Влияние ионизирующего излучения на параметры изделий электронной техники: Методические разработки, страница 3

 Второй процесс - это рекомбинация электронно-дырочных пар. В данном случае сначала центром захватывается свободный носитель одного знака, после чего следует захват носителя другого типа. При рекомбинации удаляются электронно-дырочные пары, то есть имеет место процесс, противоположный процессу генерации. В общем, скорость рекомбинации зависит от плотности дефектов (или рекомбинационных центров), концентрации свободных носителей, сечений захвата электронов и дырок и положения уровня энергии. Среднее время, которое неосновной носитель проводит в своей зоне до рекомбинации, называется рекомбинационным временем жизни t. Рекомбинационные центры, созданные под влиянием радиации, уменьшают t₁, что является основной причиной снижения коэффициента усиления в биполярных транзисторах.  Третий процесс - это временный захват носителей, как правило, на мелкий уровень. В этом процессе носитель захватывается дефектом, а затем испускается в свою зону, при этом рекомбинации не происходит. В общем случае возможен захват как основных, так и неосновных носителей (на разные уровни). Именно из-за радиационно-индуцированных ловушек падает эффективность переноса заряда в приборах с зарядовой связью.  Четвертый процесс - это компенсация доноров или акцепторов радиационно-индуцированными центрами. На рис.1 некоторые из свободных электронов, внесенных донорным уровнем, компенсируются радиационно-индуцированными акцепторами с глубоким уровнем. В результате этого уменьшается равновесная концентрация свободных носителей. Такой эффект удаления носителей должен вызывать изменения в свойствах прибора или схемы, зависящих от концентрации носителей. Например, за счет удаления носителей будет возрастать сопротивление коллектора биполярного транзистора.  Пятый процесс – это туннелирование носителей через потенциальный барьер с помощью уровней дефектов. Такое туннелирование, обусловленное дефектами (или ловушками), может в определенных условиях приводить к возрастанию тока в приборе. Например, в обратном токе p-n-перехода диода может присутствовать подобная туннельная составляющая.  Радиационные дефекты также могут работать как центры рассеивания, вызывая снижение подвижности носителей. Как известно, с увеличением концентрации ионизированной примеси подвижность носителей в полупроводниках уменьшается. Точно также появление заряженных радиационных дефектов вызывает уменьшение подвижности.  Зарядовое состояние дефекта зависит от того, заняты ли соответствующие этому дефекту уровни в запрещенной зоне электронами или дырками. Если, например, дефект принял на себя электрон, то дефект находится в однозарядном отрицательном состоянии. Зарядовое состояние оказывает большое влияние на относительную подвижность дефектов в решетке и электрические свойства полупроводника. Скажем, отжиг дефектов смещения в кремнии зависит от их зарядового состояния; зарядовое состояние любого дефекта определяется положением уровней дефекта по отношению к уровню Ферми в запрещенной зоне. Так, способность вакансии диффундировать по решетке кремния зависит от ее зарядового состояния. Иными словами, от зарядового состояния зависит энергия активации, обуславливающая движение вакансии. Так, однократно отрицательная заряженная вакансия в кремнии при данной температуре гораздо подвижнее нейтральной. При комнатной температуре вакансия в кремнии достаточно подвижна и представляет собой нестабильный дефект. Образовавшись при облучении, вакансии проходят через решетку, образуя более стабильные дефекты, такие, как дивакансии и комплексы вакансия-примесь. Если во время перестройки (отжига) следить за электрическими характеристиками, то, как правило, будет наблюдаться уменьшение степени повреждения со временем.   Изменить зарядовое состояние дефектов можно несколькими способами. Положение уровня Ферми будет меняться при изменении сопротивления или типа (n или p) облученного материала. Другой путь изменения зарядового состояния состоит в увеличении избыточной концентрации носителей (уровня инжекции). Это может происходить, когда под действием бомбардирующих частиц возникает сопутствующая ионизация в материале. Уровень инжекции в облученном материале можно также менять с помощью оптического возбуждения и электрической инжекции носителей. Уровень инжекции, существующий во время и сразу после образования дефектов, очень важен при определении скорости отжига в облученном кремнии. Одним из механизмов, ответственных за инжекционно-стимулированное восстановление в облученных материалах и приборах, является изменение подвижности первичных дефектов (таких, как вакансия) при изменении зарядового состояния. Рекомбинационно-стимулированный отжиг - это процесс, в котором энергия, отданная во время без излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар, вызывает перестройку дефектов. Полагают, что превращение энергии электронной системы в колебательную энергию происходит путем электрон-фононного взаимодействия на дефектах в узлах.  Как только произошли миграция и перестройка дефекта, в облученных материалах и приборах при данной температуре устанавливается относительно стабильная конфигурация дефектов. В облученном кремнии время жизни неосновных носителей зависит от избыточной концентрации носителей во время измерения. Зависимость времени жизни носителя от уровня инжекции можно связать с рекомбинационными свойствами уровней дефекта, образованных при облучении.  Зависимость времени жизни неосновных носителей от избыточной концентрации носителей показывает, что в области низких уровней инжекции наблюдается плоский участок. По мере возрастания уровня инжекции растет и время жизни. При высоких избыточных концентрациях достигается максимум, после чего время жизни начинает уменьшаться. Такой ход кривых можно объяснить на основе рекомбинации на двух независимых уровнях в запрещенной зоне. При низких уровнях инжекции преобладает первый уровень. При высоких избыточных концентрациях становится важной рекомбинация на втором уровне. Основой для таких описаний служит рекомбинационная модель Холла-Шокли-Рида. В общем случае время жизни, связанное с рекомбинацией на одном уровне, может либо возрастать, либо уменьшаться в зависимости от уровня инжекции. В условиях низкой инжекции в рекомбинационных процессах преобладают уровни, расположенные в зоне сравнительно глубоко, и тогда при увеличении избыточной концентрации носителей наблюдается увеличение времени жизни. При высоких уровнях инжекции преобладают мелкие рекомбинационные центры, и с увеличением концентрации носителей скорость рекомбинации возрастает. Качественное увеличение времени жизни с ростом избыточной концентрации носителей, наблюдаемое при низких уровнях инжекции, можно представить как результат «транспортной пробки», которая происходит на доминирующем рекомбинационном уровне. Дело в том, что большинство центров занято неосновными носителями, и лишь относительно малое их число способно захватить дополнительное количество носителей. В результате время жизни неосновных носителей растет. При высоких концентрациях эта «пробка» рассасывается за счет рекомбинации на втором уровне, и время жизни вновь уменьшается. При высоких избыточных концентрациях зарядовое состояние уровня дефекта может меняться за счет сдвига квазиуровня Ферми, благоприятствуя, таким образом, созданию условий для захвата носителей определенными центрами. Изменение зарядового состояния усиливает рекомбинацию на таких центрах.