AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN DER DDR ZfK ...

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4.23. OPTISCHE ABSORPTIONSMESSUNGEN AN PHOSPHORIMPLANTIERTEM SILIZIUM
K. Gärtner, H. Karge, R. Prager und W. Wesch
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Sektion Physik
Bestrahlung von kristallinem Silizium mit energiereichen Teilchen (Elektronen,
Neutronen, Ionen) führt zu einer Verschiebung der optischen Absorptionskante nach
größeren Wellenlängen, zu einer erhöhten Absorption in der Nähe der Absorptionskante
("near edge"-Absorption) sowie zum Auftreten von diskreten Absorptionsbanden
bei Wellenlängen oberhalb der Absorptionskante [1],[2j. Bei höheren Bestrahlungsdosen
wird eine Vergrößerung des Brechungsindex der bestrahlten Schicht
festgestellt [3]. Das führt zu Interferenzerscheinungen, die den Absorptionsspektren
überlagert sind.
Siliziumproben, p-Typ, §= 18 - 20jQcm, vordiffundiert mit Phosphor (Oberflächenkonz
éntration 5 • ю'' 9 cm" 3 ), Wiarden am Kaskadengenerator der Sektion Physik
mit Phosphorionen der Energie E = 200 keV bei einer Implantationstemperatur
T. = -196 °C bestrahlt. Die Implantationsdosen wurden im Bereich 5 • 10 13 P + /cm 2
bis 5 • lO 15 P + /cm 2 variiert.
An einem Einstrahlspektralphotometer wurden Transmissionsmessungen durchgeführt,
wobei die Intensitäten bzw. Iu des durch den bestrahlten bzw. durch den unbestrahlten
Probenbereich hindurchgegangenen Lichtes, bezogen auf die auftreffende
Lichtintensität I0, gemessen wurden. Die Extinktionen wurden nach [4] berechnet.
Mit steigender Implantationsdosis wächst die "near edge"-Absorption, die Absorptionskante
verschiebt sich nach größören Wellenlängen.
1 + ?
Aus den bei Implantationsdosen n-_ > 5 • 10 J P /cm auftretenden Interferenzextrema,
die sich mit steigender Dosis zu kürzeren Wellenlängen verschieben, wurde
die optische Weglänge s = n«d berechnet (n - Brechungsindex der bestrahlten
Schicht, d - Dicke der bestrahlten Schicht). Für Dosen n^^ 1 • ю' 1 -' P + /cm 2 wurde
unter Verwendung der ionometrisch bestimmten Dicke der implantierten Schicht
(siehe Bericht 4.19.) eine Vergrößerung des Brechungsindex um etwa 5 % ermittelt.
Beim thermischen Ausheilen der Proben verringert sich s = n-d mit steigender Temperatur.
Im Bereich zwischen Тд = 200 °0 und T^ = 300 °C zeigen die Ausheilkurven
einen .ausgeprägt stufenförmigen Verlauf. Die "near edge"-Absorption bei
^= 1. 25/Um verringert sich im angegebenen Temperaturbereich ebenfalls sprunghaft.
Ein in gleicher Weise reversibles Verhalten zeigen die Spektren implantierter
Proben im Bereich der Absorptionskante. Ionometrische Messungen an den
gleichen Proben ergaben im betrachteten Temperaturbereich keinen Hinweis auf
eine Änderung der Dicke der implantierten Schicht (siehe Bericht 4.19.). Die beschriebene
Verringerung des Wertes der optischen Weglänge s = n-d wird demzufolge
zu einem erheblichen Teil von der Verkleinerung des Brechungsindex n bewirkt.
Daraus kann man schließen, daß die Änderung des Brechungsindex mit der Erzeugimg
(Implantation) oder Vernichtung (Ausheilen) von Defekten zusammenhängt, die die
Absorption in der Nähe der Bandkante hervorrufen.
L i t e r a t u r
[1] Baranova, E.K., Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov 6 (1972) 380
[2] Vook, F.L. and H.J. Stein, rad. eff. 6 (1970) 11