Представленные в работе результаты исследования дефектообразования в GaAs, имплантированном ионами с М1 от 27 до 65 и E от 60 до 110 кэВ, показывают, что, варьируя плотностью выделяемой в упругих процессах энергии ионов, можно управлять концентрацией остаточных нарушений в арсениде галлия

Ташлыков, Игорь Серафимович

Belarusian State Pedagogical University Repository

ДОКЛАДЫАКАДЕМИИ НАУК БССРА В Т О Р С К И Й  О Т Т И С К32-Й ГОД ИЗДАНИЯ Том XXI I ,  № 41988РЕПОЗИТОРИЙ БГПУД о к л а д ы  А к а д е м и и  н а у к  Б С С Р  1988 Том XXXII № 4)УДК 539.211 : 539.188И. С. ТАШ ЛЫКОВП ОВРЕЖ ДЕНИ Е GaAs ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ С РАЗНОЙ ЭНЕРГИЕЙ(Представлено академиком АН БССР В. А. Лабуновым)Электрофизические свойства ионно-имплантированных полупровод­ников в значительной степени определяются не только видом и количе­ством вводимых добавок, но и формирующимися в них во время им­плантации радиационными дефектами [1]. Поэтому актуальным пред­ставляется поиск оптимальных, с точки зрения формирования более простых нарушений и меньших их концентраций, режимов ионно-луче­вого легирования полупроводниковых кристаллов.В экспериментах и практическом применении ионной имплантации, как правило, задаются и выдерживаются такие параметры, как энергия, доза ионов, температура мишеней. В настоящей работе обсуждается влияние энергии ускоренных ионов на повреждение структуры монокри­сталлов GaAs. С этой целью кристаллы, ориентированные по плоскостям (100) и (111), облучались при Г К0Мн ионами А1+, Р+ и Zn+ с £==60 и 110 кэВ в интервале доз от 3-1012 до 1016 ион/'см2. Эксперименты по оп­ределению концентраций дефектов в ионно-имплантированном GaAs проводились с применением резерфордовского обратного рассеяния ка- налированных ионов гелия с Е0=1 МэВ в условиях in situ.Д ля более полного понимания процессов, протекающих в GaAs при облучении, анализ повреждения структуры выполняли в рамках пред­ставлений о каскадах смещений, развивающихся в кристаллах при ион­ном внедрении [2]. Одной из наиболее информативных характеристик каскадных эффектов является плотность выделяемой в упругих столкно­вениях энергии ионов или, иначе говоря, средняя энергия атомов 0. Рас­чет значений 0 для М х от 27 до 65 и указанных выше энергий выполнен с учетом пространственного распределения потерь энергий иона вдоль трека, объемов индивидуальных и статистических каскадов, определен­ных вторыми моментами црофиля выделенной энергии [3]. Полученные значения представлены в таблице. Обращает на себя внимание нели­нейная зависимость 0 от энергии ионов. Например, при увеличении Е в ~ 1 ,8  раза средняя энергия, получаемая атомами мишени, уменьша­ется в 3—4 раза. Представляется полезным учитывать данный параметр каскадных процессов при оптимизации ионной имплантации в полупро­водники.Обсудим экспериментальные результаты о повреждении GaAs приПлотность энергии, выделенной в индивидуальном каскаде при торможении ионов в арсениде галлияИон А1+ р+ Zn+£ , кэВ 60 110 60 110 60 1100, эВ/ат 0,008 0,002 0,01 0,003 ' 0,3 0,1317РЕПОЗИТОРИЙ БГПУимплантации ионов с разной энергией. Сравнивая дозовые зависимости слоевой концентрации дефектов (Nd) (рисунок), отметим, что чем ниже 0, тем при более высоких дозах ионов создаются сравнимые концентра­ции дефектов. Такая закономерность выдерживается для обеих рассмат­риваемых энергий ионов (кривые 1— 3 и 4— 6 на рисунке). Большое раз­личие в положении по шкале доз кривых I, 4 и 2, 5, хотя 0 при имплан­тации в GaAs ионов Р+ и А1+ отличается только на 20—30%, связано с химической природой примеси (образование тройных соединений) вДозовая зависимость повреждения GaAs, имплантированного при ТКОмн ионами: 1 и 4 — А1+, 2 и 5 — Р+, 3 и 6 — Zn+ с £  =  60 и 110 кэВ соответственно. Штрихпунктирнойлинией обозначен наклон с m = lповреждении арсенида галлия [4]. Кроме того, следует отметить, что снижение значений 0 приводит к существенному уменьшению Nd в стро­го определенном для каждого иона интервале доз. Обе отмеченные зако­номерности можно объяснить более интенсивным при Г КОмн отжигом, а частично и перестройкой дефектов в процессе имплантации ионов, в ус­ловиях снижения плотности выделяемой в упругих столкновениях энер­гии.