mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-1-58-61mateltech-157Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSО ПРИРОДЕ ТЕРМОАКЦЕПТОРОВ В ОБЛУЧЕННОМ ЭЛЕКТРОНАМИ ВЫСОКООМНОМ КРЕМНИИThe Nature of Thermal Acceptors in Electron Irradiated High Resistivity SiliconКобелеваС. П.KobelevaS. P.

кандидат физ.−мат. наук, старший научный сотрудник, доцент. 

Cand. Sci. (Phys.−Math.), Senior Researcher, Associate Professor 

kob@misis.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС», Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049, РоссияРоссияNational University of Science and Technology «MISiS», 4 Leninskiy prospekt, Moscow 119049, RussiaRussian Federation2015270620151815861Copyright © Кобелева С.П., 20152015Кобелева С.П.Kobeleva S.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/157

Дан анализ возможности участия глубоких акцепторных центров в кремнии в формировании наблюдавшегося экспериментально в ряде работ термоакцепторного эффекта, который заключается в смене типа электропроводности с электронного на дырочный при отжигах после облучения электронами или нейтронами высокоомного кремния. На основе решения уравнения электронейтральности в компенсированном монокристаллическом кремнии проведена оценка концентрации глубоких акцепторных центров, необходимых для получения дырочного типа электропроводности в зависимости от энергии ионизации акцептора и концентрации мелкой донорной примеси. Показано, что в термоакцепторный эффект в высокоомном электронном кремнии, полученном методом бестигельной зонной плавки, существенный вклад могут вносить глубокие акцепторные центры (с энергией ионизации ниже 0,4 эВ). Концентрации глубоких акцепторов, необходимые для перекомпенсации образца с небольшой исходной концентрацией доноров (1012—1013 см−3), составляют порядка 1012—1014 см−3 и, по−видимому, вполне достижимы. Роль таких центров могут играть комплексы дивакансия—примесь (Fe, P) с энергией ионизации до 0,34 эВ. При этом термическая активация межузельного бора также не исключена. 

This work is an analysis of the possible role of deep acceptor centers in silicon in the formation of the experimentally observed thermal acceptor effect consisting in the change from n to p conductivity type after annealing of electron or neutron irradiated high resistivity silicon. Based on the solution of the electrical negativity equation for compensated silicon we have estimated the dependence of the concentration of deep acceptor centers that is required for changing to p−type conductivity on acceptor energy level and shallow donor concentration. We show that deep acceptor centers can make a significant contribution to the thermal acceptor effect in high resistivity silicon (energy levels of up to 0.4 eV). The concentrations of deep acceptor centers required for changing the conductivity type are of the order of 1012— 1014 cm−3. These concentrations seem to be achievable in samples containing low shallow donor concentrations (1012—1013 cm−3). Such centers can be divacancy−impurity complexes (Fe, P) with ionization energies of up to 0.34 eV. The thermal activation of interstitial boron is not excluded either. 

 

