WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 25 |

«ДЖИБУТИ ЗУРАБ ВЛАДИМИРОВИЧ “МЕХАНИЗМЫ ИМПУЛЬСНОГО ФОТОННОГО ОТЖИГА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ С КОВАЛЕНТНЫМИ И СМЕШАННЫМИ СВЯЗЯМИ” (01.04.07 – физика конденсированных сред) ...»

-- [ Страница 1 ] --

ТБИЛИССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им.Ив.ДЖАВАХИШВИЛИ

ДЖИБУТИ ЗУРАБ ВЛАДИМИРОВИЧ

“МЕХАНИЗМЫ ИМПУЛЬСНОГО ФОТОННОГО ОТЖИГА В

ПОЛУПРОВОДНИКАХ С КОВАЛЕНТНЫМИ И СМЕШАННЫМИ

СВЯЗЯМИ”

(01.04.07 – физика конденсированных сред)

Диссертация

представленная на соискание ученой степени доктора физико-математических наук.

Научный консультант:

Н.Д.Долидзе, доктор физикоматематических наук.

2006 г 2

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание.

Используемые в диссертационной работе сокращения и обозначения.

Введение.

ГЛАВА I АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1.Ионная имплантация, как метод легирования полупроводников.

1.2.Рекристаллизация аморфизированных слоев Si и GaAs импульсным лазерным воздействием.

1.3.Лазерный отжиг радиационных дефектов, в Si и GaAs.

Глава II. МЕХАНИЗМЫ ИМПУЛЬСНОГО ФОТОННОГО ОТЖИГА.

2.1. Тепловая модель лазерного отжига.

2.2. Модель холодного плазменного отжига.

2.3. Химические связи.

2.4 Модель неравновесного фазового перехода ковалентный полупроводник-металл под воздействием лазерного излучения.

2.5 Модель фазового перехода твердое состояние-жидкость в ковалентных полупроводниках.

Глава III. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

3.1. Исследуемый материал. Приготовление образцов.

3.2. Методики измерений.

3.3. Облучение высокоэнергетическими частицами. Термический и фотонный отжиги.

3.4. Установки импульсной фотонной обработки полупроводниковых материалов и структур (УИФО 1-5).

3.5. Метод оценки интенсивности излучения в зависимости от спектрального состава для УИФО.

3.6. Оценка температур нагрева полупроводников при импульсной фотонной обработке.

3.7. Оценка концентрации генерированных светом неравновесных носителей заряда в полупроводниках.

ГЛАВА IV. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ФОТОННЫЙ

ОТЖИГ ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ (Si, GaAs, SiC, КНС).

4.1.Влияние лазерного воздействия на процесс рекристаллизации аморфизированного GaAs.

4.2.Низкотемпературный лазерный отжиг имплантированного ионами Si.

4.3. Лазерный отжиг радиационных дефектов в GaAs, облученного электронами.

4.4.Исследование процессов импульсного фотонного (лампового) отжига дефектов.

4.5. Влияние ИФО на внутренние механические напряжения в кристаллах.

4.6. Плавление полупроводников при импульсном лазерном воздействии.

4.7. Электронный механизм плавления полупроводников - модель низкотемпературного лазерного отжига.

4.8. Обсуждение результатов эксперимента.

ГЛАВА V. ФОТО- И РАДИАЦИОННО-СТИМУЛИРОВАННЫЕ

ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.

5.1 Метод импульсной фотонной обработки в технологии создания омических контактов, p-n переходов и легированных областей в полупроводниках.

5.2. Метод импульсной фотонной обработки в технологии создания полевого транзистора с барьером Шоттки на GaAs.

5.3. Радиационно-фотонные и радиационно-термические процессы в технологиях полупроводниковой электроники.

Основные результаты и заключения.

Список работ опубликованных по теме диссертации.

Литература.

Используемые в диссертационной работе сокращения и обозначения:

1. ЛО – лазерный отжиг.

2. ТО – термический отжиг.

3. РД – радиационные дефекты.

4. -Si – аморфный кремний.

5. с-Si – кристаллический кремний.

6. -GaAs – аморфный арсенид галлия.

7. с-GaAs - кристаллический арсенид галлия.

8. ИЛС – ионно-легированный слой.

9. ННЗ – неравновесный носители тока.

10. А-центр – вакансия-кислород (V-O).

11. Е-центр – вакансия-донор (V-D).

12. V2 – дивакансия.

13. ИФО – импульсный фотонный отжиг.

14. УИФО – установка импульсной фотонной обработки.

15. РТО – радиационно-термическая обработка.

16. РФО – радиационно-фотонная обработка.

17. ЭС – эпитаксиальная структура.

18. СИС – светоизлучающая структура.

19. ФСД – фото стимулированная диффузия.

20. ПТШ – полевой транзистор с барьером Шоттки.

21. НЗ - нормально закрытый.

22. НО – нормально открытый.

23. ИС – интегральная схема.

24. РФП – радиационно-фотонные процессы.

25. РТП - радиационно-термические процессы.



26. КНС – кремний на сапфире.

