1
ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР
ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ
УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ
DSc.27.06.2017.ҒМ/Т.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ЎЗБЕКИСТОН МИЛЛИЙ УНИВЕРСИТЕТИ
ДАЛИЕВ ШАХРУХ ХОЖАКБАРОВИЧ
КРЕМНИЙЛИ СТРУКТУРАЛАРНИНГ ЭЛЕКТРОФИЗИК
ХУСУСИЯТЛАРИГА Zr, Ti ВА Hf КИРИШМАЛАРИНИНГ
ТАЪСИРИ
01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси
ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)
ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2017
2
УДК: 621.315.592.2
Физика-математика фанлари фалсафа доктори (PhD) диссертацияси
автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата диссертации доктора философии (PhD)
по физико-математическим наукам
Contents of dissertation abstract of doctor of philosophy (PhD)
on physical-mathematical sciences
Далиев Шахрух Хожакбарович
Кремнийли структураларнинг электрофизик хусусиятларига
Zr, Ti ва Hf кириндиларининг таъсири
3
Далиев Шахрух Хожакбарович
Влияние примесей Zr, Ti и Hf на электрофизические свойства
кремниевых структур
21
Daliev Shakhrukh Khojakbarovich
The influence of impurities in Zr, Ti and Hf on electrophysical properties
of silicon structures
39
Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works
44
3
ФИЗИКА-ТЕХНИКА ИНСТИТУТИ, ИОН-ПЛАЗМА ВА ЛАЗЕР
ТЕХНОЛОГИЯЛАРИ ИНСТИТУТИ, САМАРҚАНД ДАВЛАТ
УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ
DSc.27.06.2017.ҒМ/Т.34.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ КЕНГАШ
ЎЗБЕКИСТОН МИЛЛИЙ УНИВЕРСИТЕТИ
ДАЛИЕВ ШАХРУХ ХОЖАКБАРОВИЧ
КРЕМНИЙЛИ СТРУКТУРАЛАРНИНГ ЭЛЕКТРОФИЗИК
ХУСУСИЯТЛАРИГА Zr, Ti ВА Hf КИРИШМАЛАРИНИНГ
ТАЪСИРИ
01.04.10 – Яримўтказгичлар физикаси
ФИЗИКА-МАТЕМАТИКА ФАНЛАРИ ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)
ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2017
4
Физика-математика фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD) диссертацияси мавзуси
Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Маҳкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида
В2017.2. PhD/FM33 рақам билан рўйхатга олинган
Диссертация Мирзо Улуғбек номидаги Ўзбекистон Миллий университетида бажарилган.
Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз (резюме)) Илмий кенгаш веб-
саҳифасида (http://fti-kengash.uz
)
ҳамда «ZiyoNet» ахборот-таълим порталида (
жойлаштирилган.
Илмий раҳбар:
Мамадалимов Абдугафур Тишабаевич
физика-математика фанлари доктори, академик
Расмий оппонентлар:
Камалов Амангелди Базарбаевич
физика-математика фанлари доктори
Зикриллаев Нурулла Фатхуллаевич
физика-математика фанлари доктори, профессор
Етакчи ташкилот:
Наманган давлат университети
Диссертация ҳимояси Физика-техника институти, Ион-плазма ва лазер технологиялари
институти, Самарқанд давлат университети ҳузуридаги DSc.27.06.2017.FM/T.34.01 рақамли
Илмий кенгашнинг 2017 йил «___»___________ соат____ даги мажлисида бўлиб ўтади. (Манзил:
100084, Тошкент шаҳри, Бодомзор йўли кўчаси, 2б-уй. Тел./факс: (99871) 235-42-91, e-mail:
lutp@uzsci.net, Физика-техника институти мажлислар зали).
Диссертация билан Физика-техника институтининг Ахборот-ресурс марказида танишиш
мумкин ( ______ рақами билан рўйхатга олинган). Манзил: 100084, Тошкент шаҳри, Бодомзор
йўли кўчаси, 2б-уй. Тел./факс: (99871) 235-42-91.
Диссертация автореферати 2017 йил «____» _______________ куни тарқатилди.
(2017 йил «____» _______________ даги _______ рақамли реестр баённомаси).
С.Л. Лутпуллаев
Илмий даражалар берувчи илмий
кенгаш раиси, ф.-м.ф.д., профессор
А.В. Каримов
Илмий даражалар берувчи илмий
кенгаш илмий котиби, ф.-м.ф.д., профессор
C.А. Бахрамов
Илмий даражалар берувчи илмий кенгаш
қошидаги илмий семинар раиси,
ф.-м.ф.д., профессор
5
КИРИШ (фалсафа доктори (PhD) диссертацияси аннотацияси)
Диссертация мавзусининг зарурати ва долзарблиги.
Бугунги кунда
жахонда қийин эрийдиган киришмаларни кремнийли структураларнинг
электрофизик хусусиятларига таъсирини ва кремний асосидаги металл-
диэлектрик-яримўтказгичли (МДЯ)-структураларнинг ташқи муҳит ҳамда
радиацион нурланишларга чидамлилигини ошириш усулларини ишлаб
чиқишга
қаратилган
тадқиқотлар
олиб
борилмоқда.
Бунда
тез
ривожланаётган микро- ва оптоэлектрон яримўтказгичлар соҳасида
яримўтказгичларда нуқсонлар марказларини ҳосил қилувчи киришмалар
хусусиятларини тадқиқ этиш орқали наноструктурали қурилмалар яратиш
муҳим вазифалардан бири бўлиб қолмоқда.
Мустақиллик йилларида амалий татбиққа эга бўлган долзарб илмий
йўналишларга сезиларли даражада эътибор кучайтирилди, хусусан, физика
соҳасида наноэлектроника қурилмалари учун яримўтказгичли материалларни
ҳамда кўпқатламли структураларни олиш ва уларни чуқур сатҳли
киришмалар билан легирлаш усулларини такомиллаштиришга алоҳида
эътибор қаратилди. Кремний ва кремний структураларида кечувчи физик
жараёнлар параметрлари барқарорлигини муқобиллаштириш усулларини
такомиллаштиришда сезиларли натижаларга эришилди. Кремнийли
структураларга ўтиш ва ноёб ер элементлар киришмаларини киритиш йўли
билан уларнинг фотосезгирлиги янада оширилди, қатор киришмаларнинг
энергетик спектрларини аниқлаш усуллари ишлаб чиқилди. Шу билан бир
қаторда яримўтказгичлар ва яримўтказгичли структураларни ўрганиш бўйича
кремнийнинг ва унинг асосидаги кўпқатламли структураларнинг босим,
радиация ва қуёш нури каби ташқи таъсирларга муносабатини башорат
қилиб берувчи физик асосларини яратишни тақазо этмоқда. Ўзбекистон
Республикасини янада ривожлантиришнинг Ҳаракатлар стратегиясига кўра,
илмий-тадқиқот ва инновация фаолиятини рағбатлантириш, илмий ва
инновация
ютуқларини
амалиётга
жорий
этишнинг
самарали
механизмларини яратиш масалаларига алоҳида эътибор қаратиш, шу
жихатдан яримўтказгичлар физикаси соҳасида ташқи таъсирларга чидамли
кремний ва унинг асосидаги кўпқатламли структураларни олиш муҳим
аҳамиятга эга.
Бугунги кунда жаҳонда замонавий электрониканинг базавий
элементлари ҳисобланган металл-диэлектрик-яримўтказгич структуралар
асосидаги микросхемалар ишчи параметрларининг барқарорлигини ошириш-
га катта аҳамият берилмоқда. Жумладан қийин эрувчан элементлар билан
легирланган яримўтказгичларнинг электрофизик хоссаларини ва киришмалар
ҳосил қилган чуқур сатҳлари идентификациясини (қайд этишни) ўрганиш,
қийин эрувчи элементлар (ҚЭЭ) атомларининг кремнийда термик ва
радиацион нуқсонлар ҳосил бўлиши жараёнига таъсирини татқиқ этиш, ҚЭЭ
атомларининг бошқариб бўлмайдиган технологик аралашмалар билан ҳамда
6
киришма атомлари ва яримўтказгичли структура нуқсонларининг ўзаро
таъсирини аниқлаш муҳим вазифалардан ҳисобланади.
Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2010 йил 15 декабрдаги ПҚ-
1442-сон «2011-2015 йилларда Ўзбекистон Республикаси саноатини
ривожлантиришнинг устувор йўналишлари тўғрисида»ги Қарори, 2017 йил 7
февралдаги ПФ-4997-сон «2017-2021 йилларда Ўзбекистон Республикасини
ривожлантиришнинг бешта устувор йўналиши бўйича Ҳаракатлар
стратегиясини келгусида амалга ошириш чора тадбирлари тўғрисида» ги
Фармони, 2017 йил 17 февралдаги ПҚ-2789–сон «Фанлар академияси
фаолияти, илмий тадқиқот ишларини ташкил этиш, бошқариш ва
молиялаштиришни янада такомиллаштириш чора-тадбирлари тўғрисида» ги
Қарори ва ва ҳамда мазкур фаолиятга тегишли бошқа меъёрий-ҳуқуқий
ҳужжатларда белгиланган вазифаларни амалга оширишга ушбу диссертация
тадқиқоти муайян даражада хизмат қилади.
Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши
устувор йўналишларига мослиги.
Мазкур тадқиқот республика фан ва
технологиялар ривожланишининг II. «Физика, астрономия, энергетика ва
машинасозлик» устувор йўналишига мувофиқ бажарилган.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
Шу кунга қадар олимлар ва
ишлаб чиқарувчиларнинг эътибори кремнийда ва кремний структураларида
кечувчи
физик
жараёнлар,
шунингдек
уларнинг
параметрлари
барқарорлигини муқобиллаштириш усулларини ишлаб чиқишга қаратилган,
АҚШ ва Япония олимлари A.Milnes, D.J.Struthers, E.R.Weber, Y.Tokumari лар
томонидан фотосезгирликни ошириш учун кремнийнинг чегаравий
қатламларида ноанъанавий аралашмалар (Ti, Ni, Gd, Sm ва б.) билан кичик
концентрацияларда, кейинчалик уни термик оксидлаш ва (Al,Cu,W) металл
электродларини жойлаштириш билан, легирлаш жараёни ишлатилган.
Россиялик
олимлар
А.А.Лебедев,
Л.С.Берман,
В.И.Фистуллар
томонидан кремнийда ҳар хил чуқур сатҳли аралашмаларнинг ҳолати
ўрганилган ва ушбу сатҳларнинг энергетик спектрлари аниқланган.
Академиклар М.С.Саидов, Р.А.Муминов, А.Т.Мамадалимов ва бошқа
Ўзбекистонлик олимлар ҳам яримўтказгичлар ва яримўтказгичли
структуралардаги локал марказлар физикасини ривожлантиришга қаратилган
илмий изланишларда ўзларининг муносиб ҳиссаларини қўшганлар.
Компенсацияловчи киришмалар билан легирланган яримўказгичларнинг
хоссалари М.К.Бахадирханов ва С.З.Зайнабидиновлар томонидан ўрганилган.
К.П.Абдурахмонов ва бошқалар томонидан ҳар хил киришмалар билан
легирланган кремнийдаги дефект ҳосил бўлиш жараёнлари ўрганилган ва
қатор киришмаларнинг энергетик спектрлари аниқланган. С.И.Власов
томонидан кремний структураларининг фазалараро чегараларида юз берувчи
физик жараёнлар ўрганилиб, бўлинишнинг яширин чегараси хоссаларини
яримўтказгич ва диэлектрикнинг ҳажмий хоссаларидан фарқловчи асосий
фактор, яримўтказгичнинг таъқиқланган соҳасидаги энергетик сатҳларни
ҳосил қилувчи сиртий электрон ҳолатларнинг борлиги исботлаб берилган.
7
Тадқиқотнинг
диссертация
бажарилган
илмий-тадқиқот
муассасаси илмий-тадқиқот ишлари режалари билан боғлиқлиги.
Диссертация иши Ўзбекистон Миллий университетининг ФМ-2-038 рақамли
«Қийин эрувчи элементлар билан легирланган, кремний асосидаги, металл-
диэлектрик-яримўтказгич типидаги кўпқатламли структураларнинг бўлиниш
чегарасидаги ва ҳажмидаги физик жараёнларни тадқиқ қилиш» (2007-2008
йй.); ОТ–Ф2-081 рақамли «Кремнийнинг аралашмали-нуқсонли ассоциат
монокристалларида нуқсон ҳосил бўлиши қонуниятларини ва яримўтказгич-
диэлектрик бўлиниш чегараларида яширин чегаралар пайдо бўлишининг
динамик жараёнларини ўрганиш» (2007–2011 йй.); ЁФ-2-08 рақамли «Ноёб
ер элементлар кириндилари билан легирланган кремний ва кремнийли
кўпқатламли структуралардаги нуқсон ҳосил бўлишига ва термик ишловига
радиациянинг таъсирини ўрганиш» (2010-2011 йй.) ва ЁФ-2-13 рақамли
«Кремний структураларининг электрофизик хоссаларига титан кичик гуруҳи
кириндиларининг таъсирини ўрганиш» (2016-2017 йй.) мавзусидаги
лойиҳалар доирасида бажарилган.
Тадқиқотнинг мақсади
сиғимли спектроскопия ёрдамида қийин
эрувчи Zr, Ti ва Hf атомлари билан легирланган кремнийнинг электрофизик
хоссалари ва ушбу элементлар атомларининг кремний таркибидаги
аралашмалар билан ўзаро таъсирини, ҳамда кремний асосидаги металл-
диэлектрик-яримўтказгич (МДЯ) структураларнинг хоссаларига таъсирини
аниқлашдан иборат.
