Отрицательное магнитосопротивление в сильнокомпенсированном кремнии

Таким образом, с одной стороны, явление кинетики ускоренного роста оксида на начальном этапе окисления с учетом десорбции зависит от концентрации точечных избыточных дефектов, а с другой, именно эти дефекты и определяют электрофизические свойства образованных структур кремний - диоксид кремния. Целенаправленное управление начальным процессом окисления с подбором режима окисления дает возможность управлять свойствами образованной системы Si - SiO2, которые очень важны для получения высококачественных приборов на основе МОП - структур.

ЛИТЕРАТУРА

1. Арсламбеков В.А., Сафаров А.С. Некоторые особенности механизма и кинетики окисления кремния // Микроэлектроника. 1977. Т.6. Вып. 1. С. 75 - 81.

2. Сафаров А. С. Исследование методами ОЭС и ВИМС взаимодействия кислорода с поверхностью кремния. // Материалы международной XI - конференции ВИП - 93. М., 1993. Т. 2. С. 99 - 101.

3. СафаровА.С. Новые проблемы при образовании оксида кремния. Микроэлектроника. Т. 26.Вып. 1. М., 1997. С. 73 - 75.

Поступила 24.12.02

Summary

In this work mentioned about the properties of the overthin layer of the SiO2. Showed that the chargeable condition at the boundary between Si and SiO2 depends on conditions of the oxidation.

М.К. Бахадирханов, Х.М. Илиев, К.С. Аюпов, Х.Ф. Зикриллаев, О.Э. Сатторов

ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЕ В СИЛЬНОКОМПЕНСИРОВАННОМ КРЕМНИИ

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

Эффект отрицательного магнитосопротивления (ОМС) в полупроводниках с мелкими примесями и в полупроводниках, слабокомпенсированных с примесями элементов переходных металлов, обнаружен при температурах жидкого гелия [1-3]. Этот эффект представляет интерес с теоретической точки зрения, поскольку физический механизм ОМС в полупроводниках окончательно не выяснен, а также и в плане практического применения. Полупроводники с ОМС могут быть применены в качестве высокочувствительных датчиков в области автоматики и вычислительной техники. Для практического применения этих полупроводников необходимо, чтобы ОМС в них наблюдалось при комнатной температуре и в слабых магнитных полях. Поэтому поиск новых полупроводниковых материалов с ОМС при комнатной температуре остается актуальным.

В полупроводниках при выполнении условий сильной компенсации Ыа ~ N¡1 из-за перераспределения носителей заряда между мелкими и глубокими уровнями [4] концентрация равновесных носителей заряда п0 и р0 в 105 - 106 раз меньше, чем концентрация примесных ионов N¡1+", N0''". Отсутствие локальной электронейтральности и экранировка электрическим полем, создаваемым многократно заряженными примесными ионами и кластерами, приводят не только к существенному изменению потенциала в кристаллической решетке, но и к значительной структурной перестройке самой матрицы. Вблизи таких центров начинают проявляться черты, характерные для неупорядоченных систем. Все это дает основание считать, что полупроводники в условиях сильной компенсации представляют собой новый класс полупроводниковых материалов. Действительно, как показали результаты иссле дований, в таких материалах наблюдается ряд новых физических явлений, не характерных для некомпенсированных и слабокомпенсированных полупроводниковых материалов, - аномально высокая фоточувствительность, глубокое инфракрасное и температурное гашение фотопрово© Бахадирханов М.К., Илиев Х.М., Аюпов К.С., Зикриллаев Х.Ф., Сатторов О.Э., Электронная обработка материалов, 2003, № 4, С. 86-89.

димости, большая остаточная проводимость, автоколебания тока различной природы и т.д.

Использование в качестве компенсирующих примесей элементов переходной группы позволяет существенно варьировать магнитными свойствами материала, так как ионы переходных металлов в полупроводниках могут иметь различные магнитные моменты в зависимости от их положения в кристаллической решетке и зарядового состояния иона.

