РАДІАЦІЙНО- ТА МАГНІТО-СТИМУЛЬОВАНА ЗМІНА ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ СТРУКТУРИ SiO2-Si З ВИСОКИМ ВМІСТОМ ДИСЛОКАЦІЙНИХ КОМПЛЕКСІВ

D. Slobodzyan, M. Kushlyk, R. Lys, I. Matvijishyn, N. Hryzohlazov, Ya. Shpotyuk, Andriy Luchechko

Анотація


У роботі представлено результати впливу малих доз Х-випромінювання (поглинута доза ~ 390 Гр) та магнітного поля (B ≈ 0,17 Тл) на кремнієві структури з різною густиною дислокації у напівпровідниковій підкладці (N = 102–105 см-2). Досліджено дефектну структуру пластично деформованого p-Si за допомогою оптичної мікроскопії та зміну поверхневих станів на межі SiО2-Si за допомогою аналізу вольт-фарадних характеристик структури Bi-SiО2-Si-Al.

Показано, що під дією Х-опромінення на поверхні Si відбуваються перебудова наявних метастабільних дефектів та утворення нових, збільшення густини яких пов’язане з гетеруванням їх з об’єму напівпровідника до поверхні. Саме вони дають суттєвий вклад у спектр поверхневих станів.

Встановлено, що вплив слабкого магнітного поля на кремнієві структури не спричиняє генерацію електрично активних дефектів у приповерхневих шарах напівпровідника, а сприяє перебудові адсорбованих на поверхні кисневих та водневих комплексів.

Присутність дислокації підсилює вплив Х-випромінювання та постійного магнітного поля на зміну поверхневих станів на межі SiО2-Si.

Ключові слова: кремній, магнітне поле, X-опромінення, дислокації.


Повний текст:

