ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ .......................................................5
ГЛАВА I. ДИФФУЗИЯ ПРИМЕСЕЙ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ФОСФИДЕ ГАЛЛИЯ............................................... 12
1.1. Общие закономерности диффузии примесей в
полупроводниках.................................................12
1.2. Экспериментальное исследование диффузии примесей переходных металлов в фосфиде галлия..........................24
1.2.1. Диффузия и растворимость хрома в фосфиде галлия.......28
1.2.2. Диффузия и растворимость кобальта в фосфиде галлия ...30
1.2.3. Диффузия марганца в фосфиде галлия....................35
/ > 1.2.4. Диффузия железа в фосфиде галлия ...................42
1.3. Закономерности диффузии примесей переходных металлов
в фосфиде галлия 48 .
Заключение и выводы к главе I.................................&60-
• ...• •••;
ГЛАВА И. ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ПРИМЕСЯМИ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГРУППЫ ЖЕЛЕЗА В ФОСФИДЕ ГАЛЛИЯ..........................62
2.1; Влияние заряда примесного центра на спектр его оптической
ф ионизации.........................................
/--■ 2.2 Оптическое поглощение примесями переходных элементов группы железа в фосфиде галлия ...................................68
2.2.1. Примесное оптическое поглощение в ОаР<Сг>...............72
2.2.2. Примесное поглощение в диффузионных слоях ОаР<Мп> 76
2.2.3. Примесное оптическое поглощение в СаР<Ее>...............79
3
2.2.4. Оптическое поглощение в ваР<№>........................80
2.2.5. Оптическое поглощение образцов фосфида галлия, компенсированных медью.......................................85
Заключение и выводы к главе II ..............................90
ГЛАВА III ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФИДА ГАЛЛИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО ПРИМЕСЯМИ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 92
3.1 Оборудование для измерения спектров фотопроводимости.......94
3.1.1. Установка на базе спектрометра ИКС-21...............94
3.1.2. Установка на базе измерительно - вычислительного комплекса СДЛ-2....................................97
3.2 Примесная фотопроводимость фосфида галлия, компенсированного диффузией никеля.............................................101
3.2.1. Примесные состояния никеля в фосфиде галлия.........101
3.2.2. Эффекты электрон-фононного взаимодействия в спектрах фотопроводимости СаР:№......................................107
3.3 Примесная фотопроводимость в образцах фосфида галлия,
• 3.3 Примесная фотопроводимость в образцах фосфида галлия,
компенсированных медью........................................... 1
3.3.1. Примесные состояния меди в фосфиде галлия............114
^ ч 3.3.2. Исследование Примесной фотопроводимости В ДИффлШшёгМ^Шж0 онно легированных медью образцах ваР ..................................ЖШ:Шй&Й. 11
онно легированных медью образцах ваР ......
сМх Заключение и выводы к главе III
. • • . . .Е'
■ • - Г -1*- .'V
ГЛАВА IV СОБСТВЕННАЯ ФОТОПРОВОДИМОСТЬ ФОСФИДА ГАЛ-
и^шг *”
* .:Д ЛИЯ, КОМПЕНСИРОВАННОГО МЕДЬЮ ..........
• • • :.:М& - - ■ с ■ ” V-
ФГ'4.1 Кинетика собственной фотопроводимости в
4.2 Кинетика инфракрасного гашения собственной фотопроводи -мости.................................................... 130
4.3 Спектры собственной фотопроводимости образцов фосфида галлия, компенсированных медью.................................137
Заключение и выводы к главе IV
146
ГЛАВА V ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВ ФОСФИДА ИНДИЯ,
ЛЕГИРОВАННОГО ПРИМЕСЬЮ МЕДИ.....................................148
5.1 Примесные состояния меди в фосфиде индия....................148
5.2 Влияние диффузионного легирования фосфида индия медью
на его электрические и оптические свойства......................151
5.3 Фотоэлектрические свойства 1пР:Си...........................159
5.4 Корреляция спектров электролюминесценции с электрической
активностью меди в фосфиде индия................................169
Заключение и выводы к главе V...................................170
ГЛАВА VI СТАБИЛЬНОСТЬ ТВЕРДОГО РАСТВОРА ПРИМЕСИ МЕДИ В ФОСФИДЕ ГАЛЛИЯ............................................172
6.1 Низкотемпературный отжиг компенсированного медью фосфида
галлия.........................................;...;........................
