IN SITU ANALYSIS OF THE CARRIER LIFETIME IN SILICON DURING IMPLANTATION OF 1.5 MeV PROTONS
E. Gaubas ^a, T. Čeponis ^a, A. Uleckas  ^a, J. Vaitkus ^a, K. Žilinskas ^a, V.  Kovalevskij ^b, M. Gaspariūnas ^b, and V.  Remeikis ^b
a Vilnius University, Institute of Applied Research, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: eugenijus.gaubas@ff.vu.lt
^b State Research Institute Center for Physical Sciences and Technology, Savanoriu˛ 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania

Received 4 October 2010; revised 23 November 2010; accepted 15 December 2010

The carrier lifetime in situ variations during 1.5 MeV proton irradiation generated by the tandem-type accelerator have been examined in silicon wafer samples. The nonlinear decrease of the carrier lifetime has been obtained within the proton projectile penetration depth, while the effective carrier decay lifetime in the bulk of a silicon wafer decreases slightly. The separation methodology of the surface and bulk recombination parameters is presented. Technology of control of the surface modifications by proton implantation is discussed.

Keywords: carrier lifetime, in situ monitoring, proton implantation

KRŪVININKŲ GYVAVIMO TRUKMĖS TYRIMAS 1,5 MeV PROTONŲ IMPLANTAVIMO Į SILICĮ METU
E. Gaubas ^a, T. Čeponis ^a, A. Uleckas  ^a, J. Vaitkus ^a, K. Žilinskas ^a, V.  Kovalevskij ^b, M. Gaspariūnas ^b, V.  Remeikis ^b
a Vilniaus universitetas, Taikomųjų mokslų institutas, Vilnius, Lietuva
^b Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras, Vilnius, Lietuva

Tirti krūvininkų gyvavimo trukmės kitimai Si plokštelėse 1,5 MeV protonų implantacijos metu, siekiant atskleisti radiacinių defektų evoliucijos ir paviršinių sluoksnių rekombinacijos parametrų technologinės modifikacijos aukštų energijų spinduliuote režimus. Apšvita aukštos energijos protonais vykdyta tandeminio tipo dalelių greitintuvu Tandetron 4110A, veikiančiu Fizinių ir technologijos mokslų centre Vilniuje. Rekombinacijos parametrai įvertinti mikrobangomis zonduojamų fotolaidumo kinetikų metodu, naudojant Vilniaus universitete sukonstruotą ir pagamintą matuoklį VUTEG–3. Šiems tyrimams pagaminta lanksti aukšto vakuumo apšvitos kamera. Tokia kamera leido mikrometriniu tikslumu pozicionuoti mikrobangų-šviesolaidinių zondų bei protonų pluoštelio sankirtą. Tirtos krūvininkų tankio relaksacijos kinetikos po sužadinimo trumpu (400 ps) šviesos impulsu kombinuojant paviršinio ir vienalyčio tūrinio sužadinimo režimus bei keičiant sužadinimo šviesos bangos ilgius. Tokiu būdu išskirti paviršinės rekombinacijos bei rekombinacijos implantuotame sluoksnyje parametrai. Nustatyta, kad krūvininkų rekombinacijos trukmė apšvitintame sluoksnyje trumpėja subtiesiškai implantacijos metu, didėjant apšvitos trukmei ir įtėkiui. Tai galima paaiškinti radiacinių defektų sudarymo spartos tiesiškumu bei tarpdefektinių atstumųmažėjimu, didėjant įtėkiui. Manoma, kad spinduliuotės prasiskverbimo gylyje (protonų visiško sustabdymo siekio skalėje) defektų tankio profilio pjedestalas nulemia šio sluoksnio storyje suvidurkintos krūvininkų rekombinacijos trukmės verčių kitimus. Todėl sparčios rekombinacijos labai plonų paviršinių sluoksnių formavimo technologijoje būtina panaudoti papildomas slopinančias plėveles. Tai patvirtina krūvininkų gyvavimo trukmės žvalgos profiliai, išmatuoti apšvitintos Si plokštelės skerspjūvyje.