vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2018-54-2-220-228vestifm-319Research ArticleФИЗИКАPHYSICSИНЖЕКЦИОННЫЙ ОТЖИГ КОМПЛЕКСА СОБСТВЕННОЕ ДИМЕЖДОУЗЛИЕ – КИСЛОРОД В КРЕМНИИ p-ТИПАINJECTION ANNEALING OF THE SELF DI-INTERSTITIAL – OXYGEN COMPLEX IN p-TYPE SILICONhttps://orcid.org/0000-0002-9883-581XМакаренкоЛ. Ф.MakarenkoL. F.

Макаренко Леонид Федорович – кандидат физико-математических наук, доцент.

пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск.

Leonid F. Makarenko – Ph. D. (Physics and Mathematics), Assistant Professor.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk.

makarenko@bsu.byЛастовскийС. Б.LastovskiiS. B.

Ластовский Станислав Брониславович – канди дат физико-математических наук, заведующий лабораторией.

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск.

Stanislav B. Lastovskii – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory.

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

lastov@ifttp.bas-net.byhttps://orcid.org/0000-0003-3079-8140ГаубасЭ.GaubasE.

Гаубас Эугениюс – доктор физико-математических наук, профессор.

Sauletekio Ave., 3, 10257, Vilnius.

Gaubas Eugenijus – Dr. Sc. (Habil. Dr.), Professor, Institute of Photonics and Nanotechnology, Faculty of Physics.

3, Sauletekio Ave., 10257, Vilnius.

eugenijus.gaubas@ff.vu.ltПавловЕ.PavlovJe. A.

Павлов Евгений – доктор философии (физика), научный сотрудник.

Sauletekio Ave., 3, 10257, Vilnius.

Jevgenij A. Pavlov – Ph. D. (Physics), Researcher, Institute of Photonics and Nanotechnology.

3, Sauletekio Ave., 10257, Vilniu.

jevgenij.pavlov@tmi.vu.ltМоллМ.MollM.

Молл Майкл – доктор философии (физика), руководитель проекта, EP Department.

 CERN EP-DT, CH-1211 Geneva 23.

Michael Moll – Ph. D. (Physics), Project Leader, EP Department.

CERN EP-DT, CH-1211 Geneva 23.

michael.moll@cern.chЯкушевичА. С.YakushevichH. S.

Якушевич Анна Сергеевна – младший научный сотрудник.

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск.

Hanna S. Yakushevich – Junior Researcher.

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

yakushevich@ifttp.bas-net.byМуринЛ. И.MurinL. I.

Мурин Леонид Иванович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник.

ул. П. Бровки, 19, 220072, г. Минск.

Leonid I. Murin – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher.

19, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

murin@ifttp.bas-net.byБелорусский государственный университет.Belarusian State University.Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению.SSPA “Scientific-Practical Materials Research Centre of NAS of Belarus”/Институт фотоники и нанотехнологии.Vilnius University.ЦЕРН.CERNНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению.SSPA “Scientific-Practical Materials Research Centre of NAS of Belarus” .201801072018542220228Copyright © Макаренко Л.Ф., Ластовский С.Б., Гаубас Э., Павлов Е.A., Молл М., Якушевич А.С., Мурин Л.И., 20182018Макаренко Л.Ф., Ластовский С.Б., Гаубас Э., Павлов Е., Молл М., Якушевич А.С., Мурин Л.И.Makarenko L.F., Lastovskii S.B., Gaubas E., Pavlov J.A., Moll M., Yakushevich H.S., Murin L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/319

Методом нестационарной спектроскопии глубоких уровней (DLTS) с использованием n+–p-структур исследовано влияние инжекции неосновных носителей заряда (электронов) на отжиг комплекса собственное димеждоузлие – кислород (I2O) в кремнии, облученном альфа-частицами. Показано, что в легированном бором кремнии, имеющем удельное сопротивление 10 Ом·см, инжекционно-стимулированный отжиг этого комплекса при комнатной температуре начинается при плотности прямого тока ~1,5 А/см2. При этом суммарная концентрация радиационных дефектов не превышала 15 % от начальной концентрации бора. В результате инжекционно-стимулированного отжига I2O образуется двухвалентная дырочная ловушка с уровнями Ev + 0,43 эВ и Ev + 0,54 эВ. Установлено, что в кремнии р-типа проводимости эта ловушка соответствует эмиссии дырок метастабильной конфигурацией бистабильного дефекта (BH-конфигурация). В основной конфигурации (ME-конфигурация) этот бистабильный дефект проявляет себя как электронная ловушка с уровнем Ec – 0,35 эВ. На основании данных об отношении амплитуд сигнала DLTS бистабильного дефекта в различных конфигурациях сделан вывод, что в ME-конфигурации он ведет себя как центр с отрицательной корреляционной энергией. Показано, что наличие инжекционно-стимулированных процес- сов существенно затрудняет получение достоверных данных о кинетике образования бистабильного дефекта в BH-конфигурации при исследовании термического отжига комплекса собственное димеждоузлие – кислород.

