RU2609222C1 - СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ДОНОРНОГО ФОНА В СТРУКТУРАХ CdxHg1-xTe - Google Patents
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ДОНОРНОГО ФОНА В СТРУКТУРАХ CdxHg1-xTe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2609222C1 RU2609222C1 RU2015149853A RU2015149853A RU2609222C1 RU 2609222 C1 RU2609222 C1 RU 2609222C1 RU 2015149853 A RU2015149853 A RU 2015149853A RU 2015149853 A RU2015149853 A RU 2015149853A RU 2609222 C1 RU2609222 C1 RU 2609222C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentration
- donor
- ion etching
- conductivity
- structures
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 28
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 22
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 8
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 21
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000037230 mobility Effects 0.000 description 5
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 4
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010407 anodic oxide Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 230000005352 galvanomagnetic phenomena Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229940008718 metallic mercury Drugs 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Способ определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe принадлежит к характеризации материалов и структур оптоэлектроники, точнее к твердым растворам CdxHg1-xTe – основному материалу для изготовления фотодиодов инфракрасного диапазона спектра. Технический результат – создание метода определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe, который учитывает существование сильной релаксации электрических параметров образцов после прекращения ионного травления. В способ определения концентрации донорного фона в структурах CdxHg1-xTe, включающий ионное травление структур однородного вакансионно-легированного CdxHg1-xTe р-типа проводимости ионами Ar+ c энергиями 100-2000 эВ и измерение концентрации электронов при 77 К, вводятся дополнительные требования о том, что ионное травление проводится в CdxHg1-xTe с составом х=0-0,4 с модификацией свойств материала на глубину не менее 5 мкм, а концентрацию электронов определяют в основном объеме конвертированного n-слоя из измерений и анализа полевых зависимостей коэффициента Холла и проводимости при 77 К после релаксации электрических параметров структуры в течение 103-105 мин при температуре хранения 350-300 К. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение принадлежит к характеризации материалов и структур оптоэлектроники, точнее к твердым растворам CdxHg1-xTe - основному материалу для изготовления фотодиодов инфракрасного диапазона спектра. Концентрация донорного фона в CdxHg1-xTe является одной из важнейших характеристик материала и определяется концентрацией неконтролированных донорных примесей и собственных донорных дефектов и (или) концентрацией специально введенных донорных примесей. Кроме того, данный материал, как правило, содержит как неконтролируемые примеси и дефекты акцепторного типа, так и специально введенные акцепторные примеси. Они являются причиной компенсации донорного фона и не позволяют достоверно определить концентрацию донорного фона. Поэтому на практике за концентрацию донорного фона принимают концентрацию электронов в материале с низким уровнем компенсации, измеренную при 77 К. Современное состояние технологии роста CdxHg1-xTe (жидкофазная эпитаксия, молекулярно-лучевая эпитаксия, эпитаксия из паров металлоорганических соединений) обеспечивает получение материала с уровнем неконтролированного донорного фона порядка 1014-1015 см-3, который ниже чувствительности прямых методов исследования (например, вторичной ионной масспектроскопии), которые к тому же нечувствительны к концентрации собственных донорных дефектов.
Известен способ определения концентрации носителей заряда в материале n-типа или р-типа проводимости по значению и знаку коэффициента Холла при 77 К, которые получают из результатов измерения эффекта Холла [1]. Проявлением эффекта Холла являются ЭДС или ток Холла, направленные перпендикулярно скрещенным электрическому и магнитному полям, в которые помещается образец. Как правило, измерения проводятся в режиме ЭДС Холла. Более информативным, однако, является и измерение зависимости коэффициента Холла и проводимости от напряженности магнитного поля, в которое помещен образец. Для однослойных структур с одним типом носителей полевые зависимости являются плоскими и различаются по значению, которое определяется величиной концентрации носителей заряда, и по знаку, который определяется типом проводимости. Для структур с двумя и более типами носителей или двухслойных структур, которые содержат слои n-типа и р-типа проводимости, полевые зависимости коэффициента Холла носят сложный характер (характеризуются наличием перегибов или сменой знака) при некоторой величине магнитного поля, которая зависит от соотношения концентраций и подвижностей носителей (для однородного материала) или толщины областей n-типа и р-типа проводимости. Для их анализа и определения концентраций и подвижностей носителей разного типа применяют специальные методы (двухзонной проводимости, спектров подвижности и его модификации). Именно такая ситуация характерна для структур CdxHg1-xTe, где даже в однородном материале, например р-типа, вклад в проводимость дают минимум три типа носителей.