^'6.2' Эле10ричсские потери в компенсированных полупроводниках.....‘...Л 80 Заключение и выводы к главе VI........................................... 188_.
.Л--. •• & *■
. . ■•••••• • •• ■
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................
*. *' ■** ■ •:** • • "^г. Г.^'-V.. - *. •* ? • : '• 7^«/ 1 «.;> ■.
2 : ЛИТЕРАТУРА......................................................... 193т
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Коэффициенты диффузии примесных или собственных атомов в кристалле можно рассматривать как фундаментальные параметры, величины которых характеризуется структурой и энергией связи решетки. Однако, в отличие от таких параметров, как плотность или период решетки - величин, отличающихся для разных образцов менее чем на 1%, коэффициент диффузии одной и той же примеси в монокристаллическом кремнии может отличаться, по данным разных авторов, на порядки величины. Если это имеет место в традиционном полупроводниковом материале -кремнии, то сколь могут разниться результаты в монокристаллах полупроводниковых соединений, где сохраняет свою актуальность задача получения материалов заданного стехиометрического состава. Между тем, монокристаллы полупроводниковых соединений А3В5 стали основой производства изделий СВЧ техники и интенсивно развивающейся оптоэлектроники, а процессы диффузии в них остаются необходимым звеном технологии. Наиболее полно исследована диффузия примесей Zn и Сё, используемых для формиро-*: вания приборных структур, поскольку получение заданных параметров р-п -переходов возможно лишь в условиях воспроизводимс^»>-диффузионнь1Х . • процессов легирования. Менее изучено диффузионное поведение примесей переходных элементов ряда железа, хотя Ре и Сг используются как основные примеси при выращивании монокристаллов для получения полуизолирую- -' ^рщих подложек. Никель и медь часто рассматриваются как неконтролиру емые;--технологические примеси, создающие в запрещенной зоне полупроводника глубокие уровни и влияющие на электрические параметры материала и ре-комбинационные процессы в нем. Диффузионное перераспределение приме-;; сей переходных металлов определяет поведение полупроводникового прибо-Щ щ в процессе его эксплуатации. '
Переходные металлы относятся к числу примесей замещения! 1] и характеризуются наличием нескольких зарядовых состояний, т.е. могут иметь в зоне запрещенных энергий полупроводника более одного уровня. В научной литературе принято считать, что процесс диффузии примесей в полу провод-
6
никах зависит как от степени дефектности полупроводниковой матрицы, так и от зарядового состояния мигрирующих атомов. Для объяснений эффектов, наблюдаемых в опытах но диффузии или термообработке легированных материалов, предположительно используют либо представления о различных зарядовых состояниях примеси, либо эффектах образования комплексов между примесью и дефектами кристалла. Однако систематических экспериментальных исследований процессов диффузии с привлечением структурно -чувствительных методов и одновременным контролем зарядовых состояний примесных атомов до настоящего времени не проводилось. Изучение свойств диффузионно легированных образцов с привлечением комплекса методов позволяет не только уточнить энергетический спектр примесных состояний, характер электрической активности, но в ряде случаев и определить их электронную структуру. Работа соответствует научному направлению 29.19, разрабатываемому в ВГТУ.
Цель работы: установление взаимосвязи диффузионных параметров примесей переходных металлов с характером их локализации в решетке и зарядовыми состояниями на основе экспериментального исследования процессов диффузии в монокристаллах фосфида галлия. .. ; г ;
- Дшдостижения поставленной цели предстояло4']^
1. Провести экспериментальные исследования диффузии примесей пере-
__
-^металлов на параметры их диффузии в фосфиде галлия.
Исследовать взаимосвязь между энергетическим спектром дефектов, об-разующихся при диффузионном легировании образцов переходными элемен-
и их зарядовыми состояниями. !
4. Провести экспериментальное исследование амфотерности электрической активности некоторых примесей в фосфиде галлия.
5. Развить модельные представления о характере взаимодействия примесей переходных металлов с дефектами кристаллической решетки полупроводниковых соединений А3В5.
Научная новизна работы состоит в развитии и обобщении физических представлений о взаимосвязи электронной структуры примесных состояний переходных металлов в кристаллической решетке фосфида галлия с их диффузионными параметрами.