With the use of deep level transient spectroscopy (DLTS) the effect of injection of minority charge carriers (electrons) on an annealing rate of self di-interstitial – oxygen (I2O) complex in silicon has been studied. The complex has been formed by irradiation of epitaxial boron-doped n+–p diode structures with alpha-particles at room temperature. It has been shown that the disappearance of this complex at room temperature begins at a direct current density of ~1.5 A/cm2. This characteristic current density has been found for 10 W·cm p-type silicon when the total radiation defect density was less than 15 % of the initial boron concentration, a divalent hole trap with energy levels of Ev + 0.43 eV and Ev + 0.54 eV has been found to appear as a result of recombination-enhanced annealing of the I2O. When the I2O complex is annealed thermally, the concurrent appearance of an electron trap with an energy level of Ec – 0.35 eV has been observed. It has been shown that the divalent hole trap represents a metastable configuration (BH-configuration) of the bistable defect, whereas the electron trap is stab le in the p-Si configuration (ME-configuration). From the comparison of DLTS signals related to different defect configurations it is found that the ME-configuration of this bistable defect can be characterized as a center with negative correlation energy. It has been shown that the injection-stimulated processes make it very difficult to obtain reliable data on the formation kinetics of the bistable defect in the BH-configuration when studying the thermal annealing of the I2O complex.

