|
Воздействие атомов азота на активные примеси бора и фосфора в кремнии Дальневосточный государственный университет Научный руководитель: Заводинский Виктор Григорьевич, д.ф.-м.н. Поведение примесей в кремнии изучается весьма интенсивно уже в течении нескольких десятилетий, поскольку именно наличие примесей определяет его основные электрофизические свойства. Азот в кремнии изучался как экспериментально, так и теоретически большим числом авторов. В последние годы повышенный интерес к азоту был стимулирован попытками использовать его путем ионной имплантации для создания нитридных или оксинитридных буферных слоев на границе Si/SiO 2, что должно способствовать повышению надежности полупроводниковых устройств и открывает возможности дальнейшего уменьшения их размеров. При имплантации часть атомов азота проникает в близлежащий объемный кремний и важно знать, как наличие азота влияет на поведение активных примесей — таких как бор и фосфор. Имеются данные, что азот сдерживает диффузию бора в оксинитриде, образуя малоподвижные B-N комплексы, однако, насколько нам известно, работы, касающиеся взаимодействия азота с бором и фосфором в кремнии отсутствуют.В данной работе исследовалось изменение геометрии решетки при помещении отдельных примесей в кремний, производилось изучение энергетики комплексов. Исследования проводились с помощью готовых пакетов компьютерных программ, реализующих различные квантово-механинические методы расчета многоатомных структур. Ранее нами проводились расчеты полуэмпирическим методом АМ1 и двумя ab initio псевдопотенциальными методами Хартри-Фока (ХФ) и функционала электронной плотности (ФЭП). При использовании всех этих методов был реализован кластерный подход. Размеры кластеров варьировались от 5 до 71 атома в кластере.При анализе энергетики взаимодействия оказалось, что атомам активных примесей, таких, как бор и фосфор энергетически выгоднее соединяться с атомами азота, нежели находиться в чистом кремнии. Значения выигрыша энергии приведены в нижеследующей таблице. Значения энергий даны в eV.
Затем мы произвели аналогичные исследования с использованием другой программы, реализующей зонный метод расчета. В работе использовали примитивная кубическая ячейка кремниевой решетки, содержащие 8 и 64 базисных атома. Донная ячейка транслировалась бесконечное число раз, реализуя идеальный кристалл. Один или два внутренних атома кремния замещались атомами примеси, затем система релаксировалась. Этот наиболее надежный из всех методов также показал наличие энергетической выгоды при образовании N+P, N+P комплексов. Значения приведены в таблице.
Видно, что атомы примесей преимущественно будут связываться с азотными атомами. При этом важно знать, как азот повлияет на электрические свойства примесей. Для этого необходимо изучить электронную структуру донных комплексов. Изучение электронной структуры методом ФЭП показало, что в этих комплексах примесные состояния, соответствующие атомам P и В, находятся на более больших расстояниях от уровня Ферми, чем в отсутствие атомов азота. Для фосфора этот сдвиг равен 0.46 эВ, для бора — 0.31 эВ. Таким образом, можно заключить, что наличие азота в кремнии делает атомы фосфора и бора не только малоподвижными, но и менее активными электрически. Сейчас, чтобы подтвердить этот результат ведется исследование наиболее точным зонным методом. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (c) АСФ России, 2001 |