Структурные и электрофизические свойства сильнолегированных тонких слоев кремния на сапфире, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика
Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВАЯ ЭПИТАКСИЯ КРЕМНИЯ
УДК 621. 382
СТРУКТУРНЫЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫХ ТОНКИХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ НА САПФИРЕ, ВЫРАЩЕННЫХ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
© 2010 г. Д.А. Павлов1, С.В. Тихое1, П.А. Шиляев1, С.А. Денисов1,
В.Ю. Чалкое2, В.Г. Шенгурое2, Е.В. Короткое1, С.В. Турков1
1 Нижегородский госуниверситет им. Н. И. Лобачевского 2Научно-исследовательский физико-технический институт ННГУ им. Н.И. Лобачевского
tikhov@phys. unn. ru
Поступила в редакцию 24. 05. 2010
Выполнены измерения эффекта Холла на тонких (0. 2−2 мкм) слоях кремния на сапфире, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии при температуре подложки 600−700°С из источников кремния с различными уровнями легирования фосфором. Измерены температурные зависимости удельной поверхностной проводимости и подвижности в эффекте поля.
Ключевые слова: кремний, сапфир, подвижность, эффект поля, проводимость.
Структуры кремний на сапфире (КНС) до сих пор составляют основу радиационностойких, быстродействующих интегральных схем [1]. Кроме того, такие структуры могут быть использованы в оптоэлектронике. В связи с необходимостью совершенствования известных и создания новых, все более сложных, интегральных схем ужесточаются требования к слоям кремния на сапфире по однородности электрофизических характеристик, уровню автолегирования и концентрации донорных примесей, уменьшению влияния переходного слоя на границе кремний — сапфир. Несмотря на большое число исследований, направленных на улучшение свойств тонких слоев кремния на сапфире при выращивании их методом газофазной эпитаксии, протяженность переходной области менее 0.5 мкм достичь не удалось. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) наиболее приемлем для гетероэпитаксии КНС-структур, поскольку температуру роста в нем можно снизить до 650 °C с сохранением высокого структурного совершенства слоев и качества поверхности. Проведение электрофизических исследований в тонких нелегированных слоях затруднено из-за полного отсутствия в них квазинейтральной области. Для этих целей необходимо создание слоев с высокими уровнями легирования с концентра-
1П18 -3
цией равновесных электронов п0 ~ 10 см.
Целью данной работы было исследование электрофизических свойств сильнолегированных слоев кремния на сапфире, выращенных методом сублимационной МЛЭ.
Выращивание слоев кремния толщиной 0. 22 мкм на сапфировых подложках (1102) проводилось по методике, описанной в [2]. Поток атомов кремния и легирующей примеси формировался путем сублимации из источника, вырезанного в виде прямоугольного бруска из монокристаллов кремния, легированных фосфором до разных уровней (использовались источники из кремния марки КЭФ с удельным сопротивлением от 0.1 до 0. 005 Омсм). Перед осаждением слоев подложку отжигали при температуре 1400 °C в течение 30 минут. Осаждение слоев проводилось при температурах подложки 7^=600−700°С со скоростью 0.5 мкм/час.
Как показали исследования методом эффекта Холла, все слои имели проводимость п-типа и при толщинах а& gt-0.5 мкм, по данным электронографии на отражение, представляли собой совершенные монокристаллы (на электроно-граммах присутствовали Кикучи-линии). Поверхность слоев была зеркально-гладкая: среднеарифметическая шероховатость, по данным атомно-силовой микроскопии, составляла Яа = = 0. 71.8 нм. По данным рентгеновской дифракции, полуширина кривой качания Дю½ в этих образцах увеличивалась от 12.2 до 32. 4,
Таблица
Параметры сильнолегированных слоев КНС в зависимости от их толщины, температуры роста и уровня легирования источника
Тип источника о о d, мкм р, Ом-см ц", см2/В-с в объемном кремнии, см2/В-с [4] и0, см-3
КЭФ-0. 005 650 0.5 1. 810−2 194 170 2. 91 018
КЭФ-0. 005 650 1.0 1.3 10−2 164 150 5. 7−1018
КЭФ-0. 005 700 1.8 1. 910−2 174 170 3. 4−1018
КЭФ-0. 01 600 0.5 7. 810−2 160 260 9. 8−101'-
КЭФ-0. 01 600 1.0 5.0 10−2 260 260 9. 71 017
КЭФ-0. 01 600 2.0 3. 810−2 260 250 1. 21 018
КЭФ-0.1 600 0.2 1.5 47 600 1. 7−101'-
при уменьшении толщины слоя от 2 до 0.5 мкм. Тонкие слои (толщиной 0.2 мкм) имели мозаичную структуру с двойникованием. Шероховатость поверхности тонких слоев возрастала до значений 6. 917.4 нм.
В таблице приведены усредненные по толщине эффективные значения удельного сопротивления р, подвижности электронов в эффекте Холла ця и их концентрации п0, измеренные методом Ван-дер-Пау [4], в зависимости от типа источника, температуры роста и толщины слоя. Также в таблице приведены для сравнения значения подвижности в монокристаллическом кремнии с тем же уровнем легирования. Видно, что в слоях толщиной, А &g

Статистика по статье
  • 29
    читатели
  • 10
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц. сети

Ключевые слова
  • КРЕМНИЙ,
  • САПФИР,
  • ПОДВИЖНОСТЬ,
  • ЭФФЕКТ ПОЛЯ,
  • ПРОВОДИМОСТЬ,
  • SILICON,
  • SAPPHIRE,
  • MOBILITY,
  • FIELD EFFECT,
  • CONDUCTIVITY

Аннотация
научной статьи
по физике, автор научной работы & mdash- Павлов Дмитрий Алексеевич, Тихов Станислав Викторович, Шиляев Павел Анатольевич, Денисов Сергей Александрович, Чалков Вадим Юрьевич, Шенгуров Владимир Геннадьевич, Коротков Евгений Викторович, Турков Сергей Васильевич

Выполнены измерения эффекта Холла на тонких (0. 2−2 мкм) слоях кремния на сапфире, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии при температуре подложки 600−700°С из источников кремния с различными уровнями легирования фосфором. Измерены температурные зависимости удельной поверхностной проводимости и подвижности в эффекте поля.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой