Образование радиационных дефектов в широкозонных полупроводниках на основе галлия (Ga2O3, GaN) при торможении протонов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

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

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (91KB)
Метаданные
3.

Скачать (78KB)
Метаданные

© В.В. Козловский, А.Э. Васильев, А.А. Лебедев, Е.Е. Журкин, М.Е. Левинштейн, А.М. Стрельчук, 2023