С целью выявления особенностей магнитосопротивления сильнокомпенсированных полупроводников с магнитными примесями исследовано магнитосопротивление в компенсированном марганцем кремнии с различной степенью компенсации. Компенсированные образцы Si<B,Mn> получены диффузионным легированием кремния марганцем из газовой фазы. В качестве исходного материала использован монокристаллический кремний р-типа проводимости с удельным сопротивлением 10 Ом-см (марки КДБ-10). При этом температура и время диффузионного отжига выбирались таким образом, чтобы получить компенсированные и перекомпенсированные образцы Si<B,Mn> р- и «-типа проводимости с удельным сопротивлением при комнатной температуре 102 - 105 Ом-см. Магнитосо-противление в компенсированных образцах S<B,Mn> измерялось при комнатной температуре в продольном (Н 11 I) и поперечном (Н ± I) магнитном поле. Напряженность поля изменялось в интервале Н = 0 - 20 кЭрс, то есть в условиях слабых магнитных полей. Измерения показали, что как положительное, так и отрицательное магнитосопротивление при поперечном направлении магнитного поля имеет большие значения, чем при продольном направлении магнитного поля. Результаты исследования зависимости магнитосопротивления в компенсированных и перекомпенсированных образцах Si<B,Mn> при поперечном магнитном поле показали, что величина и знак магнитосопротивления в компенсированных образцах сильно зависят от степени компенсации и типа проводимости. В перекомпенсированных образцах и^<В,Мп> во всем исследованном интервале напряженности магнитного поля независимо от значения удельного сопротивления наблюдалось только положительное магнитосопротивление. В компенсированных образцах р^КВ,Мп> в зависимости от значения удельного сопротивления меняется не только величина, но и знак магнитосопротивления (рис.1). В образцах р^КВ,Мп> с р ~ 102 Ом-см наблюдается небольшое положительное магнитосопротивление (ПМС), а с ростом удельного сопротивления материала значение ПМС уменьшается и начиная с р > 8-102 Ом-см наблюдается ОМС. Значение ОМС растет с ростом удельного сопротивления образцов и достигает максимума при р ~ 5-103 Ом-см, а дальнейшее увеличение удельного сопротивления приводит к уменьшению ОМС. Начиная с р > 4-104 Ом-см вновь наблюдается ПМС.

Рис.1. Зависимость магнитосопротивления от степени компенсации при постоянном электрическом поле (Е = 100 В/см) при комнатной температуре. 1 -Н = 5 кЭрс, 2 -Н = 15 кЭрс

J. Лк

101 \ 102 id3

Рис.2. Зависимость магнитосопротивления в образцах Si<B,Mn>c р = 2 105 Ом см от интенсивности интегрального света. Т = 300 К, Н =15 кЭрс

Рис.3. Зависимость магнитосопротивления от электрического поля при различных значениях

удельного сопротивления образцов. I - в темноте: 1 -р = 5102 Ом см, 2 -р = 6,2 103 Ом см, 3 -р = 104 Ом см, 4 -р = 6,5 104 Ом см, 5 -р = 2,5105 Омсм.П -при освещении (J = 150Лк): 2' -р = 6,2103 Омсм, 5' -р = 2,5105 Омсм

Как известно из данных [5, 6], сильно компенсированные образцы ^-Si<B,Mn> обладают большой фоточувствительностью, что позволяет управлять удельным сопротивлением материала в широком интервале в зависимости от уровня освещения. Поэтому исследовалось влияние интегрального освещения на магнитосопротивление в сильнокомпенсированном Si<B,Mn> с р ~ 105 Ом  см. На рис.2 приведены зависимости магнитосопротивления образца от интенсивности интегрального света. При малых значениях интенсивности освещения магнитосопротивление положительно и растет с увеличением интенсивности освещения. При некоторых значениях интенсивности достигает максимума и далее уменьшается, и при определенном значении интенсивности освещенности переходит в отрицательное магнитосопротивление, которое начинает резко возрастать, переходя через максимум при интенсивности освещения J = 150 Лк. С дальнейшим увеличением освещенности ОМС уменьша-

