Способ исследования кристаллов

Способ исследования кристаллов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области физики твердого тела, физики . полупроводников и может быть использовано для получения информации о микроструктуре примесных и структур-, ных дефектов в кристаллах. Цель изобретения - расширение объема информации о примесных центрах и дефектах в кристалле. Цель достигается тем, что на кристалл, помещенный в магнитное поле, воздействуют светом, осуществляют модуляцию магнитного поля и при направлениях вектора напряженности магнитного поля вдоль осей симметрии кристаллов регистрируют зависимость фотопроводимости кристалла от величины магнитного поля. Период модуляции магнитного поля Т устанавливают из условия , где С - «ремя жизйи фотовозбужденных носителей в кристалле, а регистрацию фотопроводимости осуществляют на частоте модуляции, но в фазе, сдвинутой на 90 относительно фазымодуляции магнитного поля. 2 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (g)) 4 G 01 N 24/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 Рл

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ )Ц,,"

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и :, Р

6 (21) 3906543/31-25 (22) 06.06.85 (46) 15.03.87. Бюл. К 10 (71) Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (72) JI. С. Власенко и В.А. Храмцов (53) 538.69.083 (088.8) (56) Альтшуллер С.А., Козырев Б.И.

Электронный парамагнитный резонанс элементов промежуточных групп. М.:

Наука, 1972, гл. II.

Власенко Л.С. и др. Фото-ЭПР Кцентров в облученном электронами кремнии. ФТП, 1980, т. 14, вып. 11, с. 2152-2156. (54) СПОСОБ ИСС,ИЕДОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ (57.) Изобретение относится к области физики твердого тела, физики полупроводников и может быть использовано для получения информации о микроструктуре примесных и структур-, ных дефектов в кристаллах. Цель изобретения — расширение объема информации о примесных центрах и дефектах в кристалле. Цель достигается тем, что на кристалл, помещенный в магнитное поле, воздей-. ствуют светом, осуществляют модуляцию магнитного поля и при направле" ниях вектора напряженности магнитного поля вдоль осей симметрии кристаллов регистрируют зависимость фотоп оводимости кристалла от величины магнитного поля. Период модуляции магнитного поля Т устанавливают из условия Т 37,, где — время жизни фотовозбужденных носителей в кристалле, а регистрацию фотопроводимости осуществляют на частоте модуляции, но в фазе, сдвинутой на 90 относительно фазы модуляции о магнитного поля. 2 ил.

1 12969

Изобретение относится к физике твердого тела, физике полупроводников, а именно к изучению свойств примесных центров и дефектов, и может быть использовано для получения информации о микроструктуре примесных и структурных дефектов.

Цель изобретения — расширение объема информации о примесных центрах и дефектах в кристалле. 10

На фиг. 1 представлена зависимость фотопроводимости кристалла чистого кремния при изменении магнитного поля, направленного вдоль оси симметрии (111) на фиг. 2— та же зависимость для кристаллов, содержащих фосфор.

Способ основан на физическом явлении изменения фотопроводимости кристаллов при значениях магнитного поля, соответствующих точкам пересечения магнитных подуровней парамагнитных центров. Такое изменение фотопроводимости кристаллов наблюдается при направлениях вектора напряженности магнитного поля вдоль осей симметрии кристаллов и при изменении величины напряженности магнитного поля имеет вид резонансных пиков.

При отклонении вектора напряженности магнитного поля от осей симметрии кристалла интенсивность пиков уменьшается и увеличивается их ширина.

Таким образом, при реализации предлагаемого способа измеряется фотопроводимость кристалла при изменении величины Н магнитного поля, и при значениях Н, соответствующих точкам пересечения уровней парамагнитных центров, наблюдаются острые пики.

При изменении величины магнитного поля изменяется магнитосопротивление кристаллов и не удается выделить интересующие нас пики на фоне сильного изменения проводимости .. кристалла за счет магнитосопротивления. Кроме того, если точки актипересечения уровней парамагнитных центров находятся в слабых магнитных полях Н 10-1000 Гс и регистрация фотопроводимости ведется на высоких и сверхвысоких частотах, то накладываются еще нежелательные эффекты циклотронного резонанса на свободных фотовозбужденных но12 г сителях. При этом также невозможно выделить необходимые пики фотопроводимости, Поэтому необходимо осуществлять модуляцию магнитного поля по величи.. е и регистрировать сигналы изменения фотопроводимости методом синхронного детектирования на частоте модуляции. Частоту модуляции магнитного поля устанавливают так, чтобы период Т модуляции удовлетворял условию Т Зь, где — время жизни фотовозбужденных носителей, а фазу опорного сигнала сдвигают о на 90 относительно фазы модуляции магнитного поля.

Положение линий в регистрируемом спектре дает важный параметр, точку пересечения уровней. Эта точка является свойством самого центра.

Ширина наблюдаемых линий при точном совпадении направления магнитного поля с осью симметрии связана с естественной шириной магнитных подуровней парамагнитных центров. Эта ширина связана с временами спиновой релаксации парамагнитных центров. Таким образом, по ширине наблюдаемых линий можно определить времена спиновой релаксации центров.

