04 июня 2016г.
Разработка и усовершенствование фотоприемных устройств, работающих в инфракрасной области спектра, является одной из главных задач современной электроники. В настоящее время приборы, основанные на применении фотоприемников ИК диапазона, используются для решения различных задач. Они находят широкое применение в сельском хозяйстве, медицине, металлургии, химической промышленности, в топливодобывающей промышленности и т.д. В военной области ИК фотоприемники применяются в системах ночного видения, системах автоматического обнаружения, противоракетных системах обнаружения и наведения, распознавания и уничтожения наземных целей и т.д. Материал КРТ в настоящее время является одним из основных материалов для создания собственных фотоприемников ИК диапазона на диапазон длин волн 3-5 и 8-14 мкм. Данный полупроводник характеризуется широким спектральным диапазоном фоточувствительности (1-25 мкм), сравнительно низкой концентрацией носителей заряда при рабочих температурах 77К, высокой квантовой эффективностью в диапазоне перекрываемых длин волн [1].
Объектом исследований являлись 5 серий эпитаксиальных пленок КРТ, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии в ИФП г. Новосибирска, которые отличались материалом подложки, толщиной и составом пленки (Табл.1). На некоторых образцах верхний варизонный слой был удален. Имплантация ионов мышьяка проводилась на промышленной установке ионного легирования.
Выбор энергии ионов и доз облучения определялся технологическими режимами изготовления фотодиодов. Облучение ионами мышьяка проводилось при комнатной температуре в диапазоне доз 1013-1015 см-2. Параметры ионного пучка: энергия ионов Е1=190 кэВ, (для образцов 1-4 серий), Е2=350 кэВ для образцов 5 серии, плотность тока ионов j=0.06 мкА*см-2.
Таблица 1
Параметры исследуемых образцов
|
№
|
Тип проводимости
|
Материал подложки
|
Толщина верхнего
варизонного слоя, мкм
|
|
5
|
n
|
GaAs
|
0.3
|
|
1
|
n
|
GaAs
|
0
|
|
11
|
n
|
Si
|
0.4
|
|
9
|
n
|
Si
|
0
|
|
13
|
n
|
Si
|
0.4
|
Определение распределения объемной концентрации электронов по глубине материала после ионной имплантации проводилось методом дифференциальных холловских измерений [2], который заключается в измерении электрофизических параметров образца при последовательном удалении тонких слоев заданной толщины с поверхности ионно-легированного слоя. Из измерений определялась слоевая концентрации электронов NS, которая является интегральной концентрацией электронов во всем легированном слое. На основе значений слоевой концентрации для каждого шага травления находилось распределение слоевой концентрации электронов по глубине ионно-имплантированного слоя [1].
Тонкие слои материала удалялись путем химического травления в 0.02% растворе брома в диметилформамиде. Выбор данного травителя был обусловлен его хорошей стойкостью, что позволяло использовать один и тот же травитель в течение всего цикла измерений без снижения скорости травления. Образцы наклеивались на групповую фторопластовую кассету и помещались в наклонный вращающийся стакан с травителем. Шаг травления контролировался по времени. Скорость травления определялась на спутниковом образце по глубине ступеньки и контролировалась в течение всего цикла экспериментов. Глубина ступеньки измерялась на интерферометре МИИ-4 по окончании травления. Ошибка определения объемной концентрации электронов в методе дифференциальных холловских измерений полностью определяется ошибкой измерения толщины удаляемого слоя, которая не превышала 10% [1].
На Рисунке 1 представлена дозовая зависимость концентрации носителей заряда в образцах КРТ после облучения ионами мышьяка. Из рисунка видно, что при больших дозах облучения наблюдается уменьшение концентрации, что противоречит данным [1]. Этот спад можно объяснить большей разупорядоченностью имплантированного слоя за счет применения более высокоэнергетических и более тяжелых (в 1.9 раза по сравнению с ионами аргона) ионов мышьяка [1].
Определение профилей электрически активных дефектов проводилось методами дифференциальных измерений [1]. Для этой цели были выбраны по одному образцу из каждой серии с дозой облучения 1014 см-2. Полученные профили приведены на Рисунке 2.
Наблюдается картина, типичная для ионной имплантации в КРТ, т.е. глубина залегания профиля существенно превышает Rp имплантированных ионов, концентрация в максимуме кривой распределения около 1018 см-3. Для образца исходного n-типа, подвергнутого кроме облучения, постимплантационному отжигу электрический профиль залегает несколько глубже, что соответствует данным работы [3].
Список литературы
1. Григорьев Д.В. Радиационное дефектообразование при ионной имплантации в варизонных полупроводниковых структурах CdxHg1-xTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии: Дис.…кан. физ.-мат. наук: защищена 14.12.2005 / Григорьев Д.В. – Томск, 2005. – 218 с.
2.
Кучис Е.В. Гальваномагнитные явления и методы их исследования.
– М.: Радио и связь, 1990. – 264 с.
3.
Shin S.H., Arias J.M., Zandian M., Pasko J.G., Bubulac L.O., De Wames R.E. Enhanced Arsenic Diffusion and Activation in HgCdTe// Journal of Electronics Materials. – 1995. – v. 24. - № 5. – p. 609 - 615.