Тадқиқотнинг вазифалари:
қийин эрувчи элементлар
Zr, Ti ва Hf билан легирланган кремний
намуналарининг электрофизик хоссаларини диффузион йўл ва эритмадан
ўстириш жараёнида тадқиқ қилиш;
Zr, Ti ва Hf киришмалари ҳосил қиладиган чуқур сатҳларни
идентификация қилиш ва уларнинг энергетик спектрларини аниқлаш;
қийин эрувчи элементлар атомларининг кремнийдаги термик
нуқсонлар ҳосил бўлиши жараёнларига таъсирини ўрганиш;
Zr, Ti ва Hf атомларининг
60
Со
-квантлари билан нурлантирилган
кремнийдаги радиацион нуқсонлар ҳосил бўлишига таъсирини ўрганиш;
қийин эрувчи элементлар атомларининг кремнийдаги технологик
киришмалари - кислород ва углерод билан, шунингдек, қўшимча киритилган
электрофаол ва электронейтрал киришмалари билан ўзаро таъсирини тадқиқ
қилиш;
қийин эрувчи элементлар атомларининг металл-диэлектрик-яримўтказ-
гич типидаги кремнийли структуралари параметрларига таъсирини ўрганиш.
Тадқиқотнинг объекти
Zr, Ti ва Hf билан легирланган Si, МДЯ-
структуралардан иборат.
Тадқиқотнинг предмети:
Zr, Ti ва Hf билан легирланган кремнийнинг
DLTS ва ФС спектрлари; қийин эрувчи элементлар киришмаларининг
назорат қилинмайдиган
киришмалар билан ўзаро таъсирлари; шунингдек,
8
МДЯ-структураларда қийин эрувчи элементлар кириндилари билан
кечадиган физик жараёнлардан иборат.
Тадқиқотнинг
усуллари.
Тадқиқотларни
амалга
оширишда
ностационар сиғимли чуқур сатҳлар спектроскопияси (DLTS), фотосиғими
(ФС) ва инфрақизил (ИҚ) ютилиши усуллари қўлланилди.
Тадқиқотнинг илмий янгилиги
қуйидагилардан иборат:
кремнийда Zr, Ti ва Hf атомлари сатҳларининг ҳосил қилиш
самарадорлиги технологик режимга (ҳарорат ва диффузия вақти, шунингдек,
намуналарнинг диффузиядан кейинги совутиш тезлиги) боғлиқлиги
аниқланган;
қийин эрувчи элементлар киришмалари билан ўстириш жараёнида
легирланган кремнийда чуқур сатҳлар ҳосил бўлмаслиги, лекин 1000÷1250
о
С
даража оралиғидаги ҳароратли қайта ишлов натижасида Zr, Ti ва Hf
атомларининг фаоллашуви ва чуқур сатҳларнинг ҳосил бўлиши кўрсатилган;
қийин эрувчи элементлар киришмаларининг диффузион киритиш
жараёнида термик ва радиацион нуқсонларнинг камайиши ва кремний
параметрларининг барқарорлашуви исботланган;
кремний панжарасида нодир ер элементлари (лантан ёки эрбий)
киришмаларининг мавжудлиги, қўшимча киритилган Zr, Ti ва Hf билан
боғлик чуқур сатҳлар ҳосил бўлиш самарадорлигини ошириши илк бор
кўрсатилган;
металл-диэлектрик-яримўтказгич структураларнинг кремний таглиги
ҳажмидаги Zr, Ti ва Hf киришмалар таъсирида юқори частотали вольт-
фарада характеристикаларининг назорат намуналарига нисбатан манфий
томонга силжиши МДЯ-структураларни юза ҳолатларининг зичлиги
ошишига ва Si-SiO
2
бўлиниш чегарасида мусбат заряд ҳосил бўлишига олиб
келиши аниқланган;
қийин эрувчи элементлар киришмалари таъсирида кремнийли МДЯ-
структураларнинг яримўтказгич сохасининг таъқиқланган зонасининг
кенглиги Е
g
бўйича юзавий ҳолатлари зичлигининг N
ss
тақсимоти ўзгаришига
олиб келиши кузатилган.
Тадқиқотнинг амалий натижалари
қуйидагилардан иборат:
кремнийли МДЯ-структураларни ҳажмини ва юзавий сатҳларини Zr, Ti
ва Hf киришмалари билан легирлаш технологияси ва МДЯ-структуралар
параметрларини қийин эрувчи элементлари киришмаларини киритиш йўли
билан оптималлаштириш шартлари ишлаб чиқилган;
кремнийли МДЯ-структуралар параметрларининг термик барқарорли-
гини ва радиацион чидамлилигини қийин эрувчи элементлари киришма-
ларини киритиш йўли билан амалга ошириш усуллари ишлаб чиқилган.
Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги
юқори сезгирликка ва
ажратиш қобилиятига эга бўлган тажрибавий услубларнинг қўлланилган-
лиги, шунингдек, турли усулларда олинган натижаларнинг яхши мос келиши
билан асосланади.
9
Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.
Тадқикот натижаларининг илмий аҳамияти ноёб элементлар киритил-
ган яримўтказгичларнинг янги ҳусусиятларини тушунтириб бериш имконини
беради.
Тадқикот натижаларининг амалий аҳамияти шундаки, кремний
параметрларининг термик барқарорлигини ва радиацион чидамлилигини
қийин эрувчи элементлар киришмаларини киритиш йўли билан ошириш
бўйича олинган натижаларидан турли яримўтказгичли асбоблар ишлаб
чиқаришда фойдаланиш мумкин.
Тадқиқот натижаларини амалиётга жорий
қилиш.
Қийин эрувчи
элементлари билан легирланган кремний ва кремнийли структураларда
нуқсонлар ҳосил бўлиш жараёнларини ўрганиш асосида:
силицид титан-кремний тизими асосидаги ишчи соҳаси билан
модифицирланган структурани ҳосил қилиш усули «FOТON» акционерлик
жамиятида диод структурларига омик контакт олишда фойдаланилган
(«Ўзэлтехсаноат» акциядорлик компаниясининг 2017 йил 25 сентябрдаги
02-1953-сон маълумотномаси). Илмий натижаларнинг қўлланиши кремний
асосидаги диод структураларига кичик кетма-кет қаршиликли контакт
соҳаларини олиш имконини берган;
кремнийли МДЯ-структуралари ҳажмини ва юзавий қатламларини
қийин эрувчи элементлар (Zr, Ti ва Hf) киришмалари билан легирлаш
технологияси ёрдамида олинган натижалар ФА-Ф3-Ф003 рақамли
«Компенсирланган кремний датчиги асосида озиқ-овқат сақланадиган омбор
температурасини ва намлигини узоқ масофадан назорат қилиб турадиган
қурилмани яратиш» ва А-3-57 рақамли «Наноструктурали кремний датчик
асосида турли хил объектларда ҳарорат ва намликни назорат килувчи
микропроцессорли асбобни ишлаб чиқиш» мавзусидаги лойиҳаларда ҳарорат
ва намликни назорат қилувчи қурилма яратишда ишлатилган (Фан ва
технологиялар агентлигининг 2017 йил 20 сентябрдаги ФТА-01-02/691-сон
маълумотномаси). Илмий натижалардан фойдаланиш компенсирланган крем-
ний асосидаги датчиклар параметрларининг иссиқликка бардошлилигини
ошириш имконини берган.
Тадқиқот натижаларининг апробацияси.
Диссертация ишининг
асосий натижалари 10 та халқаро ва 8 та республика илмий-амалий
анжуманларида муҳокамадан ўтказилган.
Тадқиқот натижаларининг эълон қилиниши.
Диссертация мавзуси
бўйича 33 та илмий иш, жумладан, Ўзбекистон Республикаси Олий
аттестация комиссиясининг докторлик диссертациялари асосий илмий
натижаларини чоп этиш тавсия этилган илмий нашрларда 9 та мақола нашр
этилган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми.
Диссертация таркиби кириш,
тўртта боб, хулоса, адабиётлар рўйхатидан иборат. Диссертациянинг ҳажми
37 та расм ва 3 та жадвални ўз ичига олган ҳолда 128 бетни ташкил этади.
10
ДИССЕРТАЦИЯ ИШИНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш қисмида диссертация иши мавзусининг долзарблиги асослаб
берилган, ишнинг мақсад ва вазифалари баён қилинган, ишнинг илмий
янгилиги ва амалий аҳамияти кўрсатилган ҳамда ҳимояга олиб чиқилаётган
асосий қоидалар келтирилган.
Биринчи
“Кремнийда ва кремнийли структураларда нуқсон ҳосил
бўлиш жараёнларининг хусусиятларини таҳлил қилиш
” номли бобда
қийин эрувчи ва нодир ер элементлари киришмалари бўлган кремнийнинг
электрофизик хусусиятларини тадқиқ қилиш бўйича ишларнинг натижалари
келтирилган. Қийин эрувчи элементлар билан легирланган кремний
хусусиятларининг ўстириш жараёнларидаги таҳлили ҳам, диффузион
усулдаги таҳлили ҳам келтирилган. Қийин эрувчи элементлар билан
легирланган кремнийнинг хусусиятларига кислород ва углерод каби
технологик кириндиларнинг таъсири қараб чиқилган. Қийин эрувчи
элементлар ва нодир ер элементлари кириндиларига эга кремнийга
термоишлов бериш ва нурлантиришни унинг электрофизик хусусиятларига
таъсири, шунингдек турли миқдордаги кислородга эга бўлган кремнийда
структуравий нуқсонларни тадқиқ қилиш бўйича маълумотлар таҳлил
қилинган.
Металл-диэлектрик-яримўтказгич типидаги кремнийли структуралар ва
Шоттки диодларидаги турлича
нуқсонларнинг
ҳолатини ўрганиш бўйича
ишларнинг таҳлили келтирилган, шунингдек яримўтказгичлар ва ярим-
ўтказгич
структуралардаги
нуқсонларнинг
сиғим
спектроскопияси
хусусиятлари тавсифланган. Р-п ўтишнинг сиғими ҳамда чуқур сатҳларни
температуранинг ўзгариши билан қайта зарядланиши қараб чиқилган ҳамда
ўзгармас сиғим режимидаги DLTS усулнинг моҳияти баён қилинган бўлиб, у
t
f
давомийликка ва U
f
амплитудали тўлдириш импульсининг тугаганидан
кейинги вақтнинг t
1
ва t
2
вақтларида структурадаги кучланишлар фарқининг
температуравий боғланишини ўлчашдан иборатдир.
Кремнийдаги кислород ва углероднинг концентрациясини аниқлаш
учун икки нурли схемада спектрнинг 1200 дан 400 см
-1
инфрақизил (ИҚ) -
соҳасида ишлайдиган SPECORD – 72-IR инфрақизил спектрофотометри
ёрдамида ИҚ-ютилиш спектрларини ўлчаш методикаси баён қилинган.
Бобнинг сўнгида диод структураларнинг тайёрлаш ва уларга термик
ишлов беришни ўтказишнинг технологияси батафсил тавсифланган.
Кремнийни Zr, Ti ва Hf қийин эрувчи элементлар билан легирлаш
технологияси батафсил баён қилинган.
“
Титан
кичик
гуруҳидаги
кириндиларни
кремнийнинг
электрофизик хусусиятларига таъсири”
номли иккинчи бобда қийин
эрувчи элементларнинг кремнийнинг хусусиятларига таъсирини тадқиқ
қилишга бағишланган. Ушбу бобда Zr, Ti ва Hf - қийин эрувчи элементлар
билан легирланган кремнийда нуқсон
ҳосил бўлиш жараёнларини,
шунингдек кремнийда гафний ва лантан мисолида нодир ер элементлари ва
11
технологик киришмалар атомларининг киришмалараро ўзаро таъсирини
ўрганиш, кремнийдаги қийин эрувчи ва нодир ер элементларнинг
хусусиятларига термик ишлов беришнинг таъсирини текширишнинг
комплекс тадқиқотлари натижалари келтирилган.
Zr, Ti ва Hf киришмалари билан легирланган кремнийни 50 соат
мобайнида 1200
0
С да диффузия усули билан легирлаш шуни кўрсатдики,
барча тадқиқ қилинган диодларда вольт-фарад характеристикалардан (ВФХ)
аниқланган 1/С
2
= f(V
обр
) боғланишлар чизиқли бўлиб, бу Zr, Ti ва Hf ларнинг
яримўтказгич ҳажмида текис тақсимланганлигини кўрсатади. 300 К да 1/С
2
=
f(V
обр
) дан аниқланган, ионлашган марказларнинг ҳажмий заряд қатламидаги
концентрацияси n-турдаги кремнийдан тайёрланган диодларда ҳам,
шунингдек Zr, Ti ва Hf киришмали p-турдаги кремнийдан тайёрланган
диодларда ҳам дастлабки кремнийдаги акцепторлар концентрацияси билан
мос келади.
Кремнийдаги нуқсонларнинг энергетик спектри титан мисолида кўриб
чиқилган. DLTS спектридан келиб чиқадики, n-Si<Ti> намуналарида
Т
м
=120К ва Т
м
=150К да максимумларга эга иккита чўққи (1-расм, 1- эгри
чизиқ) кузатилади. DLTS спектрларини Аррениус боғланишида қайта ҳисоб-
китоб қилиш чуқур сатҳларнинг бу чўққиларнинг Е
с
–0.20 эВ, Е
с
–0.27 эВ га
тенг ионизация энергияси билан қайта зарядланиши билан боғлиқлигини
кўрсатади. p-Si<Ti> намуналарида Е
v
+0.30 эВ га тенг ионизация энергиясига
тенг ва
n
=2.10
-17
см
2
-
кавакларнинг қамраб олиш кесимига эга фақат
биттагина чуқур сатҳ аниқланди.
