Příprava, modifikace a charakterizace materiálů energetickým zářením

Transkript

1 Příprava, modifikace a charakterizace materiálů energetickým zářením ČVUT Praha, fakulta elektrotechnická, Praha 6 Výsledky 2008

2 Řešitelský tým FEL - ČVUT v Praze, katedra mikroelektroniky Jan Vobecký garant, člen Rady centra Pavel Hazdra - člen Rady centra Volodymyr Komarnitskyy vědecký pracovník Václav Prajzler - vědecký pracovník

3 v centru V007: Lokální řízení doby života křemíkových polovodičových diod radiačními metodami (aplikovaný výzkum) Cíl: zavedení moderních metod řízení doby života v Si (ozařování H + ) v Polovodiče a. s. Praha a prezentace praktického využití urychlovače. Realizováno v roce 2007 a úspěšně ukončeno. Dále již nepokračuje.

4 v centru V008: Studium nízkoteplotní difúze paladia v křemíku stimulované radiačními poruchami Cíl: ověření, zda difúze implantovaného Pd vede k lokalizaci Pd v místě radiačního poškození (He 2+ ) v Si diodách při teplotách o C: RED (Radiation Enhanced Diffusion) Porovnání naprašovaného a implantovaného Pd. Splněno. Realizace: Pokračování experimentů v roce 2009: RED Pt a implantace He(10MeV) FZR Dresden vs. Ne(120MeV) HMI Berlin. RED a kompenzace příměsí v nízkodotované bázi: Pt vs. Pd. Difúze molybdenu v přítomnosti radiačních poruch.

5 V008 výsledky v roce 2009 Studium nízkoteplotní difúze Pd a Pt v Si stimulované radiačními poruchami (RED) Carrier Concentration (cm -3 ) P + P P - N - N + new layer Std diode RED diode Polovodiče a. s. U br =2.5kV I FAV =150A A = 2 cm 2 Porovnání difúze Pt a Pd z naprášené vrstvy (He 12MeV) s ohledem na kompenzaci příměsí. Výsledky: Zvýšení V br a SOA u Pd díky vhodné kompenzaci příměsí, u Pt nikoliv.

6 V008 výsledky v roce 2009 Nízkoteplotní difúze Pt stimulovaná radiačními poruchami po implantaci Ne. Carrier Concentration (cm -3 ) P + P P - N - N + new layer Std diode RED diode Polovodiče a. s. U br =2.5kV I FAV =150A A = 2 cm 2 1. Porovnání RED Pt: He 12MeV vs. Neon 120 MeV. (snaha o zvýšení konc. Pt s ) 2. Ozařování He 12MeV vs. Neon 120 MeV. Výsledky: Stanovení defect introduction rate He vs. Ne, porovnání RED vs. klasická implantace Ne. Stanovení dopadu na parametry diod. RED Pd bezkonkurenční.

7 V008 výsledky v roce 2009 Studium nízkoteplotní difúze Pd v Si stimulované radiačními poruchami. Concept: Processed Devices: Test Results: RED Diodes >7000A 150A 4000A 16mm 51 mm 91 mm ISPSD2006 ISPSD2009 ISPSD2009 RED Pd z naprášené vrstvy & H + 3.6MeV nebo He 2+ 14MeV na 4 substrátu. Výsledky: Prokázána vysoká homogenita procesu RED na substrátu 4 RED proces vhodný pro průmyslové využití. Zvýšení max. vypínatelného proudu při di/dt 10kA/us o 30-50%.

8 v centru V009: Studium radiačních poruch v polovodičích Cíl: Získání nových poznatků o vlastnostech, teplotní stabilitě a vzájemné interakci s intrinsickými a extrinsickými poruchami. : A. Studium vlivu radiačních a intrinzických poruch na vznik mělkých donorů v křemíku po implantaci vodíku a následném žíhání B. Vliv kontaminace platinou na stabilitu radiačních poruch v Si