Пример. Измерейия проводились с кристаллами чистого высокоомного р-типа с удельным сопротивлением 3000 Ом.см. В кристалле создавались дефекты с помощью облучения f -квантами. Доза облучения составляла 10 з -квантов/см .

Измерения проводились на стандартном спектрометре ЭПР 3-сантиметрового диапазона. Образцы помещались в резонатор спектрометра, освещались через окно в резонаторе светом лампы накаливания мощностью

100 Вт. В свете лампы накаливания содержатся кванты с энергией, соответствующей ширине запрещенной зоны кремния Е 1, 1 эВ. Поэтому при освещении образцов таким светом возникала фотопроводимость.

Экспериментально было установлено, что интенсивность света следует выбирать так, чтобы обеспечить поток фотонов на образец больше, чем

10 см с . При использовании более мощных источников, например лазеров, интенсивность потока следует огра1В -2 4 ничить величиной 10 см с, так как наступает перегрев образца, что з 12 приводит к уменьшению интенсивности наблюдаемых сигналов.

Регистрирующая система спектрометра ЭПР позволяла измерять измене ние СВЧ-фотопроводимости кристалла кремния по изменению добротности резонатора. Величина СВЧ-мощности в резонаторе устанавливалась достаточно малой, порядка 1 мВт, чтобы уменьшить шумы в регистрирующем тракте. Частота модуляции магнитно го поля была 100 кГц, т.е. период

1 модуляции Т = ††-- = 10 с был

10 ° 10 на порядок меньше, чем время жизни фотовоэбужденных носителей = 10 . е в исследованных кристаллах кремния.

Амплитуда модуляции магнитного поля 1 Гс. Измерения проводились при температуре образцов 25 К. Фаза синхронного детектора спектрометра о

ЭПР устанавливалась равной 90 относительно фазы, при которой наблюдаются обычные сигналы ЭПР.

Вид зарегистрированного изменения фотопроводимости кристалла при изменении величины магнитного поля, ориентированного вдоль оси (111> кристалла, показан на фиг. 1. Изменение фотопроводимости кристалла происходит при значении магнитного поля H = 388 Гс, при отклонении вектора напряженности магнитного поля от оси с111> кристалла линия уширяется и ее интенсивность падает.

Таким образом, приведенная на фиг. 1 наблюдающаяся линия свидетельствует о наличии в кристалле кремния, облученного -квантами, дефектов. Ось симметрии этих центров совпадает с осью кристалла <111 .

Точка пересечения уровней Н = 388Гс

В этом же кристалле наблюдался обычный спектр ЭПР от триплетных парамагнитных центров, представляющий собой две линии при значениях магнитного поля Н, = 2786 Гс и Н =

3646 Гс. Этот спектр наблюдался только в ориентации Hll (111 ). По расщеплению между этими линиями можно определить константу триплет1 ных центров D = — (Н вЂ” Н<) = 430 Гс

? и аарамеер Е = (Йе-Н = "(430» 388е

183 Гс.

Чувствительность предлагаемого способа достаточно высока.

96912

5

З0

Ее можно оценить, исходя из следующих данных. При облучении -квантами скоростЬ введения дефектов порядка 10 с ; При дозе облучения

-2

1Ñ см в кристалле образуется м -г

<2 э

10 см дефектов, причем дефектов самого различного вида, в том числе и непарамагнитных. Наблюдающиеся центры являются возбужденными триплетными состояниями дефектов, поэтому их цоля весьма мала и сос-а тавляет 10 — 10 от полной концентрации дефектов. В приведенном примере концентрация триплетных центров порядка 10 см . Так как отношение а сигнал/шум на фиг. 1 превышает 10, то чувствительность предлагаемого" способа позволяет зарегистрировать

10 триплетных центров.

На фиг. 2 приведен наблюдающийся спектр для кристалла кремния и-типа с концентрацией атомов фос19 фора 10 см, облученного -кван45 -2 тами дозой 1 0 см е В этом кристалле кроме уже описанной линии при Н = 388 Гс наблюдается ряд линий от других парамагнитных центров (линии а, Ь, с и с1). Эти линии возникают только после облучения кристаллов -квантами н только в тех кристаллах, которые содержат атомы фосфора. Поэтому можно предположить, что эти новые линии относятся к возбужденным триплетныч состояниям комплекса фосфор + вакансия.

Ранее эти триплетные центры не наблюдались.

Формула изобретения

Способ исследования кристаллов, включающий воздействия на кристалл светом, постоянным магнитньм полем и полем модуляции, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения объема информации о примесных центрах и дефектах в кристалле, вектор напряженности постоянного магнитного поля направляют поочередно вдоль осей симметрии ку.исталла, период Т поля модуляции устанавливают из условия Т 3 ь, при этом регистрируют зависимость фотопроводимости кристалла от величины напряженности постоянного магнитного поля в фазе о сдвинутой на, 90 относительно фазы поля модуляции, где о — время жизни фотовозбужценных носителей.

1296912,fn

И

son

Составитель В. Майоршин

РедактоР Н. КиштУлинец ТехРед И.Попов,щ

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 769/45 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4