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本文采用符合正电子湮没辐射多普勒展宽装置和单能慢正电子束装置测量二氧化硅,初始氧含量为1.1×1018cm-3的单晶硅经不同压强和温度热处理后的多普勒展宽谱,研究硅和二氧化硅的微观缺陷及氧原子的行为。实验结果如下:
(1)在SiO2晶体中,氧原子的2p电子的动量比Si原子的3p电子的动量高,正电子与氧原子的2p电子湮没,导致SiO2晶体的商谱在动量为11.85×10-3m0c处有较高的谱峰.据此,可研究氧原子在半导体Si中的行为。
(2)单晶Si在1个大气压的Ar气中进行480℃/15h(或600℃/15h)的热处理后,会产生空位型缺陷,但这些空位型缺陷中不包含氧原子。样品中没有氧化物(SiOx)析出。
(3)单晶Si在1个大气压的Ar气中先进行480℃/15h,紧接着再进行600℃/15h的热处理后,有氧化物(SiOx)析出。
(4)单晶Si样品在1个大气压的Ar气中进行480℃/15h+600℃/15h的预热处理,接着再将这些样品分别在不同的温度和压强下作第二步热处理,样品的商谱在11.85×10-3m0c附近处均出现氧峰,但不同的样品的氧峰高度不同:
(a)热处理的温度/时间/压强分别为850℃/5h/0.01GPa或900℃/5h/0.01GPa时,样品有氧化物(SiOx)析出,样品的空位型缺陷仍然包含氧原子。
(b)热处理的温度/时间/压强为950℃/5h/0.01GPa时,样品的商谱在11.85×10-3m0c处出现较高的氧峰,样品有氧化物(SiOx)析出并长大,样品中存在部分不含氧的空位型缺陷。
(c)热处理的温度/时间/压强为1150℃/5h/1.0GPa时,样品的商谱在11.85×10-3m0c附近出现较低的氧峰,即单晶Si样品在高温(1150℃)高压(1.0GPa)下,氧化物(SiOx)变小,不含氧的空位型缺陷增多。
(5)对SiO2晶体,当正电子的注入能量较小时,正电子注入SiO2晶体表面附近区域,由于表面存在空位型缺陷,S参数较大,W参数较小.随着正电子的注入能量的增加,正电子注入到SiO2晶体内部更深的位置,晶体内部的空位型缺陷密度减少,S参数下降,W参数升高。
(6)单晶Si样品热处理后,样品的表面将形成SiO2膜。单晶Si在1个大气压的Ar气中先进行480℃/15h,紧接着再进行600℃/15h的热处理后,更有利于氧化物(SiO2)在表面形成。