9 V009: Studium radiačních poruch v polovodičích - REALIZACE Testovací struktury: diody vyrobené na různých typech Si substrátu <111> FZ a CZ Si ON-Semiconductor <100> FZ Si ABB A. Studium vlivu radiačních a intrinzických poruch na vznik mělkých donorů v křemíku po implantaci vodíku a následném žíhání ÚJF Implantace H + (0.7 MeV cm -2 ), He 2+ (2.4 MeV 5x cm -2 ) a C 5+ (8 MeV cm -2 ) FEL Poimplantační žíhání (do 600 o C) a charakterizace UJEP SIMS analýza B. Vliv kontaminace platinou na stabilitu radiačních poruch v Si ÚJF Implantace H + (1.8 MeV cm -2 ) He 2+ (5 MeV 5x cm -2 ) FEL Příprava Pt dotovaných vzorků, žíhání do 900 o C a charakterizace MU Hydrogenace referenčních vzorků rf plazmatem

10 V009 Výsledky v roce 2009 FZ Si:O implantace He + žíhání na vzduchu TD Concentration (10 13 cm -3 ) 25 7 MeV He 2+ 1x10 11 cm -3 T a = 380 o C 20 Time (min) Depth (µm) Primary Vacancies (10 19 cm -3 ) TD Concentration (10 13 cm -3 ) difúze vodíku stimulace reakce VO+O i VO 2 t 1 t 2 t 3 t 4 t Depth (µm) limitace koncentrací O i Vliv implantace He + na anomální tvorbu mělkých donorů v Si:O Výsledky: identifikace mechanismu zvýšené tvorby termodonorů odhalení vlivu vodíku, role radiačních poruch a atmosféry při žíhání

11 V009 Výsledky v roce 2009 ON-Semiconductor <111> CZ a FZ Si Si materiál s různým obsahem O i Donor Concentration (10 14 cm -3 ) H kev 1x10 13 cm o C 475 o C 425 o C 400 o C 300 o C 350 o C protons 375 o C Si:O CZ Si 500 o C Depth (µm) Donor Concentration (10 14 cm -3 ) Si vliv radiačních poruch 300 o C 325 o C 350 o C protons 400 o C 425 o C 450 o C 500 o C 1 H kev 1x10 13 cm -2 OL-FZ Si Depth (µm) Implantace H + pro nízkoteplotní tvorbu vrstev mělkých donorů Výsledky: charakterizace vlivu intrinzického kyslíku, dávky a teploty žíhání optimalizace podmínek zanášení pro tvorbu hlubokých n-vrstev

12 V009 Výsledky v roce 2009 FZ Si dotovaný Pt reference Si Hydrogenace vs. Implantace H DLTS Signal (a.u.) E1 E7 E2 E3 E4 E5 E6 E Temperature (K) 450 o C 400 o C 350 o C 300 o C 250 o C 200 o C 150 o C 100 o C n.a. uncontaminated DLTS Signal (a.u.) P4 P6 P7 450 o C 400 o C 350 o C 300 o C P3 250 o C P5 200 o C 150 o C 100 o C n.a. E1 E4 E5 E2 P1 Si:Pt 4x10 12 cm Temperature (K) Si:Pt Studium interakce platiny a vodíku v křemíku Výsledky: srovnání lokální hydrogenace platiny s hydrogenací z vodíkové plazmy popis vzájemné interakce Pt S, vodíku a radiačních poruch

13 V009 Výsledky v roce 2009 FZ Si dotovaný Pt DLTS Signal ( C/C o ) no Pt Pt 3x10 11 cm -3 Pt 4x10 12 cm -3 rychlejší odstranění radiačních poruch VO, V 2, VOH E2 - VO -/0 DLTS Signal ( C/C o ) E4 - VOH no Pt Pt 3x10 11 cm -3 Pt 4x10 12 cm Annealing Temperature ( o C) Annealing Temperature ( o C) posun je úměrný koncentraci Pt Vliv kontaminace platinou na stabilitu radiačních poruch v Si Výsledky: Pt zvyšuje generační rychlost a snižuje teplotní stabilitu radiačních poruch obsahujících vakance (A-centra, E-centra) praktický význam pro pokročilé metody řízení doby života

14 Pokračování v roce 2010 V007: Lokální řízení doby života křemíkových polovodičových diod radiačními metodami: Cíl splněn. Nepokračuje. V008: Studium nízkoteplotní difúze paladia v křemíku stimulované radiačními poruchami: Cíl splněn. Zajímavá problematika pokračuje. V009: Studium radiačních poruch v polovodičích: Cíl splněn. Zajímavá problematika pokračuje.

15 Děkuji za pozornost...