К наиболее существенным результатам, представленным в диссертации, относится следующее:
1. Установлено, что параметры диффузии примеси железа в зарядовых состояниях Ре3'(Зб5) и Ре"(3ё7) в фосфиде галлия одинаковы. Величина коэффициента диффузии железа зависит от степени дефектности кристалла фосфида галлия, но не зависит от зарядового состояния примеси.
2. По виду распределения в диффузионных слоях марганца в фосфиде
Л I г
галлия парамагнитных центров Мп (36 ) и глубоких примесных центров с
энергае^уроад^Еу+^З^^В, определяющих полосу ^римесного оптического
поглощения, установлено, что примесь марганца в фосфиде галлия в разных зарядовых состояниях имеет разные параметры диффузии.
3. Обнаружено, что примесь марганца в фосфиде галлия электрически амфотерна, причем донорное состояние, проявляющееся в низкоомных об-разцах с дырочным типом проводимости, по данным исследований .ЭПР, принадлежит центру с пониженной симметрией. Предложен механизм диффузии, объясняющий изменение параметров уравнения Аррениуса для при-меси марганца в фосфиде галлия, основанный на представлениях о реконст-: ^
,рукцци примесного центра марганца при изменении его зарядового состоя-
■ ■■ ■■ ■ V •• •''
4. Показано, что медь в фосфидах галлия и индия обладает амфотерно-
< стью.электричсской активности. Акцепторное состояние является ловушкой-у ,
ТГПП ГГТТПЛТ/ ТТ ЛПППЧПППОТГ> ЛТИГПЛТПГТПЧЧЯ ЛЛ^Л'ГПЛНТГЛ!! тЛТЛППЛОЛПТ1>1Л-,',.’,л''
5. В фосфиде галлия и фосфиде индия медь обладает переменной валентностью, образуя четыре ковалентных связи с атомами фосфора в материале с электронным типом проводимости и две в дырочном материале.
Предложена модель примесных центров меди и марганца в полупроводнико-
вых фосфидах, объясняющая амфотерность их электрической активности.
8
6. Сформулированы условия получения фоточувствительных в. собственной области спектра образцов ОаР:Си и 1пР:Си.
7.Форма спектров примесного поглощения и фотопроводимости образцов, компенсированных примесями переходных металлов, указывает на их многозарядность.
8.Определены и сопоставлены между собой параметры диффузии примесей хрома, марганца, железа и кобальта в фосфиде галлия. Установлена корреляция между энергией активации диффузии и величиной предэкспо-ненциального сомножителя в уравнениях Аррениуса.
Практическая значимость проведенных исследований
1. Определены количественные характеристики диффузии примесей пе- рехожыхметаллов _в_ фосфиде, галл ия,_ необходимые для расчетоя технологи-----
ческих операций и прогнозирования поведения фосфида галлия и приборов на его основе при эксплуатации.
2. Определены условия получения компенсированных и фоточувствительных образцов СаР:Си и 1пР:Си. Показано, что для получения компенсированного материала за счет диффузионного легирования медью слиточных образцов с электронным типом проводимости концентрация замещающей меди должна превышать концентрацию мелких доноров. Для получения фо-Нечувствительного материала это превышение должно быть минимальным..
31 Показана перспективность использования фосфида индй&легирован- й : ного медью, в антенных устройствах, с оптоэлектронным управлением.
4. Данные по компенсации медью слиточных образцов можно рассматри-
1. Экспериментальные результаты исследования диффузии и растворимости примесей хрома, железа, марганца и кобальта в фосфиде галлия. Примеси переходных металлов диффундируют предпочтительно по диссоциативному механизму. Температурная зависимость эффективного коэффициен-
та диффузии во всех случаях описывается уравнением Аррениуса. Имеется корреляция между энергией активации диффузии примеси и величиной прс-дэкспоненциального множителя. Для марганца обнаружены две энергии активации диффузии, соответствующие различным зарядовым состояниям примеси.
2. Механизм диффузии, объясняющий изменение параметров уравнения Аррениуса для примеси марганца в фосфиде галлия, основанный на представлениях о реконструкции примесного центра марганца при изменении его зарядового состояния. Наблюдаемая при низкотемпературной диффузии большая энергия активации ~ 4,7 эВ соответствует узельным состояниям
2^, »"т
марганца Мп са? связанного с решеткой четверкой ковалентных связей. При перекомпенсации материала примесный центр изменяет свою валентность и
осуществляет связь только с двумя из четырех атомов окружения. В этом за-______
рядовом состоянии энергия активации диффузии составляет величину лишь — 0,9 эВ.