БЗП−кремнийтермоакцепторыоблучение электронамирадиационно−технологические процессыглубокие акцепторные центры.FZ siliconthermal acceptorselectron irradiationirradiation processesdeep acceptor centersReferencesЛадыгин,Е.А.Основылучевойрадиационнойтехнологии микроэлектроники / Е. А. Ладыгин, А. В. Паничкин, А. М. Муса- литин, М. П. Коновалов. − М. : МИСиС, 2003.Ладыгин,Е.А.Основылучевойрадиационнойтехнологии микроэлектроники / Е. А. Ладыгин, А. В. Паничкин, А. М. Муса- литин, М. П. Коновалов. − М. : МИСиС, 2003.Ладыгин,Е.А.Повышениебыстродействияирадиацион- ной стойкости силовых кремниевых диодов с применением радиа- ционного технологического процесса / Е. А. Ладыгин, М. П. Ко- новалов, М. Н. Орлова, М. В. Ручкин, П. Б. Лагов, А. М. Сурма // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. − 2006. − No 1/2. − С. 29—37.Ладыгин,Е.А.Повышениебыстродействияирадиацион- ной стойкости силовых кремниевых диодов с применением радиа- ционного технологического процесса / Е. А. Ладыгин, М. П. Ко- новалов, М. Н. Орлова, М. В. Ручкин, П. Б. Лагов, А. М. Сурма // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. − 2006. − No 1/2. − С. 29—37.Абдуллаев, О. Р. Влияние радиационной обработ- ки быстрыми электронами на кремниевые высокочастотные p—i—n−диоды с барьерами Шоттки / О. Р. Абдуллаев, А. С. Дре- нин,П. Б. Лагов,М.Ю.Филатов//Наукоемкиетехнологии.−2013. − Т. 14, No 11. − С. 51—56.Абдуллаев, О. Р. Влияние радиационной обработ- ки быстрыми электронами на кремниевые высокочастотные p—i—n−диоды с барьерами Шоттки / О. Р. Абдуллаев, А. С. Дре- нин,П. Б. Лагов,М.Ю.Филатов//Наукоемкиетехнологии.−2013. − Т. 14, No 11. − С. 51—56.Ali,A.Influenceofdeepleveldefectsontheperformanceof crystalline silicon solar cells: Experimental and simulation study / A. Ali,T.Gouveas,M.A.Hasan,H.S.Zaidi,M.Asghar//Sol.Energy Mater. Sol. Cells. − 2011. − V. 95, N 10. − P. 2805—2810.Ali,A.Influenceofdeepleveldefectsontheperformanceof crystalline silicon solar cells: Experimental and simulation study / A. Ali,T.Gouveas,M.A.Hasan,H.S.Zaidi,M.Asghar//Sol.Energy Mater. Sol. Cells. − 2011. − V. 95, N 10. − P. 2805—2810.Анфимов,И.М.Пространственнаянеоднородностьэнер- гии активации отжига радиационных дефектов в БЗП кремнии / И. М. Анфимов, С. П. Кобелева, Ю. В. Осипов, О. В. Торопова, В. Е. Хабазин,В.В.Калинин//Изв.вузов.Материалыэлектрон. техники. − 2009. − No 3. − С. 20—22.Анфимов,И.М.Пространственнаянеоднородностьэнер- гии активации отжига радиационных дефектов в БЗП кремнии / И. М. Анфимов, С. П. Кобелева, Ю. В. Осипов, О. В. Торопова, В. Е. Хабазин,В.В.Калинин//Изв.вузов.Материалыэлектрон. техники. − 2009. − No 3. − С. 20—22.Стась, В. Ф. Термоакцепторы в облученном кремнии / В. Ф. Стась, И. В. Антонова, Е. П. Неустроев, В. П. Попов, Л. С. Смирнов // ФТП. − 2000. − Т. 34. − С. 162—167.Стась, В. Ф. Термоакцепторы в облученном кремнии / В. Ф. Стась, И. В. Антонова, Е. П. Неустроев, В. П. Попов, Л. С. Смирнов // ФТП. − 2000. − Т. 34. − С. 162—167.Пагава, Т. А. Влияние зарядового состояния неравновес- ных вакансий на природу радиационных дефектов в кристаллах n−Si / Т. А. Пагава // ФТП. − 2006. − Т. 40, No 8. − С. 919—921.Пагава, Т. А. Влияние зарядового состояния неравновес- ных вакансий на природу радиационных дефектов в кристаллах n−Si / Т. А. Пагава // ФТП. − 2006. − Т. 40, No 8. − С. 919—921.Пагава,Т.А.Влияниетемпературыоблучениянаэффек- тивность введения мультивакансионных дефектов в кристаллах n−Si / Т. А. Пагава // ФТП. − 2005. − Т. 39, No 4. − С. 424—425.Пагава,Т.А.Влияниетемпературыоблучениянаэффек- тивность введения мультивакансионных дефектов в кристаллах n−Si / Т. А. Пагава // ФТП. − 2005. − Т. 39, No 4. − С. 424—425.Yarykin,N.Copper−relateddeep−levelcentersinirradiated p−type silicon / N. Yarykin, J. Weber // Phys. Rev. B. − 2011. − V. 83, N 12. − P. 125207.Yarykin,N.Copper−relateddeep−levelcentersinirradiated p−type silicon / N. Yarykin, J. Weber // Phys. Rev. B. − 2011. − V. 83, N 12. − P. 125207.Комаров, Б. А. Особенности отжига радиационных де- фектов в кремниевых p—n−структурах: роль примесных атомов железа / Б. А. Комаров // ФТП. − 2004.− Т. 38, No 9. − С. 1079— 1083.Комаров, Б. А. Особенности отжига радиационных де- фектов в кремниевых p—n−структурах: роль примесных атомов железа / Б. А. Комаров // ФТП. − 2004.− Т. 38, No 9. − С. 1079— 1083.Markevich, V. P. Donor levels of the divacancy−oxygen defect in silicon / V. P. Markevich, A. R. Peaker, B. Hamilton, S. B. Lastovskii, L. I. Murin //J. Appl. Phys. − 2014.− V. 115, iss. 1. − P. 012004.Markevich, V. P. Donor levels of the divacancy−oxygen defect in silicon / V. P. Markevich, A. R. Peaker, B. Hamilton, S. B. Lastovskii, L. I. Murin //J. Appl. Phys. − 2014.− V. 115, iss. 1. − P. 012004.Coutinho, J. Electronic and dynamical properties of the silicon trivacancy / J. Coutinho, V. P. Markevich, A. R. Peaker, B. Hamilton,S.B.Lastovskii,L.I.Murin,B.G.Svensson,M.J.Rayson, P. R. Briddon // Phys. Rev. B. − 2012. − V. 86, iss. 17. − P. 174101.Coutinho, J. Electronic and dynamical properties of the silicon trivacancy / J. Coutinho, V. P. Markevich, A. R. Peaker, B. Hamilton,S.B.Lastovskii,L.I.Murin,B.G.Svensson,M.J.Rayson, P. R. Briddon // Phys. Rev. B. − 2012. − V. 86, iss. 17. − P. 174101.Markevich, V. P. Trivacancy and trivacancy−oxygen complexes in silicon: Experiments and ab initio modeling / V. P. Markevich,A.R.Peaker,S.B.Lastovskii,L.I.Murin,J.Coutin- ho, V. J. B. Torres, P. R. Briddon, L. Dobaczewski, E. V. Monakhov, B. G. Svensson // Phys. Rev. B. − 2009. − V. 80, iss. 23. − P. 235207.Markevich, V. P. Trivacancy and trivacancy−oxygen complexes in silicon: Experiments and ab initio modeling / V. P. Markevich,A.R.Peaker,S.B.Lastovskii,L.I.Murin,J.Coutin- ho, V. J. B. Torres, P. R. Briddon, L. Dobaczewski, E. V. Monakhov, B. G. Svensson // Phys. Rev. B. − 2009. − V. 80, iss. 23. − P. 235207.Markevich,V.P.Structureandelectronicpropertiesoftri- vacancyandtrivacancy−oxygencomplexesinsilicon/V. P. Markevi- ch, A. R. Peaker, B. Hamilton, S. B. Lastovskii, L. I. Murin, J. Coutinho, V. J. B. Torres, L. Dobaczewski, B. G. Svensson // Phys. status soli- di. A. − 2011. −V. 208, iss. 3. − P. 568—571.Markevich,V.P.Structureandelectronicpropertiesoftri- vacancyandtrivacancy−oxygencomplexesinsilicon/V. P. Markevi- ch, A. R. Peaker, B. Hamilton, S. B. Lastovskii, L. I. Murin, J. Coutinho, V. J. B. Torres, L. Dobaczewski, B. G. Svensson // Phys. status soli- di. A. − 2011. −V. 208, iss. 3. − P. 568—571.Ganagona, N. Formation of donor and acceptor states of the divacancy−oxygen centre in p−type Cz−silicon / N. Ganagona, B. Raeissi,L.Vines,E.V.Monakhov,B.G.Svensson//J.Phys.:Con- dens. Matter. − 2012. −V. 24, N 43. − P. 435801.Ganagona, N. Formation of donor and acceptor states of the divacancy−oxygen centre in p−type Cz−silicon / N. Ganagona, B. Raeissi,L.Vines,E.V.Monakhov,B.G.Svensson//J.Phys.:Con- dens. Matter. − 2012. −V. 24, N 43. − P. 435801.

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