1-расм. n-Si<Ti> (1) ва p- Si<Ti> (2) намуналарининг DLTS спектри
Натижаларнинг таҳлили кўрсатадики, Е
v
+0.30 эВ чуқур сатҳларнинг
ҳосил бўлиш самарадорлиги
Т
диф
ва
сов
га боғлиқ. Шунингдек титан
электрофаол атомларининг DLTS спектрларидан аниқланган концентрацияси
12
ҳам Т
диф
га боғлиқлиги аниқланди. Сиғим спектроскопияси ва нейтрон-
активацион таҳлил усули билан олинган маълумотларнинг таҳлили шуни
кўрсатадики, кремнийга диффузия йўли билан киритилган титан
атомларининг ҳаммаси ҳам электр жиҳатидан фаолликни кўрсатмайди, Si
ҳажмидаги титаннинг фақатгина 20% га яқини электрофаол бўлади.
Титаннинг ўзини бундай тутиши кремнийдаги бошқа ўтиш элементларининг
ўзини тутишига ўхшайди. Биз кремнийга ўстириш жараёнида (Si<Ti>
ўст
)
эритмадан киритилган Ti атомларининг ҳолатини ҳам ўргандик. Тадқиқ
қилинган намуналар n-турдаги ўтказувчанликка ва
20
100 Ом
см га эга
эди. Si<Ti>
ўст
намуналарининг DLTS спектрларининг таҳлилидан аниқланган
чуқур сатҳларнинг параметрлари диффузион-легирланган n-Si<Ti>
диф
намуналаридаги чуқур сатҳларнинг параметрларига ўхшашлиги аниқланди.
Фотосиғим (ФС) спектрларининг ўлчашларидан n-Si<Ti> намуналаридаги
титаннинг сатҳларини идентификацияси ўтказилди. n-Si<Ti> дан қилинган
диоднинг типик фотосиғим спектри (2-расм) турли катталикдаги иккита
поғонадан иборат. Бу титаннинг Е
с
–0.20 эВ, Е
с
–0.27 эВ га тенг фиксирланган
ионизация энергиясига эга иккита чуқур сатҳнинг ҳосил қилишини кўрсатади
2-расм. n-Si<Ti> асосидаги диодларнинг ФС ва ИФС спектрлари
ва h
> 0.6 эВ соҳада сиғимнинг оҳиста ортиши рўй беради. Худди шундай
термик ишловдан ўтган n-Si (Ti сиз) назорат намуналарида фақат термик
ишлов нуқсонлари
учун характерли бўлган Е
с
–0.20 эВ сатҳлар топилди,
уларнинг концентрацияси N
гу
= 10
12
см
3
тартибда эди.
Чуқур марказларнинг ҳосил бўлиш жараёнлари гафний билан
диффузион-легирланган намуналарда ҳам ўрганилди. 3-расмда n-Si<Hf>.
намуналарининг типик DLTS спектрлари келтирилган.
DLTS спектрларини хисоб-китоб қилиш шуни кўрсатадики, n-Si<Hf>
намуналарида Е
с
0.20 эВ ва Е
с
0.28 эВ га тенг ионизация энергиясига эга
иккита чуқур сатҳ ҳосил бўлади. p-Si<Hf> намуналарида Е
v
+0,35 эВ га тенг
13
ионизация энергиясига эга битта чуқур сатҳ аниқланди. DLTS спектрлари-
нинг таҳлили Е
с
0.28 эВ ва Е
v
+0.35 эВ га тенг ионизация энергиясига эга
иккита чўққи кремнийдаги Hf атомлари билан боғлиқлигини кўрсатди.
Фотосиғим спектрларида Е
с
-0,20 эВ ва Е
с
-0,26 эВ га тенг ионизация
энергиясига эга иккита чўққи, индуцирланган фотосиғим спектрларида эса
Е
v
+0,34 эВ га тенг ионизация энергиясига эга фақат битта чўққи кузатилади.
n-Si<Hf> ва p-Si<Hf> спектрлари 4-расмда келтирилган.
3-расм. n-Si<Hf> (1), p- Si<Hf> (2) ва n-Si (назорат)
намуналарининг DLTS спектри
.
Маълумотларни таҳлил қилиш ва таққослаш Si ҳажмида Hf атомлари-
нинг мавжудлиги термо ишлов бериш билан боғлиқ E
c
0.20 эВ га тенг чуқур
сатҳлар концентрациясининг камайишига олиб келишини кўрсатади.
Кремний ҳажмида гафний атомларининг мавжудлиги, кремнийда нодир ер
элементларининг мавжудлиги каби термик нуқсон
ҳосил бўлиш
самарадорлигининг пасайишига олиб келади: n-Si<Hf> да термик ишлов
берилган n-Si назорат намунасидагига қараганда E
c
0.20 эВ га тенг чуқур
сатҳларнинг концентрацияси анчагина кам.
Гафний атомлари кремнийга ўстириш жараёнида киритилган
намуналар ҳам тадқиқ қилинди. n-Si<Hf> намуналари DLTS спектрларининг
ўзгариши бирор бир чуқур сатҳ концентрацияси, гарчи нейтрон-активацион
таҳлил маълумотларига кўра Hf атомларининг миқдори етарлича катта
18
16
10
5
10
2
~
см
-3
бўлишига қарамай, сезиларли даражада ўзгариши
кузатилмаганини кўрсатди. Демак, ўстиришда киритилган Hf атомлари Si
ҳажмида электронейтрал ҳолатда бўлар экан. Тадқиқотлар уларни юқори
ҳароратли ишловлар ёрдамида фаоллаштириш мумкинлигини кўрсатди.
Бунда чуқур сатҳларнинг энергетик спектри Hf диффузион йўли билан
легирланган намуналарникига ўхшаган бўлади. Si<Hf>
диф.
да чуқур сатҳнинг
14
Hf атомлари билан боғлиқ концентрацияси Si<Hf>
ўст.
намуналардагига
қараганда бир тартибга кўплигини таъкидлаб ўтамиз.
4-расм. n-Si<Hf> ФС (1) ва n-Si<Hf> ИФС (2) типик спектрлари
Кремнийда биз тадқиқ қилган яна бир қийин эрувчи элемент бўлиб
цирконий ҳисобланади. Ушбу бобда кремнийга диффузия усули билан
киритилган элементлардан бири – цирконий билан легирланган кремнийдаги
нуқсонлар энергетик спектрини ўрганиш натижалари келтирилган.
Тадқиқотлар фотосиғим ва чуқур сатҳларнинг ностационар сиғим
спектроскопияси ёрдамида ўтказилди.
Тадқиқ қилинаётган намуна сифатида турлича солиштирма
қаршиликка эга n- ва p-тип ўтказувчанликли монокристалл кремнийдан
фойдаланилди. Кремнийни цирконий билан легирлаш махсус софликка эга
Zr нинг пуркатилган қатламидан 1000
1250
0
С температура
оралиғида
диффузион усулда амалга оширилди. Назорат намуналари сифатида Zr нинг
кремнийга киритилишидаги вақт мобайнида ва юқори ҳароратда термо
ишлов берилган n- ва p-Si намуналаридан фойдаланилди. Ўлчашлар
натижаси барча n-Si намуналари цирконий билан легирлангандан кейин
уларнинг солиштирма қаршилигининг катталиги ортишини кўрсатди. p-Si
намуналарда эса, солиштирма қаршиликнинг қиймати деярли ўзгармасдан
қолар экан.
Цирконий билан диффузион усулида легирланган Si намуналари, ҳамда
назорат термоишлов берилган намуналарда DLTS ва фотосиғим спектрлари
ўлчанди. 5- расмда цирконий билан 1000
о
С ва 1250
о
С температураларда
легирланган ва ундан кейин сувга солиш йўли билан кескин равишда
совутилган n-Si и p-Si намуналарининг DLTS спектрлари келтирилган. n-
Si<Zr> ва p-Si<Zr> намуналарнинг ўлчанган DLTS спектрларининг таҳлили
кремнийда цирконийнинг мавжудлиги ионизация энергиясининг Е
с
-0.22 эВ,
Е
с
-0.42 эВ ва Е
v
+0.30 эВ га тенг фиксирланган қийматларига эга учта чуқур
сатҳнинг ҳосил бўлишига олиб келишини кўрсатади, уларнинг охирги иккита
15
сатҳи катта қийматга эга бўлгани аниқланди. Цирконий атомлари билан
боғлиқ чуқур марказларнинг ҳосил бўлиш самарадорлиги диффузия
температурасининг ортиши ва диффузиядан кейинги совутиш тезлигининг
ортиши билан ортиши аниқланди: Т
диф
ва υ
сов
қанчалик катта бўлса,
цирконийнинг чуқур сатҳларининг концентрацияси шунчалик катта бўлади.
Фотосиғим спектрларининг ўлчаниши, текширилаётган намуналарда
h
~ 0.22, 0.42 ва 0.30 эВ соҳада сиғимнинг релаксацияси кузатилишини
кўрсатди. Бу эса кузатилаётган сатҳларнинг термик ва оптик ионизация
энергиялари деярли мос тушишини англатади.
Термоишлов берилган n-Si назорат намуналарида DLTS ва ФС
спектрларининг параллел равишда ўлчанишининг кўрсатишича, уларда
фақат Е
с
-0.22 эВ га тенг ионизация энергиясига эга битта сатҳ кузатилар
экан, бунинг устига унинг концентрацияси цирконий билан легирланган
намуналардагига қараганда бир тартибга юқори экан. Бу ердан шундай
хулоса қилиш мумкинки, кремнийдаги цирконий атомлари билан фақат
иккита охирги сатҳлар, айнан эса, Е
с
-0.42 эВ ва Е
v
+0.30 эВ энергияга тенг
сатҳлар боғланган, Е
с
-0.22 эВ сатҳ эса термоишлов беришнинг нуқсони
ҳисобланади.
5-расм. Zr билан легирланган n-Si ва p-Si нинг 1000
о
С (1,2)
ва 1250
о
С (1а, 2а) даги ва Si-контроль намуна (3) DLTS спектрлари
Паст температурали ишлов бериш (ПТИ) экспериментлари шуни
кўрсатдики, 100 – 300
о
С температуралар
оралиғида
изотермик қиздириш Е
с
-
0.42 эВ ва Е
v
+0.30 эВ га тенг чуқур сатҳлар концентрациясининг ортишига
олиб келар экан, Е
с
-0.22 эВ га тенг сатҳ эса ПТИ нинг таъсирига стабил бўлар
экан.
16
“Титан кичик гуруҳи киришмаларининг МДЯ-структуралар
параметрларига таъсири эффектларини тадқиқ қилиш”
номли учинчи
бобда
МДЯ-структура параметрларига баъзи қийин эрувчи элементларнинг
таъсири тадқиқотининг натижалари келтирилган.
МДЯ-структуралар параметрларига қийин эрувчи элементлар
атомлариниг таъсири титан мисолида батафсил кўриб чиқилган. Титан билан
легирланган n-Si тагликдаги МДЯ-структураларда СС-DLTS ва ВФХ
спектрларини ўлчашнинг натижалари келтирилган. Шуни таъкидлаб
ўтамизки, ҳозиргача кремний тагликка киритилган Ti атомларининг МДЯ-
структура параметрларига таъсири ҳақидаги бирор-бир маълумот йўқ.
Шунинг учун мазкур ишда ушбу бўшлиқни тўлдиришга ҳамда титан
киришмали кремнийли МДЯ-структураларнинг хусусиятларини батафсил
тадқиқ қилишга ҳаракат қилинган.
Кремнийни титан билан легирлаш 1250
0
С температурада 10 соат
мобайнида Si сиртига пуркалган метал қатламидан диффузия қилиш
ёрдамида амалга оширилди. Сўнгра юқорида кўрсатилганидек, МДЯ-
структуралар тайёрланди. Si<Ti> асосида МДЯ-структураларнинг ВФХни
ўлчаш, уларнинг назорат намуналарига қараганда манфий силжишлар
томонига сурилганини кўрсатди. Бу эса кремнийга титанни киритилиши
МДЯ-структура сиртий ҳолатларни зичлигининг ортишига ва Si-SiO
2
бўлиниш чегарасида мусбат зарядларнинг ҳосил бўлишига олиб келиши
ҳақида гувоҳлик беради.
1-назорат намунаси, 2-Ti билан легирланган МДЯ-структура
6-расм. Титан билан легирланган МДЯ-структуранинг
юқори частотали С-V-характеристикаси
Si<Ti> асосидаги МДЯ–структураларда ва назорат МДЯ-структурала-
рида (Ti киришмасисиз) СС-DLTS спектрларини ўлчаш легирланган
намуналар спектрларида Т
мах
=118 К ва Т
мах
=153 К температураларда
максимумга эга 2 та чўққининг кузатилишини, назорат намуналарида эса
бундай чўққиларнинг топилмаганини кўрсатди (7-расм). Бу чўққилар билан
боғлиқ нуқсон параметрларининг сонли ҳисоб-китоблари уларнинг аввал
17
титан билан легирланган Si да кузатганимиздек, тегишли чуқур сатҳ
параметрларидан фарқ қилмаслигини кўрсатди. Дарҳақиқат, Т =118 К да
максимумга эга чўққи Е
с
- 0.20 эВ га тенг ионизация энергиясига эга чуқур
сатҳга, Т = 153 К даги чўққи эса - ГУ Е
с
- 0.27 эВ ли чуқур сатҳга мос келади.
