Проблемы высокодозной ионной имплантации ионов гелия в кремний

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены закономерности изменения морфологии поверхности и развития пористой структуры монокристаллического кремния в зависимости от режимов ионной имплантации и отжига. Определены критические дозы имплантации для образцов до и после постимплантационного отжига, при которых наблюдается эрозия поверхности: имплантация ионами гелия до флюенса ниже 3 × 1017 He+/см2 без пост-имплантационного отжига не изменяет морфологию поверхности монокристаллического кремния; отжиг образцов, имплантированных флюенсом 2 × 1017 He+/см2 и выше, вызывает флекинг (образование чешуек (отслоение)).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. А. Александров

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

О. В. Емельянова

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

С. Г. Шемардов

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

Д. Н. Хмеленин

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

А. Л. Васильев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”; Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Follstaedt D.M., Myers S.M., Petersen G.A., Medernach J.W. // J. Electron Mater. 1996. V. 25. № 1. P. 157. https://doi.org/10.1007/BF02666190
  2. Raineri V., Fallica P.G., Percolla G. et al. // J. Appl. Phys. 1995. V. 78. № 6. P. 3727. https://doi.org/10.1063/1.359953
  3. Raineri V., Saggio M., Rimini E. // J. Mater. Res. 2000. V. 15. № 7. P. 1449. https://doi.org/10.1557/JMR.2000.0211
  4. Griffioen C.C., Evans J.H., De Jong P.C., Van Veen A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1987. V. 27. № 3. P. 417. https://doi.org/10.1016/0168-583X(87)90522-2
  5. Evans J.H., Van Veen A., Griffioen C.C. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1987. V. 28. № 3. P. 360. https://doi.org/10.1016/0168-583X(87)90176-5
  6. Corni F., Nobili C., Ottaviani G. et al. // Phys. Rev. B. 1997. V. 56. № 12. P. 7331. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.7331
  7. Fichtner P.F.P., Kaschny J.R., Yankov R.A. et al. // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 70. № 6. P. 732. https://doi.org/10.1063/1.118251
  8. Fichtner P.F.P., Kaschny J.R., Behar M. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1999. V. 148. № 1. P. 329. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(98)00714-9
  9. Corni F., Calzolari G., Frabboni S. et al. // J. Appl. Phys. 1999. V. 85. № 3. P. 1401. https://doi.org/10.1063/1.369335
  10. Cerofolini G.F., Calzolari G., Corni F. et al. // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. № 15. P. 10183. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.10183
  11. Da Silva D.L., Fichtner P.F.P., Peeva A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2001. V. 175–177. P. 335. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(00)00567-X
  12. Evans J.H. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2002. V. 196. № 1. P. 125. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(02)01290-9
  13. David M.L., Beaufort M.F., Barbot J.F. // J. Appl. Phys. 2003. V. 93. № 3. P. 1438. https://doi.org/10.1063/1.1531814
  14. Pizzagalli L., David M.L., Bertolus M. // Model. Simul. Mat. Sci. Eng. 2013. V. 21. № 6. P. 065002. https://doi.org/10.1088/0965-0393/21/6/065002
  15. Liu L., Xu X., Li R. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2019. V. 456. P. 53. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2019.06.034
  16. Ono K., Miyamoto M., Kurata H. et al. // J. Appl. Phys. 2019. V. 126. № 13. P. 135104. https://doi.org/10.1063/1.5118684
  17. Pizzagalli L., Dérès J., David M.-L., Jourdan T. // J. Phys. D. Appl. Phys. 2019. V. 52. № 45. P. 455106. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab3816
  18. Ogura A. // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. № 25. P. 4480. https://doi.org/10.1063/1.1586783
  19. Van Veen A., Schut H., Hakvoort R.A. et al. // MRS Online Proceedings Library. 1994. V. 373. № 1. P. 499. https://doi.org/10.1557/PROC-373-499
  20. Myers S.M., Bishop D.M., Follstaedt D.M. et al. // MRS Online Proceedings Library. 1992. V. 283. № 1. P. 549. https://doi.org/10.1557/PROC-283-549
  21. Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science. New York: Springer, 2017. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-3438-6
  22. Kótai E., Pászti F., Manuaba A. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1987. V. 19–20. P. 312. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(87)80063-0
  23. Qian C., Terreault B. // J. Appl. Phys. 2001. V. 90. № 10. P. 5152. https://doi.org/10.1063/1.1413234
  24. Li B., Zhang C., Zhou L. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2008. V. 266. № 24. P. 5112. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2008.09.016
  25. Alix K., David M.-L., Dérès J. et al. // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. № 10. P. 104102. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.104102
  26. Ziegler J.F., Ziegler M.D., Biersack J.P. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2010. V. 268. № 11. P. 1818. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.091
  27. Griffin P.J. // 16th European Conference on Radiation and Its Effects on Components and Systems (RADECS). 2016. P. 1. https://doi.org/10.1109/RADECS.2016.8093101
  28. Arganda-Carreras I., Kaynig V., Ruedenet C. et al. // Bioinformatics. 2017. V. 33. № 15. P. 2424. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btx180
  29. Jenc̆ic̆ I., Bench M.W., Robertson I.M., Kirk M.A. // J. Appl. Phys. 1995. V. 78. № 2. P. 974. https://doi.org/10.1063/1.360764
  30. Han W.T., Liu H.P., Li B. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 455. P. 433. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.05.228
  31. Yang Z., Zou Z., Zhang Z. et al. // Materials. 2021. V. 14. № 17. P. 5107. https://doi.org/10.3390/ma14175107

