Особливості дефектоутворення в монокристалах n-Si при електронному опроміненні

Based on measurements of infrared Fourier spectroscopy, Hall effect, and the tensor Hall-effect, we have established the nature, and determined the concentration, of the main types of radiation defects in the single crystals n-Si <P>, irradiated by different fluxes of electrons with an energy of 12 MeV. It is shown that for the examined silicon single crystals at electronic irradiation, it is quite effective to form a new type of radiation defects belonging to the VOiP complexes (A-center, modified with an additive of phosphorus). Based on the solutions to electroneutrality equation, we have derived dependences of activation energy for the deep level E1=EC–0,107 eV, which belongs to the VOiP complex, on uniaxial pressure along the crystallographic directions [100] and [111]. By using a method of least squares, we have constructed approximation polynomials for calculating these dependences. At orientation of the deformation axis along the crystallographic direction [100], the deep level E1=EC–0.107 eV will be decomposed into two components with a different activation energy. This explains the nonlinear dependences of activation energy of the deep level E1=EC–0.107 eV on the uniaxial pressure P≤0.4 GPa. For pressures P>0.4 GPa, the decomposition of this deep level is significant and one can assume that the deep level of the VOiP complex will interact only with two minima in the silicon conduction zone while a change in the magnitude of activation energy would be linear for deformation. For the case of uniaxial pressure P≤0.4 GPa along the crystallographic direction [111] a change in the activation energy for the VOiP complex is described by a quadratic dependence. Accordingly, the offset in the deep level E1=EC–0.107 eV for a given case is also a quadratic function for deformation. Different dependences of activation energy of the VOiP complex on the orientation of a deformation axis relative to different crystallographic directions may indicate the anisotropic characteristics of this defect. The established features in defect formation for the n-Si <P> single crystals, irradiated by electrons, could be applied when designing various instruments for functional electronics based on these single crystalsНа основе измерений инфракрасной Фурье-спектроскопии, эффекта Холла и тензо-холл-эффекта была установлена природа и определена концентрация основных типов радиационных дефектов в монокристаллах n-Si <P>, облученных различными потоками электронов с энергией 12 МэВ. Показано, что для исследуемых монокристаллов кремния при электронном облучении является довольно эффективным образование нового типа радиационных дефектов, принадлежащих комплексам VOiP (А-центр, модифицированный примесью фосфора). Из решений уравнения электронейтральности получены зависимости энергии активации для глубокого уровня E1=EC–0,107 эВ, что принадлежит комплексу VOiP, от одноосного давления вдоль кристаллографических направлений [100] и [111]. С помощью метода наименьших квадратов получены аппроксимационные полиномы для расчета данных зависимостей. При ориентации оси деформации вдоль кристаллографического направления [100] глубокий уровень E1=EC–0,107 эВ будет расщепляться на две компоненты с разной энергией активации. Это объясняет нелинейные зависимости энергии активации глубокого уровня E1=EC–0,107 эВ от одноосного давления P≤0,4 ГПа. Для давлений P>0,4 ГПа расщепление данного глубокого уровня есть значительным и можно считать, что глубокий уровень комплекса VOiP будет взаимодействовать только с двумя минимумами зоны проводимости кремния, а изменение величины энергии активации будет линейным по деформации. Для случая одноосного давления P≤0,4 ГПа вдоль кристаллографического направления [111] изменение энергии активации для комплекса VOiP описывается квадратичной зависимостью. Соответственно смещение глубокого уровня E1=EC–0,107 эВ для данного случая также является квадратичной функцией по деформации. Различные зависимости энергии активации комплекса VOiP от ориентации оси деформации относительно различных кристаллографических направлений могут свидетельствовать об анизотропных характеристиках данного дефекта. Установленные особенности дефектообразования для облученных электронами монокристаллов n-Si <P> могут быть использованы при разработке на основе данных монокристаллов различных приборов функциональной электроникиНа основі вимірювань iнфрачервоної Фур’є-спектроскопiї, ефекту Холла та тензо-холл-ефекту була встановлена природа та визначена концентрація основних типів радіаційних дефектів в монокристалах n-Si <P>, опромінених різними потоками електронів з енергією 12 МеВ. Показано, що для досліджуваних монокристалів кремнію при електронному опромінені є досить ефективним утворення нового типу радіаційних дефектів, що належать комплексам VOiP (А-центр, модифікований домішкою фосфору). З розв’язків рівняння електронейтральності отримано залежності енергії активації для глибокого рівня E1=EC–0,107 еВ, що належить комплексу VOiP, від одновісного тиску вздовж кристалографічних напрямків [100] та [111]. За допомогою методу найменших квадратів одержані апроксимаційні поліноми для розрахунку даних залежностей. При орієнтації осі деформації вздовж кристалографічного напрямку [100] глибокий рівень E1=EC–0,107 еВ буде розщеплюватись на дві компоненти з різною енергією активації. Це пояснює нелінійні залежності енергії активації глибокого рівня E1=EC–0,107 еВ від одновісного тиску P≤0,4 ГПа. Для тисків P>0,4 ГПа розщеплення даного глибокого рівня буде значним і можна вважати, що глибокий рівень комплексу VOiP взаємодіятиме тільки з двома мінімумами зони провідності кремнію, а зміна енергії активації буде лінійною за деформацією. Для випадку одновісного тиску P≤0,4 ГПа вздовж кристалографічного напрямку [111] зміна енергії активації для комплексу VOiP описується квадратичною залежністю. Відповідно зміщення глибокого рівня E1=EC–0,107 еВ для даного випадку теж є квадратичною функцією за деформацією. Різні залежності енергії активації комплексу VOiP від орієнтації осі деформації відносно різних кристалографічних напрямків можуть свідчити про анізотропні характеристики даного дефекту. Встановленні особливості дефектоутворення в опромінених електронами монокристалах n-Si <P> можуть бути використані при розробці на основі даних монокристалів різних приладів функціональної електронік