24 апреля 2016г.
Молекулярно-лучевые эпитаксиальные слои твердых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) широко используются для создания фотонных приемников оптического излучения. Особенностью этого материала является изменение в широких пределах ширины запрещенной зоны при изменении молярного соотношения компонент, что дает возможность использовать его в качестве материала для инфракрасных фотоприемников работающих в диапазоне длин волн от 1 до 25 мкм. Ионная имплантация как один из основных разделов радиационной физики полупроводников изучает модификацию дефектно-примесных подсистем в кристаллах при воздействии радиационных активационных процессов. В настоящее время метод ионной имплантации является базовым для формирования в узкозонных полупроводниковых соединениях КРТ n–p-переходов, как в материале p-, так и n-типа. Гетероэпитаксиальные структуры КРТ, выращенные методами молекулярно- лучевой эпитаксии стали базовым материалом для создания полупроводниковых детекторов ИК-излучения с наилучшими параметрами [1].
Объектом исследований являлись 5 серий эпитаксиальных пленок КРТ, выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии в ИФП г.Новосибирска, которые отличались материалом подложки, толщиной и составом пленки. На образцах второй и четвертой серии верхний варизонный слой был удален. В Табл.1 приведены параметры исходных образцов (до ионной имплантации). Поперечное сечение эпитаксиальных структур КРТ показано на Рисунке 1. Профили распределения состава (х) по глубине (z) эпитаксиальных структур КРТ представлены на Рисунках 2,3,4.
Таблица 1
Параметры исходных эпитаксиальных пленок КРТ.
|
Эпитаксиальная
пленка №
|
Состав
основного рабочего слоя
|
Тип
проводимости/подложка
|
Толщина
d, мкм
|
Концентрация
носителей n, см-3
|
Подвижность
носителей
m, см2×В-1×с-1
|
|
8
|
0.228
|
p-тип, GaAs
|
7.56
|
1.5е16
|
334
|
|
2
|
0.228
|
p-тип, GaAs
|
7.06
|
2.7е16
|
200
|
|
12
|
0.234
|
p-тип, Si
|
15.51
|
1.2е16
|
428
|
|
10
|
0.234
|
p-тип, Si
|
14.7
|
1.57е16
|
462
|
|
13
|
0.300
|
n-тип, Si
|
7.41
|
7.4е14
|
9500
|
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. Как показано в [2] при таких токах ионов нагревом образцов в процессе имплантации можно пренебречь. В задачу входило определение концентрации, подвижности и проводимости для всех образцов. Концентрация и подвижность рассчитывалась при температуре 77 К и магнитном поле В=0,612 Тл (ток питания электромагнита 10 А). В Табл.2 представлены все полученные данные. Для образцов первой серии характерна классическая картина при ионной имплантации – с ростом дозы ионов растет концентрация и подвижность носителей заряда.
Таблица 2
Изначальные и расчетные параметры исследуемых образцов.
|
Исходно р-типа
|
|
№
|
d, мкм
|
Доза
|
Энергия
|
|
n, см-3(77К,
10А)
|
µ, см2/В*с(77К,
10А)
|
σ,
См/Ом(77К)
|
|
8
|
7.56
|
|
|
Исх. (р)
|
1.5е16
|
334
|
0.8 |
|
4
|
7.56
|
1e13
|
190 кэВ
|
n
|
3е16
|
3562
|
17
|
|
5
|
7.56
|
1e14
|
190 кэВ
|
n
|
3.3е16
|
3800
|
23
|
|
6
|
7.56
|
1e15
|
190 кэВ
|
n
|
4.2е16
|
3917
|
26
|
|
|
Исходно р-типа со стравленным
варизонным слоем
|
|
2
|
7.06
|
|
|
Исх. (р)
|
2.7е16
|
200
|
0.85
|
|
3
|
7.06
|
1e13
|
190 кэВ
|
n
|
5.4е16
|
3020
|
25
|
|
1
|
7.06
|
1e14
|
190 кэВ
|
n
|
5.6е16
|
2874
|
25.5
|
|
7
|
7.06
|
1e15
|
190 кэВ
|
n
|
3.6е16
|
3828
|
22.3
|
|
|
Исходно р-типа
|
|
12
|
15.51
|
|
|
Исх. (р)
|
1.2е16
|
428
|
0.82
|
|
14
|
15.51
|
1e13
|
190 кэВ
|
n
|
2.2е16
|
2102
|
7.4
|
|
11
|
15.51
|
1e14
|
190 кэВ
|
n
|
4е16
|
586
|
3.7
|
|
15
|
15.51
|
1e15
|
190 кэВ
|
n
|
2.6е16
|
1127
|
4.6
|
|
|
Исходно р-типа со стравленным варизонным слоем
|
|
10
|
14.7
|
|
|
Исх. (р)
|
1.57е16
|
462
|
1.1
|
|
16
|
14.7
|
1e13
|
190 кэВ
|
n
|
2.9е16
|
2828
|
12.9
|
|
9
|
14.7
|
1e14
|
190 кэВ
|
n
|
2.5е16
|
2682
|
10.8
|
|
17
|
14.7
|
1e15
|
190 кэВ
|
n
|
1.8е16
|
3891
|
11.1
|
|
|
Исходно n-типа
на подложке Si (+акт.отжиг)
|
|
13
|
7.41
|
1е14
|
350 кэВ
|
|
2е15
|
23820
|
7.5
|
Попытка измерить электрофизические параметры образца 5 серии не дала хорошего
результата из-за нестабильности и большого разброса значений холловских напряжений при многократных измерениях. По- видимому, влияние нижней толстой пленки n-типа устранить не удалось. Можно только сказать, что образование слоя р-типа вполне вероятно. Также следует отметить, что особого влияния подложек из Si и GaAs на результаты измерений параметров не обнаружено.
Список литературы
1. Войцеховский А.В., Талипов Н.Х. Низкотемпературная активация ионно-имплантированных атомов бора и азота в гетероэпитаксиальных слоях CdxHg1–xTe// Известия высших учебных заведений. – 2013. – т. 56. - в. 7.
– с. 36 - 49.
2. Григорьев Д.В. Радиационное дефектообразование при ионной имплантации в варизонных полупроводниковых структурах
CdxHg1-x Te, выращенных методом
молекулярно-лучевой эпитаксии: Дис. …кан. физ.-мат. наук: защищена 14.12.2005 / Григорьев Д.В. – Томск , 2005. – 218 с.
