Wyznaczanie koncentracji centrów defektowych w półprzewodnikach wysokorezystywnych na podstawie prążków widmowych Laplace'a otrzymywanych w wyniku analizy relaksacyjnych przebiegów fotoprądu

• Autorzy: Kozłowski R. , Kamiński P. , Żelazko J.

Warianty tytułu

EN

Determining defect center concentration in high-resistivity semiconductors from the Laplace spectral fringes obtained by the analysis of the photocurrent relaxation waveforms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono procedurę wyznaczania koncentracji centrów defektowych w półprzewodnikach wysokorezystywnych na podstawie prążków widmowych Laplace'a otrzymywanych w wyniku analizy relaksacyjnych przebiegów fotoprądu. Stwierdzono, że intensywność prążka Laplace'a jest proporcjonalna do amplitudy składowej wykładniczej przebiegu relaksacyjnego związanej z termiczną emisją nośników ładunku z centrów defektowych o określonych właściwościach. Nową procedurę wykorzystano do określenia koncentracji wybranych radiacyjnych centrów defektowych w krzemowej warstwie epitaksjalnej napromieniowanej dawką protonów równą 1,7 x 10¹⁶ cm^-2, a także w objętościowym monokrysztale krzemu, otrzymanym metodą Czochralskiego w polu magnetycznym (MCz Si), napromieniowanym różnymi dawkami wysokoenergetycznych neutronów. Stwierdzono, że koncentracja radiacyjnych pułapek TX1 (69 meV), identyfikowanych z kompleksami C_iC_s w krzemowej warstwie epitaksjalnej wynosi 2,5 x 10¹⁵ cm^-3. Koncentracja pułapek TA6 (410 meV) identyfikowanych z lukami podwójnymi V₂ (-/O) w MCz Si napromieniowanym dawkami neutronów 3 x 10¹⁵ cm^-2 i 1 x 10¹⁶ cm^-2 wynosi odpowiednio 4,0 x 10¹⁴ cm^-2 i 5,5 x 10¹⁴ cm^-3.

EN

A new procedure for determining the defect center concentration from the Laplace spectral fringes, obtained as a result of analysis of the photocurrent waveforms, has been developed. It was found that the intensity of a Laplace spectral fringe is proportional to the amplitude of the exponential component of the relaxation waveform related to the thermal emission of charge carriers from a defect center with the given properties. The procedure is exemplified by the determination of the concentrations of selected radiation defect centers in an epitaxial layer of Si irradiated with a proton fluence of 1,7 x 10¹⁶ cm^-2, as well as in samples of MCz Si irradiated with high energy neutrons. It was found that in the epitaxial layer, the concentration of the TX1 (69 meV) trap attributed to the C_iC_s complex is 2.5 x 10¹⁵ cm^-3. In the latter material, the concentrations of the TA6 (410 meV) trap, identified with divacancies V₂ (-/O), were found to be 4 x 10¹⁴ and 5.5 x 10¹⁴ cm^-3 for the fluences of 3 x 10¹⁵ and 1 x 10¹⁶ cm^-2, respectively.

Słowa kluczowe

PL

HRPITS; radiacyjne centrum defektowe; Si; procedura Laplace'a

EN

HRPITS; radiation defect centres; Si; Laplace procedure

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 40, nr 1
• Strony: 19--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kozłowski R.

autor

Kamiński P.

autor

Żelazko J.

