xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Μελέτη Ατελειών Σε Ακτινοβολημένο Πυρίτιο Ντοπαρισμένο Με Γερμάνιο Με Τη
Μέθοδο Της Υπέρυθρης Φασματοσκοπίας
X.A. Λόντος 1* , A. Aνδριανάκης 1 , Δ. Aλιπράντης 1 και E.N. Σγούρου 1
1 Τομέας Φυσικής Στερεάς Κατάστασης, Πανεπιστήμιο Αθηνών, Πανεπιστημιούπολη Ζωγράφου, Αθήνα 157 84
*hlontos@phys.uoa.gr
Η ακτινοβόληση πυριτίου παρασκευασμένου με την μέθοδο Czochralski (Cz-Si) οδηγεί στο σχηματισμό της ατέλειας VO (Α-κέντρο),
όπου ένα άτομο οξυγόνου είναι παγιδευμένο αρκετά κοντά σε μία πλεγματική θέση. Το κέντρο έχει μελετηθεί εκτενώς στο παρελθόν
με πολλές πειραματικές τεχνικές [1]. Κατόπιν θερμικών ανοπτήσεων το κέντρο συμμετέχει σε αρκετές αντιδράσεις που έχουν σαν
αποτέλεσμα το σχηματισμό ατελειών V m O n [2]. Μια σημαντική κατηγορία είναι αυτή των ατελειών VO n [2, 3] οι οποίες
σχηματίζονται με διαδοχική πρόσθεση ατόμων οξυγόνου στον αρχικό πυρήνα VO. Οι ατέλειες VO n επηρεάζουν σημαντικά τις
ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες του πυριτίου και υπάρχει αρκετό ενδιαφέρον για την κατανόησή τους με σκοπό τη βελτίωση των
ηλεκτρονικών συσκευών που λειτουργούν με βάση το πυρίτιο.
Οι ιδιότητες των ημιαγωγικών διατάξεων επηρεάζονται επίσης από την παρουσία προσμίξεων. Οι ισοσθενείς προσμίξεις στο
πυρίτιο όπως π.χ. το γερμάνιο (Ge) είναι ενεργά κέντρα συσπείρωσης ενδογενών ατελειών, όπως τα κενά και τα ενδοπλεγματικά
άτομα πυριτίου, τα οποία επηρεάζουν σημαντικά την παραγωγή και τη συμπεριφορά των διαφόρων ατελειών που εισάγονται ή
δημιουργούνται στο πυρίτιο κατά τις διάφορες κατεργασίες.
abs (arb. units)
0.15 (a)
VO 4
1010
985
0.10
0.05
830
VO 2
888
VO
861
904
888
VO 2
C i
O i
936
VO 3
968
C i
O i
(Si I
)
1000
605 o C
482 o C
400 o C
1020
after irrad.
Int. abs (arb. units)
8.00 (a) O i
1108
7.75
7.50
7.25
0.3
0.2
0.1
VO
830
VO 2
888
VO 3
968 904 1000
0.00
800 850 900 950 1000 1050
wavenumber (cm -1 )
0.0
100 200 300 400 500 600
temperature ( o C)
abs (arb. units)
0.15
0.10
0.05
(b)
VO 4 1010
985
VO 3
1000
VO2
904 968
888
VO 2
888
VO
830
C i
O i
(Si I
) 1020
C i
O i
861
936
605 o C
482 o C
400 o C
after irrad.
Int. abs (arb. units)
6.0 (b) O i
1108
5.5
5.0
4.5
0.3
0.2
0.1
VO
830
VO 2
888
VO 3
968 1000 904
0.00
800 850 900 950 1000 1050
wavenumber (cm -1 )
Σχ. 1 Τμήμα του φάσματος απορρόφησης σε
επιλεγμένες θερμοκρασίες (a) του ελαφρώς και (b) του
βαρέως ντοπαρισμένου με Ge Cz-Si.
0.0
100 200 300 400 500 600
temperature ( o C)
Σχ. 2 Η θερμική εξέλιξη των VO (830 cm -1 ),
VO 2 (888 cm -1 ) και VO 3 (904, 968, 1000 cm -
1 ) IR κέντρων (a) του ελαφρώς και (b) του
βαρέως ντοπαρισμένου με Ge Cz-Si.
Η πρόσμιξη του γερμανίου, με την εισαγωγή της στο πλέγμα, αντικαθιστά άτομα πυριτίου σε πλεγματικές θέσεις και επειδή έχει
μεγαλύτερη ακτίνα από αυτή του πυριτίου (r Ge = 1.22 Å, r Si = 1.17 Å) δημιουργεί ελαστικές τάσεις συμπίεσης. Ένας τρόπος ν’
αποκατασταθούν αυτές οι τάσεις είναι μέσω της σύλληψης κενών από τα άτομα γερμανίου. Η ατέλεια GeV αρχικά αναγνωρίστηκε με
EPR μελέτες αρκετά χρόνια πριν, σε πυρίτιο που ακτινοβολήθηκε σε χαμηλή θερμοκρασία [4]. Η δημιουργία και συμπεριφορά
πολλών ατελειών που δημιουργούνται στο πυρίτιο, λόγω της ακτινοβόλησης, εξαρτώνται από τη συγκέντρωση και την παραγωγή
ενδογενών ατελειών κατά την ακτινοβόληση. Στο πυρίτιο, η τάση των ατόμων γερμανίου να ενωθούν με κενά επηρεάζει την
ισορροπία των ενδογενών ατελειών και συνεπώς έχει σημαντική επίδραση στο σχηματισμό, τη συσσώρευση, την ανοπτητική
συμπεριφορά και τις ιδιότητες των δευτερογενώς δημιουργούμενων ατελειών [5-7]. Η ελάττωση του ρυθμού σχηματισμού των κατά
την ακτινοβόληση δημιουργούμενων ατελειών σε πυρίτιο που περιέχει γερμάνιο εξηγείται ικανοποιητικά εάν υποτεθεί ότι τα άτομα
του γερμανίου δρουν έμμεσα ως κέντρα καταστροφής των κενών και των ενδοπλεγματικών ατόμων πυριτίου [6]. Επίσης, έχει
υποστηριχθεί η άποψη ότι τα άτομα γερμανίου δρουν ως κέντρα συσπείρωσης για ζευγάρια ατελειών Frenkel [8]. Έτσι, η επίδραση
της πρόσμιξης του γερμανίου στα σχηματιζόμενα από την ακτινοβόληση κέντρα στο πυρίτιο χρειάζεται περαιτέρω έρευνα. Ο σκοπός
της παρούσας εργασίας είναι να μελετηθεί η επίδραση της παρουσίας γερμανίου στην θερμική εξέλιξη των ατελειών VO n στο πυρίτιο.
27