Влияние деформации на спектры гашения фотопроводимости в сильнокомпенсированном кремнии

М.К. Бахадирханов, Х.М. Илиев, Х.Ф. Зикриллаев, С. А. Валиев, Ш. Норов

ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ НА СПЕКТРЫ ГАШЕНИЯ ФОТОПРОВОДИМОСТИ В СИЛЬНОКОМПЕНСИРОВАННОМ КРЕМНИИ

Ташкентский государственный технический университет им. А.Р. Беруни, ул. Университетская, 2, г. Ташкент, 700095, Узбекистан

В спектральной зависимости фотопроводимости, при одновременном освещении монохроматическим и интегральным светом, для образцов 8КБ,Мп> со степенью компенсации К > 0,9, начиная с энергии монохроматического света Н V = 0,42 эВ наблюдается резкое уменьшение фототока, то есть инфракрасное гашение фотопроводимости (ИКГ ФП). Максимальное гашение имеет место при Н V = 0,62 эВ, при этом фототок уменьшается на 4 - 5 порядка. Это свидетельствует о том, что ответственным центром за гашение ФП является марганец в междоузельном состоянии Мп++ с электронной конфигурацией 3^48° и уровнем Ес - 0,5 эВ, полученном в результате компенсации мелкими акцепторами бора.

Авторы [1, 2] объясняют ИКГ ФП следующим образом. При низкой температуре большинство уровней марганца оказываются дважды ионизированными, а все уровни рекомбинации N и бора ДБ заняты электронами. При освещении таких образцов светом с hv > 0,62 эВ или собственным электроны попадают на уровни марганца прямо или через зону проводимости, а дырки собираются в максимумах валентной зоны и частично захватываются на уровни N и ДБ. Так как N < ДМп, а уровни прилипания ДБ достаточно мелкие, то при Т > 77 К в максимумах валентной зоны собирается много дырок, и квазиуровень Ферми ^ приближается к уровню протекания Емежду локализованными дырками и дырками, участвующими в проводимости, устанавливается динамическое равновесие при данной температуре, что определяет величину ФП, которая имеет активационный характер.

ИКГ ФП происходит из-за перехода электрона с уровня марганца в зону проводимости и дальнейшего его захвата на уровень рекомбинации Ыг, который затем захватывает дырку.

Исследования тензоэффекта в сильнокомпенсированном 8КБ,Мп> в состоянии ИК гашения фотопроводимости позволяют определить характер изменения и барический коэффициент смещения глубокого уровня марганца.

Данная работа посвящена изучению влияния одноосно упругого сжатия на спектры ИКГ ФП сильнокомпенсированного 8КБ,Мп>. В качестве исходного материала использован промышленный кремний марки КДБ-10 с удельным сопротивлением 10 Ом-см, р-типа проводимости, в который марганец вводился диффузионным путем из газовой фазы в интервале температур 1000 - 1150°С. Получена партия образцов 8КБ,Мп> с удельными сопротивлениями 102 - 105 Ом-см р и «-типа проводимости.

Для исследований выбраны сильнокомпенсированные образцы 8КБ,Мп> с одинаковыми удельными сопротивлениями и концентрациями марганца, имеющие форму параллелепипеда размерами 4x1x1 мм с кристаллографическими направлениями [111], [110] и [100] вдоль большого ребра. Направления сжатия Х и тока I были параллельны большому ребру, то есть выполнялись условия сжатия (1||Х||[111]}, (1||Х||[110]} и {I ||х|| [100]}.

Результаты исследования при условии сжатия {I ||х|| [100]} приведены на рис. 1. До начала гашения по мере роста величины сжатия фототок линейно возрастает, что обусловлено уменьшением ширины запрещенной зоны кремния. На участке гашения с ростом сжатия спектры ИКГ ФП смещаются в сторону больших длин волн (кривые 2, 3).

Смещение начала гашения фототока в сторону больших длин волн свидетельствует об уменьшении энергии ионизации глубоких уровней марганца.

© Бахадирханов М.К., Илиев Х.М., Зикриллаев Х.Ф., Валиев С.А., Норов Ш., Электронная обработка материалов, 2003, № 5, С. 86-88.

Аналогичные исследования при условиях сжатия {/11*11 [110]} и {/1Ы1 [111]} дали качественно одинаковую картину, но количественно выразились слабо (рис. 2).

Ю-'

101

10"'

10

10"

1-7.

