Образование радиационных дефектов в широкозонных полупроводниках на основе галлия (Ga2O3, GaN) при торможении протонов
- Авторы: Козловский В.В.1, Васильев А.Э.1, Лебедев А.А.2, Журкин Е.Е.1, Левинштейн М.Е.2, Стрельчук А.М.2
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
- Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
- Выпуск: № 12 (2023)
- Страницы: 63-69
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/1028-0960/article/view/232220
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023120099
- EDN: https://elibrary.ru/BHSYBZ
- ID: 232220
Цитировать
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.
Об авторах
В. В. Козловский
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Автор, ответственный за переписку.
Email: kozlovski@physics.spbstu.ru
Россия, 195251, Санкт-Петербург
А. Э. Васильев
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Автор, ответственный за переписку.
Email: electronych@mail.ru
Россия, 195251, Санкт-Петербург
А. А. Лебедев
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: shura.lebe@mail.ioffe.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург
Е. Е. Журкин
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Автор, ответственный за переписку.
Email: ezhurkin@phmf.spbstu.ru
Россия, 195251, Санкт-Петербург
М. Е. Левинштейн
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: melev@nimis.ioffe.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург
А. М. Стрельчук
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: anatoly.strelchuk@mail.ioffe.ru
Россия, 194021, Санкт-Петербург
Список литературы
- Kozlovski V., Abrosimova V. Radiation Defect Engineering. Selected Topics in Electronics and Systems V. 37. Singapore: World Scientific, 2005. 264 p.
- Claeys C., Simoen E. Radiation Effects in Advanced Semiconductor Materials and Devices. Berlin: Springer–Verlag, 2002. 401 p.
- Strokan N.B., Ivanov A.M., Savkina N.S. et al. // Semiconductors. 2004. V. 38. P. 807.
- Van Lint V.A.J. Mechanisms of Radiation Effects in Electronic Materials. John Wiley & Sons, 1980.
- Козловский В.В., Васильев А.Э., Лебедев А.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2016. № 7. С. 19.
- Козловский В.В., Васильев А.Э., Карасев П.А., Лебедев А.А. // Физика и техника полупроводников. 2018. Т. 52. № 3. С. 327.
- SRIM-2013 Software Package. http://www.srim.org https://doi.org/10.1007/978-1-4615-8103-1_3
- Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. The Stopping and Range of Ions in Matter. New York: Pergamon, 1985.
- Steeds J.W., Carosella F., Evans G.A. et al. // Mater. Sci. Forum. 2001. V. 353–356. P. 381.
- Steeds J.W., Evans G.A., Furkert S. et al. // Diamond Related Mater. 2002. V. 11. P. 1923.
- Lebedev A.A. Radiation Effects in Silicon Carbide // Materials Research Forum LLC, Millersville, USA, 2017. V. 6. PA 17551.
- Pons D., Bourgoin J.C. // J. Phys. C. 1985. V. 18. P. 3839.
- Barry A.L., Maxseiner R., Wojcik R. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1990. V. 37. № 6. P. 1726.
- Look D.C., Reynolds D.C., Hemsky J.W. et al. // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 79. P. 2273.
- 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.
- 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.
- Pearton S.J., Ren F., Patrick E., Law M.E., Polyakov A.Y. // ECS J. Solid State Sci. Technol. 2016. V. 5. P. Q35.
- Bardeleben H.J., Zhou S., Gerstmann U. et al. // APL Mater. 2019. V. 7. P. 022521.
- Kim J., Pearton S.J., Fares C. et al. // J. Mater. Chem. C. 2019. V. 7. P. 10.
- Farzana E., Chaiken M.F., Blue T.E. et al. // APL Mater. 2019. V. 7. P. 022502.
- Лебедев А.А., Белов С.В., Мынбаева М.Г. и др. // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. Вып. 10. С. 1386.
- Lebedev A.A., Belov S.V., Mynbayeva M.G. et al. // Mater. Sci. Forum. 2016. V. 858. P. 1186.
- Yang J., Chen Z., Ren F. et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2018. V. 36. № 1. P. 011206.
- Polyakov A.Y., Smirnov N.B., Shchemerov I.V. et al. // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 113. P. 092102.
- 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.
- 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.
- 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.
- Pearton S.J., Ren F., Mastro M. Gallium Oxide. Technology, Devices and Applications. Elsevier, 2019.