Tитан киришмасига эга ва усиз кремнийли МДЯ-структураларда ярим-
ўтказгичнинг тақиқланган соҳа кенглиги Е
g
бўйича сирт ҳолатлари зичлиги
N
ss
тақсимотининг ўзгариши келтирилган. N
ss
нинг E
g
га боғлиқлик
тақсимотининг спектри типик U–симон характерга эга. Al-SiO
2
-n-Si<Ti>
типдаги структуралар учун N
ss
нинг кремнийнинг E
g
бўйича тақсимоти
тагликда титаннинг мавжудлиги N
ss
нинг E
g
бўйича тақсимотининг
1- Si<Ti> ва 2-назорат намунаси
7-расм. Si<Ti> асосидаги МДЯ-структуранинг СС-DLTS спектри
ўзгаришига олиб келишини ҳамда Е
с
- 0.20 эВ, Е
с
- 0.27 эВ ва Е
v
+ 0.30 эВ га
тенг қийматга эга энергиялар соҳасида учта яққол ифодаланган чўққиларнинг
пайдо бўлишиги олиб келишини кўрсатади. Тадқиқ қилинаётган МДЯ
структураларда маълум киришмаларга эга ушбу нуқсонларнинг табиатини
идентификациялаш учун оксид қатлами олиб ташланди ва уларда Шоттки
барьерлари тайёрланди.
Олинган барьерларда СС-DLTS спектрларининг ўлчаниши барча
намуналарда иккита чуқур сатҳларнинг Si тақиқланган соҳасининг юқори
ярмида ионизация энергияси Е
с
- 0.20 эВ ва Е
с
- 0.27 эВ га эга ҳолда қайта
зарядланиши кузатилишини кўрсатди.
Шундай қилиб, МДЯ-структуранинг кремний таглигида титан
киришмасининг бўлиши N
ss
нинг ортишига ва титан атомлари билан боғлиқ
учта яққол ифодаланган чўққининг пайдо бўлишига олиб келар экан.
МДЯ-структура параметрларига гафний ва цирконий киришмалари-
нинг таъсири ҳам кўриб чиқилган. n-Si<Hf> ва n-Si<Zr> асосидаги МДЯ-
структура ВФХ нинг ўлчаниши, уларнинг назорат намуналарига қараганда
манфий силжишлар томонига сурилганини кўрсатади. Бу эса Si га Hf ва Zr
нинг киритилиши МДЯ-структура сиртий ҳолатлар зарядининг ортишига ва
18
Si-SiO
2
бўлиниш чегарасида мусбат зарядлар миқдорининг (назорат
намуналарига нисбатан) ортишига олиб келишига шоҳидлик беради.
Si<Hf> асосидаги МДЯ-структуралар ва назорат МДЯ-структуралари-
нинг СС-DLTS спектрларини ўлчаш уларнинг спектрлари бирмунча фарқла-
нишини кўрсатди, чунки Hf ни МДЯ-структуранинг кремний таглигига
киритишда N
ss
ортади, DLTS спектрларида эса сезиларли концентрацияга эга
бирор бир чўққининг топилмади.
Hf киришмали ва усиз кремнийли МДЯ-структураларнинг N
ss
сиртий
ҳолатлар заряди
тақсимотининг ярим ўтказгич тақиқланган соҳаси бўйича
ўзгариши N
ss
(E
g
) тақсимот спектрининг типик U-симон характерга эга
эканлигини кўрсатади.
“Кремнийли структураларда титан кичик гуруҳи киришмалари-
нинг термик ва радиацион нуқсон пайдо бўлиши жараёнларга таъсири”
номли тўртинчи бобда кремний ва кремнийли структураларга киритилган
қийин эрувчи элементларнинг турли нуқсонларнинг пайдо бўлиш ва
қиздириш жараёнларига таъсири бўйича тадқиқотнинг натижалари
келтирилган. Кремнийли структураларда цирконий сатҳи паст тумпературали
қиздирилишининг кинетикаси ўрганилган.
Вольт-фарад характеристикалар, DLTS ва ФС спектрларининг Т=100
400
0
С да ўлчашлари паст температурали ишлов бериш цирконий билан
легирланган Si намуналарида кузатиладиган чуқур сатҳлар параметрлари-
нинг сезиларли ўзгаришига олиб келмайди.
8-расмда (1-3 эгри чизиқлар) 200
о
С, 300
о
С ва 400
о
С да кейинчалик
кескин совутиш билан паст температурали ишлов берилган n-Si<Zr>
намуналар изотермик қиздирилишининг кинетикаси келтирилган. Олинган
натижаларнинг таҳлили шуни кўрсатадики, паст температурали ишлов
n-Si<Zr> да Е
с
-0.42 эВ ва Е
v
+0.30 эВ га тенг чуқур сатҳлар концентрация-
сининг ўзгаришига олиб келади, қиздириш билан бу чуқур сатҳларларнинг
концентрацияси сезиларли даражада пасаяди. Паст температурали
ишловнинг температураси ортиши билан кузатилаётган сатҳларнинг куйиб
кетиши тезроқ бўлади.
ПТИ температураси, Т
о
С: 1– 200, 2– 300, 3 – 400.
8-расм. n-Si<Zr> намуналарининг изотермик куйиш кинетикаси
19
Шундай қилиб, олинган натижалар таҳлили Si<Zr> намуналарига
изохрон ҳамда изотермик паст температурали ишлов берилиши кремнийга
цирконий атомларини диффузион усулида киритилган чуқур сатҳларнинг
куйиб кетишига олиб келишини кўрсатади.
Аввалдан 1200
0
С да 1 соат мобайнида, кейинчалик кескин совутиш
билан ишлов берилган n-Si<Hf> намуналарга худди шундай ишлов бериш
чуқур сатҳ энергетик спектрларини сезиларли даражада ўзгартиради. Юқори
температурали ишлов n-Si<Hf>да Е
с
-0.36 эВ га тенг янги чуқур сатҳларнинг
ҳосил бўлишига олиб келиши аниқланди. 900
1200
0
С интервал оралиғида
термик ишловдан ўтган намуналар DLTS спектрларининг таҳлили Е
с
-0.36 эВ
сатҳ ҳосил бўлишининг самарадорлиги ишлов бериш температураси ва
юқори температурали ишловдан олдинги юзани тозалаш даражасига
боғлиқлигини кўрсатди.
n-Si<Hf> намуналарида юқори температурали ишлов натижасида хосил
бўлган Е
с
-0,36 эВ га тенг сатҳнинг концентрацияси 1 соат давомида 250
0
С да
паст температурали ишлов натижасида сезиларли даражада камаяди ва
ишлов бериш давомийлигининг ортиши билан у тўлиғича куяди.
Олдиндан ўстириш жараёнида нодир ер элементлари (лантан ёки
эрбий) билан легирланган кремнийга ва қўшимча равишда Zr, Ti ёки Hf
киритиб экспериментал тадқиқотлар ўтказилди. Олинган натижаларга кўра,
кремний панжарасида мавжуд ўстириш жараёнида нодир ер элементларга
(лантан ёки эрбий) қўшимча равишда цирконий, титан ёки гафний
атомларини киритиш орқали чуқур сатҳларнинг ҳосил бўлиш эффективлиги
ошар экан. Шу билан бир қаторда Zr, Ti и Hf га тегишли чуқур сатҳларнинг
термик стабиллиги ҳам ошар экан, шуни таъкидлаш лозимки, лантан ёки
эрбий киришмалари бўлмаган намуналарда паст ҳароратли куйдириш
2-3 маротаба секин кечар экан.
Кремнийли МДЯ–структураларда Si-SiO
2
ўтиш қатламининг хусусият-
ларига
-нурланишнинг таъсири тадқиқ қилинди.
60
Со гамма-квантлари
билан МДЯ–структураларни нурлантириш дозасининг ортиши C-V-
характеристикаларни манфий кучланишлар томонга силжишига олиб келади,
бу эса Si-SiO
2
бўлиниш чегарасида радиацион
нуқсонларнинг пайдо бўлиши
ҳақида шоҳидлик беради. Нурланишнинг катта дозаларида кремнийнинг
сиртида инверсиянинг стабил қатлами ҳосил бўлмайди, чунки сиғим
структуранинг майдоний электродида манфий силжишнинг ортиши билан
камайиб боради.
ХУЛОСА
Қийин эрувчи элементлари билан легирланган кремний ва кремнийли
структураларда нуқсон ҳосил бўлиши жараёнларини ўрганиш асосида:
1. Биринчи марта Zr, Ti ва Hf киришмаларига эга кремний
хусусиятларининг комплекс тадқиқоти натижасида кремнийга юқори
ҳароратли диффузия йўли билан бундай кириндиларни киритиш бир қатор
чуқур сатҳларнинг ҳосил бўлишига олиб келиши аниқланган.
20
2. Сиғим спектроскопияси ёрдамида биринчи марта кремнийда Zr, Ti ва
Hf атомларининг улар кремнийга диффузион усули билан киритилганда
ҳосил қиладиган чуқур сатҳларнинг энергетик спектри аниқланган ҳамда
Si<Zr> да - Е
с
-0.22 эВ, Е
с
-0.42 эВ ва Е
v
+0.30 эВ га тенг чуқур сатҳлар; Si<Ti>
да - Е
с
–0.20 эВ, Е
с
–0.27 эВ, Е
v
+0.30 эВга тенг чуқур сатҳлар; Si<Hf> да
Е
с
0.20 эВ ва Е
с
0.28 эВ, Е
v
+0,35 эВ га тенг чуқур сатҳлар ҳосил бўлиши
кўрсатилган.
3. Кремнийдаги Zr, Ti ва Hf сатҳларининг технологик омилларга боғлиқ
равишда ҳосил бўлиш самарадорлиги ўрганилган ва ушбу киришмалар
сатҳларининг
концентрацияси
диффузия
температурасининг
ҳамда
диффузиядан кейинги совутиш тезлигининг ортиши билан кўпайиши
кўрсатилган.
4. Zr, Ti ва Hf ларни диффузион равишда кремнийга киритилиши
термик нуқсонларнинг ҳосил бўлиш
самарадорлигини 5-6 марта ва
радиацион
нуқсонларнинг ҳосил бўлиш
самарадорлигини
3-4 марта
пасайишига ва кремний параметрларининг стабиллашишига олиб келиши
аниқланган.
5. Zr, Ti ва Hf лар билан ўстириш пайтида легирланган кремнийда
чуқур сатҳлар кузатилмайди, аммо кейинги 1000÷1250
о
С ли температура
оралиғида юқори температурали ишлов бериш қийин эрувчи элементлар
атомларининг фаоллашишига олиб келиши
ва чуқур сатҳларнинг ҳосил
бўлиши аниқланган.
6. Si панжарасида лантан ва эрбийнинг мавжудлиги қўшимча равишда
киритилган цирконий, титан ва гафний билан боғлиқ чуқур сатҳларларнинг
ҳосил бўлиш самарадорлигини орттириши биринчи марта топилган.
7. Zr, Ti ва Hf кириндиларнинг мавжудлиги кремнийли МДЯ -
структураларнинг яримўтказгич сохасининг таъқиқланган зонасининг
кенглиги Е
g
бўйича юзавий ҳолатлари зичлигининг N
ss
тақсимоти ўзгаришига
олиб келиши аниқланган.
21
НАУЧНЫЙ СОВЕТ DSc.27.06.2017. FM/T.34.01 ПО ПРИСУЖДЕНИЮ
УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ ПРИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ,
ИНСТИТУТЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ И ТЕХНОЛО-
ГИЙ, САМАРКАНДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УЗБЕКИСТАНА
ДАЛИЕВ ШАХРУХ ХОЖАКБАРОВИЧ
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ Zr, Ti И Hf НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР
01.04.10 – физика полупроводников
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ (PhD)
ПО ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИМ НАУКАМ
Ташкент-2017
22
Тема диссертации доктора философии (PhD) по физико-математическим наукам
зарегистрирована в Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров
Республики Узбекистан за № В2017.1.PhD/FM33
Диссертация выполнена в Национальном университете Узбекистана имени Мирзо Улугбека
Автореферат диссертации на трех языках (узбекский, русский, английский (резюме))
размещен на веб-странице Научного совета (fti-kengash.uz) и на Информационно-образовательном
портале “ZiyoNet” (www.ziyonet.uz).
Научный руководитель:
Мамадалимов Абдугафур Тишабаевич
доктор физико-математических наук, академик
Официальные оппоненты:
Камалов Амангелди Базарбаевич
доктор физико-математических наук, доцент
Зикриллаев Нурулла Фатхуллаевич
доктор физико-математических наук, профессор
Ведущая организация:
Наманганский государственный университет
Защита диссертации состоится «__» _________ 2017 года в ____ часов на заседании
Научного совета DSc.27.06.2017.FM./T.34.01 при Физико-техническом институте, институте
Ионно-плазменных и лазерных технологий, Самаркандском государственном университете.
(Адрес: 100084, г. Ташкент, ул. Бодомзор йули, дом 2б. Административное здание Физико-
технического института, зал конференций. Тел./Факс: (99871) 235-30-41; e-mail: lutp@uzsci.net.
С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре Физико-
технического института (зарегистрирована за № ___). Адрес: 100084, г. Ташкент, ул. Бодомзор
йули, дом 2б. Административное здание Физико-технического института, зал конференций.