4, А

йу, эВ

0,2 0,4 0,6

Рис.1. Ифракрасное гашение фотопроводимости при одноосно-упругом сжатии в БКБ,Мп> при

условии МХ// [100]. Х, Па: 1 -105; 2 - 4-108; 3 - 8 108

10

10

-4.

-5-

10

10

10

/ф>А ^фон

\

\\ \

кч, эВ

0,2

0,4

0,6

Рис. 2. ИКГ ФП в сильнокомпенсированном БКБ,Мп> при различных условиях сжатия.

1 -МХ// [100]; 2 -МХ// [111]; 3 - МХ//[110]

На рис. 3 приведена зависимость энергии начала гашения фотопроводимости Ег от величины и направления сжатия, которая уменьшается линейно. Из наклона этих кривых определены барические коэффициенты уменьшения энергии ионизации глубокого уровня марганца, ответственного за ИКГ ПФ, для направлений сжатия [100], [110] и [111] соответственно:

а

[100] -

= 2,25-10-10 эВ/Па; апю] = 0,3-10-10 эВ/Па; атп = 10-10 эВ/Па.

-10

"1-10 „

Уменьшение энергии ионизации глубокого уровня является результатом смещения данного уровня и дна зоны проводимости кремния. По данным [3] барические коэффициенты смещения дна

зоны проводимости кремния при одноосном сжатии по оси [100], [110] и [111] соответственно имеют значения:

Р[юо] = - 4,72-10-11 эВ/Па; Р[1Щ = 0,44-10-11 эВ/Па; Р[Ш] = - 2,0-10-11 эВ/Па.

Рис. 3. Зависимость энергии начала гашения фотопроводимости Er от величины и направления однородного сжатия: 1 - J//X// [100]; 2 -J//X// [111]; 3 - J//X//[110]

Существенное отличие барических коэффициентов а и р свидетельствует о смещении глубокого уровня марганца относительно дна зоны проводимости с заметно большой скоростью. Так как энергия ионизации глубокого уровня марганца уменьшается, а дно зоны проводимости кремния смещается вниз с малой скоростью, то глубокий уровень марганца должен смещаться вверх, в противном случае энергия ионизации глубокого уровня марганца должна увеличиваться.

Таким образом абсолютная скорость смещения вверх глубокого уровня марганца в направлениях сжатия [100], [110] и [111] равны: уП00] = а[Ш] + Р[100] = 17,8-10-11 эВ/Па, у^щ = а^щ + Ррщ = = 3,44-10-11 эВ/Па, У[Ш] = а[Ш] + р[Ш] = 8-10-11 эВ/Па.

Существенное отличие барических коэффициентов У[100], У[110], У[111] показывает, что ГУ марганца является анизотропным центром в кремнии и его скорость смещения сильно зависит от степени нарушения симметрии кристаллической решетки, которая определяется направлением сжатия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бахадирханов М.К., Турсунов А.А., Хайдаров К. Температурное гашение фотопроводимости в кремнии, компенсированном марганцем // ФТП. 1980. Т. 14. Вып. 5. С. 966-969.

2. Бахадирханов М.К., Турсунов А.А., Азизов К.А., Нигманходжаев С. Инфракрасное гашение фото- и остаточной проводимости в n-Si<Mn> // ФТП. 1980. Т. 14. Вып.11. С. 2247-2251.

3. Полякова А.Л. Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов. М., 1981.

Поступила 21.04.03

Summary

The basis of research of influencing of monaxonicly elastic compression on spectra of damping of photoconductivity in Si<B,Mn> is determined the physical gear change of a photocurrent and barometric factor of displacement of a steep level of manganese. In spectral relation of a photo of conductance, at simultaneous illumination by monochromatic and integral light, for is model Si<B,Mn> with a degree of compensation K > 0,9 since energy of a homo geneous light the hv = 0,62 eV, is watched sharp decreasing of a photo current, the infra-red damping of photoconductivity is observed. It testifies definition volume, that accountable center behind damping photoconducnivity is manganese in an interstitial condition Mn++ with the electronic configuration 3d54s0 and level obtained Ec - 0,5 eV as a result of compensation by small-sized acceptors of a boron. Infra-red decreasing photoconductivity descends because of electron transition to a level of manganese in a conduction band and its further acquisition on a level of a recombination Nr, which one then catches a vacant electron site. The basis of research of influencing of monaxonicly elastic compression on spectra of damping of photoconductivity in Si<B,Mn> is determined the physical gear change of a photocurrent and barometric factor of displacement of a steep level of manganese.