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Профили распределения внедренного He и повреждающей дозы по глубине образца Si, имплантированного флюенсом 1 × 1017 см–2.

Скачать (103KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РЭМ-изображение монокристаллических пластин Si после имплантации и отжига в различных режимах: а, б – имплантация флюенсом 3 × 1017 см–2 без отжига, в, г – имплантация флюенсом 2 × 1017 см–2 после отжига при 700°С, д, е – имплантация флюенсом 2 × 1017 см–2 после отжига при 1000°С, ж, з – имплантация флюенсом 1 × 1017 см–2 после отжига при 1000°С; а, в, д, ж – общий вид поверхности образцов, б, г, е, з – зоны, подверженные блистерингу/флекингу; 1 – области поверхности без признаков разрушения, 2 – области поверхности, подверженные блистерингу/флекингу (примеры указаны прямоугольниками на панелях а, в, д, ж).

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Светлопольные ПЭМ/ВКТД ПРЭМ-изображения монокристаллических пластин Si после имплантации и отжига в различных режимах: а, б – имплантация флюенсом 3 × 1017 см–2 без отжига, в, г – имплантация флюенсом 2 × 1017 см–2 после отжига при 1000°С, д, е – имплантация флюенсом 1 × 1017 см–2 после отжига при 1000°С; а, в, д – светлопольные ПЭМ-изображения, б, г, е – ВКТД ПРЭМ-изображение.

Скачать (719KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Гистограммы распределения для образцов после отжига при 1000°С, имплантированных флюенсами 1 × 1017 см–2 и 2 × 1017 см–2: a – диаметра пор/пузырьков в полном имплантированном слое, б – среднего диаметра пор/пузырьков в зависимости от глубины их залегания

Скачать (98KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ПЭМ-изображения высокого разрешения монокристаллических пластин Si после имплантации флюенсом 2 × 1017 см–2 и отжига при 1000°С: а, б – поры/пузырьки размером ≤15–20 нм, в – поры/пузырьки вблизи проективного пробега ионов с выраженной огранкой, г – поры/пузырьки, составляющие цепочки.

Скачать (353KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ПРЭМ-изображение образцов, полученное с использованием ВКТД (а), ЭРМ-распределение элементов вдоль линии 1 (б) и карты распределения элементов ЭРМ: Si (в) и O (г).

Скачать (486KB)
Метаданные
8. Рис. 7. ПЭМ-изображения высокого разрешения образцов после имплантации флюенсом 2 × 1017 см–2 и отжига при 1000°С: а – до воздействия электронного пучка, б – после воздействия электронного пучка с энергией 200 кэВ в сканирующем режиме в течение 10 мин.

Скачать (184KB)
Метаданные
9. Рис. 8. ПЭМ-изображения высокого разрешения образцов после имплантации флюенсом 2 × 1017 см–2 и отжига при 1000°С: а – стержневые дефекты в плоскостях {113}, б – дефекты упаковки в плоскостях {111}.

Скачать (354KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024