Radiation defects parameters determination in n-Ge single crystals irradiated by high-energy electrons

Abstract

Інститут електронної фізики НАН України, Ужгород ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РАДІАЦІЙНИХ ДЕФЕКТІВ В ОПРОМІНЕНИХ ВИСОКОЕНЕРГЕТИЧНИМИ ЕЛЕКТРОНАМИ МОНОКРИСТАЛАХ n-GeДосліджено ефект Холла для монокристалів n-Ge, опромінених різними потоками електронів з енергією 10 МеВ. Враховуючи отримані експериментальні результати, знайдено енергетичний спектр рівнів радіаційних дефектів та встановлено їхні основні параметри. На основі розв'язків систем рівнянь електронейтральності по-казано, що створеним радіаційним дефектам належить лише два глибоких енергетичних рівні ( 0, 27) c E  еВ та ( 0, 27) V E  еВ. Незначну зміну енергетичного положення цих рівнів при збільшенні дози опромінення можна пояснити впливом внутрішніх механічних напружень, що виникають у ґратці германію навколо утворених ра-діаційних дефектів.Ключові слова: радіаційні дефекти, глибокі рівні, внутрішні напруження, монокристали германію. Актуальність темиОпромінення напівпровідників навіть малими дозами радіації через високу чутливості електри-чних характеристик напівпровідників до появи малої концентрації радіаційних дефектів може викликати істотні змінами параметрів напівпро-відникових приладів. У той же час утворення ра-діаційних дефектів у твердих тілах, особливо в поєднанні з іншими впливами (зі зміною темпера-тури, механічного навантаження, електричного поля, освітлення), дозволяє направлено регулюва-ти властивостями твердотільних матеріалів [1,2].Перспективним напівпровідниковим матеріа-лом, який використовується i також може знайти своє нове практичне використання в радіаційних технологіях напівпровідників та напівпровідни-кових наноструктур, є монокристалiчний гер-манiй [3 -6]. Вивчення властивостей наноматері-алів при дії опромінення є важливим щодо ство-рення на основі цих компонент реакторів поділу та синтезу нового покоління (реактори на швид-ких нейтронах, високотемпературні газові та термоядерні реактори) [7, 8].Взаємодія заряджених частинок та випромі-нювання з твердим тілом призводить до виник-нення в ньому різного роду радіаційних дефектів (точковi дефекти, комплекси точкових дефектiв з домiшками, областi розвпорядкування) [9]. Об-меженість застосування методу електронного парамагнітного резонансу для германію не до-зволяє точно ідентифікувати, як у кремнії, рівні радіаційних дефектів [10]. Спроби розділити де-фекти за їхніми інтервалами відпалу часто приз-водять до непорозумінь, коли декілька радіацій-них дефектів відпалюють у тій самій температу-рній області [11]. Тому в лiтературi мiститься суттєвий розкид даних щодо визначених рiзними методами значень енергетичних рiвнiв радiацiй-них дефектiв германію [11 -14]. Це аргументує актуальність дослідження природи утворених радіаційних дефектів, їхнього впливу на елект-ричні та оптичні властивості монокристалів гер-манію та створення на основі даного матеріалу різних електронних приладів та сенсорів, робочі характеристики яких можуть зазнавати суттєвих змін при дії радіації.

Features of Radiation-Defect Annealing in n-Ge Single Crystals Irradiated with High-Energy Electrons

“…Based on the values of the effective mass of the density of states for electrons in the conduction band and holes in the valence band of germanium, the concentration of antimony impurity = 5×10 14 cm −3 , and the experimental values of electron and hole concentrations that were determined from the temperature dependences of the Hall constant, we calculated the above-indicated unknown parameters for radiationinduced defects in Ge specimens subjected to the annealing in various regimes. The results of calculations showed that the energy spectrum of radiation defects in the annealed specimens turned out similar to that determined by us earlier in work [19] for irradiated (and not annealed) -Ge single crystals. In particular, the deep level of A-center at ( − 0.27) eV dominated in germanium with the -type conductivity, and the level at ( + 0.27) eV in germanium with the -type conductivity.…”

“…In our previous work [19], the Hall effect was measured in -Ge single crystals doped with the antimony admixture to the concentration = 5 × 10 14 cm −3 and irradiated with 10-MeV electrons to various fluences Φ. At the electron irradiation fluence Φ = = 5 × 10 15 cm −2 , radiation-induced defects with the deep energy level − 0.27 eV, which belongs to the A-center [13,20], were effectively generated.…”

Peculiarities of the Impact of Heat Treatment on the Magnetic Sensitivity of Irradiated by Electrons Single Crystals n-Ge

“…Influence of irradiation by the flow of electrons Ω=5•10 15 el./cm 2 cm -2 with the energy of 10 MeV and isothermal annealing on the magnetic sensitivity of single crystals n-Ge were investigated in the given work. Results of our previous researches [17,18] show that the point defects (A-centers [19]) and regions of disordering were introduced for the same single crystals n-Ge at the above-mentioned conditions of B-46 electronic irradiation. The author of the work [20] models point defect in Ge with the same energy spectrum as a complex, which consists of a vacancy, an atom of oxygen and two interstitial atoms of Germanium (VOI 2Ge ).…”

“…The above-mentioned parameters of radiation defects for the annealed samples n-Ge in different modes have been calculated, considering the obtained experimental results, value of the effective mass for density of states for electrons of the germanium conduction band and concentration of the impurity Sb N d =5•10 14 cm -3 . Parameters L and Ea were the same as for irradiated (unannealed) single crystals n-Ge [17]. This fact indicates on impossibility or a small efficiency the formation of other types of radiation defects.…”

THE INFLUENCE OF ELECTRON IRRADIATION ON TENSORESISTANCE OF SINGLE CRYSTALS n-Ge

“…1, криві 2 та 3). Як було показано нами раніше [10], для цих же умов опромінен-ня в монокристалах n-Ge утворюються радіа-ційні дефекти з глибокими енергетичними рів-нями…”