ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ОБРАБОТОК НА СВОЙСТВА КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ГАДОЛИНИЙ

Scientific Journal Impact Factor

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ ОБРАБОТОК НА СВОЙСТВА КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

ГАДОЛИНИЙ

В последнее время кремния, легированный редкоземельными элементами (РЗЭ) привлекает все большее внимание исследователей как перспективный материал для электроники. Это обуславливается перспективой применения Si <РЗЭ> структур в кремнийвой электронике в качестве приборов.

Ключевой слов: редкоземельными элементами, быстродиффундирующих примесей, концентрация носителей заряда, геттерирование N в кремнии.

Recently, silicon doped with rare earth elements (REE) has attracted more and more attention of researchers as a promising material for electronics. This is due to the prospect of using Si <REE> structures in silicon electronics as devices.

Keywords: rare earth elements, rapidly diffusing impurities, concentration of charge carriers, gettering of Ni in silicon.

ВВЕДЕНИЕ

Впервые методами меченых атомов, авторадиографии, изотермической релаксации емкости и тока измерение проводимости и эффекта Холла установлено эффективное геттерирование золото в кремнии при совместной или последовательной диффузии редкоземельных элементов самария или гадолиния в кремний, в приповерхностных слоях кремния, где имеется область высокой концентрации элемента IIIA группы самария и гадолиния, а также в объеме кремния [1-3].

В [2] было обнаружено, что редкоземельные элементы (РЗЭ), нанесенные на поверхность кремния, выступают в процессе диффузионного отжига в качестве геттера быстродиффундирующих примесей, как присутствующих в объеме, так и проникающих с поверхности.

В настоящей работе исследована возможность геттерирование быстродиффундирующей примесей в кремнии при помощи РЗЭ гадолиния. Выбор гадолиния обусловлен малыми коэффициентами диффузии в кремнии (D~10-13 см2 х с-1 при Т= 1200°C) [4-5], что обеспечивает неглубокое проникновение гадолиния в объем пластины кремния за время диффузионного

Ш.Н. Отахонова

АННОТАЦИЯ

ABSTRACT

Scientific Journal Impact Factor

отжига, которое удовлетворяет требования для выбора примеси - материала, используемого в практике в качестве геттера.

ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Легирование проводилось диффузионным путем в течение двух часов при температуре Т= 1200°С. Для исследований использовались образцы кремния марки КЭФ-15 с типичными размерами 20*10*1мм3. Образцы последовательно промывались для удаления неконтролируемых примесей с поверхности кремния в толуоле, ацетоне, царской водке, смеси Н2 О2 : НС1 и дистиллированной воде. При этих же условиях отжигались и контрольные образцы.

После диффузии никель в кремний, проводившейся при Т= 1200°С в течение двух часов, образцы промывались в Н^ Н2О2:НС1 и Н2О, такая промывка обычно позволяет практически полностью удалять оставшийся на их поверхности источник диффузии, после чего с образцов химическим травлением удалялся слой толщиной до 150 мкм. Затем на одну из этих поверхностей напылялся гадолиний, при 1200°С в течение двух часов проводился диффузионный отжиг. После этого образцы внов промывались в Н^ Н2О2:НС1, царской водке и Н2О для удаления с поверхности окисного слоя и непродиффундировавшего диффузанта.

Профиль концентрации носителей заряда определялся методом стравливания тонких слоев (в растворе 1^:40НЫОз) и измерения проводимости, а также эффектом Холла. Предполагалась полная ионизация примесей в кремнии, то есть считалось, что концентрация примесей никел а также гадолиния с(х) равна концентрации носителей заряда п(х) или р(х), с(х) = п(х) или р(х). концентрация носителей заряда п(х) и р(х) определялась по формуле

Здесь измеряемый (эффектный) коэффициент Холла, (Т3-поверхностная проводимость, е-заряд электрона.

В первой серии (опыты по геттерированию М растворенного в объеме) образцы предварительно равноверно легировались быстродиффундирующей примесью М, а затем на одну из больших поверхностей напылялся металлический слой гадолиния и проводился отжиг.

тг(х)или р(х) =

Scientific Journal Impact Factor

Во второй серии опытов (геттерирование М, проникающего в объем при термообработке) на одну из больших поверхностей, не содержащего примеси, напылялось сперва N а потом Gd. Имелись контрольные образцы (без Ni,Gd ),

а также те, на поверхность которых было напылено только М. ^ с (с, сш-3^

16,0 15,5 15,0 14,5 14,0

1

2

-3 4

х, цт

25 50 75 100

Рис 1. Концентрационное распределение N с(х) в кремнии (после снятия слоя ~150мкм): 1-в кремнии при Т= 1200°С, 1=2 час;

2-в контрольных образцах <М> (без слоя Оё) после удаления слоя ~150 мкм; повторный отжиг при Т= 1200°С, 1=2 час;

3-в образцах <63М> после повторного отжига при Т= 1200°С, 1=2 час со слоем гадолиния (с предварительным удаление слоя~150 мкм, после диффузии N1 ); 4- в образцах <63М+ Оё > распределение N с (х), совместная диффузия при Т= 1200°С, 1=2 час.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенных исследований показано эффективное геттерирование N в кремнии при совместной или последовательной диффузии гадолиния кремний, в приповерхностных слоя кремния, где имеется область высокой концентрации элемента ШЛ группы -гадолиния, а также в объеме кремния. Радиографическим методом также установлено локальное геттерирование - экстракция N из объема с помощью локально напыленного на поверхность слоем гадолиния. Послойное радиографирование [1-3] показало, что при отжиге золото удаляется из локальной области под слоем металла гадолиния. Методом частотной

497

Scientific Journal Impact Factor

зависимости выпрямленного тока в исследуемых образцах установлено, что при диффузии гадолиний в кремний, легированный Ni, значения времени жизни неосновных носителей заряда в объеме увеличиваются в ~5-10 раз[4]. Результаты исследований ИК-поглощения в Si <РЗЭ> показывают, что эффективное взаимодействие РЗЭ с О в Si начинается с концентраций

Ырзэ >5><1017см~3, что возможно указывает на наличие в объеме кремния включений второй фазы РЗЭ, а также силицидов РЗЭ, действующие как стоки для неконтролируемых и технологических примесей.

REFERENCES

1. Зайнабиддинов С., Адамбаев К., Иминов А.А., Назыров Д.Э. Диффузия самария и гадолиния в кремнии/Uzbek journal of Physics. Т. 2002. -V.4(№1). -

2. Назыров Д.Э. «Геттерирование золота самарием и гадолинием в кремнии» Электронная обработка материалов.2007. №3 стр. 77-81.

3. Малкович Р.Ш., Назыров Д.Э. Геттерирование быстродиффундирующих примесей в кремнии редкоземельными элементами// Письма в журнал технической физики. 1988. Т. 15. В. 4. Стр.38-40.

4. Атаханова Ш.Н., Бобохужаев К.У., Болтаев С., Каримов М., Ёкуббаев А., Рахматов Ж.А. Влияние термических отжигов на свойства кремния, легированного редкоземельными элементами. «Физика фанининг бугунги ривожида истеъдодли ёшларнинг урни». Т. 27-28 апрель 2012 г. С.168-172.

5. Зайнабиддинов С., Назыров Д.Э., Атаханова Ш.Н., Бобохужаев К.У., Назырова Д.Д. радиационное дефектообразование в кремнии, легированного редкоземельными элементами. Международная конференция «Актуальные проблемы физической электроники». Т. 28 ноября 2012 г. С. 75-77.

РР.66-68.