Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Изменение удельного сопротивления монокристаллов кремния вследствие термической обработки

05.12.2018

Известно, что термическая обработка вызывает изменение удельного электросопротивления германия. Недавно было показано, что эти изменения по крайней мере частично связаны с присутствием меди. Мы наблюдали аналогичные изменения удельного электросопротивления кремния; однако эти изменения обусловлены, по-видимому, другой причиной.

Явление обнаруживается в определенных монокристаллах Si, выращенных из расплава методом вытягивания. При нагреве образцов таких кристаллов в течение нескольких часов в температурном интервале 350—500° часто наблюдается увеличение электронной проводимости (n-типа) или уменьшение дырочной проводимости (р-типа), соответствующее изменению концентрации носителей, на величину свыше 2*10в16 носителей. Эти изменения происходят в обратном направлении при нагреве при 1000° (или выше) в течение нескольких минут.

Скорость изменения концентрации носителей для данного образца Si зависит от температуры термической обработки, будучи максимальной при 440° + 10°. Выше и ниже этой температуры скорость уменьшается с температурой. Типичная кривая показана на фиг. 1. В данном случае Si р-типа имел первоначальное удельное электросопротивление 25 ом*см и после 65 час. нагрева при 460° перешел в Si n-типа с удельным сопротивлением 0,47 ом*см. Как показано на фиг. 1, этот образец возвратился к своему первоначальному удельному электросопротивлению после нагрева при 1125° в течение 0,5 часа. Цикл оставался обратимым только при кратковременном высокотемпературном нагреве. После двухчасового нагрева при 1200° скорость изменения сопротивления при низкотемпературном отжиге стала меньше, а после 17-часового отжига при 1100° последующий отжиг при 460° в течение 500 час. не вызвал какого-либо существенного увеличения носителей. Последнему явлению, названному «стабилизацией», по-видимому, благоприятствует предшествующий низкотемпературный отжиг.

При промежуточных температурах (в интервале 500—1300°) изменение удельного сопротивления зависит от температуры отжига и предшествующей тепловой истории Si. Если кристалл Si привести в состояние с максимальной концентрацией электронов путем длительного нагрева, например при 460°, то затем при нагреве около 500° электронная концентрация монотонно уменьшается, асимптотически приближаясь к постоянному значению несколько выше первоначального. Если такой кристалл нагревать затем при 700°, то электронная концентрация сначала уменьшается, часто до своего первоначального значения, а затем при дальнейшем нагреве увеличивается до некоторого промежуточного значения. В образцах Si, приведенных путем нагрева при высокой температуре к состоянию с минимальной электронной концентрацией, часто наблюдается увеличение числа электронов при последующем нагреве в температурном интервале 500—800°.

Описанные выше сложные изменения не зависят, по-видимому, от атмосферы, в которой проводят отжиг. Пока еще не установлена также роль поверхностных примесей. Изменения происходят в объеме кристалла и, по-видимому, не связаны с диффузией на большие расстояния. Как указано выше, мы не смогли установить определен ной зависимости между концентрацией носителей и температурой.

Наиболее существенные явления, наблюдаемые при термической обработке, связаны с изменением условий роста кристалла. В центральной части кристаллов, выращенных при нормальных условиях и исследованных после 10—20 час. отжига при 460°, наблюдались небольшие изменения в концентрации носителей. На поверхности оставался слой неизменного Si, причем глубина слоя изменялась приблизительно обратно пропорционально диаметру кристалла. Увеличение числа носителей в центральных частях кристалла также в общем обратно пропорционально диаметру.

Эти наблюдения указывают, что данное явление тесным образом связано с движением потоков жидкости в расплавленном кремнии в процессе роста. Существенным подтверждением этого является влияние вращения кристалла в процессе роста. Это иллюстрируется фиг. 2, на которой дано поперечное сечение кристалла. Области А и В были выращены при вращении кристалла со скоростью 100 об/мин. Центральная область Б была выращена без вращения. После выращивания кристалл был отожжен в течение 20 час. при 460°, после чего в нем были выявлены р—n-переходы с помощью суспензии титаната бария при приложении напряжения в 60 в. Переходы отчетливо видны на фотографии. В частях А и В, выращенных с вращением, концентрация электронов при термической обработке возросла на 1,75-10в16 см-3 а в части Б, выращенной без вращения, только на 4,4*10в14 см-3. При промежуточных скоростях вращения глубина поверхностного слоя кристалла, который остается неизменным при отжиге при 475°, быстро увеличивается с уменьшением скорости вращения.

Причина описанных выше изменений удельного электросопротивления в настоящее время не выяснена. Очевидно, это явление непосредственно связано с процессом роста кристалла: однако для решения вопроса, вызывается ли оно дефектами решетки или примесями, или тем и другим вместе, необходима дальнейшая работа.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: