The effect of vacancy-impurity complexes in silicon on the current–voltage characteristics of p–n junctions

Abstract

The methods for analyzing the current–voltage characteristics of p–n junctions at forward and reverse bias with the calculation of the parameters of recombination centers before and after irradiation with gamma quanta were developed in this work. These methods are simple, convenient, and allow one to determine the parameters of deep levels at one temperature, which makes it possible to use them as express diagnostic techniques, taking measurements immediately on the semiconductor plates at the completion of the main technological processes. It was shown that after irradiation the composition of the centers in the depletion region of the p–n junction changes, the recombination processes and the lifetime begin to determine the divacancy complexes of silicon with oxygen (V2O). It was found that the generation of charge carriers in a strong field of the depletion region of the p–n junction occurs under the influence of the electron–phonon interaction, the parameters of this interaction are determined, and the configuration-coordinate diagrams of recombination centers are constructed.

Влияние Условий Формирования Кремниевых Диодов На Их Обратные Токи

“…Выражение (3) справедливо, когда генерация носителей заряда происходит в результате многофононного процесса, и в нем принимает участие только один тип фононов, имеющих некоторую эффективную энергию. Алгоритм вычисления параметров электрон-фононного взаимодействия изложен в работах [2][3][4]. Анализ публикаций по дефектам в кремнии показывает, что энергия активации 0.47−0.48 эВ может соответствовать комплексу V Si −O [12,[16][17][18] либо дивакансии [12,13,19].…”

“…В этой области происходят процессы генерации электронов и дырок с участием глубоких уровней [1]. Генерация сопровождается эффектом Пула−Френкеля, также на этот процесс оказывает влияние электрон-фононное взаимодействие, что приводит к плавному росту обратного тока с ростом напряжения [2][3][4]. С точки зрения диффузионной теории протекания тока p−n-перехода обратный ток не должен зависеть от приложенного напряжения [5].…”

“…Энергия активации температурной зависимости диффузионного тока должна быть равной энергии ширины запрещенной зоны полупроводника, однако экспериментальные работы показывают, что это не так, и энергия активации меньше ширины запрещенной зоны [2,6]. Это связано с тем, что в большинстве случаев обратный ток является суммой диффузионного тока и тока генерации [7], причем последний преобладает [1][2][3][4]. Механизм протекания тока можно определить, изучив его зависимость от температуры.…”

“…Это значение должно быть рассчитано и сопоставлено с его экспериментальной величиной для того, чтобы доказать существование данного эффекта. Однако коэффициент Пула−Френкеля, вычисленный из экспериментальных результатов, может быть больше теоретического, что связано с влиянием электронфононного взаимодействия [2][3][4]10]. Электрон-фононное взаимодействие может быть значительным тогда, когда центры рекомбинации являются комплексами нескольких точечных дефектов.…”

“…Такие комплексы могут содержать различное число как вакансий, так и атомов кислорода [12]. Они создают в запрещенной зоне кремния центры рекомбинации вблизи середины запрещенной зоны и активно оказывают влияние на величину обратных токов [2][3][4]13,14]. Если влияние кислорода на величину обратных токов p−n-переходов исследовано достаточно хорошо, то влияние азота изучено недостаточно, а он оказывает влияние как на образование кислородных комплексов [15], так и сам создает глубокие уровни в запрещенной зоне кремния [12].…”