中子辐照微氮直拉硅单晶辐照效应的研究

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辐照环境对半导体器件会产生损伤,严重时会直接导致器件的失效,从而影响设备的正常工作。由此我们对在太空、核辐射、高能电磁场下工作的器件的稳定性提出了更高的要求,需要器件具备良好的抗辐照性能。另外由于中子辐照嬗变掺杂(NTD)工艺具有均匀性好,掺杂量可以控制,成本低廉以及成品率高的优点,NTD工艺受到了广泛的重视。 中子辐照会在硅单晶中引入空位、自间隙硅原子等点缺陷,这些点缺陷能够和硅中的杂质发生反应,形成新的缺陷或复合体,这会对单晶硅的电学性能产生很大的影响。氧是单晶硅中主要的杂质,它能增加硅片的机械强度,一定的热处理后产生热施主,新施主或氧沉淀。氮元素是微氮直拉硅单晶中的主要杂质,它具有增加硅片的机械强度,抑制热施主和新施主以及VIOD缺陷,促进氧沉淀的作用。现在大规模、超大规模集成电路的生产都在氮气氛下进行,对硅中氮杂质的研究逐渐成为一个新的热点。辐照产生的点缺陷在一定的热处理条件下能改变单晶硅的电学性能。同时还能对氧沉淀的形成和变化产生很大的影响。但是在国际上还没有关于微氮硅单晶中子辐照缺陷效应的研究的报道。 本文研究了不同温度的热处理,中子辐照缺陷对微氮硅单晶的电学性能的影响,实验结果表明在450—1050℃的温度范围内,中子辐照样品通过2小时以上的热处理可以明显降低样品的电阻率,辐照缺陷能够显著增加硅片载流子的浓度。 本文通过傅立叶红外转变光谱对中子辐照微氮直拉硅单晶中的微缺陷的形成变化及其热稳定性进行了研究。随着热处理温度的提高,辐照缺陷由A中心逐渐转变成VO2和V2O复合体,在进一步的热处理后,VO2复合体继续吸收氧原子成为VO3和VO4复合体。辐照缺陷对氮氧复合体的形成有促进作用。 通过研究辐照缺陷对微氮硅单晶中氧沉淀的影响发现,无论一步退火还是两步退火,微氮硅单晶中的氮及相关复合体能够促进氧沉淀;中子辐照微氮直拉硅单晶对氧沉淀的形成有极大的促进作用。这是辐照缺陷及其相关复合体对氧沉淀形核过程起了加速作用的结果。
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