходит образования низкоразмерных дефектных состояний с участием кислорода.
| Section | Energy and materials science (Section 2) |
|---|
