В последние годы на стыке физики полупроводников и физики атомных столкновений сформировалось и быстро развивается новое научно-техническое направление — ионное легирование полупроводников, имеющее большое прикладное значение, в особенности для полупроводниковой микроэлектроники.
До недавнего времени взаимодействие высокоэнергетичных ионов с кристаллической мишенью рассматривалось в основном с точки зрения радиационного повреждения кристалла. При этом предполагалось, что входящий ион взаимодействует только с отдельными атомами мишени. За последние годы, однако, положение существенно изменилось. Прежде всего было обнаружено, что структура решетки оказывает влияние на проникновение ионов в монокристалл (открытие эффектов ионного каналирования и блокировки), что движение ионов в кристалле в большой степени за* висит от коллективных свойств рядов атомов, атомных плоскостей и т. д. Таким образом, кристаллы составляют особый класс мишеней, отличающихся от газов, жидкостей и аморфных тел.
Изменения произошли также в наших представлениях об электронных свойствах кристаллов, облученных ионами различных элементов. Было показано, что процесс ионного внедрения можно проводить таким образом, чтобы доминирующую роль играл эффект химического легирования монокристалла вводимой примесью. По своим электрофизическим свойствам «ионно-внедренные» материалы примыкают к классу примесных полупроводников, для получения которых обычно применяются методы диффузии и сплавления.
Возможность использования ионного внедрения для введения примесей в полупроводниковые (так же как и в металлические и диэлектрические) мишени представляет большой практический интерес, что в значительной степени стимулировало шир'окий размах экспериментальных и теоретических исследований как самого процесса ионного легирования, так и сопутствующих ему физических явлений. Наибольшее число работ посвящено изучению электрических свойств «ионно-внедренных» слоев (проводимости, концентрации и подвижности носителей); распределений вбитых атомов по" глубине кристалла; нарушений структуры решетки под действием ионной бомбардировки; кинетики и энергетики термического отжига радиационных дефектов; электрических характеристик «ионно-внедренных» р — n-переходов. В ходе этих исследований были выявлены и в известной мере изучены основные специфические особенности нового метода легирования, определяющие его преимущества
i
. СОДЕРЖАНИЕ
От редакторов перевода............... 5
1. У. Браун. Обзор экспериментальных данных по эффекту
каналирования (перевод Ю. В. Милютина)...... 9
§ 1. Введение.................. 9
§ 2. Типы экспериментов............. . 9
а. Каналирование (10). б. Блокирование (И).
§ 3. Основные представления о каналировании.....12
§ 4. Типичные эксперименты по каналированию.....17
а. Угловое распределение частиц, прошедших сквозь мк« шень (18). б. Энергетичгское распределение прошедших частиц (19). в. Резерфордовское рассеяние (23). г. Обратное рассеяние (26). д. Уход частиц из каналов (28).
§ 5. Основные представления о блокировании......30
§ 6. Основной эксперимент по блокированию......32
§ 7. Дополнения.................33
а. Температура (31). б. Другие материалы (31). в. Другие частицы и энергии (35). Литература...................36
2. Д. Б р а и с. Обзор теорий каналирования (перевод
Ю. В. Милютина)................ 38
§ 1. Введение.................. 38
§ 2. Классические теории.............. .40
§ 3. Динамические дифракционные теории....... 45
§ 4. Коэффициенты взаимодействия .......... 48
§ 5. Выводы.................... 50
Литература................... 50
3. Г. Д и р н л и, Дж. X. Ф р и м е н, Дж. А. Г а р д, М. А. У и л-к и н с. Профили внедрения каналированных' ионов Р32 в кристаллах кремния (перевод Ю. В. Милютина)..... 52
§ 1. Введение.................. 52
§ 2. Методика эксперимента............ 52
§ 3. Результаты ................. 56
Литература................... 64
4. У. Дж. Кляйнфельдер, У. С. Джонсон, Дж. Ф. Гиббоне. Распределение примесей, внедренных ионной бомбардировкой в кремний (перевод Ю. В. Милютина) .... 65
§ 1. Введение.....' S............ 65
§ 2. Постановка эксперимента.............. 66
§ 3. Аппаратура.............
§ 4. Методика эксперимента ..........'.',".
§ 5. Результаты и их обсуждение ••••....'* а. Бор, внедренный в направлении (111) (71). б. Азот,' внедренный в направлении (111) (75). в. Фосфор, внедренный в направлении (111) (77). г. Мышьяк, внедренный в направлении (111) (79). д. Бор, внедренный * в направлении (ПО) (81).
