ОСОБЛИВОСТІ МЕХАНО-СТИМУЛЬОВАНИХ ЗМІН ЕЛЕКТРОПРОВІДНОСТІ КРИСТАЛІВ p-Si ПІСЛЯ ДІЇ МАГНІТНОГО ПОЛЯ

Bohdan Pavlyk, R. Lys, J. Shykorjak, D. Slobodzyan, M. Kushlyk, I. Matvijishyn

Анотація


В роботі досліджені механо-стимульовані зміни опору (R/R0 = f(σ)) монокристалічних зразків кремнію р-типу провідності, які пройшли тривалу (~ 600 діб) магнітну обробку. Індукція постійного магнітного поля становила В = 0.354 Тл. Встановлено, що дія магнітного поля призводить до появи на початковій стадії одновісної пружної деформації характерного максимума на кривих R/R0 = f(σ). Аналогічний ефект спостерігався і після малих доз Х-опромінення (D = 312 Гр).

Виявлено, що, положення та величина характерного максимуму на кривих R/R0 = f(σ) суттєво залежить від часу, який пройшов від попереднього циклу  деформації (стиск-розтиск). Зокрема, показано, що характерний максимум не спостерігається, якщо цей час не перевищує 20 годин. Також виявлено, що за умови збільшення часу (який пройшов від попереднього циклу деформації), величина максимуму збільшується, а його положення зсувається в сторону більших механічних напруг σ.

Підтверджено, що тривала дія постійного магнітного поля на експериментальні кристали p-Si, призводить до розпаду дефектів, таких як водневомісткі та кисневомісткі комплекси (Si–O–Si, Si–Н2, O–Si–O, Si–O–C, Si–CH3, H–OH, H2O, Si–OH тощо). У результаті такого розпаду утворений водень може мігрувати у полях пружних напружень приповерхневого шару, пасивуючи акцепторні зв’язки. Це, відповідно, призводить до зменшення поверхневої електропровідності експериментальних зразків.

Ключові слова: кремній, магнітне поле, дислокації, одновісна пружна деформація.


Повний текст:

