1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 12, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 12, стр. 63-69

Образование радиационных дефектов в широкозонных полупроводниках на основе галлия (Ga2O3, GaN) при торможении протонов

В. В. Козловский a, *, А. Э. Васильев a, **, А. А. Лебедев b, ***, Е. Е. Журкин a, ****, М. Е. Левинштейн b, *****, А. М. Стрельчук b, ******

a Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
195251 Санкт-Петербург, Россия

b Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
194021 Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: kozlovski@physics.spbstu.ru
** E-mail: electronych@mail.ru
*** E-mail: shura.lebe@mail.ioffe.ru
**** E-mail: ezhurkin@phmf.spbstu.ru
***** E-mail: melev@nimis.ioffe.ru
****** E-mail: anatoly.strelchuk@mail.ioffe.ru

Поступила в редакцию 25.04.2023
После доработки 29.06.2023
Принята к публикации 29.06.2023

Аннотация

С помощью математического моделирования каскада смещений в двух широкозонных полупроводниках на основе галлия – оксиде галлия (Ga2O3) и нитриде галлия (GaN) – рассмотрены особенности генерации пар Френкеля при рассеянии протонов с энергией 8 и 15 МэВ. Впервые рассчитано количество смещений, создаваемых не только первично выбитыми атомами, но и атомами отдачи, генерируемыми в каскадах смещений. Расчеты показали, что при протонном облучении, например, Ga2O3, доля вакансий в подрешетке кислорода, созданных непосредственно протонами, составляет всего 12%. Остальные 88% создаются атомами отдачи в каскадных процессах. Для подрешетки галлия эти цифры составляют 25 и 75% соответственно. Поэтому процессы компенсации проводимости GaN и Ga2O3, наблюдаемые при протонном облучении, будут определяться глубокими центрами, созданными не первично выбитыми атомами, а атомами отдачи, образовавшимися в каскадах смещений. Проведено сравнение с экспериментальными данными, и оценена доля пар Френкеля, диссоциирующих в процессе облучения.

Ключевые слова: протонное облучение, оксид галлия, нитрид галлия, радиационные дефекты, численное моделирование, каскадные процессы, пара Френкеля.

Список литературы

  1. Kozlovski V., Abrosimova V. Radiation Defect Engineering. Selected Topics in Electronics and Systems V. 37. Singapore: World Scientific, 2005. 264 p.

  2. Claeys C., Simoen E. Radiation Effects in Advanced Semiconductor Materials and Devices. Berlin: Springer–Verlag, 2002. 401 p.

  3. Strokan N.B., Ivanov A.M., Savkina N.S. et al. // Semiconductors. 2004. V. 38. P. 807.

  4. Van Lint V.A.J. Mechanisms of Radiation Effects in Electronic Materials. John Wiley & Sons, 1980.

  5. Козловский В.В., Васильев А.Э., Лебедев А.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2016. № 7. С. 19.

  6. Козловский В.В., Васильев А.Э., Карасев П.А., Лебедев А.А. // Физика и техника полупроводников. 2018. Т. 52. № 3. С. 327.

  7. SRIM-2013 Software Package. http://www.srim.org https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8103-1_3

  8. Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Matter. New York: Pergamon, 1985.

  9. Steeds J.W., Carosella F., Evans G.A. et al. // Mater. Sci. Forum. 2001. V. 353–356. P. 381.

  10. Steeds J.W., Evans G.A., Furkert S. et al. // Diamond Related Mater. 2002. V. 11. P. 1923.

  11. Lebedev A.A. Radiation Effects in Silicon Carbide // Materials Research Forum LLC, Millersville, USA, 2017. V. 6. PA 17551.

  12. Pons D., Bourgoin J.C. // J. Phys. C. 1985. V. 18. P. 3839.

  13. Barry A.L., Maxseiner R., Wojcik R. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1990. V. 37. № 6. P. 1726.

  14. Look D.C., Reynolds D.C., Hemsky J.W. et al. // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 79. P. 2273.

  15. Ionascut-Nedelcescu A., Carlone C., Houdayer A., von Bardeleben H.J., Cantin J.-L., Raymond S. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2002. V. 49. P. 2733.

  16. Emtsev V.V., Davydov V.Yu., Emtsev K.V., Poloskin D.S., Oganesyan G.A., Kozlovski V.V., Haller E.E. // Phys. Stat. Sol. C. 2003. № 2. P. 601.

  17. Pearton S.J., Ren F., Patrick E., Law M.E., Polyakov A.Y. // ECS J. Solid State Sci. Technol. 2016. V. 5. P. Q35.

  18. Bardeleben H.J., Zhou S., Gerstmann U. et al. // APL Mater. 2019. V. 7. P. 022521.

  19. Kim J., Pearton S.J., Fares C. et al. // J. Mater. Chem. C. 2019. V. 7. P. 10.

  20. Farzana E., Chaiken M.F., Blue T.E. et al. // APL Mater. 2019. V. 7. P. 022502.

  21. Лебедев А.А., Белов С.В., Мынбаева М.Г. и др. // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. Вып. 10. С. 1386.

  22. Lebedev A.A., Belov S.V., Mynbayeva M.G. et al. // Mater. Sci. Forum. 2016. V. 858. P. 1186.

  23. Yang J., Chen Z., Ren F. et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2018. V. 36. № 1. P. 011206.

  24. Polyakov A.Y., Smirnov N.B., Shchemerov I.V. et al. // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 113. P. 092102.

  25. Karmarkar A.P., White B.D., Buttari D., Fleetwood D.M., Schrimpf R.D., Weller R.A., Brillson L.J., Mishra U.K. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2005. V. 52. P. 2239.

  26. Auret F.D., Goodman S.A., Hayes M., Legodi M.J., Hullavarad S.S., Friedland E., Beaumont B., Gibart P. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2001. V. 175–177. P. 292.

  27. Козловский В.В., Васильев А.Э., Емцев В.В., Оганесян Г.А., Лебедев А.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2019. № 12. С. 20.

  28. Pearton S.J., Ren F., Mastro M. Gallium Oxide. Technology, Devices and Applications. Elsevier, 2019.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал