快中子辐照直拉硅的电学性能及辐照缺陷研究

摘要

本文通过Hall、四探针、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和正电子湮没谱(PAS)技术研究了由快中子辐照在硅中引入的辐照缺陷及其对硅电学性能的影响。 实验结果表明辐照缺陷是电子有效陷阱，大部分处于受主态，导致n型硅导电类型的变化。450℃和600℃热处理分别出现具有受主态的缺陷，导致硅中载流子浓度的变化；650℃预处理后辐照抑制热施主的形成；1200℃RTPAr气氛下预处理，辐照样品的热施主形成速率与未辐照样品一样，但热施主总量会随辐照剂量的增加而减小；N2气氛下RTP预处理，抑制未辐照硅的热施主形成。 无氧硅中双空位在热处理过程中通过相互连接形成链状而使红外吸收信号消失，提高退火温度，双空位之间会相互结合形成三维的四空位型缺陷而使正电子谱中双空位寿命消失。硅中有氧存在时，双空位则通过捕获Oi和VO形成V2O、V3O而消失，由于V3O有与双空位相同的正电子寿命，使正电子湮没谱中V2消失的温度要比IR吸收谱中高。 经快中子辐照后，直拉硅中间隙氧含量快速下降，并且间隙氧浓度的降低在辐照开始为最大，随辐照剂量增加到6×1018n/cm2，这种减少速度迅速降低。VO在200℃热处理因捕获V和Oi消失，并且在低剂量的样品中主要是以捕获Oi为主要的缺陷转变形式，而在高剂量样品中捕获V成为主要的缺陷转变形式。 CZ-Si在较低剂量(5×1017n/cm2)的快中子辐照下，通过300～500℃热处理在FTIR光谱中有919.6cm-1和1006cm-1两个吸收峰伴随VO2(889cm-1)而出现，认为这两个IR吸收峰是VO2的一种亚稳态缺陷形式(O-V-O)引起的，是VO(A中心)与次临近的一个间隙氧原子(Oi)相互作用而形成的，在300℃延长退火时间或升高退火温度至450℃，都会使(O-V-O)转变为稳态VO2。辐照剂量在1019数量级时，由于大量的单空位的存在，退火后会抑制VO2的形成。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1引言

§1-2硅中的氧及其施主效应

1-2-1硅中氧的基本性质

1-2-2硅中氧的施主效应

1-2-3硅中氧的扩散

§1-3半导体中的辐照缺陷

1-3-1辐照缺陷产生的机理

1-3-2位移损伤缺陷的性质

§1-4位移损伤缺陷对硅宏观电学参数的影响

1-4-1点缺陷的电荷复合模型

1-4-2缺陷团的空间电荷模型

§1-5辐照对氧的影响及其对缺陷的控制与利用

1-5-1辐照对氧沉淀的影响

1-5-2辐照对硅中氧扩散的影响

1-5-3直拉硅中辐照缺陷的控制与利用

§1-6本文工作主要研究内容

参考文献

第二章快中子辐照直拉硅的电学性能研究

§2-1引言

§2-2实验过程

§2-3实验结果与讨论

2-3-1不同温度热处理后电阻率的变化

2-3-2 650℃预处理对热施主生成的影响

2-3-3 1200℃ RTP预处理对热施主生成的影响

§2-4小结

参考文献

第三章快中子辐照直拉硅中VO的研究

§3-1引言

§3-2实验过程

§3-3实验结果与讨论

3-3-1快中子辐照CZ-Si的FTIR研究

3-3-2低温热处理辐照缺陷VO的转化

3-3-3不同剂量快中子辐照对VO退火行为的影响

3-3-4快中子辐照CZ-Si的PAS研究

§3-4小结

参考文献

第四章快中子辐照直拉硅中VO2的研究

§4-1引言

§4-2样品及实验方法

§4-3实验结果与讨论

4-3-1 VO2复合体的退火行为研究

4-3-2高剂量快中子辐照对VO2的抑制

§4-4小结

参考文献

第五章快中子辐照硅中V2的退火行为研究

§5-1引言

§5-2样品与实验过程

§5-3结果与讨论

5-3-1快中子辐照区熔硅中V2的退火行为研究

5-3-2快中子辐照直拉硅中V2的退火行为研究

§5-4小结

参考文献

第六章结论

致谢

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果