При использовании послойного химического травления можно получить распределение концентрации носителей заряда по толщине структуры с определенным шагом. В этом случае может быть явно определена глубина области залегания р-n перехода.
Известен способ конверсии типа проводимости и определения концентрации донорного фона в материале вакансионно-легированного р-типа проводимости, описанный в [2], когда за счет термического отжига в парах ртути он переводится в материал n-типа проводимости в результате аннигиляции атомов междоузельной ртути с вакансиями ртути, которые обусловливали р-тип проводимости. Поскольку конверсия типа проводимости в этом методе связана с диффузией атомов ртути из парового источника Hg в образец, этот метод характеризуется низким эффективным коэффициентом диффузии междоузельных атомов ртути.
Различные аспекты процесса конверсии типа проводимости при отжиге, а также технологические параметры процесса отжига рассматривались в [3]. Параметры процесса могут существенно различаться и зависят от характеристик образца и метода его выращивания. Вакансионно-легированный образец р-типа проводимости помещается в атмосферу паров ртути и отжигается при температуре от 180°С до 350°С. В результате в объеме структуры, прилегающей к поверхности, через которую происходит диффузия атомов ртути, происходит конверсия типа проводимости и образуется граница раздела типов проводимости - р-n-переход. Глубина залегания р-n-перехода d - пропорциональная 
, где t - время отжига при постоянной температуре и давлении паров ртути PHg.
После проведения конверсии типа проводимости концентрация донорного фона определяется аналогично тому, как это делается для материала исходного n-типа, то есть по результатам измерения эффекта Холла.
Основным недостатком данного метода является то, что он не учитывает наличие в материале компенсации доноров за счет присутствия неконтролируемых и/или специально введенных акцепторов (примесных и собственных) и, следовательно, в результате измерений дает фактические значения концентрации свободных электронов, а не концентрацию доноров, т.е. понижает степень компенсации только за счет аннигиляции вакансий ртути, и то не полностью, а лишь до равновесной концентрации при температуре отжига. Среди недостатков метода также можно выделить следующие: сложность технологии отжига, наличие запаянной ампулы с парами ртути; повышенная температура отжига, высокая продолжительность процесса отжига, слабая контролируемость процесса; применимость только для вакансионно-легированного материала р-типа проводимости.
Также известен способ конверсии типа проводимости и определения концентрации донорного фона в материале вакансионно-легированного р-типа проводимости, описанный в [4] и связанный с термическим отжигом анодного оксида. Конверсия типа проводимости в данном случае, как и при отжиге в парах ртути, обусловлена диффузией междоузельных атомов ртути из источника, формируемого при анодировании на границе анодный оксид - CdxHg1-xTe, и рекомбинацией их с собственными акцепторами - катионными вакансиями.
Получение анодного оксида осуществляется путем помещения структуры на основе вакансионно-легированного p-CdxHg1-xTe в электролит в гальваностатическом режиме. Граница раздела анодный оксид - CdxHg1-xTe является многофазной и содержит металлическую ртуть. Именно эта элементарная ртуть становится тем источником, из которого происходит диффузия междоузельной ртути, которая служит причиной конверсии типа проводимости и возникновения слоя n-типа в структурах анодный оксид - p-CdxHg1-xTe при термическом отжиге. Состав электролита, время нахождения образца в гальваностатическом режиме, температура и время отжига, а также среда, в которой проводится отжиг, могут быть различными. В процессе отжига на поверхности полупроводника образуется конвертированный слой n-типа проводимости. Параметры отжига, а также характеристики материала структуры будут определять глубину залегания конвертированного слоя [5].
