Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

Пешев В.В., Соболева Э.Г.

В данной работе представлены результаты введения радиационных дефектов в InP -диодах с барьером Шоттки, облученных при нулевом и обратном напряжениях смещения. Образцы представляли собой слои n-InP, выращенные на сильнолегированных подложках методом газотранспортной эпитаксии, с концентрацией свободных носителей заряда n = 2×1015 см-3. На n-слои осаждалась пленка титана. Облучение проводилось в g -контуре реактора при интенсивности dФ/dt = 1,7×1012 квант/(см2×с). Температура образцов при облучении находилась в пределах 50-70 °C. Интегральный поток g‑квантов составлял 1,2×1017 квант/см2. Облучение проводилось также электронами с Е = 4 МэВ на импульсном ускорителе при температуре Т = (65±5) °C. Плотность тока электронов в импульсе и длительность импульса составляли 5,2 мкА/см2 и 5 мкс соответственно. Интенсивность облучения выбрана такой, чтобы ОПЗ, заданная напряжением смещения, не сжималась во время импульса тока пучка электронов. Интегральный поток электронов составлял Ф = 2,4×1014 см-2. Измерения концентрации глубоких центров проводились методом нестационарной емкостной спектроскопии. В результате измерений получено:

1. Определены скорости введения в терминологии [1] центров Е10 (EC ‑ 0,62 эВ) при комнатной температуре в нейтральном объеме (НО) и области пространственного заряда (ОПЗ) фосфида индия n-типа при облученииg -квантами и электронами. Обнаружено, что скорость введения этих центров при комнатной температуре в ОПЗ на порядок больше, чем в НО.

Показано, что зарядовое состояние дефектов оказывает влияние на скорость введения комплексных дефектов Е10 на стадии образования пары Френкеля и что различие скоростей введения этих центров в ОПЗ и НО обусловлено различным временем существования в этих областях разноименных зарядовых состояний компонентов пар Френкеля, которые эти компоненты имеют непосредственно после образования пары. Кулоновское притяжение между близкорасположенными друг к другу компонентами пары в подрешетке фосфора уменьшает барьер для их рекомбинации, что приводит к уменьшению скорости введения центров Е10.

2. Обнаружено, что различие скоростей введения при комнатной температуре в НО и ОПЗ центров Е10 уменьшается с увеличением средней энергии первично смещенных атомов.

Это обусловлено тем, что с увеличением средней энергии увеличивается среднее расстояние между генетически связанными компонентами пар и влияние кулоновского взаимодействия между ними уменьшается. Поэтому различие в НО и ОПЗ времен существования компонентов в исходных разноименных зарядовых состояниях при больших энергиях атомов отдачи в меньшей степени влияет на скорость введения центров.

3. Получены температурные зависимости скоростей введения центров Е10 в НО и ОПЗ при облучении электронами в интервале температур 100-400 К. Обнаружено, что температурная зависимость скорости введения этих центров в ОПЗ имеет нетривиальный характер и существенно отличается от температурной зависимости скорости введения этих центров в НО.

Эти результаты обусловлены следующим. Кулоновское притяжение приводит к эффективной аннигиляции пар только при тех “температурах облучения”, при которых время существования компонентов пары в разноименных (V_,I+) зарядовых состояниях больше, чем время, необходимое для их рекомбинации в этом зарядовом состоянии (здесь V и I ‑ вакансия и междоузельный атом соответственно). Время существования состояния (V_,I+) в ОПЗ ограничено временем эмиссии электронов с уровня вакансии V_, а в НО -это состояние является стационарным (I+ -мелкий донор). Скорость эмиссии зависит от температуры, что приводит к различным температурным зависимостям в НО и ОПЗ отношения времени существования пониженного барьера для рекомбинации компонентов к времени, необходимому для их рекомбинации в условиях пониженного барьера, и, следовательно, приводит к различным температурным зависимостям скоростей введения центров.

4. На основе предложенного в работе механизма влияния зарядового состояния на дефектообразование получены математические выражения, описывающие процессы образования центров Е10 в ОПЗ и НО фосфида индия n-типа, и выполнены расчеты, дающие удовлетворительное совпадение с экспериментом.

Результаты 1-4 можно обобщить в следующем виде:

В фосфиде индия n-типа среднее расстояние между генетически связанными компонентами пар Френкеля и соотношение времени существования компонентов в исходных разноименных зарядовых состояниях и времени, необходимого для их рекомбинации в этом зарядовом состоянии, определяют скорость введения центров Е10.

5.Установлено, что при облучении области пространственного заряда фосфида индия n- типа образуется бистабильный дефект, на котором локализовано пять электронов. Этот дефект, названный нами W – дефектом, не образуется в нейтральной области. W – дефект, находясь в А - конфигурации, обладает свойствами центра с отрицательной корреляционной энергией. Удаление двух электронов переводит дефект в метастабильную В - конфигурацию, которая состоит из двух фрагментов дефекта ¾ двух центров захвата. При этом на одном из фрагментов локализовано два электрона, а на другом -один.

Изучение термопереходов W-дефекта из одной конфигурации в другую дало следующие выражения для относительных скоростей этих переходов R:

, [с-1],

Т(A → B) ≈ 325 К

, [с-1].

Т(B → A) ≈ 145 К,

где E1 = 0,7 эВ, Е2 = 0.18 эВ - энергии активации термоперехода W- дефектов из A в B и из B в A-конфигурацию соответственно. Предложена координатно-конфигурационная диаграмма дефекта. Определены энергетические параметры, характеризующие диаграмму.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Suski J., Sibille A., Bourgoin J. Defects in low temperature electron irradiated InP. //Solid State Commun. -1984. -V.49, N9. -P.875-878