Тел./Факс: (99871) 235-30-41.
Автореферат диссертации разослан «___»_____________ 2017 г.
(протокол рассылки №____ от _____________2017 г.)
С.Л.Лутпуллаев
Председатель Научного совета по присуждению
ученой степени доктора наук, д.ф.-м.н., профессор
А.В.Каримов
ученый секретарь Научного совета по присуждению
ученой степени доктора наук д.ф.-м.н., профессор
С.А. Бахрамов
Председатель научного семинара при научном
совете по присуждению ученых степеней,
д.ф.-м.н., профессор
23
ВВЕДЕНИЕ (аннотация диссертации доктора философии (PhD))
Актуальность и востребованность темы диссертации.
На сегодня в
мире в области быстро развивающейся полупроводниковой микро- и
оптоэлектроники одним из перспективных направлений является
исследования свойств примесей, создающих различные дефектные центры в
полупроводниках. В этом плане исследования направленные на изучение
влияния тугоплавких примесей на электрофизические свойства кремниевых
структур и разработке
способов повышения термической стабильности и
радиационной стойкости параметров кремниевых МДП-структур являются
одними из основных задач.
В годы независимости учеными Узбекистана уделяется большое
внимание изучению процессов легирования полупроводниковых материалов
и многослойных структур примесями с глубокими уровнями (ГУ).
Достигнуты определенные успехи в разработках по повышению
фоточувствительности кремниевых структур путем введения примесей
переходных и редкоземельных элементов. В соответствии со “Стратегией
действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан” является
наиболее важным повышение эффективности отрасли микроэлектроники
на основе теоретических и практических исследований в области физики
полупроводников за счет внедрения инновационных технологий.
В мире на сегодня изучение взаимодействия между примесными
частицами и дефектами структуры полупроводника, влияния гетерогенности
строения МДП-структуры на перераспределение примесей открывает
возможность повышения стабильности рабочих параметров микросхем на
основе МДП-структур являющихся базовыми элементами современной
электроники. В этом плане целевые научные исследования, в том числе в
нижеприведенных направлениях: исследование электрофизических свойств
полупроводников, легированных тугоплавкими элементами и идентификация
глубоких уровней, создаваемых этими примесями; изучение влияния атомов
ТПЭ на процессы термического и радиационного дефектообразования в
кремнии; исследования взаимодействия атомов ТПЭ с неконтролируемыми
технологическими примесями; изучение влияния атомов тугоплавких
элементов на параметры различных кремниевых структур. Научные
исследования проводимые в этом направлении указывают на актуальность
темы данной диссертации.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит
выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Респуб-
лики Узбекистан ПП–1442 «О приоритетных направлениях развития индус-
трии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от 15 декабря 2010 года и
ПП
-
2789 «О мерах по дальнейшему совершенствованию деятельности Академии
наук, организаций, управления и финансирования научно
-
исследовательской
деятельности» от 17 февраля 2017 года а также в других нормативно
-
правовых документах, принятых в данной сфере
.
24
Соответствие исследования с приоритетными направлениями
развития науки и технологий Республики.
Настоящая работа выполнена в
соответствии с Приоритетными направлениями развития науки и технологий
Республики Узбекистан: Ф2 «Физика, астрономия, энергетика и
машиностроение» и ППИ-3 «Энергетика, энерго- и ресурсосбережение,
транспорт, машино- и приборостроение, развитие современной электроники,
микроэлектроники, фотоники и электронного приборостроения».
Cтепень изученности проблемы.
До настоящего времени внимание
ученых и разработчиков направлено на изучение физических процессов,
происходящих в кремнии и кремниевых структурах, а также на разработку
способов повышения стабильности их параметров, учеными из США и
Японии Milnes A., Struthers D.J., Weber E.R., Tokumari Y. для повышения
фоточувствительности использованы процессы легирования приграничных
слоев кремния нетрадиционными примесями (Ti, Ni, Gd, Sm др.) в малых
концентрациях с последующим его термическим окислением и нанесением
металлических (Al,Cu,W) электродов.
Российскими учеными Лебедевым А.А., Берманом Л.С., Фистулем В.И.
изучено поведение различных примесей с глубокими уровнями в кремнии и
определены энергетические спектры этих уровней.
Определенный вклад в развитие физики локальных центров
полупроводниках и полупроводниковых структурах внесли ученые
Узбекистана, среди которых академики Саидов М.С., Муминов Р.А.,
Мамадалимов А.Т. и другие. Свойства легированных компенсирующими
примесями полупроводников были изучены Бахадырхановым М.К.,
Зайнабидиновым С.З., ими обнаружены эффекты температурного и ИК-
гашения в компенсированном кремнии, легированном глубокими примесями.
Абдурахмановым К.П. и др. были изучены процессы дефектообразования в
кремнии, легированном различными примесями и определен энергетический
спектр ряда примесей. Власовым С.И. были исследованы физические
процессы, протекающие на межфазных границах кремниевых структур и
установлено, что основным фактором, определяющим отличие свойств
скрытой границы раздела от свойств объема полупроводника и диэлектрика,
является наличие поверхностных электронных состояний, создающих
энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника.
Несмотря на большое число экспериментальных данных по изучению
свойств полупроводников и полупроводниковых структур до настоящего
времени отсутствует картина, позволяющая прогнозировать поведение
кремния и многослойных структур на его основе при воздействии различных
внешних факторов: давления, радиации и солнечного света.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.
Диссертационная работа выполнена в Национальном университете
Узбекистана в соответствии с тематическими планами грантов ЦНТ РУз
ФМ-2-038 «Исследование физических процессов в объеме и на границе
раздела многослойных структур типа металл-диэлектрик-полупроводник на
25
основе кремния, легированного тугоплавкими элементами" (01.01.07 -
31.12.08гг.), ОТ–Ф2-081 «Изучение закономерностей дефектообразования в
монокристаллическом кремнии с примесно-дефектными ассоциатами и
динамических процессов формирования скрытых границ раздела
полупроводник - диэлектрик» (01.07.07–31.12.11гг.); ЁФ-2-08 «Изучение
влияния радиации на образование и отжиг дефектов в кремнии и кремниевых
многослойных структурах с примесями редкоземельных элементов»
(01.07.10-.31.12.11гг.) и ЁФ-2-13 «Влияние примесей подгруппы титана на
электрофизические свойства кремниевых структур» (01.01.16-31.12.17 гг.).
Целью исследования
является
комплексное исследование с помощью
емкостной спектроскопии электрофизических свойств Si, легированного
примесями некоторых тугоплавких элементов (ТПЭ), в частности, атомами
Hf, Ti и Zr, их взаимодействия с другими электроактивными и электронейт-
ральными примесями в кремнии, влияния этих примесей на свойства
кремниевых структур типа металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).
Для достижения поставленной цели необходимо было решить
следующие
задачи:
исследовать электрофизические свойства образцов Si, легированных
тугоплавкими элементами
Hf, Ti, Zr как диффузионным путем, так и при
выращивании из расплава;
идентифицировать глубокие уровни, создаваемые примесями гафния,
титана и циркония и определить их энергетический спектр;
изучить
влияние
атомов ТПЭ на процессы
термического
дефектообразования в кремнии;
исследовать влияние атомов Zr, Ti и Hf на образование радиационных
дефектов в кремнии, облученном
-квантами
60
Со;
исследовать взаимодействие атомов тугоплавких элементов с
технологическими примесями (кислородом углеродом), а также с
дополнительно введенными электроактивными и электронейтральными
примесями в кремнии;
изучить влияние атомов тугоплавких элементов на параметры
кремниевых структур типа металл-диэлектрик-полупроводник.
Объектом исследования
является монокристаллический кремний,
выращенный методом Чохральского и бестигельной зонной плавки, а также
Si, легированный тугоплавкими примесями Zr, Ti и Hf и МДП-структуры на
их основе.
Предметом исследования
являются спектры DLTS и ФЕ Si, легиро-
ванного Hf, Ti и Zr, эффекты взаимодействия примесей тугоплавких
элементов с неконтролируемыми примесями, а также физические процессы,
протекающие в МДП-структурах с примесями тугоплавких элементов.
Методы исследований.
Для проведения исследований использовались
методы нестационарной емкостной спектроскопии глубоких уровней (DLTS),
фотоемкости (ФЕ) и инфракрасного (ИК) поглощения.
Научная новизна исследования
заключаются в следующем:
26
показано, что эффективность образования уровней Zr, Ti и Hf в
кремнии зависит от технологических режимов (температуры и длительности
диффузии, а также скорости постдиффузионного охлаждения образцов);
обнаружено, что в кремнии, легированном примесями ТПЭ в процессе
выращивании, ГУ не наблюдаются, но последующая высокотемпературная
обработка (ВТО) в интервале температур 1000÷1250
о
С приводит к
активации атомов Zr, Ti и Hf и образованию глубоких уровней;
установлено, что диффузионное введение примесей ТПЭ приводит к
снижению эффективности образования термических и радиационных
дефектов и стабилизации параметров кремния;
впервые установлено, что наличие редкоземельных примесей (лантана
или эрбия) в решетке Si увеличивает эффективность образования ГУ,
связанных с дополнительно введенным цирконием, титаном или гафнием;
установлено, что присутствие примесей Zr, Ti и Hf в объеме подложки
кремниевых МДП-структур, приводит к сдвигу ВЧ ВФХ в сторону
отрицательных смещений по сравнению с контрольными образцами, что
свидетельствует об увеличении плотности поверхностных состояний МДП -
структур и образовании положительного заряда на границе раздела Si-SiO
2
.
обнаружено, что наличие примесей ТПЭ приводит к изменению
распределения плотности поверхностных состояний N
ss
по ширине
запрещенной зоны Е
g
полупроводника кремниевых МДП-структур.
Практические результаты исследования
заключаются в следующем:
разработаны технология легирования объема и поверхностных слоев
кремниевых МДП- структур примесями ТПЭ (Zr, Ti и Hf ) и условия
оптимизации параметров МДП-структур путем введения примесей ТПЭ;
-
разработаны способы повышения термической стабильности и
радиационной стойкости параметров кремниевых МДП-структур путем
введения примесей ТПЭ.
Достоверность
результатов
исследований
обосновывается
применением
экспериментальных
методов,
обладающих
высокой
чувствительностью и разрешающей способностью, а также хорошей
воспроизводимостью результатов, полученных разными методами.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
Научная значимость результатов исследования заключается в том, что
они позволяют выяснить закономерности дефектообразования в кремнии,
легированном различными примесями.
Практическая значимость результатов исследования заключается в том,
что полученные результаты по повышению термической стабильности и
радиационной стойкости параметров кремния путем введения ТПЭ могут
быть использованы при изготовлении различных полупроводниковых
приборов.
Внедрение результатов исследования.
На основе изучения процессов
дефектообразования в кремнии и кремниевых структурах, легированных
тугоплавкими элементами: разработанная технология получения структуры с
27
модифицированной мелкозалегающей рабочей областью на основе системы
силицид титана – кремний использована в АО «FOТON» Акционерной
компании «Узэлтехсаноат» (Справка АК «Узэлтехсаноат» от 25 сентября
2017 года). Использование научных результатов
позволило получить контактные
области с низким последовательным сопротивлением к диодным структурам на основе
кремния на АО «FOTON»;
разработанная технология легирования объема и поверхностных слоев
кремниевых МДП- структур примесями тугоплавких элементов (Zr, Ti и Hf)
использована при выполнении гранта ФА-Ф3-Ф003 «Компенсирланган
кремний датчиги асосида озиқ-овқат сақланадиган омбор температурасини ва
намлигини узоқ масофадан назорат қилиб турадиган қурилмани яратиш»
Института ядерной физики АН РУз и гранта А-3-57
“Наноструктурали
кремний датчик асосида турли хил объектларда харорат ва намликни назорат
қилувчи микропроцессорли асбобни ишлаб чиқиш” Ташкентского государ-
ственного технического университета (Справка Агентства по науке и техно-
логиям от 20 сентября
2017 года). Использование научных результатов
позволило повысить термостабильность параметров датчиков на основе
компенсированного кремния.
Апробация результатов исследования
. Основные результаты
диссертационной работы доложены и обсуждены на 10 международных и
8 республиканских научно-практических конференциях.
Публикации результатов исследования
.
По теме диссертации
опубликовано 33 научных трудов, из них 9 статей в журналах,
рекомендованных
Высшей
аттестационной
комиссией
Республики
Узбекистан
для
публикации
основных
научных
результатов
диссертационных работ.
Структура и объём диссертации
.
Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения,
списка использованной литературы и приложения.
Текст диссертации изложен на 128 страницах, включая 37 рисунков,
3 таблицы.
28
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,
изложены цель и задачи, показаны научная новизна, практическая
значимость работы и представлены основные положения, выносимые на
защиту.
В первой главе
«Анализ особенностей процессов дефектообразова-
ния в кремнии и кремниевых структурах»
приведены результаты работ
по исследованию электрофизических свойств кремния с примесями
тугоплавких и редкоземельных элементов. Проведен анализ свойств кремния,
легированного тугоплавкими элементами, как в процессе выращивания, так и
диффузионным методом. Рассмотрено влияние технологических примесей-
кислорода и углерода на свойства кремния, легированного тугоплавкими
элементами. Проанализированы данные по влиянию термообработки и
облучения на электрофизические свойства кремния с примесями ТПЭ и
редкоземельных элементов (РЗЭ), а также по исследованию образования
структурных дефектов в кремнии с различным содержанием кислорода.
