ИМПУЛЬСНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР С N-P ПЕРЕХОДОМ, ОБЛУЧЕННЫХ ПРОТОНАМИ

  • Н.М. Богатов Кубанский государственный университет
  • В.С. Володин Кубанский государственный университет
  • Л.Р. Григорьян Кубанский государственный университет
  • А.И. Коваленко Кубанский государственный университет
  • М.С. Коваленко Кубанский государственный университет
Ключевые слова: Кремний, n -p переход, время жизни, протон

Аннотация

В настоящее время активно развиваются методы создания полупроводниковых
структур с заданными свойствами с помощью облучения ионизирующими частицами (ин-
женерия радиационных дефектов). Взаимодействие радиационных дефектов с примесями,
дислокациями и другими дефектами структуры обусловливает изменение свойств полу-
проводников и полупроводниковых приборов. Облучение протонами позволяет контроли-
руемо создавать радиационные дефекты с максимумом распределения в заранее рассчи-
танной области. Цель работы – анализ влияния облучения низкоэнергетическими прото-
нами на импульсные характеристики кремниевых структур с n+-p переходом. Задача –
определение эффективного времени жизни  носителей заряда в области пространствен-
ного заряда (ОПЗ) n+-p перехода. Исследовались n+-p-p+-структуры из кремния, выращен-
ного методом Чохральского, облучённые со стороны n+-слоя потоком низкоэнергетических
протонов при температуре образцов 300 K и 83 K. Для измерения импульсных характери-
стик использовались биполярные прямоугольные импульсы напряжения с постоянной ам-
плитудой 10 mV и частотой 1 MHz. Экспериментальные данные объясняются с помощью
моделей нестационарного переноса носителей заряда в неоднородных полупроводниках и
образования радиационных дефектов в кремнии под действием протонов. Рассчитаны
распределения по глубине среднего числа первичных радиационных дефектов: междоузель-
ного кремния, вакансий, дивакансий, созданных одним протоном на единице длины проек-
тивного пробега. Показано, что облучение протонами с дозой 1015 cm2 и энергией 40 keV
не изменяет значение , а с энергией 180 keV создает в ОПЗ n+-p перехода область с эф-
фективным временем жизни 5.5108 s.

