Диффузия, растворимость и электрические свойства

III. Результаты и обсуждение

Обнаружено, что примеси Sc, Pr и Eu проявляют, как и другие редкоземельные элементы, исследованные нами, мелкую акцепторную природу на поверхности и в объеме кремния n-типа, после диффузионного отжига. Методом эффекта Холла определена подвижность носителей заряда – дырок в диффузионно-легированных примесях Sc, Pr и Eu в слоях кремния. Подвижность носителей заряда в диффузионных слоях Si, Si и Si равна ~ 145  250 см²Вс и уменьшается с увеличением концентрации примесей Sc, Pr и Eu в кремнии.

По температурной зависимости коэффициента Холла – концентрации носителей заряда, а также методом изотермической релаксации емкости и тока каких-либо глубоких уровней в запрещенной зоне кремния характерных для Sc, Pr и Eu в кремнии, не обнаружено. Концентрационное распределение носителей заряда в слоях кремния, легированного примесей Sc, Pr и Eu, определенное с помощью электрических измерений, может быть описано соотношениями:
C ≈ (2÷4)×10¹⁷ erfc(x / 2 ), см^-3.

При этом поверхностная концентрация атомов Sc, Pr и Eu в кремнии, определенная с помощью метода меченых атомов, составляет  10¹⁸  10¹⁹ см^-3. Таким образом, концентрация электрически активных РЗЭ примесей Sc, Pr и Eu в кремнии составляет менее 10 % от общей концентрации примесей Sc, Pr и Eu в кремнии.

Таблица 1.
Коэффициенты диффузии скандия, празеодима и европия в кремнии.

Температура диффузии, ^0C	DSc, см^2ꞏс^-1	DPr, см^2ꞏс^-1	DEu, см^2ꞏс^-1
1100	1.5ꞏ10^-14	3.6ꞏ10^-14	1.0ꞏ10^-14
1150	3.7ꞏ10^-14	9.5ꞏ10^-14	2.5ꞏ10^-14
1200	9.1ꞏ10^-13	2.0ꞏ10^-13	5.2ꞏ10^-13
1250	2.0ꞏ10^-13	5.3ꞏ10^-13	1.2ꞏ10^-13

Как показывает анализ полученных данных, коэффициенты диффузии и энергии активации примесей Sc, Pr и Eu в кремнии располагаются в диапазоне значений, характерных для диффузии типичных элементов III группы, а также для других РЗЭ, являющихся примесями замещения и диффундирующих по узлам кристаллической решетки. Это позволяет утверждать, что РЗЭ примесей Sc, Pr и Eu, этой же группы также является примесью замещения и диффундирует подобно другим РЗЭ по узлам кристаллической решетки кремния.

Сопоставление полученных данных с ранними результатами по диффузии РЗЭ в кремнии, полученными с помощью радиоактивной и др. методик, показывает, что способ нанесения диффузанта и среда диффузии не влияют существенно на диффузионные параметры РЗЭ в кремнии. Таким образом, можно предположить, что примеси РЗЭ Sc, Pr и Eu - элементы третьей группы Периодической системы, исследованные нами, также являются примесями замещения и диффундируют по узлам кристаллической решетки (вакансионный механизм диффузии) кремния.