3. Параметры диффузионного уравнения Аррениуса для примесей переходным металлов определяются степенью возмущения кристаллической решетки, вносимой ими при замещении собственных атомов. Для примесных состояний, вносящих в решетку при замещении малое возмущение, энергия
- активации велика, как и увеличение энтропии, связанной с разупорядочением;
кристалла при выходе атома в междоузельное положение. Для примесн|п|Ш ешентров^ вносящих в кристалл при замещении существенное возмущение,“' Щ
■' V• .1^ • ".V’ . . ' • .* /и- . . у; ^
: энергия активации мала, а изменение энтропии системы при выходе атома в - . междоузлие может быть отрицательным. В ковалентных полупроводниках
Ж&Щ-4. Модель примесных центров меди и марганца в полупроводниковых фосфидах, объясняющая амфотерность их электрической активности. В фосфиде галлия и фосфиде индия эти примеси обладают переменной валентностью, образуя четыре ковалентных связи с атомами фосфора в материале с электронным типом проводимости и две в дырочном материале.
5. Экспериментальные результаты исследования фотопроводимости в .
сильно компенсированных медью образцах фосфидов галлия и индия. Обнаружены аномалии вида спектров фотопроводимости в области фундаментального поглощения, обусловленные эффектами реконструкции примесных центров, индуцированными оптическим возбуждением. Эти же причины являются причиной обнаруженных аномалий кинетики фотопроводимости.
6. Экспериментальные результаты исследования спектров фотоионизации глубоких примесных центров в ваР, СдАб и 1пР. Установлено, что в случае процессов оптического возбуждения дырок в валентную зону, спектральные зависимости сечений фотоионизации центров зависят от их зарядовых состояний.
Достоверность полученных результатов определяется построением физических моделей с учетом основных явлений, определяющих свойства процессов или объектов, многократной, экспериментальной проверкой результантов измерений, большая часть которых получена с использованием управляемого компьютером спектрально-вычислительного комплекса. При измерениях использовались апробированные методики, аттестованная и поверенная аппаратура. В ряде случаев экспериментальные результаты дополняются данными численного моделирования. Часть полученных результатов согласуется с выводами других авторов.
...
Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссерта-ционной работы докладывались и обсуждались на Международных конфе-
■ ( *ЧТа11'Тт\1т’ А т;ппптттгтг г» ттп гп 1гтп/\пл гттти»^ гг ггп тл/чпп тт
Ц^ярёнциях: “Центры с глубокими уровнями в полупроводниках: и жшу провод-' ; ■никовых структурах”, Ульяновск, 1997; “Проблемы электротехнических ма-• териалов и кабельных изделий (1СЕМЕС-97)”; “Оптика полупроводников”, рШРУльяновск 1998 г.; “Релаксационные явления в твердых телах”, Воронеж, Йр1999. I. ИШИ
-■•'.^Международных научно - технических семинарах: “Шумовые и деградаци-онные процессы в полупроводниковых приборах. М. МЭИ. 1997,1998,1999 г. Всесоюзных конференциях, совещаниях и семинарах: “Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов” Кишинев, 1986; “II Всесоюзн. конф. по физике соединений А3В5” Новосибирск, 1981; II Все-союз. конф. “Структура и электронные свойства границ зерен в металлах и
11
полупроводниках”, Воронеж, 1987; “Шестая всесоюзная конференция по физико-химическим основам легирования полупроводниковых материалов” Москва, 1988; “Фазированные антенные решетки и их элементы: автоматизация проектирования и измерений (ФАР-90)” Казань, 1990; II Всесоюзн. Совещание по глубоким уровням в полупроводниках. Ташкент, 1980; IV Всесоюзн. науч.- техн. сем. “Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем” Рязань, 1987.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 43 работы, в том числе: 18 статей в центральной печати, 15 статей в сборниках, 10 - тезисы докладов.
___________Вклад_автора в_ разработку, проблемы В совместных работах автору _
принадлежит постановка проблемы взаимосвязи параметров диффузии примесей переходных металлов с их зарядовыми состояниями. Им инициированы работы по изучению природы примесных состояний меди в полупроводниковых фосфидах. Предлагаемые в работе физические модели предложены и разработаны лично автором.