Приведен анализ работ по изучению поведения различных дефектов в
кремниевых структурах типа металл-диэлектрик-полупроводник и диодов
Шоттки, также описаны особенности емкостной спектроскопии дефектов
в полупроводниках и полупроводниковых структурах. Рассмотрены емкость
p-n- перехода и перезарядка ГУ с изменением температуры и изложена
сущность метода DLTS при постоянной емкости (СС-DLTS), которая
заключается в измерении температурной зависимости разности напряжения
на структуре в моменты времени t
1
и t
2
после окончания импульса заполнения
с амплитудой U
f
и длительностью t
f
.
Описана методика измерения спектров ИК-поглощения для
определения концентрации кислорода и углерода в кремнии с помощью
инфракрасного спектрофотометра SPECORD - 72IR, работающего в
двухлучевой схеме в ИК- области спектра от 1200 до 400 см
-1
.
В конце главы подробно описываются технологии проведения
термических обработок и изготовления диодных структур. Детально
изложены особенности технологии легирования кремния примесями
тугоплавких элементов Hf, Ti и Zr.
Вторая глава
«Эффекты влияния примесей подгруппы титана на
электрофизические свойства кремния»
посвящена исследованию влияния
тугоплавких элементов на свойства кремния. В данной главе приведены
результаты комплексных исследований процессов дефектообразования в
кремнии, легированном тугоплавкими элементами - Zr, Ti и Hf, а также
изучения межпримесного взаимодействия на примере атомов гафния и
лантана, атомов редкоземельных элементов и технологических примесей в
кремнии, исследования влияния термических обработок на свойства кремния,
легированного ТПЭ и РЗЭ.
Легирование кремния, легированного примесями Zr, Ti и Hf диффу-
29
зионным методом при 1200
0
С в течение 50 часов показало, что зависимости
1/С
2
= f(V
обр
), определенные из вольт-фарадных характеристик во всех
исследованных диодах были линейными, что свидетельствует о равномерном
распределении примесей Zr, Ti и Hf в объеме полупроводника.
Концентрация ионизованных центров в слое объемного заряда в диодах как
из n-Si, а также в p-Si с примесями Zr, Ti и Hf, определенная 1/С
2
= f(V
обр
)
при 300К, хорошо согласуется с концентрацией акцепторов в исходном
кремнии.
Рассмотрен энергетический спектр дефектов в кремнии на примере
титана. Из анализа спектров DLTS следует, что на этих спектрах в образцах
n-Si<Ti> наблюдаются 2 пика с максимумами при Т
м
=120К и Т
м
=150К (рис.1,
кривая 1). Пересчет спектров DLTS в зависимости Аррениуса показывает,
что эти пики обусловлены перезарядкой ГУ с энергиями ионизации Е
с
–0.20
эВ, Е
с
–0.27 эВ. В образцах p-Si<Ti> обнаружен лишь один ГУ с энергией
ионизацией Е
v
+0.30 эВ и сечением захвата дырок
n
=2.10
-17
см
2
.
Рис.1. Спектры DLTS в образцах n-Si<Ti> (1) и p- Si<Ti> (2)
Анализ результатов показывает, что эффективность образования ГУ
Е
v
+0.30 эВ зависит от Т
диф
и
охл
. Определена также зависимость
концентрации электроактивных атомов Ti, определенной из спектров DLTS,
от Т
диф
. Анализ данных, полученных методами емкостной спектроскопии и
НАА, показывает, что не весь Ti, введенный в Si путем диффузии проявляет
электрическую активность, только около 20 % Ti, находящегося в объеме Si,
электроактивны. Такое поведение Ti аналогично поведению и других
переходных элементов в Si. Нами также изучено поведение атомов Ti,
введенного в Si из расплава при выращивании (Si<Ti>
выр
). Исследованные
образцы имели проводимость n-типа и
20
100 Ом
см. Из анализа
30
спектров DLTS образцов Si<Ti>
выр
установлено, что параметры
образующихся ГУ аналогичны параметрам ГУ в диффузионно-легированных
образцах n-Si<Ti>
диф.
.
Проведена идентификация уровней Ti в Si в образцах n-Si<Ti> из
измерений спектров ФЕ. Типичный спектр ФЕ диода на n-Si<Ti> (рис.2)
состоит из двух ступенек разной величины.
Рис.2. Спектры ФЕ (1) и ИФЕ (2) диода из n-Si<Ti>
Это свидетельствует о том, что Ti образует 2 ГУ с фиксированной
энергией ионизации: Е
с
–0.20 эВ, Е
с
–0.27 эВ. В области h
> 0.6 эВ происходит
плавный рост емкости. В контрольных образцах из n-Si (без Ti), прошедших
аналогичную ТО, были обнаружены только уровни Е
с
–0.20 эВ, характерные
для дефектов ТО, их концентрация была порядка N
гу
= 10
12
см
3
.
Рис.3. Спектры DLTS образцов n-Si<Hf> (1), p-Si<Hf> (2)
и контрольный n-Si (3)
31
Процессы образования глубоких центров исследовались также в
образцах кремния, диффузионно-легированного гафнием. На рис.3 показаны
типичные спектры DLTS образцов n-Si<Hf>.
Обработка спектров DLTS и их анализ показывает, что в образцах n-
Si<Hf> образуются два ГУ с энергиями ионизации Е
с
0.20 эВ и Е
с
0.28 эВ. В
образцах p-Si<Hf> обнаружен один ГУ с энергией ионизации Е
v
+0,35 эВ.
Анализ спектров DLTS показал, что уровни с энергией ионизаций Е
с
0.28 эВ
и Е
v
+0.35 эВ связаны с атомами Hf в Si.
На спектрах ФЕ наблюдаются два пика с энергией ионизации Е
с
-0,20
эВ и Е
с
-0,26 эВ, а на спектрах индуцированной ФЕ наблюдается один ГУ с
энергией ионизации Е
v
+0,34 эВ.n-Si<Hf> и p-Si<Hf> представлены на рис.4.
Рис.4. Спектры ФЕ (1) и ИФЕ (2) образцов n-Si<Hf>
Анализ и сопоставление данных показывают, что наличие атомов Hf в
объеме Si приводит к уменьшению концентрации ГУ E
c
0.20 эВ,
обусловленного термообработкой. Наличие атомов Hf в объеме Si, также, как
и атомов редкоземельных элементов в Si приводит к снижению
эффективности термического дефектообразования: концентрация ГУ E
c
0.20
эВ значительно ниже в образцах n-Si<Hf>, чем в n-Si<BTO>.
Исследовались также образцы, в которые Hf вводился в Si
в процессе
выращивания. Измерения спектров DLTS образцов n-Si<Hf> показали, что в
заметной концентрации каких-либо ГУ не наблюдается, хотя по данным
нейтронно-активационного анализа содержание атомов Hf довольно высокое
18
16
10
5
10
2
~
см
-3
. Следовательно, атомы Hf, введенные при выращива-
нии, находятся в объеме Si в электронейтральных состояниях. Исследования
показали, что активировать их можно с помощью высокотемпературных
обработок. При этом энергетический спектр ГУ аналогичен образцам,
легированным Hf диффузионным путем. Отметим, что концентрации ГУ,
связанных с атомами Hf в образцах Si<Hf>
диф
на порядок больше, чем в
образцах Si<Hf>
выр
.
32
Другим тугоплавким элементом в кремнии, исследованным нами
является цирконий в Si. В данном параграфе приводятся результаты
изучения энергетического спектра дефектов в кремнии, легированном одним
из этих элементов – цирконием, введенным в Si диффузионным методом.
Исследования проводилось с помощью DLTS и ФЕ.
В качестве исследуемых образцов использовался монокристаллический
кремний n- и p-типа проводимости с различными удельными
сопротивлениями.
Легирование кремния цирконием производилось диффузионным
методом из напыленного слоя Zr особой чистоты в интервале температур
1000
1250
0
С. В качестве контрольных использовались образцы n- и p-Si,
термообработанные при той же температуре и времени, что и введение Zr в
кремний.
Результаты измерений показали, что во всех образцах n-Si после
легирования цирконием наблюдается увеличение величины удельного
сопротивления. В образцах же p-Si значения удельного сопротивления
остаются практически неизменными. Для образцов Si, диффузионно-
легированных цирконием, а также подвергнутых контрольной термообра-
ботке проводились измерения спектров DLTS и ФЕ. На рис.5 приведены
спектры DLTS образцов n-Si и p-Si, легированных цирконием при 1000
о
С и
1250
о
С с последующей резкой закалкой путем сбрасывания в воду. Анализ
измеренных спектров DLTS образцов n-Si<Zr> и p-Si<Zr> показывает, что
присутствие циркония в Si приводит к образованию трех глубоких уровней
Рис.5.Спектры DLTS образцов n-Si (1, 1а) и p-Si (2, 2а),
легированных Zr при 1000
о
С (1,2 ), 1250
о
С (1а, 2а) и контр. n-Si (3)
33
с фиксированными энергиями ионизации Е
с
-0.22 эВ, Е
с
-0.42 эВ и Е
v
+0.30 эВ,
доминирующими являются два последних уровня. Обнаружено, что
эффективность образования глубоких центров, связанных с атомами
циркония увеличивается с увеличением температуры диффузии Т
диф
и
скорости охлаждения после диффузии υ
охл
: чем больше Т
диф
и υ
охл
, тем
больше концентрация глубоких уровней циркония. Измерения спектров ФЕ
показали, что в исследованных образцах наблюдается релаксация емкости в
области h
~ 0.22, 0.42 и 0.30 эВ.
Это свидетельствует о том, что термическая и оптическая энергии
ионизации наблюдаемых уровней практически совпадают.
Параллельные измерения спектров DLTS и ФЕ в контрольных
термообработанных образцах n-Si показали, что в них наблюдается лишь
уровень с энергией ионизации Е
с
-0.22 эВ, причем его концентрация на
порядок выше, чем в образцах, легированных цирконием. Отсюда можно
сделать вывод, что с атомами циркония в кремнии связаны лишь два
последних уровня, а именно уровни с энергией ионизации Е
с
-0.42 эВ и
Е
v
+0.30 эВ, а уровень Е
с
-0.22 эВ является дефектом термообработки.
Эксперименты с низкотемпературными обработками (НТО) показали,
что изотермический отжиг в интервале температур 100 – 300
о
С приводит к
уменьшению концентрации глубоких уровней Е
с
-0.42 эВ и Е
v
+0.30 эВ, а
уровень Е
с
-0.22 эВ стабилен к воздействию НТО.
В третьей главе «
Исследование эффектов влияния примесей под-
группы титана на параметры МДП-структур»
приведены результаты
исследования влияния некоторых тугоплавких элементов на параметры
МДП-структур.
Влияние атомов тугоплавких элементов на параметры МДП-структур
рассмотрено подробно на примере титана. Приведены результаты измерений
спектров СС-DLTS и ВФХ в МДП-структурах на подложках из n-Si,
легированного титаном. Отметим, что каких-либо данных о влиянии на
параметры МДП - структур атомов Ti, введенных в кремниевую подложку,
до сих пор нет. Поэтому в данной работе делается попытка восполнить этот
пробел и детально исследовать свойства кремниевых МДП-структур с
примесью титана.
Легирование Si титаном осуществлялось при помощи диффузии при
температуре 1250
0
С в течение 10 часов из напыленного на поверхность
кремния металлического Ti. Далее, как показано выше, изготавливались
МДП-структуры. Измерения ВФХ МДП-структур на основе Si<Ti>
показали, что они сдвинуты в сторону отрицательных смещений по
сравнению с контрольными образцами. Это свидетельствует о том что,
введение Ti в Si приводит к увеличению плотности ПС МДП - структур и
образованию положительного заряда на границе раздела Si-SiO
2
.
Измерения спектров СС-DLTS в МДП-структурах на основе Si<Ti> и
контрольных МДП-структурах (без примеси титана) показали, что на
спектрах легированных образцов наблюдаются 2 пика с максимумами при
34
Рис.6. Высокочастотные C-V-характеристики МДП-структур
на основе кремния, легированного титаном (2) и контрольных
МДП-структур (1)
температурах Т
мах
=118 К и Т
мах
=153 К, а в контрольных образцах такие
пики не обнаружены (рис.7). Численные расчеты параметров дефектов,
обусловленных этими пиками, показали, что они не отличаются от
параметров соответствующих ГУ, наблюдавшихся нами ранее в Si,
легированном титаном. Действительно, пик с максимумом при Т =118 К
соответствует ГУ с энергией ионизации Е
с
- 0.20 эВ, а пик при Т = 153 К -
ГУ Е
с
- 0.27 эВ.
Приведено изменение распределения плотности поверхностных
состояний N
ss
по ширине запрещенной зоны Е
g
полупроводника кремниевых
Рис.7. Спектры СС-DLTS в МДП-структурах на основе
Si<Ti> (2) и контрольных МДП-структур без титана (1)
МДП-структур с примесью Ti и без него. Спектр распределения зависимости
N
ss
от E
g
имеет типичный U-образный характер. Распределение N
ss
по E
g
кремния для структур типа Al-SiO
2
-n-Si<Ti> показывает, что наличие Ti в
подложке приводит к изменениям распределения N
ss
по E
g
и образованию
35
трех явно выраженных пиков в области энергий со значениями Е
с
- 0.20 эВ,
Е
с
- 0.27 эВ и Е
v
+ 0.30 эВ. Для идентификации природы этих дефектов с
определенными примесями в исследуемых МДП-структурах снимался
окисный слой и на них изготавливались барьеры Шоттки.