кремнийрадиационные дефектымеждоузельные атомырекомбинационно-ускоренные реакцииsiliconradiation defectsinterstitial atomsrecombination-enhanced reactionsReferencesGregory, B. L. Injection-stimulated vacancy reordering in p-type silicon at 76°K / B. L. Gregory // J. Appl. Phys. – 1965. – Vol. 36, № 12. – P. 3765–3769. https://doi.org/10.1063/1.1713944Gregory B. L. Injection-stimulated vacancy reordering in p-type silicon at 76°K. Journal of Applied Physics, 1965, vol. 36, no. 12, pp. 3765–3769. https://doi.org/10.1063/1.1713944Troxell, J. R. Interstitial boron in silicon: A negative-U system. / J. R. Troxell, G. D. Watkins // Phys. Rev. B. – 1980. – Vol. 22, № 2. – P. 921–931. https://doi.org/10.1103/physrevb.22.921Troxell J. R., Watkins G. D. Interstitial boron in silicon: A negative-U system. Physical Review B, 1980, vol. 22, no. 2, pp. 921–931. https://doi.org/10.1103/physrevb.22.921Recombination-enhanced migration of interstitial aluminum in silicon / J. R. Troxell [et al.] // Phys. Rev. B. – 1979. – Vol. 19, № 10. – P. 5336–5348. https://doi.org/10.1103/physrevb.19.5336Troxell J. R., Chatterjee A. P., Watkins G. D., Kimerling L. C. Recombination-enhanced migration of interstitial aluminum in silicon. Physical Review B, 1979, vol. 19, no. 10, pp. 5336–5348. https://doi.org/10.1103/physrevb.19.5336Effect of electron injection on defect reactions in irradiated silicon containing boron, carbon, and oxygen / L. F. Makarenko [et al.] // J. Appl. Phys. – 2018. – Vol. 123, № 16. – P. 161576 (7 p.). https://doi.org/10.1063/1.5010965Makarenko L. F., Lastovskii S. B., Yakushevich H. S., Moll M., Pintilie I. Effect of electron injection on defect reactions in irradiated silicon containing boron, carbon, and oxygen. Journal of Applied Physics, 2018, vol. 123, no. 16, pp. 161576 (1–7). https://doi.org/10.1063/1.5010965Инжекционный отжиг радиационных дефектов междоузельного типа в легированных бором кристаллах кремния / Л. Ф. Макаренко [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-мат. навук. – 2017. – № 3. – С. 108–117.Makarenko L. F., Lastovskii S. B., Yakushevich H. S., Moll M., Pintilie I. Injection annealing of radiation-induced interstitial defects in boron doped silicon crystals. Vestsi Natsyianal'nai akademii navuk Belarusi. Seryia fizika-matematychnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physics and Mathematics series, 2017, no. 3, pp. 108–117 (in Russian).Forward current enhanced elimination of the radiation induced boron-oxygen complex in silicon n+–p diodes / L. F. Makarenko [et al.] // Phys. Status Solidi A. – 2014. – Vol. 211, № 11. – P. 2558–2562. https://doi.org/10.1002/pssa.201431315Makarenko L. F., Lastovskii S. B., Yakushevich H. S., Moll M., Pintilie I. Forward current enhanced elimination of the radiation induced boron-oxygen complex in silicon n+–p diodes. Physica Status Solidi A, 2014, vol. 211, no. 11, pp. 2558–2562. https://doi.org/10.1002/pssa.201431315Complexes of the self-interstitial with oxygen in irradiated silicon: a new assignment of the 936 cm−1 band / J. Hermansson [et al.] // Phys. B: Condens. Matter. – 2001. – Vol. 302/303. – P. 188–192. https://doi.org/10.1016/s0921-4526(01)00426-4Hermansson J., Murin L. I., Hallberg T., Markevich V. P., Lindström J. L., Kleverman M., Svensson B. G. Complexes of the self-interstitial with oxygen in irradiated silicon: a new assignment of the 936 cm−1 band. Physica B: Condensed Matter, 2001, vol. 302–303, pp. 188–192. https://doi.org/10.1016/s0921-4526(01)00426-4Radiation damage in silicon exposed to high-energy protons / G. Davies [et al.] // Phys. Rev. B. – 2006. – Vol. 73, № 16. – P. 165202 (10 p.). https://doi.org/10.1103/physrevb.73.165202Davies G., Hayama S., Murin L., Krause-Rehberg R., Bondarenko V., Sengupta A., Davia C., Karpenko A. Radiation damage in silicon exposed to high-energy protons. Physical Review B, 2006, vol. 73, no. 16, pp. 165202 (1–10). https://doi.org/10.1103/physrevb.73.165202Structure, electronic properties and annealing behavior of di-interstitial-oxygen center in silicon / V. P. Markevich [et al.] // Solid State Phenomena. – 2015. – Vol. 242. – P. 290–295. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.242.290Markevich V. P., Peaker A. R., Hamilton B., Gusakov V. E., Lastovskii S. B., Murin L. I., Ganagona N., Monakhov E. V., Svensson B. G. Structure, electronic properties and annealing behavior of di-interstitial-oxygen center in silicon. Solid State Phenomena, 2015, vol. 242, pp. 290–295. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.242.290Radiation-induced bistable centers with deep levels in silicon n+–p structures. / S. B. Lastovskii [et al.] // Semiconductors. – 2016. – Vol. 50, № 6. – P. 751–755. https://doi.org/10.1134/s1063782616060130Lastovskii S. B., Markevich V. P., Yakushevich H. S., Murin L. I., Krylov V. P. Radiation-induced bistable centers with deep levels in silicon n+–p structures. Semiconductors, 2016, vol. 50, no. 6, pp. 751–755. https://doi.org/10.1134/s1063782616060130Reactions of interstitial carbon with impurities in silicon particle detectors / L. F. Makarenko [et al.] // J. Appl. Phys. – 2007. –Vol. 101, № 11. – P. 113537 (6 p.). https://doi.org/10.1063/1.2745328Makarenko L. F., Moll M., Korshunov F. P., Lastovski S. B. Reactions of interstitial carbon with impurities in silicon particle detectors. Journal of Applied Physics, 2007, vol. 101, no. 11, pp. 113537 (1–6). https://doi.org/10.1063/1.2745328Interstitial defect reactions in silicon / L. C. Kimerling [et al.] // Mater. Sci. Forum. – 1989. – Vol. 38/41. – P. 141–150. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.38-41.141Kimerling L. C., Asom M. T., Benton J. L., Drevinsky P. J., Caefer C. E. Interstitial defect reactions in silicon. Materials Science Forum, 1989, vol. 38–41, pp. 141–150. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.38-41.141New HERA-DLTS system [Electronic resource] // PhysTech. – Mode of access: http://phystech.eu/products/dlts/dlhera.htm. – Date of access: 27.02.2018.New HERA-DLTS system. PhysTech. Available at: http://phystech.eu/products/dlts/dlhera.htm (accessed 27 February 2018).Structure and electronic properties of trivacancy and trivacancy-oxygen complexes in silicon / V. P. Markevich [et al.] // Phys. Status Solidi A. – 2011. – Vol. 208, № 3. – P. 568–571. https://doi.org/10.1002/pssa.201000265Markevich V. P., Peaker A. R., Hamilton B., Lastovskii S. B., Murin L. I., Coutinho J., Torres V. J., Dobaczewski L., Svensson B. G. Structure and electronic properties of trivacancy and trivacancy-oxygen complexes in silicon. Physica Status Solidi A, 2011, vol. 208, no. 3, pp. 568–571. https://doi.org/10.1002/pssa.201000265DLTS studies of carbon related complexes in irradiated n- and p-silicon / L. F. Makarenko [et al.] // Solid State Phenomena. – 2010. – Vol. 156/158. – P. 155–160. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.156-158.155Makarenko L. F., Korshunov F. P., Lastovskii S. B., Murin L. I., Moll M. DLTS studies of carbon related complexes in irradiated n- and p-silicon. Solid State Phenomena, 2010, vol. 156–158, pp. 155–160. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.156-158.155Formation and annealing of metastable (interstitial oxygen)-(interstitial carbon) complexes in n- and p-type silicon / L. F. Makarenko [et al.] // Semiconductors. – 2014. – Vol. 48, № 11. – P. 1456–1462. https://doi.org/10.1134/s1063782614110141Makarenko L. F., Korshunov F. P., Lastovskii S. B., Murin L. I., Moll M., Pintilie I. Formation and annealing of metastable (interstitial oxygen)-(interstitial carbon) complexes in n- and p-type silicon. Semiconductors, 2014, vol. 48, no. 11, pp.1456–1462. https://doi.org/10.1134/s1063782614110141Transformation kinetics of an intrinsic bistable defect in damaged silicon / R. M. Fleming [et al.] // J. Appl. Phys. – 2012. – Vol. 111, № 2. – P. 023715 (7 p.). https://doi.org/10.1063/1.3678581Fleming R. M., Seager C. H., Lang D. V., Campbell J. M. Transformation kinetics of an intrinsic bistable defect in damaged silicon. Journal of Applied Physics, 2012, vol. 111, no. 2, pp. 023715 (1–7). https://doi.org/10.1063/1.3678581Formation and annealing of boron-oxygen defects in irradiated silicon and silicon-germanium n+–p structures / L. F. Makarenko [et al.] // AIP Conf. Proc. – 2014. – Vol. 1583, № 1. – P. 123–126. https://doi.org/10.1063/1.4865618Makarenko L. F., Lastovskii S. B., Korshunov F. P., Moll M., Pintilie I., Abrosimov N. V. Formation and annealing of boron-oxygen defects in irradiated silicon and silicon-germanium n+–p structures. AIP Conference Proceedings, 2014, vol. 1583, no. 1, pp. 123–126. https://doi.org/10.1063/1.4865618Бистабильные центры с глубокими уровнями в кремниевых n+–p-структурах, облученных альфа-частицами / А. С. Якушевич [и др.] // Актуальные проблемы физики твердого тела (ФТТ-2016): сб. докл. Междунар. науч. конф., Минск, 22–25 нояб. 2016 г.: в 3 т. / редкол.: Н. М. Олехнович (пред.) [и др.]. – Минск: Ковчег, 2016. – Т. 2. – C. 105–107.Yakushevich H. S., Lastovskii S. B., Makarenko L. F., Murin L. I. Bistable centres with deep levels in silicon n+–p-structures irradiated with alpha-particles. Actual'nyye problemy fiziki tverdogo tela (FTT – 2016) : sbornik dokladov Mezhdunarodnoy konferentsii, Minsk, 22–25 noyabrya 2016. T. 2 [Actual Problems of Solid State Physics (SSP – 2016) : Proceedings of the International Scientific Conference, Minsk, 22 – 25 November 2016. Vol. 2]. Minsk, Kovcheg Publ., 2016, pp. 105–107 (in Russian).The di-interstitial in silicon: Electronic properties and interactions with oxygen and carbon impurity atoms / V. E. Gusakov [et al.] // Phys. Status Solidi A. – 2017. – Vol. 214, № 7. – P. 1700261 (6 p.). https://doi.org/10.1002/pssa.201700261Gusakov V. E., Lastovskii S. B., Murin L. I., Tolkacheva E. A., Khirunenko L. I., Sosnin M. G., Duvanskii A. V., Markevich V. P., Halsall M. P., Peaker A. R., Kolevatov I. The di-interstitial in silicon: Electronic properties and interactions with oxygen and carbon impurity atoms. Physica Status Solidi A, 2017, vol. 214, no. 7, pp. 1700261 (1–6). https://doi.org/10.1002/pssa.201700261

The authors declare that there are no conflicts of interest present.