ется и при относительно больших интенсивностях переходит к положительному магнитосопротивле-нию. Необходимо отметить, что в интервале значений интенсивности, где проявляется отрицательный участок магнитосопротивления, значения удельного сопротивления образца находятся в пределе от р= 6-104 до 5-102 Ом-см. Следовательно, в одном и том же компенсированном образце ^-Si<B,Mn> с р ~ 105 Ом-см, меняя уровень освещенности, можно наблюдать положительное, нулевое и отрицательное магнитосопротивление. Эти данные полностью соответствуют результатам исследования магнитосопротивления компенсированных образцов в зависимости от удельного сопротивления в темноте (рис. 1). Таким образом, однозначно установлено, что отрицательное магнитосопро-тивление в образцах Si<B,Mn> наблюдается в интервале удельного сопротивления р = 5-102 - 6-104 Ом-см. Показано, что в одном и том же образце, управляя освещенностью, можно получить различные значения удельного сопротивления и соответственно МС.

Магнитосопротивление имеет существенную чувствительность к напряженности электрического поля. Исследовано влияние электрического поля на магнитосопротивление в темноте и при различных уровнях интегрального освещения в компенсированных ^-Si<B,Mn> и перекомпенсированных «-Si<B,Mn> образцах с удельным сопротивлением р = 102 ^ 105 Ом-см при комнатной температуре. В перекомпенсированных образцах «-Si<B,Mn> наблюдаемое как в темноте, так и при освещенности ПМС во всем исследованном интервале напряженности электрического поля сохраняет свой знак. В отличие от этого, в компенсированных образцах _p-Si<B,Mn> знак МС сильно зависит от напряженности электрического поля. Как видно из рис.3, МС сохраняется и оно положительно (кривые 1, 4, 5). В образцах с удельным сопротивление в интервале (5-102 < р < 104 Ом-см) знак МС отрицателен и он сохраняется, (кривые 2, 3). Следует отметить, что при освещении интегральным светом в образцах с р « 6-104 ^ 105 Ом-см появляется возможность изменять знак МС с помощью электрического поля (кривая 5'), а в образцах с р ~ 103 Ом -см получить сверхвысокое значение ОМС при комнатной температуре (кривая 2' ). Таким образом, величиной и знаком МС можно управлять не только степенью компенсации и освещенностью, но также и электрическим полем. Обнаруженные и исследованные особенности в компенсированном марганцем кремнии, видимо, являются результатом взаимодействия внутренних электрических полей, существующих в сильнокомпенсированных полупроводниках, магнитных моментов компенсирующих примесей и внешних электрических полей. Результат этих взаимодействий, очевидно, сильно изменяется при изменении степени компенсации полупроводника, освещении и изменении внешних электрических полей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Toyozawa Y. Theory of localized spins and negative magnetoresistance in the metallic impurity conduction // Journal of the physical society of Japan. 1962, vol. 17. № 6. P.986-1004;

2. Агаев Я., Масонов О., Суханов С. Исследование эффекта магнитосопротивления InSb и его технического применения // Физические свойства полупроводников AlUBV и AnBVl. Изд. АН Азербайджанской ССР.: Баку, 1967. C. 122-128.

3. Гарячдшев Г., Емельяненко О.В., Зотова Н.В., Лагунова Т.С., Наследов Д.И. Отрицательное магнитосопротивление в компенсированном арсениде индия n-типа // ФТП. 1973 . Т. 7. В. 4 . C. 700-706.

4. Болткс Б.И., Бахадирханов М.К., Городецкий С.М., Куликов Г.С. Компенсированный кремний. Л.: Наука, 1972. C.12-24;

5. Бахадирханов М.К., Камилов Т.С. и другие. Фотоэлектрических свойство кремния p-типа легированного марганцем // ФТП. Т. 9. Вып. 11975. С. 76-80.

6. БахадирхановМ.К., Азизов К.А. и др. Инфракрасное гашение фото и остаточной проводимостей в «-Si<Mn> // ФТП. Т. 14. Вып. 11. 1980. С. 2247-2249, 1028-1035.

Поступила 10.03.03

Summary

In this work is given results of researches on study of magneto-resistive effect in compensated silicon doped by manganese. In samples Si<B,Mn> p-type was revealed abnormal magneto-resistance. The dependence of magneto-resistance size on degree of compensation of samples was investigated at room temperature.