Время жизни неосновных носителей заряда




Время жизни неосновных носителей заряда является важнейшей характеристикой полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления полупроводниковых приборов и ИМС. В связи с тем, что время жизни неосновных носителей заряда определяется скоростью объемной рекомбинации на ловушках и локальных центрах, эффективность рекомбинации и, соответственно, время жизни зависят как от концентрации ловушек, так и от вероятности захвата неосновных носителей рекомбинационными центрами. Радиационные дефекты, образующие в запрещенной зоне полупроводника локальные энергетические уровни, представляют собой эффективные центры рекомбинации. Вследствие этого время жизни неосновных носителей весьма чувствительно к воздействию облучения.

Эмпирическое соотношение, подтвержденное экспериментально в довольно широком диапазоне доз облучения, дает следующую количественную характеристику изменения времени жизни неосновных носителей заряда, в зависимости от интегрального потока облучения:

, (3.6)

где - время жизни неосновных носителей после облучения; - время жизни неосновных носителей до облучения; - радиационная константа, зависящая от удельного сопротивления исходного материала, природы излучения и скорости введения радиационных дефектов; - интегральный поток излучения. Из выражения (3.6) следует, что с ростом интегрального потока излучения, время жизни неосновных носителей заряда монотонно убывает.

Радиационные дефекты в полупроводниках обуславливают уменьшение концентрации свободных носителей заряда, которая в кремнии, по мере роста дозы облучения, приближается к собственной.

В ряде работ изучалось влияние различных легирующих примесей на радиационное изменение времени жизни неосновных НЗ в Si, поскольку ожидалось, что некоторые примеси способны «залечивать» радиационные дефекты или служить центрами аннигиляции. Впервые влияние лития на снижение скорости изменения времени жизни неосновных НЗ наблюдали Вавилов с сотрудниками [1]. Они обнаружили, что присутствие в Si лития, дающего донорный уровень Ее — 0.033 эВ, снижает скорость введения глубоких уровней при обручении электронами, а также нейтронами. Вероятно, повышенная концентрация кислорода препятствует взаимодействию лития с рекомбинационными центрами. Литий в Si, как известно, имеет аномально высокий коэффициент диффузии и в последнем случае связывается не с дефектами, а с кислородом, образуя комплексы LiO+.

Установлено, что введение в Si золота также стабилизирует время жизни неосновных НЗ при облучении электронами. Вероятно, атомы золота являются стоками для вакансий. При облучении Si нейтронами влияния бора, алюминия, фосфора, мышьяка, а также кислорода на скорость деградации времени жизни не было обнаружено. В данном случае на эту скорость влияют тип проводимости кремния и концентрация основной легирующей примеси. Это позволило делать вывод, что при облучении нейтронами рекомбинация идет преимущественно через скопления дефектов и подлегирующие примеси не играют существенной роли.

Рисунок 3.5 – Зависимости коэффициента К1 от удельного сопротивления кремния n- (а) и p-типов (б) и уровня инжекции в n-Si (в) при облучении нейтронами образцов, легированных различными примесями (разные точки)

Для интерпретации экспериментальных результатов Месенжер предложил модель двух «усредненных» рекомбинационных уровней и определил их положения (Ес -0,265 эВ и Еv +0,32 эВ). Уровень Еv +0,31 эВ обычно экспериментально обнаруживается при облучении p-Si. Используя статистику рекомбинации Холла—Шокли—Рида, Месенжер получил выражения для коэффициентов деградации времени жизни в n- и p-Si при облучении нейтронами с E>10 кэВ:

где ρо —начальное удельное сопротивление кремния.

В области высокой проводимости коэффициенты К1 практически не зависят от ρ. Как эксперименты, так и теория показывают зависимость изменения времени жизни неосновных НЗ от уровня инжекции. При его изменении, например, от 0,1 до 50 К1 возрастает более чем в 5 раз (рис. 3.5, в). Анализ влияния различных видов облучения на n- и p-Si с различным удельным сопротивлением убедительно показывает, что время жизни неосновных НЗ весьма чувствительно к воздействию радиации и существенно изменяется при небольших дозах облучения, когда подвижность и концентрация основных НЗ остаются практически неизменными.

Рисунок 3.6 – Влияние облучения электронами с Е=25 Мэв на обратную величину времени жизни неосновных НЗ в n-Si с ρ=0,3 (1), 40 (2) и 150 Ом*см (3) при 293К – а и с ρ=150 Ом*см при 213 (1), 293 (2) и 393К (3) - б



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: