Głębokie centra defektowe w krzemie o bardzo wysokiej rezystywności

• Autorzy: Kamiński P. , Kozłowski R. , Krupka J. , Kozubal M. , Wodzyński M. , Żelazko J.

Warianty tytułu

EN

Deep defect centers in ultra-high-resistivity FZ silicon

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono unikatowe wyniki badań rozkładu rezystywności oraz rozkładu właściwości i koncentracji centrów defektowych na płytce krzemowej o promieniu R = 75 mm, pochodzącej z monokryształu o bardzo wysokiej czystości otrzymanego metodą FZ. Do określenia właściwości i koncentracji centrów defektowych zastosowano metodę niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej o wysokiej rozdzielczości (HRPITS). Do wyznaczania stałych czasowych składowych wykładniczych relaksacyjnych przebiegów fotoprądu, zmierzonych w zakresie temperatur 250 – 320 K wykorzystano procedurę numeryczną opartą na odwrotnym przekształceniu Laplace’a. W obszarze środkowym płytki o rezystywności ~ 6,0×10⁴ Ωcm, wykryto trzy rodzaje pułapek charakteryzujących się energią aktywacji 420 meV, 460 meV i 480 meV. W obszarze brzegowym płytki, którego rezystywność wynosiła ~ 3,0×10⁴ Ωcm, oprócz pułapek występujących w obszarze środkowym wykryto pułapki o energii aktywacji 545 meV, których koncentracja wynosiła ~ 4,0×10⁹ cm^-3. Pułapki o energii aktywacji 420 meV i 545 meV przypisano odpowiednio lukom podwójnym (V₂^-/0) i agregatom złożonym z pięciu luk (V₅^-/0). Pułapki o energii aktywacji 460 meV są prawdopodobnie związane z lukami potrójnymi (V₃^-/0) lub atomami Ni, zaś pułapki o energii aktywacji 480 meV mogą być przypisane zarówno agregatom złożonym z czterech luk (V₄^-/0), jak i atomom Fe w położeniach międzywęzłowych.

EN

The paper presents the unique results of the resistivity distribution and the distribution of the properties and concentrations of defect centers on a silicon wafer with a radius of R = 75 mm originating from a high-purity FZ single crystal. The electronic properties and concentrations of the defect centers have been studied by high resolution photoinduced transient spectroscopy (HRPITS). To determine the time constants of the exponential components in the photocurrent relaxation waveforms measured in the temperature range of 250 - 320 K we have used an advanced numerical procedure based on the inverse Laplace transformation. In the wafer central region, with the resistivity of ~ 6,0×10⁴ Ωcm, three traps with the activation energies of 420 meV, 460 meV and 480 meV have been found. In the near edge-region of the wafer, with the resistivity of ~ 3.0 × 10⁴ Ωcm, apart from the traps present in the central region, a trap with the activation energy of 545 meV has been detected and the concentration of this trap is ~ 4,0×10⁹ cm^-3. The traps with the activation energies of 420 meV and 545 meV are assigned to a divacancy (V₂^-/0) and a pentavacancy (V₅^-/0), respectively. The trap with the activation energy of 460 meV is likely to be associated with a trivacancy (V₃^-/0) or a Ni atom, and the trap with the activation energy of 480 meV can be tentatively assigned to a tetravacancy or an interstitial Fe atom.

Słowa kluczowe

PL

głębokie centra defektowe; HRPITS; krzem o bardzo wysokiej rezystywności

EN

deep defect centers; HRPITS; ultra-high-resistivity silicon

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 42, nr 4
• Strony: 16--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kamiński P.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Kozłowski R.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Krupka J.

• Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Politechnika Warszawska ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa

autor

Kozubal M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Wodzyński M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

autor

Żelazko J.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01 - 919 Warszawa

Bibliografia

• [1] Ciszek T. F., Wang T. H.: Silicon defect and impurity studies using float-zone crystal growth as a tool, J. Crystal Growth, 2002, 237 – 239, 1685 – 1691
• [2] Han D. J., Batignani G., Guerra., A. Del.: Supergain transistors on hig-purity float-zone silicon substrate, Appl. Phys. Lett., 2003, 83, 1450 - 1452
• [3] Tsuya H.: Present status and prospect of Si wafers for ultra large scale integration, Jpn. J. Appl. Phys., 2004, 43, 4055 - 4067
• [4] Plewa D., Kozłowski R., Kamiński P.: Dyfuzja niklu w procesie wzrostu krzemowych warstw epitaksjalnych, Materiały Elektroniczne, 1994, 22, 4, 4 - 18
• [5] Plewa D., Kozłowski R., Kamiński P.: Głębokie centra defektowe w krzemowych warstwach epitaksjalnych zanieczyszczonych żelazem, Materiały Elektroniczne, 1995, 23, 1, 5 - 18
• [6] Kaminski P., Kozlowski R., Jeleński A., Mchedlidze T., Suezawa M.: High-resolution photoinduced transie nt spectroscopy of electrically active iron-related defects in electron irradiated high-resistivity silicon, Jpn. J. Appl. Phys., 2003, 42, 5415 - 5419
• [7] Hastings J. L., Estreicher, S. K., Fedders P. A.: Vacancy aggregates in silicon, Phys. Rev. B, 1997, 56, 10215 - 10220
• [8] Nakamura K., Saishoji T., Tomioka J.: Grown-in defects in silicon crystals, J. Cryst. Growth, 2002, 237 - 239, 1678 - 1684
• [9] Makhov D.V. and Lewis L. J.: Stable fourfold configurations for small vacancy clusters in silicon from ab initio calculations, Phys. Rev. Lett., 2004, 92, 255504 (1 - 4)
• [10] Kaminski P., Kozlowski R., Strzelecka S., Pawłowski M., Wegner E., Piersa M.: High-resolution photoinduced transient spectroscopy of defect centres in semi-insulating InP obtained by iron diffusion, Mat. Sci. in Semiconductor. Processing, 2006, 9, 384 - 389
• [11] Kamiński P., Kozłowski R., Strzelecka S., Hruban A., Jurkiewicz-Wegner E., Piersa M., Pawłowski M., and Suproniuk M.: Tailoring the electrical properties of undoped GaP, Solid State Phenomena, 2011, 178 - 179, 410 - 415
• [12] Kamiński P., Kozłowski R., Kozubal M., Żelazko J.: Photoinduced transient spectroscopy of defect centers in GaN and SiC, Semiconductors, 2007, 41, (4), 414 - 420
• [13] Kozlowski R., Kaminski P., Surma B., Żelazko J., Pawłowski M.: Optymalizacja odpornych na radiację detektorów krzemowych dla akceleratorów zderzeniowych S-LHC, Sprawozdanie merytoryczne z wykonania projektu badawczego specjalnego Nr: CERN/15/2007, ITME, Warszawa 2009
• [14] Kozłowski. R., Kamiński P., Surma B. H., Żelazko J.: Zobrazowanie radiacyjnej struktury defektowej krzemowych detektorów cząstek dla akceleratorów zderzeniowych S-LHC, Sprawozdanie merytoryczne z wykonania projektu badawczego specjalnego, Nr 655/N-CERN/2010/0, ITME, Warszawa 2013
• [15] Krupka J., Karcz W., Avdeyev S.P., Kamiński P., Kozłowski R.: Electrical properties of deuteron irradiated high resistivity silicon, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B., 2014, 325, 107 - 114
• [16] Simoen E., de Backker K., Claeys C., Clauws P.: Deep-level transient spectroscopy of detector-grade high-resistivity float-zone silicon, J. Electron. Mat., 1992, 21, (5), 533 - 541
• [17] Krupka J., Breeze J., Centeno A., Alford N., Claussen T. and Jensen L.: Measurements of permittivity, dielectric loss tangent, and resistivity of float-zone silicon at microwave frequencies, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2006, 54, (11), 3995 - 4001
• [18] Pawłowski M., Kamiński P., Kozłowski R., Kozubal M., Żelazko J.: Obrazowanie struktury defektowej kryształów półizolującego GaAs poprzez analizę relaksacyjnych przebiegów fotoprądu z zastosowaniem odwrotnego przekształcenia Laplace’a, Materiały Elektroniczne, 2006, 34, 1/2, 48 - 75
• [19] Kozłowski R., Kamiński P., Żelazko J.: Wyznaczanie koncentracji centrów defektowych w półprzewodnikach wysokorezystywnych na podstawie prążków widmowych Laplace’a otrzymywanych w wyniku relaksacyjnych przebiegów fotoprądu, Materiały Elektroniczne, 2012, 40, 1, 19 - 33
• [20] Provencher S.: CONTIN: A general purpose program for inverting noisy linear algebraic and integral equations, Comp. Phys. Comm., 1982, 27, 229 - 242
• [21] Menzel R.: Growth conditions for large diameter FZ Si single crystals, Ph. D. Thesis, Berlin Technical University, Germany, October 2012
• [22] Abe T.: Generation and annihilation of point defects by doping impurities during FZ silicon crystal growth, J. Cryst. Growth, 2011, 334, 4 - 15
• [23] Viscor P., Andersen O., Clausen T., Ellsmore P., Jensen L.: Vacancy-phosphorus defect complex in As-grown, ultra-pure, float zone single crystal silicon, ECS Transactions, 2008, 16, (6), 109 - 120
• [24] Wang Z.: Modelling microdefects formation in crystalline silicon: the roles of point defects and oxygen, Ph. D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, USA, December 2002.
• [25] Voronkov V., Falster R.: Intrinsic point defects and impurities in silicon crystal growth, J. Electrochem. Soc., 2002, 149, (3), G167 - G174
• [26] Ali A., Iqbal M. Z., Baber N. and Gill A. A.: Bleaching of the interstitial iron donor in silicon by transition metal impurities, Semicond. Sci. Technol., 1996, 11, 129 – 132
• [27] Kamiński P.: Identyfikacja centrów generacyjno- -rekombinacyjnych w epitaksjalnych warstwach Si, Sprawozdanie z realizacji projektu badawczego Nr 803379101, ITME, Warszawa 1994.
• [28] Monakhov E. V., Avset B. S., Hallen A., and Svensson B. G.: Formation of a double acceptor center during divacancy annealing in low-doped high-purity oxygenated Si, Phys. Rev. B, 2002, 65, 233207 (1 - 4)
• [29] Markevich V. P., Peaker A. R., Lastovskii S. B., Murin L. I., Coutinho J., Torres V. J. B., Briddon P. R., Dobaczewski L., Monakhov E. V., Svensson B. G.: Trivacancy and trivacancy-oxygen complexes in silicon: Experiments and ab initio modeling, Phys. Rev. B, 2009, 65, 235207 (1 - 7)
• [30] Pintilie I., Fretwurst E., Lindstrom G., Sthal J.: Close to midgap trapping level in 60Co gamma irradiated silicon detectors, Appl. Phys. Lett., 2002, 81, 165 - 167
• [31] Ermolov P. F., Karmanov D. E.,. Leflat A. K, Manankov V. M., Merkin M. M., and Shabalina E. K.: Neutron irradiation-induced effects caused by divacancy clusters with a tetravacancy core in float-zone silicon, Semiconductors, 2002, 36 (10), 1114 – 1122
• [32] Lee Y-H., Corbett J. W.: EPR study of defects in neutron-irradiated silicon : Quenched-in alignment under <110>-uniaxial stress, Phys. Rev. B, 1974, 9, 4351 - 4361
• [33] Yoshida T., Kitagawara Y.: Capability of reliable bulk lifetime evaluation in high-purity Si by photoconductive decay measurement with a chemical passivation technique, Electrochemical Society Proceedings, 1996, 96 - 13, 455 - 461