§ 6. Заключение................ ,
Литература.............. . . . . . , 1
5. Ф. Г. Э и "з е н. Каналирование ионов средней массы в крем-
ний (перевод Ю. В. Милютина) ...'....... |
§ 1. Введение..................\
§ 2. Методика эксперимента .............\
а. Ускоритель и ионный источник (87). б. Измерение энергии и интенсивности пучка прошедших частиц (88). в. Гониометр (89). г. Образцы (91).
§ 3. Теория каналирования............, \
§'4. Некоторые особенности каналирования бора в кремнии J §'5. Сечения электронного торможения хорошо каналирован-
ных ионов .................1 а. Анализ данных (102). б. Сечения электронного торможения для аксиального и планарного каналирова- -ния бора в кремнии (103). в. Зависимость сечения ' электронного тормож.ения от атомного номера ионов, ,' каналированных в кремнии в направлении (110) (105), Литература...............'.... 10
6. Ф. М. Г л о т е н. Влияние температуры на поведение новое фосфора при облучении кремния (перевод Ю. В. Милютина) IV
§ 1. Введение..................tJ
§ 2. Эксперимент....................Ц
§ 3. Природа дефектов , . . •. . . •........11
, § 4. Влияние дефектов на пробег...........It
§ 5. Заключение................. Ш
Литература....................Щ
7. Дж. Ю. Андерсен, У. М. Г и б с о н; Э. У г г е р х о и. Ка- > налирование быстрых заряженных частиц и некоторые его •
применения (перевод В. В. Краснопевцева) . •.....1н
§ 1. Введение................., щ
§ 2. Зависимость взаимодействия быстрых заряженных ча- '&
стиц с' кристаллической решеткой от ориентации . . " • tW а. Основные теоретические представления (123). б. Экспериментальные исследования (125). _ <А § 3. Использование эффекта каналирования. в физике твер«;..,
дого тела . . . . . ... ..'.'.'.....~ Ш
а. Местонахождение ионов примеси (128). б. Радиаци- ;w
онные нарушения (135). в. Исследование поверхно-4 , |
сти кристалла (141). г. Ориентация монокристалле» '-'5
(144). ,r^i
Литература....................Ml
3 $
„л
8. В. В. Андерсон, Дж. Т. Митчелл. Легирование CdS
фосфором методом ионного внедрения (перевод К. П. Кузьмина) .....................147
Литература.....• '............. 153
9. Р. С. Нельсон, Д. Дж. Me из и. Влияние температуры и i. каналирования на радиационные дефекты, созданные в Si
при ионной бомбардировке (перевод В. В. Краснопевцева) 154
§'1. Введение...................154
§ 2. Визуальная картина радиационных дефектов . . . .154
§ 3. Влияние температуры бомбардировки.......158
§ 4. Влияние каналирования ............160
-Литература .,.>,.......-...... . Л64
10 У. У. Андерсон. Локализация примесных атомов в узлах решетки при ионном легировании (перевод В. В. Титова) 165 § 1. Введение .................. 165
§ 2. Резкий порог смещения ............ 166
§ 3. Замещающие столкновения при малых энергиях . . .172 § 4. Учет плавного изменения вероятностей смещения и захвата >..................173
§ 5. Обсуждение результатов............176
Литература................... 178
11. Дж. Швуттке, К. Брэк, Э. Гарднер, X. Де Андже-л и с. Легирование монокристаллов кремния путем внедрения ионов азота высокой энергии (перевод В. В. Краснопев-
цева).....................179
§ 1. Введение..................179
§ 2. Методика эксперимента . ... . . .- . .' . .- . 180
§ 3. Результаты......... . . . ..... 180
а* Просвечивающая электронная микроскопия (180), б. Рентгеновская дифракционная микротопография (181). • § 4. Измерения удельного сопротивления ....... 185
§ 5. Выводы................. . 189
Литература...................191
12. Дж. О. Макколдин. Легирующие свойства ионов, внедренных в полупроводники при ионной бомбардировке (перевод В. В. Краснопевцева)............... 192
§ 1. Введение..................192
§ 2. Энергия примесного атома...........194
§ 3. Граничные условия для примесного атома ..... 201 § 4.. Условия для примесных атомов внутри полупроводника 204
. § 5. Заключение................. 208
Литература . . • . • . .--.. •- • •!•--> < . • ^ • * . *-•. 209
13. Дж. Д. Ал ь т о н, Л. .О. Л а в. Радиационные дефекты и приг.
меси замещения, в монокристаллах германия, облученных-ионами В+, Al+, Ga+, Ge*. P+, As+, ,Sb+ .с энергией 40; к$в-(перевод Ю.. В, Милютина) . . . . ... ... .: . . ..210
§ I. Введение . .,...'.,.... . ,_..).. .210
§ 2. Описание экспериментальной установки и методики из*
мерений ................,: /.j
§ 3. Результаты экспериментов по отжигу . , . . . . . « § 4. Измерение характеристик полученного р—п-перехода..>;.'