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

Bibliografia

• [1] Pawłowski M., Kamiński R, Kozłowski R., Jankowski S., Wierzbowski M.: Intelligent measuring system for characterisation of defect centres in semi-insulating materials by photoinduced transient spectroscopy, Metrology and Measurements Systems, XII, 2, 207, (2005)
• [2] Żelazko J., Pawłowski M., Kamiński P, Kozłowski R., Miczuga M.: Zastosowanie graficznego środowiska programistycznego w niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej o dużej rozdzielczości, Przegląd Elektrotechniczny, 84, 5, 305-308, (2008)
• [3] Rieger W., Dimitrov R., Brunner D., Rohrer E., Ambacher O., Stutzmann M.: Defect-related optical transitions in GaN, Phys. Rev. B, 54, 17596-17602, (1996)
• [4] Kozłowski R.: Wyznaczanie czasu życia nośników ładunku i poziomów rekombinacyjnych w materiałach wysokorezystywnych poprzez pomiar temperaturowej zależności fotoprądu, Materiały Elektroniczne, 28, 1/2, 5-17, (2000)
• [5] Pawłowski M.: Obrazowanie struktury defektowej materiałów pólizolujących z wykorzystaniem niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej, Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej, 2007
• [6] Blondeel B., Clauws P.: Photoinduced current transient spectroscopy of deep defects in n-type ultrapure germanium, J. Appl. Phys., 86, 940-945, (1999)
• [7] Brasil Maria J.S.P., Motisuke P.: Deep center characterization by photo-induced transient spectroscopy, J. Appl. Phys. 68, 3370-3376, (1990)
• [8] Provencher S., CONTIN: A generał purpose program for inverting noisy linear algebraic and integral equations, Comp. Phys. Comm. 21, 229-242, (1982)
• [9] Gaubas E., Kadys A., Uleckas A., and Vaitkus J.: Investigation of fluence-dependent lifetime variations in proton and neutron highly irradiated Si, 10th RD50 - Workshop on Radiation hard semiconductor devices for very high luminosity colliders, Vilnius, Lithuania, 2-6 June, 2007
• [10] Kamiński P, Kozłowski R., Żelazko J.: Characterization of radiation defect centers in neutron irradiated Siusing inverse Laplace transformation to analysis of photocurrent relaxation waveforms, Official Proceedings of Microtherm 2011, 64-69, Technical University of Lodz, Department of Semiconductor and Optoelectronics Devices.
• [11] Kozłowski R., Kamiński P. Nossarzewska-Orłowska E.: High-resolution photoinduced transient spectroscopy of neutron irradiated bulk silicon, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A, 476/3, 639-644, (2002)
• [12] Surma B., Kamiński P., Wnuk A., Kozłowski R.: Optical studies of defect centers formed in MCz-Si and FZ-Si by high fluence neutron irradiation, 17th RD50 Workshop, CERN, Genewa, 17-19 November 2010
• [13] Myers S.M., Cooper P. J., and Wampler W. R.: Model of defect reactions and the influence of clustering in pulse-neutron-irradiated Si, J. Appl. Phys. 104, 044507, (2008)
• [14] 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 clasters with a tetravacancy Core, Semiconductors, 36, 10, 114-1122, (2002)
• [15] Davies G., Hayama S., Murin L., Krause-Rehberg R., Bondarenko V, Sengupta A., Davia C., Karpenko A.: Radiation damage in silicon exposed to high-energy protons, Phys. Rev. B, 73, 165202, (2006)
• [16] Bleka J.H., Murin L., Monakhov E.V., Avset B.S., Svenson B.G.: On the identity of a crucial defect contributing to leakage current in silicon particle detectors, App. Phys. Lett, 92 (7), 132102, (2008)
• [17] Vines L., Monakhov E.V., Jensen J., Kuznetsov A.Yu., Svensson B.G.: Formation and annealing behavior of prominent point defects in MeV ion implanted n-type epitaxial Si, Mat. Sc. Eng. B, 177, 159-160, (2009)
• [18] Fleming R. M., Seager C. H, Lang D. V, Cooper P. J., Bielejec E., Campbell J. M.: Effects of clustering on the properties of defects in neutron irradiated silicon, J. Appl. Phys., 102, 043711, (2007)
• [19] Sze S. M.: Physics of semiconductor devices, John Wiley and Sons, N.Y., 1981
• [20] Jellison, Jr., G. E., Modine F. A.: Optical absorption of silicon between 1.6 and 4.7 eV at elevated temperatures, Appl. Phys. Lett., 41(2), 180-182, (1982)