PDF

Посилання


  1. Watkins G.D. Intrinsic defects in silicon / G.D. Watkins // Materials Science in Semiconductor Processing. – 2000. – Vol. 3, No 4. – P. 227–235.
  2. Devine R.A.B. Oxygen gettering and oxide degradation during annealing of Si/SiO2/Si structures / R.A.B. Devine, W.L. Warren, J.B. Xu [et al.] // Journal of Applied Physics. – 1995. – Vol. 77, No 1. – P. 175–186.
  3. Fleetwood D.M. Total-ionizing-dose effects, border traps, and 1/f noise in emerging MOS technologies / D.M. Fleetwood // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2020. – Vol. 67, No 7. – P. 1216–1240.
  4. Srour J.R. Displacement damage effects in irradiated semiconductor devices / J.R. Srour, J.W. Palko // IEEE Transactions on Nuclear Science. – 2013. – Vol. 60, No 3. – P. 1740–1766.
  5. Wang R. Cut-off degradation of output current induced by high fluence neutron radiation in high-voltage silicon-on-insulator lateral double-diffused MOSFET / R. Wang, M. Qiao, Y. Wang [et al.] // IEEE Electron Device Letters. – 2022. – Vol. 43, No 1. – P. 108–111.
  6. Claeys C. Basic radiation damage mechanisms in semiconductor materials and devices / C. Claeys, E. Simoen // Radiation Effects in Advanced Semiconductor Materials and Devices. – 2022. – P. 9–52.
  7. Ceponis T.Study of radiation-induced defects in p-type Si1−xGeX diodes before and after annealing / T. Ceponis, S. Lastovskii, L. Makarenko [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 13. – P. 5684 (1-10).
  8. Yeritsyan H.N. Clusters of radiation defects in silicon crystals / H.N. Yeritsyan, A.A. Sahakyan, N.E. Grigoryan [et al.] // Journal of Modern Physics. – 2015. – Vol. 6. – P. 1270–1276.
  9. Макара В.А. Стимулированное воздействием рентгеновского излучения и магнитного поля изменение физических характеристик кристаллов кремния / В.А. Макара, Л.П. Стебленко, А.Н. Крит [и др.] // Физика твердого тела. – 2012. – Т. 54, Вып. 7. – С. 1356–1360.
  10. Yao P. First-principles calculations of silicon interstitial defects at the amorphous-SiO2/Si interface / P. Yao, Y. Song, X. Zuo // The Journal of Physical Chemistry. – 2021. – Vol. 125. – P. 15044–15051.
  11. Павлик Б.В. Вплив магнетного поля на електрофізичні характеристики поверхнево-бар’єрних структур Bi-Si-Al / Б.В. Павлик, Л.П. Стебленко, О.В. Коплак [та ін.] // Металлофизические новейшие технологии. – 2009. – Т.31, № 9. – С. 1169-1178.
  12. Федосов А.В. Вплив одновісної деформації на заповнення рівня, пов’язаного з А-центром у кристалах n-Si / А.В. Федосов, С.В. Луньов, С.А. Федосов // Український фізичний журнал. – 2011. – Т. 56, № 1. – С. 70–74.
  13. Koplak O.V. Kinetics of oxidation of subsurface layers of 29Si-enriched silicon in a magnetic field / O.V. Koplak, A.I. Dmitriev, R.B. Morgunov // Physics of the solid state. – 2014. – Vol. 56. – P. 1443–1448.
  14. Skvortsov A.A. Effect of constant magnetic field on dislocation anharmonicity in silicon / A.A. Skvortsov, A.V. Karizin, L.V. Volkova, M.V. Koryachko // Physics of the solid state. – 2015. – Vol. 57, No 5 – P. 914–918.
  15. Павлик Б.В. Особливості механо-стимульованих змін електропровідності Х-опромінених кристалів p-Si / Б.В. Павлик, Р.М. Лис, Р.І. Дідик [та ін.] // Електроніка та інформаційні технології. – 2020 – Вип.14 – С. 88–94.
  16. Lys R. Features of changes in the electrical resistance of p-Si crystals under the action of an elastic one-axial mechanical load and a magnetic field / R. Lys, B. Pavlyk, R. Didyk [et al.] // Applied Nanoscience. – 2019. – Vol.9, No8. – P. 1775 – 1779.
  17. Lys R. Effect of elastic deformation and the magnetic field on the electrical conductivity of p-Si crystals / R. Lys, B. Pavlyk, R. Didyk [et al.] // Applied Nanoscience. – 2018. – Vol.8, No4. – P. 885- 890.
  18. Zhang X. Effect of magnetic field on the nanohardness of monocrystalline silicon and its mechanism / X. Zhang, Z.P. Cai // JETP Letters. – 2018. – Vol.108. – P. 23-29.
  19. Павлик Б. Вплив пружної деформації на електропровідність зразків p-Si з різною концентрацією дислокацій / Б. Павлик, Р. Дідик, Р. Лис, Й. Шикоряк // Електроніка та інформаційні технології. – 2016. – Вип. 6. – С. 39-44.
  20. Косевич А. М. Теория кристаллической решётки / А.М. Косевич. – К.: Наукова думка, 1988. – 304 с.
  21. Стебленко Л.П. Зміна мікротвердості кристалів кремнію, індукована слабо інтенсивним рентгенівським випромінюванням / Л.П. Стебленко, С.М. Науменко, О.М. Кріт [та ін.] // Вісник Київського університету. Серія: фізико-математичні науки. – 2009. – № 3. – С. 44–48.
  22. Красильников В.В. Особенности самоорганизации дислокационно-вакансионного ансамбля в облеченных деформируемых материалах / В.В. Красильников, В.Ф. Клепиков, С.Е. Савотченко А.А. Пархоменко // Вопросы атомной науки и техники. Серия: физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. – 2005. – № 5. – С. 26–32.
  23. Островский И.В. Влияние ультразвуковой обработки на подвижность коротких дислокаций в кристаллах кремния / И.В. Островский, Л.П. Стебленко, А.Б. Надточий // ФТТ. – 2000. – Т. 42, Вып. 3. – С. 478–481.
  24. Надточій В.О. Мікропластичність алмазоподібних кристалів (Si, Ge, GaAs, InAs) : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня доктора фіз.-мат. наук: спец. 01.04.07 “Фізика твердого тіла” / В.О. Надточій. – Харків, 2006. – 38 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/eli.18.5

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.