Научным консультантом работы является Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор Рембеза С.И. В изготов-лении легированных образцов принимали участие А.А.Сустретов, Ю.В;*. За^< xâpOB?" Экспериментальные установки для рега^кции фотопроводимости создавались совместно с Ю.В. Захаровым и С.В. Железным, измерения и анализ спектров ЭПР осуществлялись А.И. Спириным и В.И. Кирилловым, измерения фотолюминесценции выполнялись Л.П. Бордюжей. Расчеты пара-
•л -Л:• ’• . :.C'V -va".-'*’
... метров отдельных спектров с привлечением ЭВМ выполняли В .А. Буслов и С.А.Сушков.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 208 страниц текста, включая 67 рисунков, 4 таблицы и библиографию из 155 наименований.
ГЛАВА I.
ДИФФУЗИЯ ПРИМЕСЕЙ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В ФОСФИДЕ ГАЛЛИЯ
Коэффициент диффузии определяет кинетику формирования и эволюции твердого раствора, образованного примесью и кристаллом - растворителем. Для кристалла коэффициент диффузии относят к фундаментальным параметрам, характеризующим структуру и энергию связи решетки. Однако, если такие характеристики вещества как плотность или период решетки для разных образцов одного и того же полупроводника могут различаться не более, чем на процент, коэффициенты диффузии одной и той же примеси могут различаться на порядки. Задача систематизации и осмысления многочисленных экспериментальных данных по параметрам диффузии собственных и примесных атомов в полупроводниках продолжает оставаться в поле зрения физиков уже много лет [1-4].
1.1. Общие закономерности диффузии примесей в полупроводниках
В подавляющем большинстве случаев под параметрами диффузии подразумеваются значения предэкспоненциального множителя О0 и энергии ак-
г тивации AQ в уравнениях Аррениуса *
V. .
.І?
D(T) = Dq exp
определяемые по объемным участкам диффузионных профилей, получаемых ц в ограниченном интервале температур. Степень изученности диффузионных процессов разных примесей в разных материалах различна. Для производственно значимых полупроводниковых материалов: кремния, арсенида галлия, германия параметры диффузии широко используемых примесей измерялись неоднократно и в зависимости от самых разнообразных условий. Другие полупроводники менее изучены, но для каждого материала число исследован-
ных примесей переваливает за десяток и имеется возможность сопоставить между собой имеющиеся данные. Существует несколько способов соотнести данные по разным примесям, но удобный в плане оценки коэффициента диффузии при конкретной температуре метод номограмм [4], менее нагляден, чем способ, предложенный в [5]. По этому способу, если на оси ординат графика отложить в логарифмическом масштабе экспериментальное значение величины Д), а на оси абсцисс - энергию активации диффузии ЛQ, то каждой паре параметров уравнения (1.1) на координатной плоскости будет соответствовать точка. Картина для параметров диффузии примесей в германии представленная в работе [5] В.Е. Косенко однозначно указывает на то, что с ростом энергии активации диффузии экспоненциально возрастает сомножитель В0 уравнения (1.1). Нами сведены известные данные по параметрам диффузии в соединениях А3В5, включая самодиффузию, взятые из [1-3], справочника [6].
6
♦
♦гп сб
ю
о
2
Энергия активации диффузии, эВ
Рис. 1.1 Параметры диффузии в фосфиде индия
14
При очевидном разбросе приведенных данных, приведенных на рис. 1.1 -1.5, можно говорить о существовании корреляции, установленной ранее для германия в работе [5].
Практически для всех приведенных полупроводников самыми большими энергиями активации характеризуется процесс самодиффузии. Энергии активации собственных атомов металла и металлоида различаются. Имеет место большой разброс данных по параметрам диффузии одной и той же примеси, причем эти расхождения не всякий раз могут быть отнесены на счет различий свойств исходного материала, в котором проводились исследования. В случае примесей второй группы (2п,Сб) обычно наблюдаются аномалии вида диффузионных профилей, связываемые, как правило с концентрационной зависимостью коэффициента диффузии примеси. Но сообразно практике обработки экспериментальных результатов, авторы, как правило, получали на одном профиле концентрации два значения коэффициента диффузии примеси.
Энергия активации, эВ
Рис. 1.2 Параметры диффузии в арсениде индия.
15
о
N
2
о
#ч
о
а
0.5
1 1.5
Энергия активации, эВ
Рис. 1.3 Параметры диффузии в антимониде индия.