Литература

1. Chelyadinskiy A.R., Komarov F.F. Defektno-primesnaya inzheneriya v implantirovannom
kremnii [Defect-impurity engineering in implanted silicon], Uspekhi fizicheskikh nauk [Successes
of Physical Sciences], 2003, Vol. 173, No. 8, pp. 813-846.
2. Lebedev A.A., Davydov V.Yu., Smirnov A.N., Eliseyev I.A., Davydovskaya K.S., Zavarin E.E.,
Zakheim D.A., Lundin W.V., Nikolaev A.E., Sakharov A.V., Tsatsulnikov A.F., Zubov A.V.,
Kozlovski V.V. Proton irradiation effects on GaN-based epitaxial structures, Journal of Physics:
Conference Series, 2020, 1697, 012073, pp. 1-6.
3. Brudnyy V.N. Radiatsionnye effekty v poluprovodnikakh [Radiation effects in semiconductors],
Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya “Fizika” [Bulletin of Tomsk
State University. Series “Physics"], 2005, No. 285, pp. 95-102.
4. Sobolev N.A. Inzheneriya defektov v implantatsionnoy tekhnologii kremnievykh svetoizluchayushchikh
struktur s dislokatsionnoy lyuminestsentsiey [Engineering of defects in implantation
technology of silicon light-emitting structures with dislocation luminescence],
Fizika i tekhnika polu-provodnikov [Physics and technology of semi-conductors], 2010,
Vol. 44, V. 1, pp. 3-25.
5. Iles P.A. Evolution of space solar cells, Solar Energy Materials & Solar Cells, 2001, Vol. 68,
I. 1, pp. 1-13.
6. Kozlov V.A., Kozlovskiy V.V. Legirovanie poluprovodnikov radiatsionnymi defektami pri
obluchenii protonami i -chastitsami [Doping of semiconductors with radiation defects when
irradiated with protons and -particles], Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Physics and Technology
of semiconductors], 2001, Vol. 35, V. 7, pp. 769-795.
7. Gubarev V., Semenov A., Surma A., Stolbunov V. Tekhnologiya protonnogo oblucheniya i
vozmozhnosti ee primeneniya dlya uluchsheniya kharakteristik silovykh diodov i tiristorov
[Proton irradiation technology and the possibilities of its application to improve the characteristics
of power diodes and thyristors], «Proton-Elektroteks». Available at: https://protonelectrotex.
com/files/project_52/15_Protonnoe_obluchenie_rus.pdf (publication date 29 November
2011).
8. Asadchikov V.E., D'yachkova I.G., Zolotov D.A., Krivonosov Yu.S., Bublik V.T., SHikhov A.I.
O svyazi protonnogo oblucheniya i termicheskoy obrabotki monokristallicheskogo kremniya s
ego strukturoy [On the connection of proton irradiation and heat treatment of monocrystalline
silicon with its structure], Izvestiya vuzov. Materialy elektronnoy tekhniki [zvestiya vuzov. Materials
of electronic equipment], 2019, Vol. 22, No. 1, pp. 18-26.
9. Anfimov I.M., Kobeleva S.P., Pylnev A.V., Schemerov I.V., Egorov D. S., Yurchuk S.Yu. On the
Problem of Determining the Bulk Lifetime by Photoconductivity Decay on the Unpassivated Samples
of Monocrystalline Silicon, Russian Microelectronics, 2017, Vol. 46, No. 8, pp. 585-590.
10. Koshelev O.G., Vasiljev N.G. Separate determination of the photoelectric parameters of n+-
p(n)-p+ silicon structure base region by noncontact method based on measurements of quantum
efficiency relationships at two wavelengths, Modern Electronic Materials, 2017, Vol. 3, No. 3,
pp. 127-130.
11. Bscheid C., Engst C.R., Eisele I., Kutter C. Minority Carrier Lifetime Measurements for Contactless
Oxidation Process Characterization and Furnace Profiling, Materials, 2019, Vol. 12,
No. 1, pp. 1-13.
12. Sam R., Zouma B., Zougmoré F., Koalaga Z., Zoungrana M., Zerbo I. 3D determination of the
minority carrier lifetime and the p-n junction recombination velocity of a polycrystalline silicon
solar cell, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2012, Vol. 29,
No. 012018, pp. 1-8.
13. Bogatov N.M., Grigor'yan L.R., Kovalenko A.I., Kovalenko M.S., Lunin L.S. Impul'snye
kharakteristiki kremnievykh fotoelektricheskikh preobrazovateley, obluchennykh nizkoenergeticheskimi
protonami [Pulse characteristics of silicon photovoltaic converters irradiated
with low-energy protons], Pis'ma v ZhTF [Letters to the Journal of Technical Physics], 2021,
Vol. 47, V. 7, pp. 10-12.
14. Agafonov Yu.A., Bogatov N.M., Grigor'yan L.R., Zinenko V.I., Kovalenko A.I., Kovalenko M.S.,
Kolokolov F.A. Vliyanie radiatsionnykh defektov, sozdannykh nizkoenergeticheskimi protonami
v sil'nolegirovannom sloe, na kharakteristiki kremnievykh n+–p–p+-struktur [The effect of radiation
defects created by low–energy protons in a highly alloyed layer on the characteristics of silicon
n+–p-p+ structures], Poverkhnost'. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neytronnye issledovaniya
[Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies], 2018, No. 10, pp. 86-91.
15. Bogatov N.M., Grigor'yan L.R. Kovalenko A.I., Kovalenko M.S., Kolokolov F.A., Lunin L.S.
Vliyanie radiatsionnykh defektov, sozdannykh nizkoenergeticheskimi protonami pri temperature
83 K, na kharakteristiki kremnievykh fotoelektricheskikh struktur [The influence of radiation
defects created by low-energy protons at a temperature of 83 K on the characteristics of
silicon photovoltaic structures], Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Physics and technology of
semiconductors], 2020, Vol. 54, V. 2, pp. 144-149.
16. Shockley W. The theory of p-n junctions in semiconductors and p-n junction transistors, Bell
Syst. Tech. J., 1949, Vol. 28, No. 7, pp. 435-439.
17. Pulfrey D.L. Understanding Modern Transistors and Diodes. Cambridge University Press,
2010, 335 p.
18. Bogatov N.M. Radiatsionnye defekty v kremnii, vyrashchennom metodom CHokhral'skogo
[Radiation defects in silicon grown by the Chokhralsky method], Poverkhnost' [Surface],
1999, No. 3, pp. 72-78.
19. Bogatov N.M., Kovalenko M.S. Calculation of Frenkel Pairs Separation, Formed in Silicon as a
Result of Ionizing Particles Irradiation, AASCIT Journal of Physics, 2017, Vol. 3, I. 3, pp. 13-17.
20. Bogatov N.M., Grigor'yan L.R., Klenevskiy A.V., Kovalenko M.S. Modelirovanie oblastey
razuporyadocheniya v protsesse radiatsionnogo defektoobrazovaniya [Modeling of areas of
disordering in the process of radiation defect formation], Ekologicheskiy vestnik nauchnykh
tsentrov CHernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva [Ecological Bulletin of the scientific
centers of the Black Sea Economic Cooperation], 2019, Vol. 16, No. 1, pp. 59-65.
Опубликован
2022-11-01
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. ЭЛЕКТРОНИКА, СВЯЗЬ И НАВИГАЦИЯ