Измерения спектров СС-DLTS на полученных барьерах показали, что
во всех образцах наблюдается перезарядка двух ГУ в верхней половине
запрещенной зоны Si с энергиями ионизации Е
с
- 0.20 эВ и Е
с
- 0.27 эВ.
Таким образом, присутствие примеси титана в кремниевой подложке
МДП-структур приводит к увеличению N
ss
и появлению трех четко
выраженных пиков, связанных с атомами титана.
Рассмотрено также влияние примесей гафния и циркония на
параметры МДП-структур. Измерения ВФХ МДП-структур на основе n-
Si<Hf> и n-Si<Zr> показали, что они также сдвинуты в сторону
положительных напряжений смещения по сравнению с контрольными
образцами. Это свидетельствует о том что, введение Hf и Zr в Si приводит к
уменьшению ППС МДП- структур и уменьшению величины положительного
заряда на границе раздела Si-SiO
2
(относительно контрольных образцов).
Измерения спектров СС-DLTS в МДП-структурах на основе Si<Hf> и
контрольных МДП-структурах показали, что их спектры несколько
различаются, так как при введении Hf в кремниевую подложку МДП-
структур величина N
ss
увеличивается, на спектрах DLTS каких-либо пиков в
заметной концентрации не обнаружено.
Изменение распределения ППС N
ss
по ширине запрещенной зоны Е
g
полупроводника кремниевых МДП-структур с примесью Hf и без него,
показали что спектр распределения N
ss
(E
g
) имеет типичный U-образный
характер).
В четвертой главе «
Влияние примесей подгруппы титана на
процессы термического и радиационного дефектообразования в
кремниевых структурах»
приведены результаты исследования влияния
некоторых тугоплавких элементов на процессы образования и отжига
различных дефектов в кремнии и кремниевых структурах. Изучена кинетика
низкотемпературного отжига уровней циркония в кремниевых структурах
Измерения вольт-фарадных характеристик, спектров DLTS и ФЕ показали,
что низкотемпературная обработка (НТО) при Т=100
400
0
С не приводит к
заметному изменению параметров ГУ, наблюдаемых в образцах Si,
легированного цирконием.
На рис.8 (кривые 1-3) приведена кинетика изотермического отжига
образцов n-Si<Zr>, подвергнутых низкотемпературной обработке (НТО) при
200
0
С, 300
0
С и 400
0
С с последующей резкой закалкой. Анализ полученных
результатов показывает, что НТО приводит к изменению концентрации
глубоких уровней Е
с
-0.42 эВ и Е
v
+0.30 эВ в n-Si<Zr>: по мере отжига
заметно снижается концентрация этих ГУ. С ростом температуры НТО отжиг
наблюдаемых уровней происходит быстрее.
36
Таким образом, анализ полученных результатов показывает, что
низкотемпературная обработка, как изохронная, так и изотермическая,
Рис.8. Кинетика изотермического отжига образцов n-Si<Zr>:
температура НТО,
о
С: 1– 200, 2– 300, 3 – 400
образцов Si<Zr> приводит к отжигу уровней, обусловленных диффузионным
введением атомов циркония в кремний. Аналогичная обработка образцов n-
Si<Hf>, прошедших предварительную высокотемпературную обработку
(ВТО) при 1200
0
С в течение 1 часа с последующей резкой закалкой,
существенно изменяет энергетический спектр ГУ. Обнаружено, что ВТО
приводит к образованию нового ГУ Е
с
-0.36 эВ в n-Si<Hf>. Анализ спектров
DLTS образцов, прошедших ТО в интервале 900
1200
0
С показал, что
эффективность образования уровня Е
с
-0.36 эВ зависит от температуры
обработки и степени очистки поверхности перед ВТО.
Установлено, что концентрация уровня Е
с
-0,36 эВ, стимулированного
ВТО в образцах n-Si<Hf>, в результате НТО при 250
0
С в течение 1 часа
заметно уменьшается и с дальнейшим ростом длительности обработки он
полностью отжигается.
Были проведены эксперименты с предварительным легированием
кремния примесями редкоземельных элементов (лантана или эрбия) в
процессе выращивания из расплава и дополнительным введением Zr, Ti или
Hf. Результаты измерений показали, что наличие редкоземельных примесей
(лантана или эрбия) в решетке Si увеличивает эффективность образования
ГУ, связанных с дополнительно введенным цирконием, титаном или
гафнием. При этом повышалась также термическая стабильность глубоких
уровней Zr, Ti и Hf – их низкотемпературный отжиг происходил в 2-3 раза
медленнее, чем в образцах без примесей лантана или эрбия.
Исследовано влияние
-облучения на свойства переходного слоя Si-
SiO
2
в кремниевых МДП-структурах. Установлено, что увеличение дозы
облучения гамма-квантами
60
Со МДП - структур приводит к смещению C-V-
характеристик в сторону отрицательных напряжений, что свидетельствует о
появлении радиационных дефектов на границе раздела Si-SiO
2
. Показано,
37
что при больших дозах облучения стабильный слой инверсии на поверхности
кремния не образуется, так как емкость уменьшается с увеличением
отрицательного смещения на полевом электроде структуры.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты данной работы состоят в следующем:
1. Впервые проведено комплексное исследование свойств кремния с
примесями Zr, Ti и Hf, установлено, что введение этих примесей путем
высокотемпературной диффузии в кремний приводит к образованию ряда
глубоких уровней.
2. Изучена эффективность образования уровней Zr, Ti и Hf в кремнии в
зависимости от технологических факторов и показано, что концентрация
уровней этих примесей увеличивается с ростом температуры диффузии и
скорости охлаждения образцов после диффузии.
3. Впервые с помощью емкостной спектроскопии определен энер-
гический спектр ГУ, создаваемых атомами Zr, Ti и Hf в кремнии при их
диффузионном введении и показано, что в Si<Zr> образуются глубокие
уровни Е
с
-0.22 эВ, Е
с
-0.42 эВ и Е
v
+0.30 эВ; в Si<Hf> образуются глубокие
уровни Е
с
0.20 эВ и Е
с
0.28 эВ, Е
v
+0,35 эВ; в Si<Ti> - ГУ Е
с
–0.20 эВ, Е
с
–
0.27 эВ, Е
v
+0.30 эВ.
4. Обнаружено, что диффузионное введение Zr, Ti и Hf приводит к
снижению эффективности образования термических дефектов в 5-6 раз и
радиационных дефектов в 3-4 раза и стабилизации параметров кремния.
5. Показано, что в кремнии, легированном Zr, Ti и Hf при выращи-
вании, ГУ не наблюдаются, но последующая высокотемпературная
обработка (ВТО) в интервале температур 1000÷1250
о
С приводит к
активации атомов ТПЭ и РЗЭ и образованию глубоких уровней.
6. Впервые установлено, что наличие лантана или эрбия в решетке Si
увеличивает эффективность образования ГУ, связанных с дополнительно
введенным цирконием, титаном и гафнием и стабилизирует их свойства.
7. Обнаружено, что присутствие примесей Zr, Ti и Hf в объеме
подложки МДП-структур на основе Si, приводит к сдвигу ВЧ ВФХ в
сторону отрицательных смещений по сравнению с контрольными
образцами. Это свидетельствует об увеличении плотности поверхностных
состояний МДП - структур и образовании положительного заряда на границе
раздела Si-SiO
2
.
8. Установлено, что наличие примесей Zr, Ti и Hf приводит к
изменению распределения плотности ПС N
ss
по ширине запрещенной зоны Е
g
полупроводника кремниевых МДП-структур.
38
39
SCIENTIFIC COUNCIL AWARDING OF THE SCIENTIFIC DEGREES
DSc.27.06.2017. FM/T. 34.01 AT PHYSICOTECHNICAL INSTITUTE,
INSTITUTE OF ION-PLASMA AND LASER TECHNOLOGIES,
SAMARKAND STATE UNIVERSITY
NATIONAL UNIVERSITY OF UZBEKISTAN
DALIEV SHAKHRUKH KHOJAKBAROVICH
THE INFLUENCE OF IMPURITIES IN Zr, Ti AND Hf ON
ELECTROPHYSICAL PROPERTIES OF SILICON STRUCTURES
01.04.10 – Physics of semiconductors
ABSTRACT OF THE DISSERTATION OF DOCTOR OF PHILOSOPHY (PhD)
ON THE PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES
TASHKENT – 2017
40
Theme of dissertation of doctor of of philosophy (PhD on physics and mathematical
Sciences registered at the Supreme Attestation Commission at the Cabinet of Ministers of
the Republic of Uzbekistan under number В2017.1.DSc.FM.33
The dissertation has been prepared in National University of Uzbekistan
Abstract of the dissertation is posted in three languages (Uzbek, Russian, English resume))
on the website (fti-kengash.uz) and on Information and educational portal "ZiyoNet"
(www.ziyonet.uz).
Scientific consultant:
Mamadalimov Abdugafur Tishabaevich
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, academician
Official opponents:
Kamalov Amangeldi Bazarbaevich
Doctor of Physical and Mathematical Sciences
Zikrillaev Nurulla Fatkhullaevich
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor
Leading organisation:
Namangan State University
Dissertation defense will take place "__" _________ 2017 at ____ at the meeting of Scientific
council number DSc.27.06.2017. FM/T.34.01 at the Physicotechnical Institute, Institute of Ion-Plasma
and Laser Technologies, Samarkand State University. (Address: 100084, Uzbekistan,Tashkent, 2b,
Bodomzor Yuli str., The administrative building of the Physicotechnical Institute, conference hall.
Phone/Fax: (99871) 235-42-41; e-mail: lutp@uzsci.net.
With the dissertation is possible to review in the Information resource centre of the
Physicotechnical Institute (registered under № ___). Address: 100084, Uzbekistan,Tashkent, 2b,
Bodomzor Yuli str. Phone/Fax: (99871) 235-42-41.
Abstract of dissertation sent out «___»_____________ 2017.
(meeting report №____on « ___ »___________2017).
S. L. Lutpullaev
Chairman of scientific council
on award of scientific degrees,
D.F.-M.S., professor
A. V. Karimov
Scientific secretary of scientific council
on award of scientific degrees,
D.F.-M.S., professor
S. A. Bakhramov
Chairman of scientific seminar under scientific
council the award
of scientific degrees,
D.F.-M.S., professor
41
INTRODUCTION (abstract of DSc thesis)
Topicality and necessity of the thesis.
Today in the world of fast-paced
semiconductor micro - and optoelectronics one of the promising directions is the
study of the properties of impurities that create a variety of defective centers in
semiconductors. In this respect, research aimed at studying the influence of
refractory impurities on the electrophysical properties of silicon structures and the
development of measures to improve the thermal stability and radiation resistance
parameters of silicon MIS-structures are one of the main tasks.
Studying the interaction between impurity particles and structural defects in
the semiconductor, the influence of heterogeneity of structure of a MIS-structure
on the redistribution of impurities opens up the possibility of increasing the
stability of the operating parameters of the circuits based on MIS-structures are the
basic elements of modern electronics. In this respect, the task of scientific research,
including in the following areas: the study of electrophysical properties of
semiconductors alloyed with refractory elements and identification of deep levels
generated by these impurities; the study of the influence of atoms of refractory
elements in the processes of thermal and radiation defect formation in silicon;
studies of the interaction atmostpheric elements with uncontrolled technological
impurities; study of influence of atoms of refractory elements on the parameters of
the various silicon structures. Research carried out in this direction indicate the
relevance of the topic of this thesis.
Relevant research priority areas of science and developing technologies
of the Republic.
The research described in the dissertation was carried out in
accordance with the Priority directions of development of science and technology
of the Republic of Uzbekistan: F2 "Physics, astronomy, energy and engineering"
and PPI-3 "Energy, energy and resource conservation, transportation, engineering
and development of modern electronics, microelectronics, Photonics and electronic
instrumentation".
Problem development status.
To date, the attention of scientists and
developers focused on the study of the physical processes in silicon and silicon
structures, as well as the development of methods of increase of stability of their
parameters, scientists from the US and Japan, Milnes A., Struthers, J. D., Weber E.
R., Y. Tokumari to improve the photosensitivity is used, the processes of alloying
frontier silicon layers with non-traditional impurities (Ti, Ni, Gd, Sm etc.) in low
concentrations, followed by thermal oxidation and the application of metal
(Al,Cu,W) of the electrodes.
Russian scientists Lebedev A. A., Berman, L. S., V. I. Fistulas studied the
behavior of various impurities with deep levels in silicon and determined the
energy spectra of these levels.
Relevance of the dissertation research to the plans of scientific-research
works.
The dissertation work performed at the National University of Uzbekistan
in accordance with thematic plans grants tsnt RUz FM-2-038 "Study of physical
processes in the bulk and at the interface of multilayer structures of the type metal-
42
insulator-semiconductor based on silicon, alloyed with refractory elements"
(01.01.07 - 31.12.08.),–F2-081 "the Study of patterns of defect formation in the
monocrystalline silicon of the impurity-defect associates and the dynamic
processes of the formation of the hidden interface semiconductor - dielectric"
(01.07.07–31.12.11.); EF-2-08 "Study of influence of radiation on the formation
and annealing of defects in silicon and silicon multilayer structures with impurities
of rare earth elements" (01.07.10-.31.12.11 gg.) and EF-2-13 "the Influence of
impurities of the titanium subgroup on electrophysical properties of silicon
structures" (01.01.16-31.12.17.).
The aim of research work
is to comprehensive study with the help of
capacitance spectroscopy electrophysical properties of Si doped with impurities in
some refractory elements, in particular, atoms Zr, Ti and Hf, their interactions with
other electrically active and neutral impurities in silicon, influence of impurities on
properties of silicon structures.