После проведения отжига анодный оксид химически удаляется. Концентрация донорного фона определяется аналогично тому, как это делается для материала исходного n-типа, то есть по результатам измерения эффекта Холла.
Одним из недостатков метода является сложность его технологической реализации: в методе применяется достаточно высокая температура (400-470 К) в течение продолжительного времени (до нескольких часов), необходимость создания анодного оксида на поверхности и последующего его удаления. Поскольку физический механизм осуществления конверсии типа проводимости в случае отжига анодного оксида такой же, как и при отжиге структуры в парах ртути, данному методу присущ такой же недостаток - данный метод применим только для вакансионно-легированного материала р-типа проводимости и он не учитывает наличие в материале компенсации доноров за счет присутствия неконтролированных и/или специально введенных акцепторов.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является способ изготовления фотодиодов на основе вакансионно-легированного CdxHg1-xTe р-типа проводимости. В способе-прототипе конверсия типа проводимости, т.е. формирование областей n-типа проводимости, осуществляется с помощью ионного травления ионами Ar+ [6]. При этом применяется промышленно производимое оборудование для ионного травления.
Энергии ионов аргона во время бомбардировки поверхности структуры имеют значения менее 3 кэВ, а плотность тока ионов составляет величины до 1,5 мА/см2, что соответствует потоку порядка 1016 ионов в секунду на 1 см2 образца. При этом глубина залегания получаемого таким способом р-n-перехода составляла величину, во много раз превышавшую глубину проникновения ионов в облучаемый материал (сотни микрометров).
В результате бомбардировки поверхности структуры пучком ионов происходит стравливание верхнего слоя структуры и формирование в приповерхностной области источника диффузии междоузельной ртути с чрезвычайно высокой неравновесной концентрацией (порядка 1014 см-3, против 107 см-3 равновесной концентрации при комнатной температуре). Такая высокая концентрация междоузельной ртути обеспечивает высокие скорости продвижения фронта конверсии в глубину структуры, где она заполняет вакансии ртути, меняя тип проводимости структуры на n-тип и, тем самым, создавая конвертированный слой и р-n-переход.
Ввиду чрезвычайно высоких значений эффективного коэффициента диффузии ртути при ионном травлении обеспечивается малая продолжительность процесса (~1-10 мин), низкие токи ионов (~1 мА), а также комнатная температура обработки. Кроме того, высокая концентрация междоузельной ртути обеспечивает полную аннигиляцию вакансий ртути в области диффузии, в отличие от отжига в парах ртути и анодного оксида. Данный метод имеет относительную простоту реализации по сравнению с термическим отжигом в парах ртути, отжигом анодного оксида и ионной имплантацией.
К недостаткам способа-прототипа относится то, что в нем не учитывалась возможность конверсии типа проводимости в легированном акцепторными примесями I и V группы (Cu, Ag, Au, As, Sb) таблицы Менделеева p-CdxHg1-xTe, и таким образом не учитывается снижение компенсации по неконтролируемым и/или специально введенным акцепторам. Также он не учитывает возможность модификации свойств (снижения степени компенсации) в исходных образцах n-типа проводимости. Самым существенным недостатком прототипа является то, что он не учитывал существование сильной релаксации электрических параметров образцов после прекращения ионного травления, и, таким образом, измеряемая концентрация электронов была неоднозначной, а зависела от времени измерения после ионного травления. Кроме того, в прототипе не учитывался факт отсутствия глубинной модификации свойств в CdxHg1-xTe с составом х≥0,4 и возможность использования структур с поверхностными градиентными защитными слоями CdyHg1-yTe, в которых состав увеличивается на поверхности до значения у≤0,5. Отметим, что выделенные недостатки прототипа обусловлены ограниченными знаниями о процессах, происходящих в CdxHg1-xTe при ионном травлении, существовавших на момент подачи патента-прототипа.
Задача, на достижение которой направлено изобретение, - создание способа определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe р- и n-типа проводимости путем модификации свойств материала CdxHg1-xTe ионным травлением и определение концентрации донорного фона в материале, содержащем неконтролируемые и специально введенные доноры и акцепторы.
Поставленная задача решается тем, что в предложенном способе определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe р-типа проводимости согласно предлагаемому изобретению сначала проводят модификацию свойств исходного материала структуры CdxHg1-xTe с составом х=0-0,4 ионным травлением ионами Ar с энергиями 100-2000 эВ с модификацией свойств материала на глубину не менее 5 мкм, а определение концентрации электронов в основном объеме конвертированного n-слоя осуществляют с помощью анализа измеренных полевых зависимостей коэффициента Холла и проводимости при 77 К после релаксации электрических параметров структуры в течение 103-105 мин при температуре хранения 350-300 К.
В частном случае используется CdxHg1-xTe р-типа проводимости, легированный акцепторными примесями I и V группы (Cu, Ag, Au, As, Sb) таблицы Менделеева.
В частном случае используются структуры CdxHg1-xTe, содержащие варизонные защитные поверхностные слои толщиной 0,1-1 мкм с составом на поверхности х=0,20-0,50.
Обоснование предложенного способа определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe базируется на анализе основных закономерностей модификации свойств CdxHg1-xTe в процессе ионного травления.
1. Формирование в процессе ионного травления источника диффузии междоузельной ртути с чрезвычайно высокой неравновесной концентрацией (порядка [HgI] ~1014 см-3), что наряду с ее большой подвижностью даже при комнатной температуре предопределяет ее чрезвычайно высокую реакционную способность.
2. Полная аннигиляция вакансий ртути (собственных акцепторов) в материале и формирование донорных центров и комплексов междоузельной ртути с разными акцепторными примесями (например, акцепторные примеси I и V группы - Cu, Ag, Au, As, Sb и др.), структурными дефектами, в том числе электрически нейтральными (например, нанокомплексы Те).
3. Образованные в процессе ионного травления донорные центры и комплексы являются нестабильными и распадаются после прекращения ионного травления, что приводит к временной релаксации электрических параметров модифицированного слоя CdxHg1-xTe даже при хранении при комнатной температуре. При этом распад донорных комплексов и центров идет через образование нейтральных комплексов.
4. Закон релаксации концентрации электронов от времени выдержки после ионного травления при распаде донорных комплексов и центров является экспоненциальным, характеристические времена релаксации определяются типом примеси или дефекта и зависят от температуры, при которой происходит релаксация.
6. Значение начальной концентрации электронов в модифицированном n-слое непосредственно после ионного травления определяется суммой концентраций донорного фона (неконтролированных доноров, собственных донорных дефектов, специально введенных донорных примесей) и донорных комплексов и центров, образованных в процессе ионного травления междоузельной ртутью с примесными акцепторами и нейтральными структурными дефектами.
7. Значение концентрации электронов в модифицированном n-слое после релаксации комплексов и центров определяется суммой концентраций неконтролированных доноров, собственных донорных дефектов и (или) специально введенных донорных примесей и характеризует, таким образом, концентрацию донорного фона. При этом в модифицированном n-слое существенно снимается компенсация и по вакансиям ртути, и по неконтролированным акцепторным примесям.
8. В однородном p(n)-CdxHg1-xTe глубина конверсии (модификации) зависит от состава и температуры твердого раствора и уменьшается при увеличении состава и уменьшении температуры. Главным фактором, определяющим эти зависимости, является внутреннее электрическое поле р-n-перехода, образованного на границе раздела обедненного по ртути поверхностного дефектного слоя (который содержит ~2⋅1017 см-3 некомпенсированных вакансий ртути) и конвертированного (модифицированного) n-слоя, которое частично препятствует проникновению междоузельной ртути в кристалл. Величина электрического поля р-n-перехода возрастает при увеличении состава твердого раствора и уменьшении температуры образца, что приводит к уменьшению глубины конверсии (модификации).
9. В структурах p(x)-CdxHg1-xTe с широкозонным защитным градиентным (по составу от у≈0,5 до у=х) слоем CdyHg1-yTe толщиной ~0,1-1 мкм глубина конверсии в активном слое CdxHg1-xTe при ионном травлении является меньшей, чем для однородного материала состава х, и большей, чем в однородном CdxHg1-xTe большего состава с х≈у (при остальных идентичных условиях). Основным фактором, который определяет зависимость глубины конверсии от параметров структур и режимов ионного травления является суммарное электрическое поле р-n перехода и области варизонного защитного слоя. Поле защитного широкозонного слоя ослабляет поле р-n-перехода и усиливает поток междоузельной ртути из источника в объем.
