Кластеры атомов примеси никеля и их влияние на рекомбинационные свойства кремния

Методом нестационарной емкостной спектроско-пии (DLTS), измерением удельного сопротивления, концентрации и времени жизни носителей заряда, а также с использованием инфракрасного и атомно-силового микроскопов Solver-NEXT определены типы и природа структурных дефектов кремния n-типа с кластерами примесных атомов никеля. Установлено, что после высокотемпературной диффузии в медленно охлажденных образцах Si наблюдаются звездообразные дефекты. Отсутствие декорирования дислокаций в быстро охлажденных образцах Si связано с образованием точечных дефектов типа [Ni-O], силицидов [Ni-Si] и пар атомов Ni[Nis-Nii] (в отличие от легированных медленно охлажденных образцов Si). Различия формы и размеров образующихся дефектов в быстро и медленно охлажденных образцах Si можно объяснить тем, что при медленном охлаждении переход системы к равновесному состоянию сопровождается понижением свободной энергии, и атомы никеля, постепенно осаждаясь на нарушениях кристаллической решетки, образуют включения с наиболее энергетически выгодным состоянием --- звездообразные дефекты. Установлено увеличение времени жизни носителей заряда, обусловленное образованием уровня прилипания, связанного с комплексом [Ni-O] в кремнии

Литература

[1] Фистуль В.И. Атомы легирующих примесей в полупроводниках. М., Физматлит, 2004.

[2] Silva D.J., Wahl U., Correia J.G., et al. Drawing the geometry of 3d transition metal-boron pairs in silicon from electron emission channeling experiments. Nucl. Instrum. Instrum. Methods Phys. Res. B., 2016, vol. 371, pp. 59–62. DOI: 10.1016/j.nimb.2015.09.051

[3] Vyvenko O.F., Buonassisi T., Istratov A.A. X-ray beam induced current — a synchrotron radiation based technique for the in situ analysis of recombination properties and chemical nature of metal clusters in silicon. J. Appl. Phys., 2002, vol. 91, iss. 6, pp. 3614–3617. DOI: 10.1063/1.1450026

[4] Riedel F., Schroter W. Electrical and structural properties of nanoscale NiSi2 precipitates in silicon. Phys. Rev. B, 2000, vol. 62, iss. 11, pp. 7150–7156. DOI: 10.1103/PhysRevB.62.7150

[5] Abdurakhmanov B.A., Bakhadirkhanov M.K., Ayupov K.S. Formation of clusters of impurity atoms of nickel in silicon and controlling their parameters. Nanosci. Nanotechnol., 2014, vol. 4, no. 2, pp. 23–26.

[6] Schroter W., Hedemann H., Kveder V., et al. Measurements of energy spectra of extended defects. J. Phys.: Condens. Matter., 2002, vol. 14, no. 48, pp. 13047–13059. DOI: 10.1088/0953-8984/14/48/350

[7] Лозовой К.А. Кинетика формирования наногетероструктур с квантовыми точками германия на кремнии для приборов оптоэлектроники. Дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск, ТГУ, 2016.

[8] Istratov A.A., Weber E.R. Electrical properties and recombination activity of copper, nickel and cobalt in silicon. Аррl. Phys. А, 1998, vol. 66, iss. 2, pp. 123–136. DOI: 10.1007/s003390050649

[9] Махкамов Ш., Каримов М., Курбанов А.О. и др. К вопросу термостабильности электрофизических свойств p--Si и p--Si. Известия вузов. Физика, 2005, № 12, с. 80–82.

[10] Tanaka S., Ikari T., Kitagawa H. In-diffusion and annealing processes of substitutional nickel atoms in dislocation-free silicon. Jpn. J. Appl. Phys., 2001, vol. 40, part 1, no. 5A, pp. 3063–3068. DOI: 10.1143/JJAP.40.3063