§ 5. Обсуждение результатов........... . !
Литература..................;«
14. А. X. Кларк, К. Е. Манчестер. Холловские измерения на сдоях кремния, подвергнутых ионной бомбардировке
(перевод К- П. Кузьмина).............j
§ 1. Введение......•.........' .. . .'3
§ 2. Постановка опыта...............J
§ 3.. Результаты ........,......, . J
§ 4. Выводы................• . S
Приложение. Холловское напряжение при наличии градиента
концентрации................ .'А
Литература...........•. •....... j
15. Дж, У. Мейер. Ионное легирование полупроводников:' на-»' рушение кристаллической решетки и электрические свойства легированных слоев (перевод В. В. Титова) . . . . . .2
§ 1. Введение..................2
§ 2. Методика измерения.............2
а. Интерпретация электрических измерений (248) б. Из» :
мерение каналнрования (250). § 3. Разупорядочение кристаллической решетки .... ..2
§ 4. Положение внедренных атомов в решетке.....2
§ 5. Электрические измерения............'2
§ 6. Выводы.......:........... И
Литература...................'2
16. Д ж. А. Дэви с, Дж. Денхартог, Л. Эрикссон,' Дж. У. Мейер. Ионное легирование кремния. I. Исследование нарушений решетки и местонахождения атомов методом рассеяния ионов гелия с энергией 1,0 Мэв (перевод,
В.. В. .Краснопевцева)...............2
§ 1. Введение..................2
§ 2. Методика эксперимента ............2
§ 3. Экспериментальные данные...........2i
а. Нарушения решетки (287). б. Местонахождение атомов Sb (293). в. Другие ионы (297). г. Сравнение полученных результатов с данными других экспериментов по ионной бомбардировке Si (300).
§ 4. Выводы ..................3t
Литература...................31
17. Дж- У- Мейер., О. Дж. Марш, Г. А. Шифрин Р. Бэ-р о и. Ионное легирование кремния. II. Электрические свойства легированных слоев, определенные путем измерения
эффекта Холла (перевод В. В. Титова)........3(
§ 1. Введение...................3<
§ 2. Методика эксперимента............31
§ 3. Легирование сурьмой........,,,,.. 31
§ 4. Анализ данных по легированию нагретой мишени другими ионами ...... ........... 321
а. Галлий (321). б. Мышьяк (325).
§ 5. Выводы ..................327
Литература...................329
18. Л. Н. Л а р д ж, X. X и л л, М. П. Б о л л. Распределение проводимости в тонких слоях кремния, облученных ионами
бора (перевод В. В. Титова)............330
§ 1. Введение........^.........330
§ 2. Методика эксперимента........... . 330
§ 3. Экспериментальные данные...........332
а. Внедрение моноэнергетичных ионов (332). б. Внедрение ионов при различных энергиях (335).
§ 4. Сравнение с теорией..............339
§ 5. Сравнение с экспериментом...........343
§ 6. Выводы ..................343
Литература...................344
19. Р. П. Рут, Ф. X. Эйзен. Легирование кремния путем внедрения ионов бора (перевод К. П. Кузьмина).....345
§ 1. Введение..............."... 345
§ 2. Аппаратура .................345
§ 3. Методика эксперимента............347
§ 4. Экспериментальные данные...........348
§ 5. Обсуждение результатов............358
§ 6. Заключение................. 359
Литература...................360
20. У. М. Г и б с о н, Ф. У. М а р т и н, Р. С т е н с г о р, Ф. П а л м-грен-Енсен, Н. И. Мейер, Г. Г о л с т е р, • А. Иоган-с е н, Дж. С. О л с е н, Электрические и физические измерения на кремнии, легированном ионным методом в условиях ка-налирования и без него (перевод В. В. Титова) .... 361
§ 1. Введение..................361
§ 2. Исследование эффекта Холла и проводимости легированных слоев ................362
§ 3. Экспериментальные данные........... 364
§ 4. Обсуждение результатов............ 367
а. Внедрение иоков . фосфора (367). б. Внедрение лития (377). в. Внедрение бора (380).
§5. Заключение................. 387
Литература................... 390
21. Е. М. Ганерсен, А. Дж. Хитчкок, Г. Г. Джордж. Влияние радиационных дефектов на профиль распределения концентрации'носителей в кремнии и германии, подвергнутых ионной бомбардировке (перевод К. П. Кузьмина) . . . .391
§ 1. Введение...........,.......391
§ 2. Определение концентрации носителей с' помощью измерения С — V-характеристик кремниевых диодов . . . 392
§ 3. Распределение проводимости в германии, измеренное четырехзондовым методом (измерение слоевого удель-
иого сопротивления) при последовательном стравШш нии слоев ..... ... . . . . . . ... . Щ,
§ 4. Использование приборов с полевым эффектом Для-д
. мерений распределений .проводимости и подвижной^
слоях, подвергнутых ионной бомбардировке ...,*•'
Литература....., •...........,"
22. Дж. У. М е и е р, О. Дж. Марш, Р. М а н к а р и о с, Р. Б &»у эр. Внедрение в GaAs ионов Zn и Те (перевод К. П. Куз*
мина)......................