Энергия активации, эВ Рис. 1.4 Параметры диффузии в арсениде галлия.
16
0 12 3 4
Энергия активации, эВ
Рис. 1.5 Параметры диффузии в антимониде галлия.
В других случаях энергия активации менялась при переходе из низкотемпературного в высокотемпературный интервал, но в подавляющем большинстве случаев причины различий параметров диффузии одной и той же _ примеси у разных авторов связывают со свойствами образцов.. Поэтому
• ••• - • . . г
пара-метрьг диффузии примеси в полупроводниковом материале нужно рассматривать не как некоторые неизменные постоянные, а лишь как параметры, отражающие закономерности процессов, определяющих механизмы миграции атомов в материале в конкретных условиях. В этой связи логично / поставить вопрос о том, есть ли смысл искать какие - либо закономерности в ■ имеющихся данных или они имеют ценность только в отношении того конкретного материала, с которым проводились исследования?
Сразу обращает на себя внимание широкий диапазон возможных значений А? для разных примесей в одном полупроводнике. Это обстоятельство
17
довольно долго дискутировалось безотносительно к конкретному полупроводниковому материалу, поскольку ситуация носит общий характер. К большим величинам Г>0 ряд авторов отнесся с большой долей скептицизма [7], полагая, что они, будучи получены экстраполяцией к бесконечно высоким температурам из ограниченного экспериментально освоенного температурного интервала, неизбежно содержат большую ошибку. Однако, принимая во внимание эту позицию, нужно заметить, что значения £>о, определенные теми же методами, в тех же температурных интервалах, с теми же, соответственно, погрешностями, в случае металлов редко отличаются более чем на порядок [8]. При сопоставление этих экспериментальных ситуаций обычно используется теория и идеология диффузионных процессов, сформированная в физике металлов [9]. Согласно этой теории процесс диффузии представляется как случайное блуждание атома, предполагающее преодоление потенциальных барьеров между эквивалентными позициями, соответствующими минимуму потенциальной энергии, а коэффициент диффузии определяется выражением вида:
£>(Г)«уа2у0 ехр| ■— I ехр Ч, (1.2)
к
ДЯ
кТ
где у - геометрический фактор решетки, ЛБ и АН - энтропия и энтальпия про-цесса перехода атома из потенциальной ямы в седловую точку, ^- пе
^ V™: **■’ —•• . • г Гл ' - ' ■.-' и і и и і їй»
решетки, щ - частота колебании частицы в исходном состоянии. -
Выражение (1.2) обычно рассматривается применительно к какому-либо конкретному механизму диффузии, изменяя или модифицируя физиче-ский смысл входящих в него значений энтропии и энтальпии. Остальные па-раметры не оказывают существенного влияния на результаты оценок, поскольку мало меняются в разных полупроводниках и не связаны со свойствами примеси. Вопрос о действительных механизмах различных диффузионных процессов в полупроводниках остается довольно неопределенным, одна-
18
ко, не вызывает сомнений тот факт, что диффузия происходит с участием структурных дефектов и за счет их движения в той или иной форме.
Вакансионный механизм диффузии основан на двух допущениях. Первое состоит в том, что атомы, примесные или основные, могут перемещаться в структуре только посредством прыжков в вакансии ближайших соседей. Второе сводит воздействие примеси на атомы окружения к изменению частот их прыжков в различных направлениях. В случае самодиффузии вероятность появления рядом с рассматриваемым атомом вакансии определяется атомной долей вакансий при данной температуре, описываемой уравнением:
где А8о и АН0 - энтропия и энтальпия образования вакансии.
Зависимость коэффициента самодиффузии от температуры представля ется в вакансионном механизме выражением:
в котором Л5м и ЛНМ - энтропия и энтальпия миграции вакансии.
В случае диффузии примесных атомов замещения по вакансионному механизму учитывается взаимодействие примеси с вакансией, приводящее к.
действия вакансии с примесным атомом, определяющей соотношение частот скачков, приводящих к распаду пары “примесь замещения - вакансия” и частот обратных скачков. Наличием энергии связи между примесным атомом и вакансией объясняется тот экспериментальный факт, что энергия активации
(1.3)
(1.4)
► г, .• Ч. •• *.? - ‘-У * “ г
При постоянном давлении энтальпия связи АНС » Ес - энергии взаимо
- Київ+380960830922