Облучение частицами я квантами вызывает временные и относительно стабильные изменения электрофизических, оптических и люминесцентных свойств полупроводниковых материалов. Обсуждая возможность использования радиации в технологических целях, в первую очередь обращают внимание на стабильность полученных эффектов. Несмотря на видимую простоту радиационных методов, их применение на практике стало возможным только после многолетней исследовательской работы. Эта работа не закончена и теперь, но уже создана качествен- , ная обобщенная модель радиационных процессов, определены и разработаны эффективные пути управления ими, приводящие к получению необходимых, с достаточной степенью стабильности изменений характеристик кристаллов. * ., Легирование тонких слоев с помощью ионной бомбарди- , ровки, радиационная компенсация материала, введение цент- ' ров излучательной рекомбинации, управление спектрами фотопроводимости и временами жизни неравновесных носителей, легирование с помощью ядерных реакций — яркие примеры применения радиационных методов в технологии полупроводников. Многие методы находятся в стадии разработки. Это прежде всего ионный сийтез, применение аморфных и разупорядочен-ных полупроводниковых слоев, развитие приемов радиационно-ускоренной диффузии и др. Большой интерес для решения задач ^ технологического плана представляют комбинированные обработки кристаллов — термообработка и радиация, радиация и лазерное воздействие, облучение в сочетании с давлением, рост" кристаллов в радиационных полях, но здесь еще предстоит ин- ' тенсивный научный поиск.
Свойства кристаллов изменяются в результате появления любого отклонения от идеального строения кристаллической 1 решетки (вакансии, междоузельные атомы, их скопления, примеси и т. д.) или от начального состояния. Таким образом, под понятие радиационного дефекта попадает все новое^ что возни-
кает в. кристалле в результате облучения. Иногда вместо слов «радиационный дефект» лучше использовать слова «активный ч. центр», подчеркивая его роль в кристалле.
Исторически первые предложения о применении радиации в полупроводниковой технологии связаны с электронным (п—р-конверсия германия) и нейтронным (ядерное легирование) облучением, но они не получили развития из-за недостаточности в то время знаний о радиационных процессах в связи с побочными явлениями и главное в связи с наличием конкурентоспособных методов. И наоборот, ионное легирование полупроводников, впервые описанное М. М. Бредовым и В. Шокли, быстро стало распространенным технологическим методом, несмотря на то, что многие вопросы ионной имплантации долгое время оставались спорными, ибо такие преимущества метода, как воспроизводимость результатов и слабая зависимость их от генетических неоднородностей материала^ сразу дали положительный эффект.
В настоящее время в связи с новыми, более жесткими требованиями к полупроводниковым материалам по однородности, чистоте технологических операций, а также в силу необходимости развития методов локального управления свойствами полупроводников и повышения стабильности устройств в термических и радиационных полях интерес к радиационным методам резко возрос. По-видимому, здесь немалую роль сыграли, с одной стороны, примеры использования радиационных методов, а с другой — то обстоятельство, что во многих случаях возможности традиционных • методов оказались практически исчерпанными.
Физические основы радиационных методов изложены в нескольких книгах по радиационной физике полупроводников х. В предлагаемой читателю монографии, написанной коллективом сотрудников Института физики полупроводников СО АН СССР, обсуждаются вопросы технологической направленности и делается попытка обобщить имеющийся конкретный материал по радиационным дефектам, по управлению радиационными процессами, обсуждаются "достоинства и недостатки радиационных методов. Именно эти данные в совокупности с традиционными методами составляют содержание радиационной технологии полупроводников — перспективного технологическо-, го направления.
, Несмотря на интенсивные исследования в области действия излучения на полупроводники^ многие важные вопросы еще не
1 См., например, В. С. Вавилов, Н. А. Ухин. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М., Атомиздат, 1969. 310 с.; Дж. Майер, А. Эриксон, Дж. Дэвие. Ионное легирование полупроводников. М., .«Мир», 1973. 296 с.; Физические процессы в облученных полупроводниках. Под ред. Л. С. Смирнова. Новосибирск, «Наука», 1977. 256 с.
решены. Это относится прежде всего к роли ионизационных процессов, к проблеме стабильности кластеров дефектов, к роли примесных эффектов в процессах аморфизации и кристаллизации при ионной бомбардировке. Проблемы усложняются при использовании новых материалов, сложных полупроводников, систем полупроводник—диэлектрик и т. д., в связи с чем растет число возможных технических и технологических решений. Таким образом, можно с уверенностью говорить об интересном будущем радиационной технологии.