На фиг. 1 изображена структура CdxHg1-xTe после проведения ионного травления.
На фиг. 2 показаны временные зависимости концентрации электронов при 77 К для образцов №1, №2, №3, №4 и №5 после ионного травления в процессе релаксации при комнатной температуре.
На фиг. 3 показаны временные зависимости концентрации электронов при 77 К для образцов №3 и №3а, №6 и №6а, №7 и №7а после ионного травления в процессе релаксации при комнатной температуре.
На фиг. 1 обозначено: 1 - подложка, изготовленная из GaAs с нанесенными слоями ZnTe и CdTe; либо изготовленная Si с нанесенными слоями ZnTe и CdTe; либо изготовленная из ZnCdTe с нанесенными слоями ZnTe и CdTe; либо изготовленная из Al2O3 с нанесенным слоем CdTe; либо изготовленная ZnCdTe с нанесенным слоем CdTe; либо изготовленная из CdTe; 2 - нижний варизонный слой из CdxHg1-xTe; 3 - рабочий слой из CdxHg1-xTe с заданным составом х; 4 - граница р-n-конверсии; 5 - n-область модифицированная при ионном травлении; 6 - верхний варизонный слой из CdxHg1-xTe.
Предложенный способ может быть использован для определения концентрации донорного фона в структурах CdxHg1-xTe с различным уровнем легирования n-тип проводимости.
На фиг. 2 приведены временные зависимости концентрации электронов при 77 К для разных образцов эпитаксиальных пленок CdxHg1-xTe n-типа проводимости (номинально нелегированного, 1) и специально легированных донорной примесью In до различных концентраций (2-5), полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, после ионного травления (ИТ) при хранении образцов при комнатной температуре. Как видно из табл. 1, после релаксации в образце 1 концентрация электронов (концентрация донорного фона согласно предложенному способу), определяется суммарной концентрацией неконтролируемых доноров и собственных донорных дефектов и равняется n=2.5⋅1015 см-3, что значительно превышает исходную концентрацию электронов n=7.6⋅1013 см-3, и таким образом, свидетельствует, что исходный образец №1 был компенсирован. Аналогичный вывод можно сделать и для образца №2, который был слабо легированный In (~5⋅1014 см-3). Приблизительно на такую же величину (2.5⋅1015 см-3) наблюдается более высокая концентрация электронов в образцах №3 и №4, легированных In до к концентраций ~2⋅1015 см-3 и ~2⋅1016 см-3, соответственно.
Поэтому в этом случае концентрация донорного фона для данных образцов равняется суммарной концентрации неконтролированных донорных примесей и собственных донороных дефектов и легирующей донорной примеси (~2⋅1015 см-3 и ~1.2⋅1016 см-3, соответственно).
Для образца №5 с высоким уровнем легирования In (~1.1⋅1017 см-3) концентрация электронов после релаксации (концентрация донорного фона) отвечает концентрации введенной примеси In, поскольку концентрация неконтролированных доноров и собственных донорных дефектов является на два порядка меньшей.
В таблице 1 введены следующие обозначения: n(77 К) и μn(77 К) - концентрация и подвижность электронов соответственно при 77 К.
На фиг. 3 приведены временные зависимости концентрации электронов при 77 К для разных образцов CdxHg1-xTe n- и вакансионно-легированных р-типа проводимости, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaAs (№3, №3а) и Si (№6, №6а, №7, №7а). Были исследованы три пары образцов n- и р-типа проводимости разного состава х активного слоя: №3, №6, №7 - исходные n-типа проводимости; №3а, №6а, №7а - аналогичные вакансионно-легированные р-типа проводимости (после предварительного термического отжига в атмосфере гелия при температуре 220-240°С в течение 10-20 часов). Образцы №3, №3а (ха=0.219, см. пример 1) были легированы донорной примесью In до концентрации ~2.1⋅1015 см-3; образцы №6, №6а (ха=0.228), №7, 7а (ха=0.29) были номинально нелегированными.
