Дослідження формування низьковимірних дефектних станів в монокристалічному кремнії за участю кисню
Анотація
В цій роботі досліджується формування низьковимірних дефектних станів у монокристалічному кремнії за участю кисню, зосереджуючись на структурних неоднорідностях та їхньому впливі на властивості матеріалу. Монокристалічний кремній, наріжний камінь сучасної наноелектроніки, виробляється переважно методом Чохральського, який часто вводить домішки кисню. Ці домішки утворюють оксидні включення (SiOₓ) та комплекси (Si–On) під час термічної обробки при 400–800°C, що призводить до дефектів, які впливають на електричні та структурні властивості. У дослідженні використовується рентгенівська дифракція для аналізу зразків кремнію p-типу, вирощених методом Чохральського, з термічною обробкою при 950°C, 1050°C та 1150°C. Результати показують, що термічна обробка перерозподіляє атоми та дефекти, збільшуючи параметри решітки та кристалічність, досягаючи піку при 1050°C. Розміри субкристалічних структур змінюються з температурою, досягаючи максимальної стабільності при 1050°C. Взаємодія кисню та бору утворює кристаліти SiO₂ та B₂O₃ розмірами від 21 до 25 нм та 55 нм відповідно. Крім того, в поверхневих областях утворюються невеликі кластери (1,6–2 нм) SiOₓ, що вказує на ненасичені кремнієві зв'язки та локалізовані мікродефекти. У дослідженні також виявлено кристаліти SiB₆ (71–95 нм) на поверхні, що ростуть шляхом дозрівання Оствальда за вищих температур. Ці результати підкреслюють складну взаємодію між домішками кисню, термічною обробкою та утворенням дефектів у кристалах кремнію. Дослідження дає уявлення про оптимізацію процесів виробництва кремнію для мінімізації дефектів та підвищення характеристик матеріалу для передових електронних застосувань. Результати підкреслюють важливість контролю вмісту кисню та умов термічної обробки для досягнення високоякісного монокристалічного кремнію з індивідуальними властивостями. Ця робота сприяє глибшому розумінню динаміки дефектів у кремнії, пропонуючи практичні наслідки для вдосконалення технологій виробництва напівпровідників. Вирішуючи проблеми, що виникають через домішки кисню, дослідження прокладає шлях для розробки більш ефективних та надійних пристроїв на основі кремнію в наноелектронній промисловості.
Завантаження
Посилання
S. Simakov, N.A. Vinogradova, and O. Nikitushkina, “Irradiation of Monocrystalline Silicon with a High-Power Pulsed Beam of Carbon Ions and Protons,” Inorganic Materials: Applied Research, 15, 649-653 (2024) https://doi.org/10.1134/S2075113324700072
Jia-he CHEN, et al “Monocrystalline silicon used for integrated circuits: still on the way,” Front. Mater. Sci. China, 2(4) 335–344 (2008) https://doi.org/10.1007/s11706-008-0062-0
X. Yu, D. Yang, X. Ma, et al., “Grown-in defects in nitrogendoped Czochralski silicon,” Journal of Applied Physics, 92(1), 188 194 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1481190
X. Huang, T. Taishi, I. Yonenaga, et al., “Dislocation-free Czochralski Si crystal growth without dash necking using a heavily B and Ge codoped Si seed,” Japanese Journal of Applied Physics, 39, 115–119 (2000). https://doi.org/10.1143/JJAP.39.L1115
N.Y. Yunusaliyev, “The Gas-Sensitive Properties of Tin Dioxide Films,” East Eur. J. Phys. (4), 439-442 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-52
S.Z. Zaynabidinov, Sh.U. Yuldashev, A.Y. Boboev, and N.Y. Yunusaliyev, “X-ray diffraction and electron microscopic studies of the ZnO(S) metal oxide films obtained by the ultrasonic spray pyrolysis method,” Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 1(112), 78-92 (2024). https://doi.org/10.18698/1812-3368-2024-1-78-92
Sh.B. Utamuradova, Kh.J. Matchonov, J.J. Khamdamov, and Kh.Y. Utemuratova, “X-ray diffraction study of the phase state ofsilicon single crystals doped with manganese,” New Materials, Compounds and Applications, 7(2), 93-99 (2023). http://jomardpublishing.com/UploadFiles/Files/journals/NMCA/v7n2/Utamuradova_et_al.pdf
S.Z. Zainabidinov, A.Y. Boboev, M.B. Rasulova, and N.Y. Yunusaliyev, “X-ray diffraction analysis, optical characteristics, and electro-physical properties of the n-ZnO/p-NiO structure grown by the spray pyrolysis method,” New Materials, Compounds and Applications, 8(3) 411-421 (2024). https://doi.org/10.62476/nmca83411
G.T. Imanova, A.I. Kamardin, and I.R. Bekpulatov, “Investigation of Coatings Formed by Thermal Oxidation on Monocrystalline Silicon,” Integrated Ferroelectrics, 240(1), 53–63 (2024) https://doi.org/10.1080/10584587.2023.2296317
B.D. Igamov, A.I. Kamardin, D.Kh. Nabiev, I.R. Bekpulatov, et al., “Study of the physical nature of Mn4Si7 crystals formed by the diffusion method using an X-ray diffraction,” Journal of Crystal Growth, 649, 27-32 (2025). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2024.127932
A.Y. Boboev, “Photoelectric characteristics of the heterojunction n-GaAs-p-(GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y,” East European Journal of Physics, (3), 298-302 (2024) https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-31
M.K. Karimov, Kh.J. Matchоnov, K.U. Otaboeva, and M.U. Otaboev, “Computer Simulation of Scattering Xe+ Ions from InP(001)❬110❭ Surface at Grazing Incidence,” e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 17, 179-183 (2019). https://doi.org/10.1380/ejssnt.2019.179
M. Li, Y. Liu, Y. Zhang, X. Han, T. Zhang, Y. Zuo, C. Xie, et al., “Effect of the Annealing Atmosphere on Crystal Phase and Thermoelectric Properties of Copper Sulfide,” ACS Nano, 15(3), 4967-4978 (2021). https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09866
Авторське право (c) 2025 Акрамжон Ю. Бобоєв, Білоліддін М. Ергашев, Нурітдін Ю. Юнусалієв, Муродільжон М. Хотамов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