К сожалению, из-за ограничений в объеме в данную книгу не вошли вопросы действия облучения на приборы, так же как вопросы технологического оборудования и некоторые физические проблемы, имеющие прямое отношение к технологии, но в настоящее время находящиеся на ранних стадиях исследования. Наверное, и не все примеры радиационных методов нам удалось описать или даже назвать. Материала оказалось много- и его систематизация будет продолжаться.
Авторы благодарны товарищам по работе за обсуждение, полезные советы и помощь при подготовке рукописи. Замечания по книге просим направлять по адресу: 630090, Новосибирск, проспект Науки, 13, Институт физики полупроводников Сибирского отделения АН СССР.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора..................... 3
Глава 1. Характеристики радиационных дефектов ..'... 6
§ 1.1. Введение.................. —
§ 1.2. Точечные дефекты.............. —
§ 1.3. Разупорядоченные области......... 24
§ 1.4. Разупорядоченные слои........... 31
Литература.................... 41
Глава 2. Вопросы управления составом дефектных центров 49
§ 2.1. Род частиц и их энергия.......... —
§ 2.2. Роль предыстории кристалла......... 58
§ 2.3. Влияние интенсивности и температуры облучения ................... 68
Литература.................... 73,
Глава 3. Радиационно-управляемая диффузия\(РУД)..... 78
§ 3.1. Основные представления........... —
§ 3.2. Экспериментальные исследования РУД в полупроводниках ................ 83
§ 3.3. Принципы и приемы радиационного управления диффузией в полупроводниках..... 103
Литература.................... 104
Глава 4. Возможности технологического использования радиационных дефектов................. 109
§ 4,1. Управление электрофизическими параметрами —
. § 4.2. Локальные уровни.............. 133
§ 4.3. Применение разупорядоченных слоев..... 148
Литература.................... 154
Глава 5. Состояние и перспективы ионного легирования полупроводников .................... 163
Литература.................... 171
Глава 6. Ионное легирование антимонида индия....... 173
§ 6.1. Основные свойства и перспективы использования антимонида индия ........... —
§ 6.2. Радиационные эффекты при корпускулярном
и электромагнитном облучении........ 174
§ 6.3. Поведение и свойства радиационных дефектов,
вызванных ионной бомбардировкой...... 179 •
§ 6.4. Поведение имплантированных примесей .... 186 § 6.5. Получение приборных структур с помощью
ионной ^бомбардировки............ 191
Литература.................... 196
Глава 7. Эффекты в полупроводниках при внедрении больших
доз ионов и повышенных плотностях тока..... 199
§ 7.1. Сопутствующие факторы, действующие при
внедрении большой дозы ионов....... 200
§ 7.2. Структурные изменения в слоях при облучении
и отжиге.................. 207
§ 7.3. Электрические характеристики слоев..... 214
§ 7.4. Профили примеси при различных дозах и плотностях тока пучка.............. 217
Литература...........,........ 221
Глава 8. Лазерный отжиг имплантированных слоев полупроводников ..................... 226
§ 8.1. Основные факторы, действующие на имплантированные слои при лазерном отжиге..... 227
§ 8.2. Лазерный отжиг имплантированных слоев кремния ..................,• • • 232
§ 8.3. Лазерный отжиг имплантированных слоев ар-
сенида галлия............... 237
§ 8.4. О перераспределении примеси при лазерном
отжиге.................. 240
§ 8.5. Специальные случаи лазерной обработки . .. . 246 Литература.................... 249
Глава 9. Получение тонких пленок с- помощью ионных и молекулярных пучков.................. 252
§ 9.1. Основные методы синтеза пленок с помощью
ионных и молекулярных пучков....... —
§ 9.2. Синтез соединений с помощью ионного внедрения ..................... 253
§ 9.3. Синтез соединений путем ионного внедрения
компонентов в промежуточный слой..... 258
§ 9.4. Осаждение пленок из ионных пучков .... 260
§ 9.5. Эпитакеия из молекулярных пучков..... 264
Литература.................... 272
Глава 10. Ядерное легирование полупроводников....... 275
§ 10.1. Понятие о ядерных реакциях....... 276
§ 10.2. Ядерное легирование кремния....... 280
§ 10.3. Радиационное легирование германия .... 286
§ 10.4. Ядерное легирование бинарных соединений 288 § 10.5. Возможности и недостатки метода ядерного
легирования............... 290
Литература ................... 292
Цена: 150руб.