ВВЕДЕНИЕ

Эффект импульсного отжига – под таким общим названием объединен, подразумевающих проведение диффузионных процессов в полупроводниковых материалах и структурах за счет кратковременного (от секунд до пикосекунд) внешнего воздействия (световое, пучки электронов, СВЧ, ионов). Интенсивный интерес к данному вопросу начался с 1974 года, когда впервые был обнаружен отжиг имплантированных ионами полупроводниковых слоев под воздействием импульсов лазерного излучения [1-3]. После опубликования первых работ по данному явлению, последовало бурное развитие научно-технического направления – импульсной модификации свойств материалов. На этом пути, уже сейчас, решаются, или уже решены, исключительно важные проблемы для наноэлектроники.

Актуальность работы. Развитие современной наноэлектроники ставит сложнейшие задачи перед исследователями. Минимизация размеров элементов интегральных схем достигается не только использованием более совершенной, прецессионной техники, но и введением нетрадиционных технологических методов, позволяющих контролируемо менять физические свойства материала.

кристаллические блоки нано- размеров в аморфных диэлектрических подложках. Традиционные технологические процессы, основанные на длительных высокотемпературных термо- воздействиях не способны решать низкотемпературные радиационные технологии, в которых для проведения диффузионно-активационных процессов применяются низкоэнергетичные частицы, облучение малыми дозами радиации (т.н. “эффект малых доз”) и импульсное фотонное воздействие. Особенно перспективным оказалось обусловленное возможностью проведения процессов отжига дефектов, активации примеси, рекристаллизации при низких температурах и малых временах, избежав неконтролируемые диффузионные разгонки примеси вглубь материала.

Однако, несмотря на большое количество работ в этой области, механизм проведения импульсного фотонного отжига, знание которого необходимо для его удачного применения на практике, все еще остается спорным.

Научная новизна работы. Исследование механизмов импульсного фотонного (лазеры, различные лампы) отжига (ИФО) началось одновременно с открытием этого эффекта. Сразу же были предложены ряд моделей, как тепловые, так и ионизационные. Особенно много работ имеется по установлению механизмов лазерного отжига, т.к. ламповый отжиг сразу был воспринят как способ быстрого, но все-таки, нагрева кристалла. В ряде работ, для лазерного отжига (ЛО) предлагается атермические механизмы проведения процесса. Однако в этих моделях не находят объяснения целый ряд экспериментов. Из за малой длительности лазерных импульсов невозможно на эксперименте прямыми методами измерить температуры нагрева кристалла в указанных процессах и тем самым однозначно судить о механизмах процессов.

Поэтому нами эксперименты были поставлены таким образом, чтобы максимально снизить термический фактор (за счет проведения процессов при низких температурах, увеличения теплоотвода и др.) и четко разделить роль нагрева материала и генерированных светом неравновесных носителей заряда (ННЗ) (антисвязывающие квазичастицы) в процессах ИФО. Результаты экспериментов позволили предложить оригинальную модель электронного плавления полупроводников и механизм ИФО. Оценены величины критических концентраций генерированных светом антисвязывающих квазичастиц, необходимых для осуществления ИФО в полупроводниках, без высокотемпературного нагрева. Показана возможность селективного отжига дефектов с помощью ИФО.

Целью диссертационной работы является исследование физических механизмов импульсного фотонного отжига дефектов в полупроводниковых материалах. Для этого были поставлены несколько задач:

• исследовать роль термических, ионизационных и других атермических факторов в процессах лазерного или лампового отжига структурных, аморфизированных слоев;

• определить роль энергии, длительности, спектрального состава света, начальной температуры образца и теплоотвода в процессах лазерного или лампового отжига;

• определить необходимые условия плавления тонких поверхностных слоев полупроводниковых материалов в процессах лазерного отжига;

полупроводниковых материалах;

• разработать низкотемпературные методы импульсного фотонного отжига дефектов, активации внедренной примеси и диффузии, для новых, более совершенных технологических приемов в производстве электроники.

Практическая ценность работы. На оригинальных установках импульсного фотонного воздействия разработаны низкотемпературные фото- и радиационно-стимулированные технологические процессы:

• отжига дефектов, • активации внедренной примеси, • диффузии из ограниченных или неограниченных источников.

На полупроводниковых материалах Si, GaAs, GaP, GaAlAs, Si-Al2O3 и SiC разработаны технологии:

• удаления структурных нарушений;

• снижения механических напряжений;

• формирования омических контактов, р-n переходов, барьеров Шоттки, легированных областей с характеристиками, превосходящими или процессами.

выносимые на защиту:

• модель электронного механизма плавления полупроводниковых материалов и оценка критических концентраций антисвязывающих квазичастиц nкр, необходимых для плавления полупроводников преимущественно с ковалентной связью;

• определена роль температуры, ионизации и импульсного механического давления (в жидком азоте) в процессах ИФО полупроводников;

• экспериментально наблюдено низкотемпературное плавление полупроводников по электронному механизму в процессе лазерного отжига и установлена зависимость эффективности низкотемпературного плавления полупроводника от концентрации генерированных светом антисвязывающих квазичастиц;

• определена роль генерированных светом антисвязывающих квазичастиц при nnкр и селективного поглощения на радиационных дефектах в процессах ИФО;

• ИФО, как метод снятия механических напряжений в полупроводниковых структурах.

• механизм ИФО дефектов, активации имплантированной примеси и рекристаллизации в полупроводниках;



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 25 |