ИНЖЕКЦИОННЫЙ ОТЖИГ КОМПЛЕКСА СОБСТВЕННОЕ ДИМЕЖДОУЗЛИЕ – КИСЛОРОД В КРЕМНИИ p-ТИПА

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.

1. Gregory, 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/10.1063/1.1713944

2. Troxell, 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.22.921

3. Recombination-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.19.5336

4. Effect 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/10.1063/1.5010965

5. Инжекционный 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.

6. 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.201431315

7. Complexes 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)00426-4

8. Radiation 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.73.165202

9. Structure, 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.242.290

10. Radiation-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/s1063782616060130

11. Reactions 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/10.1063/1.2745328

12. Interstitial 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.38-41.141

13. New HERA-DLTS system [Electronic resource] // PhysTech. – Mode of access: http://phystech.eu/products/dlts/dlhera.htm. – Date of access: 27.02.2018.

14. 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.201000265

15. DLTS 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.156-158.155

16. Formation 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/s1063782614110141

17. Transformation 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/10.1063/1.3678581

18. Formation 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/10.1063/1.4865618

19. Бистабильные 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.

20. 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.201700261