Formation of Radiation Defects in Wide-Band Semiconductors Based on Gallium (Ga2O3, GaN) under Proton Irradiation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using mathematical modeling of the displacement cascade in two wide-gap semiconductors based on gallium, gallium oxide (Ga2O3) and gallium nitride (GaN), the features of the generation of Frenkel pairs during the scattering of protons with energies of 8 and 15 MeV are considered. The number of displacements created not only by primary knocked-on atoms, but also by recoil atoms generated in displacement cascades is calculated for the first time. Calculations have shown that under proton irradiation of Ga2O3, for example, the fraction of vacancies in the oxygen sublattice created directly by protons is only 12%. The remaining 88% are created by recoil atoms in cascade processes. For the gallium sublattice, these fractions are 25 and 75%, respectively. Therefore, the processes of compensating the conductivity of GaN and Ga2O3 observed under proton irradiation will be determined by deep centers created not by primary knocked-on atoms, but by recoil atoms formed in displacement cascades. A comparison with experimental data is made, and the fraction of Frenkel pairs dissociating during irradiation is estimated.

About the authors

V. V. Kozlovski

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: kozlovski@physics.spbstu.ru
Russia, 195251, St. Petersburg

A. E. Vasil’ev

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: electronych@mail.ru
Russia, 195251, St. Petersburg

A. A. Lebedev

Ioffe Institute

Author for correspondence.
Email: shura.lebe@mail.ioffe.ru
Russia, 194021, St. Petersburg

E. E. Zhurkin

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: ezhurkin@phmf.spbstu.ru
Russia, 195251, St. Petersburg

M. E. Levinshtein

Ioffe Institute

Author for correspondence.
Email: melev@nimis.ioffe.ru
Russia, 194021, St. Petersburg

A. M. Strelchuk

Ioffe Institute

Author for correspondence.
Email: anatoly.strelchuk@mail.ioffe.ru
Russia, 194021, St. Petersburg

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (91KB)
3.

Download (78KB)

Copyright (c) 2023 В.В. Козловский, А.Э. Васильев, А.А. Лебедев, Е.Е. Журкин, М.Е. Левинштейн, А.М. Стрельчук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».