УДК 621.315 Технические науки / Металлургия

Панченко О. В., Червоный И.Ф., Осипова Л.В.

Запорожская государственная инженерная академия

Исследование примесных комплексов в монокристаллическом кремнии

В настоящее время, предсказать долговечность, выращенных монокристаллов кремния методом Чохральского для дальнейшего использования в микроэлектронике и солнечной энергетике, достаточно трудно. Поэтому необходимо более глубокое изучение дефектообразования в монокристаллах, в частности комплексов примесей.

Известно [1,2], что имеется три основных температурных интервала, при которых образуются термодоноры ТД1, ТД2, ТД3 в монокристаллах кремния: 573…773 К; 873…1173 К; 1173…1373 К. Также отмечалось, что при последующей термической обработке монокристаллов кремния, легированных бором, наблюдалось увеличение времени жизни неравновесных носителей заряда (τ_н.н.з.), что объяснялось вероятным освобождением фоновой примеси кислорода из примесного комплекса В-О.

В процессе термической обработки (т/о), в области температур ~1241…1443 К, в течение 2…4 ч выдержки [3], практически полностью удаляются радиационные дефекты структуры в монокристаллах кремния, обеспечивается стабильность электрофизических характеристик кристаллов. Наиболее стабильных результатов добиваются при проведении т/о в вакууме при полной стерильности процесса (во избежание диффузии нежелательных частиц в поверхностный слой монокристалла кремния).

Полученные в работе [4] данные свидетельствуют также о том, что в монокристаллах кремния, явление политропии для примеси бора наблюдается уже при его концентрации ~1·10¹⁵ см^-3 (рис. 1). Для элементов V-й группы в более ранней работе [5] установлена нижняя граница политропии на уровне 5·10¹⁷ …10¹⁹ см ^-3.

Рисунок 1 – Сопоставление концентраций носителей и примеси бора в кремнии

Из работы [4] для заданной степени политропии D = 2, 3, 4 при легировании кремния бором, были получены константы скоростей k_m образования комплексов B₂, B₃, B₄: k₂ = 7,88·10^-2, k₃ = 1,25, k₄ = 1,05·10^-2. Расчеты свидетельствуют о наиболее вероятном присутствии в кремнии комплексов из двух, трёх, четырёх атомов бора.

Целью работы являлось определение равновесных температур системы кремний-примесь. Использование уравнения Нернста [6] позволило оценить значения температур, при которых, согласно расчетам, фазы «кпремний-легирующая примесь» будут находиться в равновесии на примере бора и фосфора (табл. 1).

Уравнение Нернста имеет вид:

, (1)

где K_р – константа равновесия реакции; - число молей исходных веществ минус число продуктов реакции; - сумма условных химических постоянных исходных веществ минус сумма этих постоянных продуктов реакции.

Таблица 1 - Значения равновесных температур системы кремний-примесь

Легиру‑ющая примесь	Известные значения ∆H, эВ (по данным [7]) для кремния		Вычисленные значения Qр, Дж		Твыч, К
В	теор.	эксперим.	теор.	эксперим.	теор.	эксперим.
	2,03	0,43…0,73	196133,9	56040,412	1729	747
Р	0,73	0,5…0,7	70533,622	—	~855	—

ЛИТЕРАТУРА

1. Глазов В.М., Земсков В.С. Физико-химические основы легирования полупроводников. – М.: Наука, 1967. – 372 с.

2. Швец Е.Я. Технологии и материалы солнечной энергетики: Монография - Запорожье: Изд-во ЗГИА, 2007. – 240 с.

3. Емцев В.В., Машовец Т.В. Примеси и точечные дефекты в полупроводниках / под ред. С.М. Рывкина. - М.: Радио и связь, 1981. – 248 с.

4. Критская Т.В. Управление свойствами и разработка промышленной технологии монокристаллического кремния для электроники и солнечной энергетики. Диссертация доктора техн. н.: 05.16.03. - Запорожье, 2006. – 375 с.

5. Фистуль В.И. Сильно легированные полупроводники – М.: Наука, 1967. – 416 с.

6. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. – М.: Высшая школа, 1982. – 528 с.

7. Кожитов Л.В., Косушкин В.Г., Крапухин В.В., Пархоменко Ю.Н. Технология материалов микро- и наноэлектроники. - М.: МИСИС, 2007. – 544 с.