PDF

Посилання


  1. Schäffler F. High-mobility Si and Ge structures. / F. Schäffler // Semicond. Sci. Technol. – 1997. – No. 12. – P. 1515–1549.
  2. Gueorguiev G.K. Silicon and metal nanotemplates: Size and species dependence of structural and electronic properties / G.K. Gueorguiev, J.M. Pacheco // J. Chem. Phys. – 2003. – No. 119. – P. 10313.
  3. Kumar V. Nanosilicon / V. Kumar. – Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2008. – 368 p.
  4. Gueorguiev G.K. Silicon–metal clusters: Nano-templates for cluster assembled materials / G.K. Gueorguiev, J.M. Pacheco, S. Stafström [et al.] // Thin Solid Film. – 2006. – No. 515. – P. 1192–1196.
  5. Hu W. An ab initio study on the transport characteristics of Si2C2 clusters / W. Hu, Q. Wang, Q. Zhou, W. Liu [et al.] // Can. J. Phys. – 2020. – No. 98. – P. 11–15.
  6. Han Y. Searching new structures of ruthenium-doped in small-sized silicon clusters: RuSin (n=3–13) clusters / Y. Han, S. Zhang, Z. Wang [et al.] // Eur. Phys. J. Plus – 2022. – No. 137. – P. 186.
  7. Koga Y. Room-temperature bonding of epitaxial layer to carbon-cluster ion-implanted silicon wafers for CMOS image sensors / Y. Koga, T. Kadono, S. Shigematsu [et al.] // Jpn. J. Appl. Phys. – 2018. – No. 57. – P. 061302.
  8. Aboy M. W and X photoluminescence centers in crystalline Si: Chasing candidates at atomic level through multiscale simulations / M. Aboy, I. Santos, P. Lopez [et al.] // Electron. Mater. – 2018. – No. 47. – P. 5045–5049.
  9. Watkins G.D. Intrinsic defects in silicon / G.D. Watkins // Mater. Sci. Semicond. Processing. – 2000. – No. 3. – P. 227–235.
  10. 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.] // J. Appl. Phys. – 1995. – No. 77. – P. 175–186.
  11. Fleetwood D.M. Total-ionizing-dose effects, border traps, and 1/f noise in emerging MOS technologies / D.M. Fleetwood // IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2020. – No. 67. – P. 1216–1240.
  12. Bodunrin J.O. Current-voltage characteristics of 4 MeV proton-irradiated silicon diodes at room temperature/ J.O. Bodunrin, S.J. Moloi //Silicon. – 2022. – Vol. 14 – P. 10237-10244
  13. Hamedani A. Primary radiation damage in silicon from the viewpoint of a machine learning interatomic potential / A. Hamedani, J. Byggmästar, F. Djurabekova [et al.] // Phys. Rev. Mater. - 2021. – Vol. 5. – P. 114603.
  14. Yao P. First-principles calculations of silicon interstitial defects at the amorphous-SiO2/Si interface / P. Yao, Y. Song, X. Zuo // J. Phys. Chem. C. – 2021. – Vol. 125. – P. 15044–15051.
  15. Makara V.A. Magnetic-field-induced modification of properties of silicon lattice defects / V.A. Makara, L.P. Steblenko, Y.I. Kolchenko [et al.] // Solid State Phenom. – 2005. – Vol. 108–109. – P. 339–344.
  16. Makara V.A. Formation of the magnetic moments on impurity atoms in silicon crystals and the change of structure-sensitive characteristics caused by magnetic ordering / Makara, V.A., Steblenko, L.P., Plyushchay [et al.] // Metallofiz. Noveishie Tekhnol. – 2011. – Vol. 33. – P. 165–171.
  17. Adliene D. Low energy X-ray radiation impact on coated Si constructions / D. Adliene, I. Cibulskaite, T. Meškinis // Radiat. Phys. Chem. – 2010. – No. 79. – P. 1031–1038.
  18. Makara V.A. X-ray and magnetic-field-enhanced change in physical characteristics of silicon crystals / V.A. Makara, L.P. Steblenko, A.N. Krit [et al.] // Solid State Phys. – 2012. – No. 54. – P. 1440–1444.
  19. Павлик Б. Генерування дислокацій в напівпровідникових кристалах методом пластичної деформації / Б. Павлик, Р. Дідик, Й. Шикоряк [та ін.] // Електроніка та інформаційні технології. – 2012. – Вип. 2. – С. 27–32.
  20. Павлик Б.В. Перебудова дефектної структури та центрів дислокаційної люмінесценції у приповерхневих шарах p-Si / Б.В. Павлик, М.О. Кушлик, Д.П. Слободзян [та ін.] // Журнал фізичних досліджень. – 2017. – Т. 21, № 1/2. – С. 1601-1 – 1601-8.
  21. Павлик Б. Мікроскопічні дослідження дефектної структури приповерхневого шару кристалів p-Si / Б. Павлик, Р. Дідик, Й. Шикоряк [та ін.] // Теор. електротехніка. – 2010. – Вип. 61. – С. 164–170.
  22. Gwin C.W. Model for radiation induced charge trapping and annealing in the oxide lajer of MOS devices / C.W. Gwin // J.Appl.Phys. – 1969. – Vol. 40, Iss. 12. – P. 4886-4892
  23. Павлик Б.В. Еволюція заряду в діелектрику на межі поділу Bi-Si-Al стимульована дією радіації / Б.В. Павлик, А.С. Грипа, Д.П. Слободзян [та ін.] // Теоретична електротехніка. – 2009. – Вип. 60. – С. 156–162.
  24. Pavlyk B. Radiation-stimulated changes in the characteristics of surface-barrier Al-Si-Bi structures with different concentrations of dislocations at the crystal surface / B. Pavlyk, M. Kushlyk, D. Slobodzyan [et al.] // Acta mechanica et automatica. – 2018. – Vol.12, No1. – P. 72 – 77.
  25. 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.
  26. Zhang X. Effect of magnetic field on the nanohardness of monocrystalline silicon and its mechanism/ X. Zhang, Z.P. Cai // JETP Lett. – 2018. – Vol. 108. – P. 23–29.
  27. Pavlyk B.V. Magnetically stimulated changes in the electrophysical properties of the near-surface silicon layer / B.V. Pavlyk, D.P. Slobodzyan, R.M. Lys [et al.] // Journal of Physical Studies – 2020. – Vol.24, No.3. – P. 3702-1-3702-5.
  28. Кулініч О.А. Дослідження приповерхневих шарів кремнію при його окисленні / О.А. Кулініч, М.А. Глауберман // ФХТТ. – 2005. – Т.6, №1. – С. 65-67.
  29. Макара В.А. Вплив магнітної обробки на мікротвердість та структуру приповерхневих шарів кристалів кремнію / В.А. Макара, М.О. Васильєв, Л.П. Стебленко [та ін.] // ФХТТ. – 2009. – Т.10, №1. – С. 193-198.




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/eli.20.8

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.