Сделаны выводы о влиянии анализирующего пучка ионов гелия на структуру кристаллов арсенида галлия в зависимости от температуры среды. Даны рекомендации, которые следует учитывать при изучении кристаллов GaAs с применением метода обратного рассеяния

Ташлыков, Игорь Серафимович

Belarusian State Pedagogical University Repository

А К А Д Е М И Я  Н А У К  С С С РПОВЕРХНОСТЬФИЗИКА, ХИМИЯ, МЕХАНИКА( О Т Д Е Л Ь Н Ы Й  О Т Т И С К )3МОСКВА 1 9 8 5РЕПОЗИТОРИЙ БГПУПОВЕРХНОСТЬ. Физика, химия, механика 3 •  1985УДК 539.107.6:539.12.04ВОЗДЕЙСТВИЕ ПУЧКОВ АНАЛИЗИРУЮЩИХ ИОНОВ ГЕЛИЯ НА СТРУКТУРУ КРИСТАЛЛОВ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯТашлыков И. С.Из ядерно-физических методов исследований, которые принято назы­вать недеструктивными, наиболее широко применяется в настоящее время метод обратного рассеяния каналированных ионов. Среди важных аспектов приложения метода — анализ качества и совершенства кристаллов, опре­деление типов дефектов и построение профилей их распределения, лока­лизации дефектов, а также атома примеси в элементарной ячейке и др. Во всех указанных исследованиях выполняется процедура ориентирования кристаллов.Как ориентирование кристаллов, так и последующее их исследование сопровождаются набором определенных доз анализирующих ионов, вели­чины которых в некоторых экспериментах могут достигать высоких зна­чений, поэтому несмотря на то что пробеги анализирующих ионов, а сле­довательно глубина залегания производимых ими в результате упругих столкновений дефектов, могут в десятки, а при каналировании в сотни раз превышать толщины изучаемых с применением метода ОРКИ слоев, все же необходимо иметь сведения о возможной повреждаемости структу­ры объектов исследования в процессе снятия спектров обратного рассеяния.Имеющиеся данные по указанным вопросам весьма ограничены. В частности, в работе [1] отмечено, что при исследовании металлов (А1) с использованием ионов 4Не+ (2 МэВ) в условиях комнатных температур не наблюдается каких-либо заметных изменений в осевых спектрах обрат­ного рассеяния до доз анализирующих ионов порядка сотен Ф0, где Ф0=  =  1 мкКи/мм2 или ~6-1014 ион/см2 — типичная в экспериментах такого рода (одноосевое согласование) доза анализирующих ионов при снятии одного спектра. В то же время в изоляторах, где вклад в потери энергии ускорен­ных частиц в результате торможения на электронах может превышать потери энергии на процессы ядерных столкновений, влиянием ионов ана­лизирующего пучка на совершенство мишени пренебречь нельзя. Так, ав­торами работы [2] показано, что насыщение дефектами типа F -центров при анализе кристаллов NaCl с применением ионов гелия с энергией по­рядка мегаэлектронвольт (случайные спектры) достигается уже при дозе 1014 см-2. При каналировании же число дефектов на сравниваемой глубине уменьшается в ~10  раз. Авторами работы [2] также отмечено, что в слу­чае анализа с применением протонов различие в повреждении NaCl при анализе в разных направлениях еще более высокое.В настоящей работе изучено воздействие на структуру полупроводни­ковых кристаллов GaAs пучков собственных анализирующих ионов гелия с Е = 1 МэВ в интервале доз от 6-1014 до 6-1016 см“2. Исследование выпол­няли как при облучении кристаллов в осевом (111), так и в случайном направлениях в условиях комнатной и низкой (40 К) температур. Спектры обратного рассеяния снимали последовательно по мере увеличения дозы ионов.Некоторые из (111)-спектров обратного рассеяния, полученных при изучении низкотемпературного облучения GaAs в направлении оси, пред­ставлены на рис. 1. Следует отметить, что при 40 К в случае облучения81РЕПОЗИТОРИЙ БГПУGaAs даже вдоль оси уже при средних значениях доз ионов гелия заметно повышение выхода осевых спектров. При этом увеличивается также и пло­щадь приповерхностного пика. Растет скорость деканалирования анали­зирующих ионов с глубиной по мере увеличения дозы облучения.Проведен анализ изменения %min (отношение величины осевого выхода к величине выхода, получаемого от случайно ориентированного кристалла) с дозой как показателя совершенства структуры GaAs. На рис. 2 показаны экспериментально полученные кривые зависимостей %min от интегрального потока Не+ при обеих температурах воздействия. При облучении GaAsкНомер к а н а л а  Рис. 1До за ,  см'Рис. 2Рис. 1. (111)-осевые спектры обратного рассеяния ионов гелия с Е0= 1 МэВ от кри­сталла GaAs, Т =40 К. 1 -  исходный кристалл (Фне+=6*1014 см-2 ); облученный в (111)-осевом направлении дозой 6,5* 1015 - 2, 2,2* 1016 -  3, 2,6-1016 см-2 -  4Рис. 2. Дозовая зависимость Xmin для (111)-осевых спектров обратного рассеяния ионов гелия от кристаллов GaAs облученных при 40 К вдоль оси — i,  в случайном направлении — 2; при ГКОмн вдоль оси -  3, в случайном направлении — 4вдоль оси в условиях Ткоми значение Xmin практически не меняется в ис­следованном интервале доз ионов Не. Если облучение выполняется в слу­чайном направлении, то установлено линейное повышение %mln от 3,8 до 5,0% при изменении дозы от 6-1014 до 4-1016 см"2 (кривая 4 на рис. 2).Зависимости %min от интегрального потока ионов Не имеют качественно иной характер при низкотемпературном облучении GaAs ионами гелия. При осевом облучении в первом приближении линейный рост %mln от 2 до 3,2% наблюдается в интервале доз ионов Не от 6-1014 до 1,1 -1016 см-2. С дальнейшим ростом дозы происходит резкое увеличение %тт, достигаю­щего значения 8,4% при Ф=6*1016 см-2 (кривая 1 на рис. 2). Процессы, приводящие к резкому росту %min с дозой, проявляются при меньших ин­тегральных потоках Не+, если облучение выполняется в случайном на­правлении. В этом случае «критическая» доза составляет 4,5-1015 см-2. Значение изменяется от 2,5% при критической дозе до ~10%  при Ф = =5• 1016 см-2 (кривая 2 на рис. 2).Столь значительные различия в характере изменения %min при различ­ных условиях облучения GaAs ионами Не с Е = \  МэВ связаны в основном с влиянием температуры на поведение генерируемых под облучением де­фектов. По-видимому, комнатная температура достаточна для отжига ра­диационных дефектов. Некоторое повышение значений %min при случайном направлении облучения вызвано большим числом генерируемых дефектов по сравнению с осевым. При низкотемпературном облучении отжиг дефек­тов затруднен, так как при 40 К миграционные процессы в полупроводни­82РЕПОЗИТОРИЙ БГПУках практически заморожены. Вместе с тем нелинейность роста %min с дозой при 40 К свидетельствует о протекании сложных процессов пере­стройки радиационных нарушений, происходящих в кристаллах, по-види­мому, во время облучения (т. е. процессы перестройки стимулируются самим облучением). И в этом случае сдвиг начала процессов перестройки дефектов в интервале более низких доз при облучении в случайном на­правлении также связан с тем, что при указанном облучении скорость генерации нарушений выше, чем при осевом облучении.Выводы. Экспериментальные результаты, приведенные в настоящей ра­боте, позволяют сделать несколько выводов и рекомендаций, которые сле­дует учитывать при изучении кристаллов GaAs с применением метода обратного рассеяния. Если исследование выполняется при комнатных тем­пературах, то анализирующий пучок ионов гелия, направленный на кри­сталл как в осевом, так и в случайном направлениях в изученном интерва­ле доз до —100 Ф0? не будет каким-либо заметным образом влиять на со­вершенство структуры анализируемого слоя, так как большинство созда­ваемых им элементарных дефектов, обладая достаточно высокой подвиж­ностью в этих условиях, отжигаются. При проведении низкотемпературных экспериментов (40 К) лишь до доз ~ ( 3 —4) * 1015 Не+/см2 можно пренебре­гать влиянием пучка ионов на структуру исследуемых кристаллов GaAs, поэтому можно рекомендовать, во-первых, снятие исходных осевых спект­ров обратного рассеяния выполнять лишь на тех участках кристалла, ко­торые не использовались при ориентировании, и, во-вторых, случайные спектры обратного рассеяния снимать только после снятия осевых спектров.ЛИТЕРАТУРА1. In: Material analysis by ion channeling/Eds. Feldman L. C., Mayer J. W., Picra-ux S. T. N. Y.: Acad. Press, 1982, p. 208.2. Price P. B., Kelly J. C. In: Atomic collisions in solids/Eds. Datz S., Appleton B. R.,Moak G. D. N. Y.: Plenum Press, 1975, v. 2, p. 669.Научно-исследовательский институт Поступила в редакциюприкладных физических проблем 11.VII.1983Белорусского государственного Окончательный вариант полученуниверситета, Минск 17.XI.1983INFLUENCE OF He-ANALYSIS BEAM ON GaAs STRUCTURETashlykov / .  S.1 MeV 4He analysis beam-induced damage has been studied for GaAs (111) crystals. At low temperature (40 K) analysis of GaAs using 4He ion beam, an upper limit of 4He+ doses is estimated to be about 3 to 4-1015 cm-2. At room temperature analysis the influence of the analysing beam on the GaAs structure is negligible.83РЕПОЗИТОРИЙ БГПУ

Воздействие пучков анализирующих ионов гелия на структуру кристаллов арсенида галлия

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Belarusian State Pedagogical University Repository