Как видно из фиг. 3 и табл. 2, после модификации образцов ионным травлением и релаксации для каждой пары образцов концентрации электронов, которые определяют концентрацию донорного фона в образцах, являются приблизительно равными. Для образцов №3, №3а (пример 1) эта концентрация определяется суммарной концентрацией легирующей примеси In (~2.1⋅1015 см-3) и неконролированных донорных примесей и собственных дефектов в данных образцах (~2.5⋅1015 см-3) и равняется ~4.6⋅1015 см-3. Образцы №6, №6а, №7, №7а были номинально не легированы. Поэтому концентрация электронов после релаксации определяет концентрацию донорного фона (в этом случае концентрацию неконтролированных донорных примесей и собственных донорных дефектов) согласно предложенному способу и для данных образцов составляет ~3⋅1014 см-3, тогда как, например, для образца №7 исходная концентрация электронов (концентрация донорного фона с компенсацией акцепторами) составляла 4.4⋅1013 см-3, а после снятия компенсации предлагаемым способом составляет 2.7⋅1014 см-3.
Таким образом, предложенный способ определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe с использованием модификации образцов ионным травлением и исследованием релаксации их электрических параметров в процессе хранения при комнатной температуре позволяет получать корректные значения остаточной концентрации доноров в образцах и n- и р-типа проводимости и оценить уровень компенсации.
Источники информации
1. Кучис Е.В. Гальваномагнитные эффекты и методы их исследования. – М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.
2. Shaw D. In "Properties of narrow gap cadmium-based compounds", ed. By Capper P., London: INSPEC, IEE. - 1994. - P. 113-180.
3. Capper P., Maxey C.D., C.L. Jones C.L., J.E. Gower J.E., E.S. O'Keefe E.S., Shaw D. Low Temperature Thermal Annealing Effects in Bulk and Epitaxial CdxHg1-xTe // Journal of Electronic Materials. - 1999. - Vol. 28, No 6. - P. 637-648.
4. Пат. 4318217 США, МКИ H01L 31/18. Method of manufacturing an infra-red detector device: Пат. 4318217 США, МКИ H01L 31/18 / M.D. Jenner, M.V. Blackman (Великобритания); U.S. Philips Corporation. - №178645; Заявл. 15.08.1980; Опубл. 09.03.1982; НКИ 29/572. - 12 с.
5. Brogowski P., Piotrowski J. The p-to-n conversion of HgCdTe, HgZnTe and HgMnTe by anodic oxidation and subsequent heat treatment // Semicond. Sci. Technol. - 1990. - Vol. 5, №3. - P. 530-536.
6. Wotherspoon J.T.M., Патент США №4.411.732 от 25.10.1983, МКП H01L 21/306.
Claims (3)
1. Способ определения концентрации донорного фона в структурах CdxHg1-xTe, включающий ионное травление структур однородного вакансионно-легированного CdxHg1-xTe р-типа проводимости ионами Ar с энергиями 100-2000 эВ и измерение концентрации электронов при 77 К, отличающийся тем, что ионное травление проводят в CdxHg1-xTe с составом х=0-0,4, с модификацией свойств материала на глубину не менее 5 мкм, а концентрацию электронов определяют в основном объеме конвертированного n-слоя из измерений и анализа полевых зависимостей коэффициента Холла и проводимости при 77 К после релаксации электрических параметров структуры в течение 103-105 мин при температуре хранения 350-300 К.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется CdxHg1-xTe р-типа проводимости, легированный акцепторными примесями I и V групп (Cu, Ag, Au, As, Sb) таблицы Менделеева.
3. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что используются структуры CdxHg1-xTe, содержащие варизонные защитные поверхностные слои толщиной 0,1-1 мкм с составом на поверхности в диапазоне х=0,20-0,60.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015149853A RU2609222C1 (ru) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ДОНОРНОГО ФОНА В СТРУКТУРАХ CdxHg1-xTe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015149853A RU2609222C1 (ru) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ДОНОРНОГО ФОНА В СТРУКТУРАХ CdxHg1-xTe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2609222C1 true RU2609222C1 (ru) | 2017-01-31 |
Family
ID=58457417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015149853A RU2609222C1 (ru) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ДОНОРНОГО ФОНА В СТРУКТУРАХ CdxHg1-xTe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2609222C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4318217A (en) * | 1980-08-15 | 1982-03-09 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing an infra-red detector device |
| US4411732A (en) * | 1981-03-27 | 1983-10-25 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing a detector device |
| RU2035804C1 (ru) * | 1992-04-20 | 1995-05-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ N-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ В ОБРАЗЦАХ CdxHg1-xTe Р-ТИПА |
-
2015
- 2015-11-20 RU RU2015149853A patent/RU2609222C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4318217A (en) * | 1980-08-15 | 1982-03-09 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing an infra-red detector device |
| US4411732A (en) * | 1981-03-27 | 1983-10-25 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing a detector device |
| RU2035804C1 (ru) * | 1992-04-20 | 1995-05-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ N-ТИПА ПРОВОДИМОСТИ В ОБРАЗЦАХ CdxHg1-xTe Р-ТИПА |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111508819B (zh) | 硅晶片及其制造方法 | |
| Short et al. | Implant isolation of GaAs | |
| Woodcock et al. | Electrical and cathodoluminescence measurements on ion implanted donor layers in GaAs | |
| EP3981023A1 (en) | METHOD FOR TUNING ELECTRICAL PROPERTIES OF OXIDE SEMICONDUCTORS AND THE DEVELOPMENT OF HIGHLY CONDUCTIVE P-TYPE AND N-TYPE Ga²O³ | |
| Maslyanchuk et al. | Performance Comparison of X-and $\gamma $-Ray CdTe Detectors With MoO x, TiO x, and TiN Schottky Contacts | |
| Larrabee et al. | Anomalous behavior of copper during acceptor diffusions into gallium arsenide | |
| RU2609222C1 (ru) | СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ДОНОРНОГО ФОНА В СТРУКТУРАХ CdxHg1-xTe | |
| Metcalfe et al. | Cathodoluminescence from gallium nitride implanted with arsenic or phosphorus | |
| Hubbard et al. | Ion implanted n-type contact for high-purity germanium radiation detectors | |
| US7074697B2 (en) | Doping-assisted defect control in compound semiconductors | |
| Logan et al. | Electron bombardment damage in silicon Esaki diodes | |
| Kim et al. | Measurement and control of ion‐doping‐induced defects in cadmium telluride films | |
| Myakon’kikh et al. | Photovoltaic effect in a structure based on amorphous and nanoporous silicon formed by plasma immersion ion implantation | |
| Palmetshofer et al. | Donor activity of ion-implanted erbium in silicon | |
| Inoue et al. | Infrared defect dynamics–radiation induced complexes in silicon crystals grown by various techniques | |
| Huang et al. | Implant Isolation of Silicon Two-Dimensional Electron Gases at 4.2 K | |
| Schade et al. | Defect Centers in GaAs1− x P x Electroluminescent Diodes Due to High‐Energy Electron Irradiation | |
| Karai et al. | Deep Trap Levels in Zn‐Annealed ZnSe Single Crystals | |
| Humer‐Hager et al. | Implantation‐induced diffusion of Zn and Be in GaAs/AlGaAs heterostructures | |
| Omling et al. | Electronic properties of the Sb Ga heteroantisite defect in GaAs: Sb | |
| Kamiya et al. | The Electrical Characteristics of Boron‐Implanted InP | |
| Merz et al. | Electron microscopy and defect/impurity spectroscopy of CW beam-annealed semiconductors | |
| Murel et al. | Capacitance spectroscopy of hole traps in high-resistance gallium-arsenide structures grown by liquid-phase epitaxy | |
| de Vasconcelos et al. | Effect of ageing on x-ray induced dopant passivation in MOS capacitors | |
| Inada et al. | Magnesium and zinc ion implantation into sulfur‐doped GaP |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201121 |