Методы исследования примесных неоднородностей

Примесные неоднородности

Получение однородно легированных полупроводников.

Причины образования примесных неоднородностей можно подразделить на:

1. Фундаментальные, связанные с особенностями фазовых взаимодействий в системе полупроводник-примесь.

2. Аппаратурно-технологические, связанные с конкретными условиями проведения процесса.

Примесные неоднородности могут быть классифицированы:

По форме нахождения легирующей примеси в кристалле.

1. Неоднородное распределение примеси в пределах твёрдого раствора полупроводник-примесь. Наблюдается однозначная связь между неоднородным распределением примеси и свойствами полупроводникового материала. Это гомогенная система, где нет границ раздела.

2. Включение и внедрение других фаз – это гетерогенная система; где имеются чёткие границы между участками вторичной фазы и основной матрицей.

Включения вторичных фаз могут образовываться по нескольким механизмам:

· на этапе роста кристалла из-за нарушения планарности фронта кристаллизации. В результате этого происходит механический захват капель расплава с последующей кристаллизацией этих капель в уже образовавшейся матрице;

· на этапе охлаждения кристалла при высоких уровнях легирования вследствие пересыщения твёрдого раствора примесью из-за ретроградности ее солидуса. В этом случае образуются когерентные зародыши новой фазы, представляющие собой предзародыши выделений второй фазы. Однако в этом случае чёткой границы раздела между фазами не наблюдается и всё происходит в пределах упругих искажений кристаллической решётки. При этом нарушается однозначная связь между концентрацией введенной примеси и физическими свойствами полупроводникового материала. Хотя включения и выделения вторичных фаз непосредственного влияния на свойства материала не оказывают, однако их наличие серьёзно нарушает структурное совершенство и таким образом косвенно влияет на свойства кристаллов.

По характеру распределения легирующей примеси в объёме монокристалла.

Неоднородности подразделяются на:

1. Макронеоднородности, проявляющиеся в пределах всего объёма кристалла;

2. Микронеоднородности, проявляющиеся в локальных микроскопических центрах.

Методы исследования примесных неоднородностей могут быть подразделены на:

1. Прямые – заключаются в непосредственном измерении концентрации легирующей примеси: (метод радиоактивных индикаторов, масспектрометрия вторичных ионов (МСВИ), локальный рентгено-структурный анализ, Оже-спектроскопия).

Выбор метода зависит от решаемой задачи, так как локальность обратно пропорциональна чувствительности.

Достоинство прямых методов исследования это – возможность непосредственного определения концентрации примеси с высокой точностью.

Недостаток прямых методов исследования это – отсутствие информации о конкретной форме нахождения примеси в кристалле.

2. Косвенные – основаны на зависимости физических свойств полупроводникового материала от содержания в нём примеси.

· Во-первых это электрофизические и оптические измерения (исследования удельного сопротивления, термо-ЭДС, эффекта Холла, спектров оптического пропускания и отражения, фото- и катодолюминесценции).

Достоинство – высокая чувствительность.

Недостатки: отсутствие однозначной связи между измеренным свойством и концентрацией примеси, а также эти методы не всегда дают информацию о конкретной форме нахождения примеси в кристалле.

· Во-вторых, это исследования структуры полупроводникового материала, включающие в себя изучение нарушения периодичности кристаллической решётки, обусловленное неравномерным вхождением примеси в кристалл (рентгено- и электронография, рентгенодифракционные исследования, ИК-микроскопия, метод фотоупругости в поляризованном ИК-излучении и т.д.).

Достоинство – определение конкретной формы нахождения атомов примеси в кристаллической решётке.

· В-третьих – это металлографические исследования, основанные на избирательном воздействии на полупроводниковый материал, содержащем примесные неоднородности (избирательное травление).

Достоинство – экспрессность и простота.

Недостаток – получение качественной, а не количественной картины.

Дата добавления: 2014-01-07