Литература..................,'
23. Дж. А. К е р р, Л. Н. Л а р д ж. Полупроводниковые приба ры, изготовленные методом ионного легирования (nepeeoi В. В. Титова) . . ...............
§ 1. Диодные структуры...........; ...
а. Низковольтные диоды (409). б.- Высоковольтные'дно*
ды (411).
§ 2. Биполярные транзисторы с ионно-внедренным эмиттером и диффузионной базой........ .......
§ 3. Сравнение высокочастотных свойств структур, созданных диффузионным и ионным легированием . . .' . § 4. Биполярные транзисторы, изготовленные двойным ионным легированием..............,
§ 5. Заключение.............,....:;
Литература..................' ,i
24. П. Глотэн, Ж. Грана, А. Монфрэ. Эксперименты П0 . изготовлению приборов методом ионного внедрения (пере*
вод К. В. Старинина) . '............. . .
§ 1. Введение..................
§ 2. Описание установки............, j
§ 3. Электрические свойства .................
§ 4, Поверхностные состояния.........'•'•••.
, § 5. Исследование электрических характеристик диодов . ;*
§ 6. Исследование МОП-структур......... ,
§ 7. Эксперимент................ .
а. Исследование кармана «-типа (442). б. Исследование '
кармана р-типа (444). -
§ 8. Заключение..................'.'
25. Б. Баченен, Р. Долен, С. Рус и л д. Получение новых полупроводниковых структур с р—n-переходами методом об< лучения ионами высокой (1—2,5 Мэв) энергии (перевод
В. В. Титова)................ '. .
§ 1. Введение ............--. .... . .,...;?.•?.
§ 2. Методика Эксперимента , ... . • ... . . . •>•;. .?
§ 3. Экспериментальные результаты . . . . :. . . .Л
а. Отжиг (453).. б. Распределение электрически активны* ;' атомов (457). в. Влияние маски (458). . i;
§ 4. Сравнение с теорией............'.-.",'•
§5. Заключение.................. ?;'
Литература ... ... ...*, .... . . ........ ... ..••_..* ».-•».',:
26. Н. Г. Б л е м а и р з, Д. Н. О с б о р н, Р. Б. Оуэн, Дж. С т е ф е н, Исследование полупроводниковых структур, полученных ионным внедрением (перевод К.. П. Кузьмина) 465
§ 1. Введение..................465
§ 2. Электрические свойства слоев, облученных ионами бора.
Отжиг облученных образцов..........466
§ 3. Распределение внедренных ионов бора.......467
§ 4. Изготовление диодов методом ионного легирования . . 469 § 5. Электрические свойства диодов, полученных методом
ионного легирования ............. 472
§ 6. Оксидные и нитридные слои, полученные методом ионной бомбардировки ..............474
§ 7. Выводы..................... 475
Литература...................476
27. Дж. Т. Б э р р и л, В. Дж. Кинг, С. X а р р и с о н, Р. М а к-н о л л и. Ионное внедрение как производственная технология
(перевод К. П. Кузьмина)............. 477
§ 1. Введение...................477
§ 2. Методика изготовления ............478
§ 3. Характеристики ФЭП .............484
§ 4. Защитные покрытия .. ..............488
§ 5. Исследование радиационной стойкости.......490
§ 6. Производственное оборудование.........496
§ 7. Выводы ..................498
Литература...................499
28. Дж. П. Д о н е л л и, А. Г. Ф о и т, Е. Д. X и н к л и, В. Т. Л и н-д л и, Дж. О. Д и м м о к. Изменение типа проводимости и получение р—n-переходов в CdTe л-типа путем ионного
внедрения (перевод К. П. Кузьмина).........501
Литература...................505
29. Е. Л э г с г о р, Ф. У. Мартин, У. М. Г и б с о н, Коорди-натногчувствительные полупроводниковые детекторы частиц, изготовленные методом ионного легирования (перевод
В. В. Титова)..................507
§ 1. Введение...................507
§ 2. Изготовление детекторов............508
§ 3. Измерение параметров приборов.........512
а. Контакты и токи утечки (512). б. Шумы детектора и время нарастания импульса (514). в. Измерение разрешения и линейности по координате (516). § 4. Примеры применения координатно-чувствительных де-
. текторов .................. 520
Литература...................524
Цена: 150руб.
