Эффект дальнодействия в полупроводниках

ВЕСТНИК
УДМУРТСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА

ФИЗИКА
2005. №4

УДК 578.086

А. С. Алалыкин, П. Н. Крылов, М. В. Шинкевич

ЭФФЕКТ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

В кратком обзоре проанализированы экспериментальные результаты и теоретические модели эффекта дальнодействия (ЭД) при атермических внешних
воздействиях. Совокупность экспериментальных фактов указывает на важную роль дефектной системы исходных образцов и коллективных процессов
ее изменения при атермических воздействиях. Рассмотрены диффузионная,
ударная, волны переключения, автоволновая модели ЭД.

Ключевые слова: ионное облучение, радиационное дефектообразование, эффект дальнодействия, модели ЭД, автоволновая модель.

Введение

Экспериментальные результаты последних лет показывают, что при
ионном облучении происходит накопление и перераспределение радиационных и других видов дефектов на расстояниях, в десятки и тысячи раз превосходящих глубину проекционного пробега имплантированных
ионов ("эффект дальнодействия")[1]. Результатом такого перераспределения является существенное изменение физических свойств всего материала. Возникает необходимость учитывать кинетику формирования дефектной структуры на таких расстояниях.

1. Экспериментальные результаты обнаружения эффекта
дальнодействия

Эти эффекты можно разделить на две группы: поперечные и продольные. К поперечным (планарным) эффектам следует отнести появление
избыточных дефектов на поверхности на некотором расстоянии от облучаемой области. Так, в работе [2] представлены результаты исследования
влияния локального облучения ионами аргона на структуру, состав и свойства поверхностных слоев арсенида галлия в окрестности псевдограницы
"облучаемая - необлучаемая поверхность". Показано, что максимум распределения дислокаций находится на расстоянии приблизительно 1,5 мм
от границы.
Продольный эффект дальнодействия в полупроводниках впервые был
обнаружен в работе [1] при ионном облучении кремния. Изменение структуры фиксировалось на рентгеновских топограммах, полученных методом
Ланга на отражение. Авторы обнаружили, что облучение ионами приводит к усилению контраста отдельных дислокационных линий, для некото

А. С. Алалыкин, П. Н. Крылов, М. В. Шинкевич

рых линий наблюдалось смещение порядка 10 мкм и распад на систему
отдельных дислокаций, распространяющихся на расстояние 150 - 200 мкм.
Факт смещения дислокаций полностью объясняется их взаимодействием с избыточными точечными дефектами, генерируемыми облучением.
Усиление контраста связывают как с разрушением в процессе облучения
атмосфер вокруг дислокаций, так и с отрывом дислокаций от этих атмосфер. Наконец, усиление контраста может быть обязано генерации новых
дислокаций из поверхностных источников. Авторы полагают, что наряду со свободными точечными дефектами образуется значительное количество связанных в комплексы или захваченных нарушениями структуры
дефектов, которые после прекращения облучения распадаются на свободные. Первым обязаны изменения в дислокационной структуре, а влияние
вторых, очевидно, может проявиться лишь через некоторое время после
распада достаточного количества связанных дефектов.
В кристаллах, содержащих исходные несовершенства, например кластеры вакансий или междоузельные атомы, при облучении ионами эффект
дальнодействия может усиливаться [3].
В работе [3] исследовано влияние окислительных дефектов упаковки
на масштаб проявления эффекта дальнодействия при ионном облучении
кремния с эпитаксиальными слоями. Использование эпитаксиальных композиций обусловлено тем, что для них эффект дальнодействия выражен
более ярко по сравнению с массивными монокристаллами.
Как и в работе [1], облучение Si в [3] проводилось ионами Ar+ с
энергией 40 кэВ дозой 6∗1016см−2 со стороны подложки, часть поверхности экранировалась фольгой. Было обнаружено, что облучение приводит
к значительному уменьшению деформации решетки эпитаксиальной пленки.
Облучение ионами может оказывать влияние не только на перераспределение дислокаций, но и на различные физические процессы. Так, в
работе [4] показано, что облучение потоком ионов обратной стороны кремниевой пластины препятствует диффузии атомов золота из пленки, нанесенной на поверхность пластины.
Авторами работы [4] для проверки возможного влияния ионной имплантации на диффузию золота через акустические волны, возбуждаемые
при торможении ионов, были проведены эксперименты по воздействию
акустической волны на процесс диффузии Au в кремнии. В результате
измерений установлено, что при воздействии акустической волной происходит оттеснение атомов золота к поверхности. Таким образом, авторы
установили качественное подобие эффектов и предположили, что часть
энергии, выделяемой в области торможения ионного пучка, затрачивается на возбуждение акустической волны, переносится на расстояния, существенно большие, чем размеры области упругих потерь, и оказывает
влияние на процесс диффузии.
В работах [5, 6] было показано, что при бомбардировке аргоном при