Если энергия имплантируемых ионов 110 кэВ, то с увеличением дозы ионов и накоплением дефектов в слое большей толщины (заметим, R pd составляет для ионов А1+, Р+ и Zn+ с £ = 1 1 0  кэВ 76,9; 66 и 34 нм, а с £  =  60 кэВ 42,5; 36,5 и 20,5 нм соответственно [3]) слоевая концентрация смещенных атомов превышает соответствующие значения Nd, получае­мые при энергии ионов 60 кэВ. Сигмаобразная форма кривых log (Nd) ~  ^ Ф с  наклоном на среднем участке m >  1 свидетельствует о гомогенном механизме повреждения кристаллов [5]. Поэтому характер изменения кривых 1— 6 на рисунке позволяет уверенно определить, по какому ме­ханизму происходит аморфизация GaAs, облучаемого ионами А1+, Р+ и Zn+.На основании полученных результатов можно сделать вывод: если при имплантации ионов в GaAs значения 0 по крайней мере ^ 0 ,3  эВ/ат, то аморфизация структуры кристаллов осуществляется по гомогенному \  механизму, т. е. через накопление относительно простых дефектов до критических концентраций, после чего структура коллапсирует в аморф­ную. Вместе с тем в отличие от внедрения ионов с £ = 6 0  кэВ, когда вторая стадия на дозовых зависимостях повреждения начинается при Nd = 1 0 — 15% [4], фазовые превращения в слое, нарушенном внедрени­ем ионов с £ = 1 1 0  кэВ, начинаются при низких значениях Nd, составля­ющих всего 2,5—3%, близких к значениям критических концентраций точечных дефектов, полученным при машинном моделировании струк­турных превращений [6]. Основной причиной более высоких критических концентраций дефектов, при которых начинаются фазовые превращения в GaAs, облучаемом ионами с £  =  60 кэВ, по-видимому, можно считать318РЕПОЗИТОРИЙ БГПУблизость к области развития каскадов столкновений поверхности, так юак известно [1]. что она, являясь стоком для первичных дефектов, спо­собствует релаксации упругих напряжений и, таким образом, по нашему мнению, способствует затормаживанию процессов перестройки струк­туры. И наоборот, при внедрении ионов с £ '=110 кэВ роль поверхности в процессах дефектообразования ослаблена. Так, например, в Р+, имп­лантированном GaAs, наблюдается не только «внешний» пик дефектов4 (на поверхности), но и «внутренний» на глубине R va [7].—Таким образом, для фазовой перестройки локальных объемов в амор­фное состояние достаточно малых концентраций дефектов 2,5—3%. По мере накопления разупорядоченных объемов в узком интервале доа наступает аморфизация всего имплантированного слоя, что подтвержда­ется приведенными в [7] профилями дефектов в аморфизованных кри­сталлах. Заметим, что аморфизация имплантированного слоя при энер­гии ионов 110 кэВ наступает при меньших, чем при £ = 6 0  кэВ, дозах внедренных ионов.Представленные в настоящей работе результаты исследования де­фектообразования в GaAs, имплантированном ионами с М\ от 27 до 65 i £  от 60 до 110 кэВ, показывают, что, варьируя плотностью выделяемой в упругих процессах энергии ионов, можно управлять концентрацией остаточных нарушений в арсениде галлия.SummaryThe RBS-channelling technique was used to investigate the structural damage of GaAs crystals implanted with 60 and 110 keV A1+, P +, Zn+ at fluences of 3-1012 to 1016 ion/cm2.It is found that if the deposited energy density within individual cascade does not exceed 0.3 eV/at amorphization of ion-implanted GaAs follows the homogeneous mecha­nism.Литература1. Л е г и р о в а н и е  полупроводников ионным внедрением / Под ред. В. С. Вавилова,. У М. Гусева. М., 1971.531 с. 2. T h o m p s o n  D. A ,/i/Rad. Effects. 1981. Vol. 56. \  105—150. 3. W i n t e r  b o n  К. В. Ion implantation range and energy deposition listribution. New Yor;k, 1975. Vol. 2. 341 p. 4. Д э в и с  Д ж., Т а  ш л ы к о в  И. С,  Го м п е о н  Д. А. // Физ. техн. полупр. 1982. Т. 16. С. 577—581. 5. D е n n i s J. R., Л a 1 e E. B. //■ Rad. Effects. 1976. Vol. 30. P. 219—225. 6. S a d a n a D. KLII Nucl. Instr Methods in Phys. Res. 1985. Vol. B7-8. P. 375—386. 7. T a s h l y k o t v  I. S .//N ucl. Instr. Methods. 1982. Vol. 203. N 1-3. P. 523—526.1ИИ прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко при БГУ им. В. И. ЛенинаПоступило 02.02.87РЕПОЗИТОРИЙ БГПУ

Повреждение GaAs при имплантации ионов с разной энергией

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Belarusian State Pedagogical University Repository