The object of research
is monocrystalline silicon grown by the Czochralski
method and floating zone Si zone melting, the impurity doped refractory Zr, Ti and
Hf and MIS-structures based on them.
The subject of research
– are the DLTS and PhC spectra and Si, doped Zr,
Ti and Hf, effects of interaction between impurities refractory elements with
uncontrolled impurities, the physical processes in MIS-structures with impurities
of refractory elements.
Research methods.
For research we used methods of nonstationary
capacitance spectroscopy of deep levels, photocapacitance and IR absorption.
Scientific novelty of research
consist in the following: it is shown that the
efficiency of the education levels of Zr, Ti, Hf in Si depends on technological
regimes (temperature and duration of diffusion, and the speed postdiffusion
cooling the samples);
discovered that silicon, doped with impurities of refractory elements in the
grown, deep levels are not observed, but subsequent high-temperature treatment in
the temperature range 1000÷1250
о
С leads to the activation of atoms of Zr, Ti, Hf,
and the formation of deep levels.
it is established that the introduction of diffusion of impurities refractory
elementov leads to a decrease in the efficiency of formation of thermal and
radiation defects and stabilization of parameters of silicon;
for the first time found that the presence of rare earth impurities (lanthanum
or holmium) in the lattice of Si increases the effectiveness of education deep
levels, connected with additionally introduced by the hafnium, titanium or
zirconium;
it is established that the presence of impurities Zr, Ti and Hf in the amount
of the substrate silicon MIS structures, leads to a shift of the HF C-V curves
toward negative displacements in comparison with control samples, which
indicates an increase in the density of surface States of MIS structures and the
formation of positive charge at the interface Si-SiO
2
.
43
Practical results of research work
are as follows: developed technology
of alloying the volume and surface layers of silicon MIS structures with impurities
of refractory elements (Zr, Ti and Hf) and the conditions optimization of
parameters of MIS structures by introduction of impurities;
developed ways to improve the thermal stability and radiation resistance
parameters of silicon MIS-structures by introducing impurities of refractory
elements.
Authenticity of the obtained results
is supported by use methods of
photoconductivity, infrared spectroscopy and transient capacitance spectroscopy
with high sensitivity by concentration and high resolution in energy, the possibility
of the separate determination of the parameters for each of the levels.
Scientific and practical value of the research results.
The scientific
significance of the research results is that they allow you to figure out the patterns
of defect formation in silicon, doped with various impurities.
The practical significance of the study lies in the fact that the results
obtained to improve the thermal stability and radiation resistance parameters of
silicon by introduction of refractory elements can be used in the manufacture of
various semiconductor devices.
Implementation of the research results.
Based on the study of processes of
defect formation in silicon and silicon structures doped with refractory elements:
developed technology for producing structures with modified shallow
working area on the basis of silicide of titanium – silicon is used in JSC "FOТON"
Joint-stock company "Uzeltehsanoat" (reference AK "Uzeltehsanoat" dated 25
September 2017). The use of scientific results allowed to obtain the contact region
with low series resistance to the diode structures based on silicon JSC "FOTON";
developed technology of alloying the volume and surface layers of silicon
MIS structures of impurities of refractory elements (Zr, Ti and Hf) used in the
performance of the grant FA-F3-Ф003 Institute of nuclear physics, Academy of
Sciences of Uzbekistan and grant A-3-57 of Tashkent state technical University
(information Agency for science and technology from 20 September 2017). The
use of scientific results helped to increase the thermal stability of the sensor
parameters on the basis of the compensated silicon.
Approbation of the research results.
Results of the research work have
been discussed at 18 international and republican scientific and practical
conferences.
Publication of research results.
On the topic of the thesis the main contents
set out in 33 scientific publications, including monographs, 9 scientific articles
published in journals recommended by the Higher attestation Commission of the
Republic of Uzbekistan for the publication of basic scientific results of doctoral
theses (the list at the end of the abstract).
Structure and volume of dissertation.
Dissertation consists of
introduction, four chapters, conclusion and a list of references. The dissertation
contains 128 pages of printed text including figures and tables.
44
ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
LIST OF PUBLISHED WORKS
I бўлим (I часть, part I)
1. Далиев Х.С., Утамурадова Ш.Б., Бозорова О.А., Далиев Ш.Х. Изучение
свойств кремния, легированного гафнием при диффузии. «Доклады АН
РУз», 2005, № 5, стр. 21-23
(01.00.00. №7)
.
2. Utamuradova Sh. B., Daliev Kh. S., Kalandarov E. K., Daliev Sh. Kh. Features
of the Behavior of Lanthanum and Hafnium Atoms in Silicon. Technical Physics
Letters, 2006, Vol. 32, No. 6, pp. 469–470
(№ 2 JIF, IF: 0.771).
3. Далиев Ш.Х., Рахмонов Ж.С., Утамурадова Ш.Б. Низкотемпературный
отжиг уровней циркония в кремнии.- ДАН РУз, 2009, №6, с.45-47
(01.00.00. №7)
.
4. Далиев Ш.Х. ИК-спектроскопия кремния, легированного лантаном и
никелем. Узб.физ.журн., (Uzbek Journal of Physics ), Vol. 18 (№6), 2016, с.
388-391
(01.00.00.№5).
5. Далиев Ш.Х. Исследование влияния титана и гафния на свойства объема и
границы раздела Si-SiO
2
многослойных структур. Узб.физ.журн., (Uzbek
Journal of Physics ), Vol. 19 (№1), 2017, с. 24-28 (01.00.00.№5).
6. Daliev Sh.Kh. The influence of titanium on the properties of the volume and
interface of Si-SiO2 of silicon MIS-structures Science and world, International
scientific journal, № 3 (43), 2017, Vol. I, p. 21-23
(№ 5 GIF, IF: 0.325).
7. Daliev Sh.Kh. The deep centers in the silicon doped with zirconium. Science
and world, International scientific journal, № 4 (44), 2017, Vol. I, p. 17-19
(№ 5
GIF, IF: 0.325).
8. Daliev Sh. Kh., Vlasov S.I. Nonequilibrium processes in MIS-structures on the
basis of silicon, doped with hafnium. Journal of Scientific and Engineering
Research (JSAER), 2017, 4(4), p.11-13
(№ 23 GIF, IF: 0.543).
9. Daliev Sh.Kh. Deep Levels of Zirconium in Silicon and Silicon Structures.
World Journal of Engineering Research and Technology (WJERT), 2017, Vol.
3, Issue 6, р. 89 -94.
(№ 23 GIF, IF: 4.326).
II бўлим (II часть, part II)
10. Далиев Х.С., Утамурадова Ш.Б., Бозорова О.А., Далиев Ш.Х. Изучение
свойств кремния, легированного гафнием при выращивании.-
Естественные и технические науки, РАН, 2009, № 2(40), с.25-27.
11. Утамурадова Ш.Б., Рахмонов Ж.С., Далиев Ш.Х.Дефектообразование в
кремнии, легированном цирконием. - Естественные и технические науки,
РАН, 2009, № 2(40), с.31-33.
45
12. Далиев Ш.Х. Неравновесные процессы в объеме и на границе раздела Si-
SiO
2
кремниевых МДП-структур с примесью титана. - Естественные и
технические науки, РАН, 2009, № 6(44), с.53-55.
13. Власов С.И., Далиев Ш.Х. Влияние гафния на генерационные характе-
ристики кремниевых многослойных структур. - Естественные и
технические науки, РАН, 2010, № 6(50), с.52-54.
14. Далиев Ш.Х. Неравновесные процессы при легировании кремниевой
подложки МДП-структур цирконием. Естественные и технические науки,
РАН, 2012, № 5(61), с. 64-65,
15. Власов С.И., Далиев Ш.Х. Влияние атомов титана на параметры МДП-
структур. Труды Х-й Всероссийской научной конференции студентов–
физиков и молодых ученых (ВНКСФ-10), г. Москва, 2004, ч.2, с.1171-
1172.
16. Далиев Х.С, Далиев Ш.Х. Cпектроскопия дефектов в кремнии, ле-
гированном гафнием и никелем. Труды IV-международной конференции
«Аморфные и микрокристаллические полупроводники», Санкт-
Петербург, июль, 2004, с.372-373.
17. Daliev Kh.S., Utamuradova Sh.B., Daliev Sh.Kh. Сapacitance transient
spectroscopy of radiation defects on the interface Si-SiO
2
of silicon MIS-
structures. Тезисы докладов VIII-международной конференции «Физика
твердого тела», август 2004 г., Алма-ата, с.86-87.
18. Далиев Ш.Х. Роль гафния в процессах дефектообразования в кремнии.
VI-Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников
и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт-Петербург,
2004, cтр. 107.
19. Далиев Ш.Х. Дефектообразование в кремнии, легированном гафнием.
Труды XI-Всероссийской научной конференции студентов-физиков и
молодых учёных (ВНКСФ-11), г. Екатеринбург, 2005, стр. 554-555.
20. Власов С.И., Далиев Ш.Х. Исследование влияния
-облучения на
свойства переходного слоя Si-SiО
2
.Труды Международной научно-
методической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы
физики полупроводников», г. Андижан, 2005, стр. 45-46.
21. Далиев Ш.Х. Влияние термообработки на свойства кремния с примесью
гафния. Сборник тезисов XIII Международной научной конференции
студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ», г. Москва,
МГУ, 2006, стр. 166-167.
22. Sh.B.Utamuradova, Kh.S.Daliev, S.I.Vlasov, Sh.Kh.Daliev. Effect of
-
irradiation on the behaviour of silicon doped with hafnium. The sixth
International conference “Modern problems of nuclear physics”, Tashkent,
2006, p. 174-175.
23. Далиев Ш.Х. Емкостная спектроскопия дефектов в кремниевых МДП–
структурах с примесью гафния. Материалы Международной научно-
технической школы-конференции МИРЭА-2006, 5-9 декабря 2006 г., г.
Москва, стр. 288-290.
46
24. Vlasov S.I., Daliev Sh.Kh. Radiation defects at the Si-SiO2 Interface of MIS-
Structures Based on Silicon Doped Zirconium. - VII Международная конф.
«Современные проблемы ядерной физики», Ташкент, 2009 . сентябрь, с.87-88.
25. Далиев Ш.Х., Власов С.И. Исследование генерационных процессов в
объеме и на границе раздела Si-SiO
2
кремниевых МДП-структур с
примесями титана и гафния. Матер. 2-Междунар.конф. «Неравновесн.
процессы в п\п и п\п структурах», Ташкент, 2009, с.35-37.
26. Далиев Ш.Х. Влияние примесей редкоземельных элементов на свойства
с термическим окислом, облученной гамма-квантами.
Труды
Международной
научно-технической
конференции
«INTERMATIC-2009», Москва, 7 - 11 декабря 2009 г., с.177-179.
27. Власов С.И. Далиев Ш.Х. Изучение релаксационных явлений в крем-
ниевых многослойных структурах с помощью емкостной спектроскопии.
Труды XXII Междунар. Конф. «Релаксационные явлений в полу-
проводниках» в г. Воронеж, 2010, с.96-97.
28. Далиев Ш.Х., Арипджанова Х.А. Изучение воздействия лазерного
излучения на свойства кремния, легированного гафнием. Матер.
Международной конференции «Актуальные проблемы молекулярной
спектроскопии конденсированных сред» Самарканд, сентябрь, 2016 г.,
с.40-41.
29. Daliev Sh.Kh., Bekmuratov M.B., Aripdjanova Kh.A. Study of relaxation
processes in multilayer structures by non-stationary capacitance spectroscopy.
Symposium proceedings IPS 2016 «New Trends оf Development
Fundamental and Applied Physics: Problems, Achievements and Prospects»,
10-11 November 2016, Tashkent, Uzbekistan, р.240-241.
30. Daliev Sh. Kh. The study of the physical processes in the bulk and at the
interface of mis structures based on silicon doped with impurities of the
titanium subgroup Symposium proceedings IPS 2016 «New Trends оf
Development Fundamental and Applied Physics: Problems, Achievements and
Prospects», 10-11 November 2016, Tashkent, Uzbekistan, р.169-170.
31. Далиев Ш.Х. Влияние гамма-облучения на поведение кремния,
легированного
гафнием.
Матер.
Международной
конференции
“Фундаментальные и прикладные вопросы физики”, Ташкент, 13-14 июня
2017, с.112-113.
32. Далиев Ш.Х., Арипджанова Х.А., Хакимжонов С. Дефектообразование в
кремниевых МДП-структурах с примесью циркония. Матер.
Респ.научн.конф. «Неравновесные процессы в полупроводниках и
полупроводниковых структурах», Ташкент. 1-2 февр, 2017 г., С.89-90.
33. Sh.Kh.Daliev. Capacitive Spectroscopy of Defects in Semiconductors with
Impurity of Zirconium. XXIII International School-Seminar "Spectroscopy of
Molecules and Crystals" 20 September 2017, in Kyiv, Ukraine, р.211-212.
47
Автореферат «Тил ва адабиёт таълими» журнали таҳририятида ўзбек, рус
ва инглиз (резюме) тилларида таҳрирдан ўтказилди (13.10.2017 йил).
Босишга рухсат этилди: 14.10.2017 йил
Бичими 60х84/16, «Times New Roman”
Гарнитурада рақамли босма усулида босилди.
Шартли босма табоғи 3,0 . Адади 150. Буюртма № 66.
Тошкент ахборот технологиялар университети
“Aloqachi” нашриёт-матбаа марказида чоп этилди.
Тошкент ш., Амир Темур кўчаси, 108-уй.
48
