Подвижность носителей заряда




 

Подвижность НЗ в полупроводниках определяется рассеянием на тепловых колебаниях решетки, атомах и ионах примесей, несовершенствах структуры. При высоких температурах преобладает рассеяние на фононах. При этом подвижность пропорциональна Т-3/2. С понижением температуры заметно возрастает вклад рассеяния на примесях и дефектах структуры и подвижность пропорциональна Т3/2. Радиационные дефекты, как правило, вызывают снижение подвижности НЗ. Из рис 3.3 а видно, что с ростом интегрального потока быстрых нейтронов подвижность уменьшается. причем изменения ее растут значительно заметнее при низких температурах (рис. 3.3. б), когда рассеяние определяется дефектами структуры. В кристаллах кремния при небольших дозах облучения гамма-квантами или электронами с энергией до 1 МэВ характер зависимости сохраняется практически таким, каким был до облучения. Лишь область температур, при которых основным является рассеяние на ионизированных центрах, в облученных кристаллах расширяется в сторону высоких температур свидетельствуя, что при облучении вводятся заряженные дефекты.

Рисунок 3.3 – Экспериментальные зависимости холловской подвижности электронов в кремнии n-типа с удельным сопростивлением 30 Ом*см от интегрального потока излучения (300К) при облучении гамма-квантами Со60 (1), электронами с Е=25 МэВ (2) и быстрыми реакторными нейтронами (3) - а и в кремнии n-типа с удельным сопротивлением 10 Ом*см, облученном быстрыми реакторными нейтронами (1 – исходная подвижность, 2 – при Ф=4*1013, 3 – Ф=1,7*1014 нейтрон/см2), от температуры - б

При нейтронном, протонном и высокоэнергетическом электронном облучении наклон низкотемпературной ветви зависимости более резкий. Уменьшение холловской подвижности в кристаллах кремния при облучении экспериментально наблюдалось многими авторами. Ими установлена также зависимость уменьшения μ от вида и энергии бомбардирующих частиц, что может быть объяснено различием вводимых при облучении дефектов. Сравнение изменений концентрации и подвижности НЗ при одинаковых дозах облучения показывает, что μ менее чувствительна к воздействию радиации и изменения электропроводности облученного кремния обусловлены, как правило, изменением концентрации НЗ.

 

Удельное сопротивление

 

Удельное сопротивление кремния (нередко приводятся данные по электропроводности) при облучении, как правило, возрастает вследствие снижения концентрации и уменьшения подвижности НЗ и с увеличением дозы облучения стремится к значению, характерному для собственного полупроводника. При этом доминирующая роль принадлежит снижению концентрации НЗ, вызывающему смещение к середине запрещенной зоны уровня Ферми. Установлено, что при облучении вводятся дефекты как донорного, так и акцепторного типа, приводящие к компенсации основной легирующей примеси. Возрастание удельного сопротивления кремния n-типа с ростом интегрального потока электронов можно видеть на рис. 3.4, а. Исходная концентрация НЗ в исследованных кристаллах была различной. Компенсация кремния с меньшей начальной концентрацией НЗ происходит при облучении меньшими интегральными потоками. Скорость изменения удельного сопротивления зависит также от содержания в кристаллах кислорода: с уменьшением концентрации последнего она увеличивается. Из рис. 3.4, б видно, что кристаллы кремния, обнаружившие более высокую чувствительность к облучению, были получены зонной плавкой и, следовательно, содержали примерно 1016 см кислорода, тогда как кристаллы, выращенные в тигле, содержат около 5*1017 см-3 кислорода.

Рисунок 3.4 – Влияние облучения кремния n-типа электронами с E=25 МэВ на удельное сопротивление при его начальных значениях 250 (1), 40 (2), 5 (3) и 0,3 Ом*см (4) – а и на кристаллы кремния n-типа, полученные зонным (1, 3) и тигельным (2, 4) методами при энергии электронов 25 (1, 2) и 10 МэВ (3, 4) - б

Кривые также показывают, что более эффективно влияют на скорость изменения удельного сопротивления быстрые электроны с энергией 25 МэВ, чем с энергией 10 МэВ. Аналогичный вывод был сделан из сравнения эффективности воздействия реакторных нейтронов со средней энергией около 2 МэВ и моноэнергетических нейтронов с энергией 14 МэВ. Облучение быстрыми электронами показало, что удельное сопротивление кристаллов n-Si с добавками кислорода возрастает значительно медленнее, чем исходных кристаллов. Есть основания полагать, что, насыщая кристаллы n-кремния кислородом, удастся получать материалы, более устойчивые к радиации. Бюлер [7] пришел к выводу, что в первом приближении скорости удаления НЗ при нейтронном облучении не зависят от методов выращивания кристаллов и типа легирующих примесей. Экспериментальные результаты разных работ оказалось возможным аппроксимировать прямой в координатах начальная скорость удаления НЗ — интегральный поток нейтронов. Зависимость между начальными скоростями удаления НЗ и интегральным потоком нейтронов для кремния n-типа может быть записана в виде:

а для кремния p-типа:

где kn а kp — коэффициенты для кремния n- и р-типов. Численные значения этих коэффициентов лежат между 387 и 3300, которыми определяются нижний и верхний пределы скорости удаления НЗ.

Обоснованно считая, что повреждения кремния обусловлены преимущественно изменением концентрации НЗ и что изменением их подвижности для практических целей можно пренебречь, Бюлер [7] приходит к следующим выражениям соответственно для материалов n- и p-типов:

где , .

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-06-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: