Анотація до роботи:

Таланін І.Є. Механізм утворення і властивості ростових мікродефектів у бездислокаційних монокристалах кремнію. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07. – фізика твердого тіла. – Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, Чернівці, 2005.

Дисертацію присвячено питанням утворення і трансформації ростових мікродефектів, їх впливу на електрофізичні параметри бездислокаційних монокристалів кремнію і кремнієвих композицій. В дисертації розроблено новий загальний механізм утворення ростових мікродефектів, який грунтується на численних експериментальних дослідженнях і концепції спільного існування вакансій та власних міжвузловинних атомів кремнію поблизу температури кристалізації. За допомогою просвітлювальної електронної мікроскопії проведено експериментальні дослідження знака деформації кристалічної гратки бездислокаційних монокристалів кремнію, яку викликають індивідуальні ростові мікродефекти різного типу. Для досліджень використано монокристали, що були вирощені за методами Чохральського і безтигельної зонної плавки при різних теплових умовах росту. Досліджено процеси трансформації ростових мікродефектів при технологічних діях на кристали (термічна обробка, епітаксійне нарощування, іонна імплантація); проведено електрофізичні дослідження об’ємних кристалів і отриманих композицій. Показано, що агрегація точкових дефектів у вакансійно-міжвузловинному і міжвузловинному режимах росту кристалів при визначених теплових умовах росту в процесі охолодження кристала може призводити до утворення вторинних дефектів – вакансійних октаедричних мікропор і міжвузловинних дислокаційних петель біля первинних киснево-вакансійних і вуглецево-міжвузловинних агрегатів відповідно. Створено єдину класифікацію ростових мікродефектів, що базується на картинах їхнього розподілу в залежності від швидкості росту кристалів малих діаметрів спільно з визначенням знака деформації кристаличної гратки, яка викликається тим або іншим мікродефектом.

1. За допомогою просвітлювальної електронної мікроскопії вперше експериментально було встановлено, що у кристалах CZ-Si діаметром 50 мм:

мікродефекти в області кільцевого розподілу є скупченнями точкових дефектів міжвузловинного типу розмірами 4...12 нм;

усередині кільцевого розподілу співіснують дефекти міжвузловинного і вакансійного типів - (I + V)-мікродефекти;

за розміром, знаком деформації кристалічної гратки і картинам макророзподілу мікродефекти в області кільцевого розподілу нічим не відрізняються від D-мікродефектів у FZ-Si.

2. Експериментально встановлено, що в монокристалах FZ-Si і CZ-Si поблизу фронту кристалізації процес рекомбінації власних точкових дефектів утруднений внаслідок наявності рекомбінаційного бар'єра, у зв'язку з чим вакансії і власні міжвузловинні атоми кремнію знаходять стоки у вигляді атомів фонових домішок кисню і вуглецю, що підтверджується теоретичними розрахунками термодинаміки процесів агрегації точкових дефектів.

3. В залежності від теплових умов росту, зокрема фізичного параметра V/G, бездислокаційні монокристали кремнію ростуть у міжвузловинному режимі та вакансійно-міжвузловинному режимі, який обумовлений спільним існуванням міжвузловинних і вакансійних мікродефектів. При цьому теоретичний параметр V/G визначається нами експериментально з урахуванням діаметра кристала, швидкості охолодження і радіального температурного градіента.

4. Розпад пересиченого твердого розчину власних точкових дефектів відбувається одночасно за двома механізмами: вакансійному і міжвузловинному. Виявлено, що центрами зародження ростових мікродефектів служать фонові домішки кисню і вуглецю, і саме їх впливом визначається механізм наступного росту і трансформації мікродефектів.

5. Закономірності процесів росту мікродефектів і природа їх утворення у бездислокаційних монокристалах FZ-Si і CZ-Si є ідентичними. У вакансійно-міжвузловинному режимі росту при розпаді пересиченого твердого розчину вакансій відбувається киснево-вакансійна агрегація, в результаті якої утворюються преципітати SiO₂. При розпаді пересиченого твердого розчину власних міжвузловинних атомів кремнію відбувається вуглецево-міжвузловинна агрегація з утворенням скупчень, що складаються з власних міжвузловинних атомів кремнію, атомів вуглецю і кисню.

6. При агрегації точкових дефектів у міжвузловинному режимі росту кристала в результаті пересичення твердого розчину власних міжвузловинних атомів кремнію за рахунок росту мікропреципітатів SiO₂ відбувається процес гомогенного зародження міжвузловинних кластерів. Встановлено, що А-мікродефекти виникають під дією двох різних механізмів: конденсації власних міжвузловинних атомів кремнію і генерації дислокаційних петель, викликаної полем пружних напружень навколо преципітатів.

7. Агрегація точкових дефектів у вакансійно-міжвузловинному і міжвузловинному режимах росту кристалів за визначених теплових умов росту в процесі охолодження кристала призводить до утворення вторинних дефектів - вакансійних мікропор і міжвузловинних дислокаційних петель біля первинних киснево-вакансійних і вуглецево-міжвузловинних агрегатів відповідно.

8. Запропонована єдина класифікація ростових мікродефектів, що базується на аналізі картин їхнього розподілу в залежності від швидкості росту кристалів FZ-Si і CZ-Si малих діаметрів спільно з визначенням знака деформації кристалічної гратки. У цю класифікацію входять і нові мікродефекти, що утворюються в кристалах великого діаметра - вакансійні мікропори.

9. Експериментально встановлено, що технологічні впливи (високотемпературні обробки, радіаційні обробки) монокристалів бездислокаційного кремнію призводять до неминучої зміни об'ємного розподілу і трансформації міжвузловинних мікродефектів, яка незалежно від методу вирощування кристала відбувається за схемою: D-мікродефекти В-мікродефекти А-мікродефекти. Ця трансформація супроводжується укрупненням мікродефектів і зменшенням їхньої концентрації.

10. Встановлено і експериментально підтверджено принципово новий гетерогенний механізм утворення і трансформації ростових мікродефектів у бездислокаційних монокристалах кремнію, який грунтується на наступних підходах:

концентрації вакансій і власних міжвузловинних атомів кремнію поряд з фронтом кристалізації поблизу точки плавлення порівняні, рекомбінацією власних точкових дефектів при високих температурах можна знехтувати;

розпад пересиченого твердого розчину точкових дефектів при охолодженні кремнію від температури кристалізації здійснюється за двома незалежними механізмами: вакансійним і міжвузловинним;

основою процесу дефектоутворення є первинні киснево-вакансійні та вуглецево-міжвузловинні агломерати, що утворюються на домішкових центрах;

основною особливістю розпаду пересиченого твердого розчину точкових дефектів є генерація вторинних дефектів (скупчень власних точкових дефектів), яка супроводжує ріст нової фази.

Публікації автора:

1. Таланин И.Е. Микродефекты в бездислокационных монокристаллах кремния. - Запорожье: ЗГИА, 1996. - 80 с.

2. Sitnikova A.A., Sorokin L.M., Talanin I.E., Sheikhet E.G., Falkevich E.S. Vacancy type microdefects in dislocation-free silicon single crystals // Phys. Stat. Sol. (a). - 1985. - Vol. 90, №1. - P. K31-K35.

3. Ситникова А.А., Сорокин Л.М., Таланин И.Е., Малышев К.Л., Шейхет Э.Г., Фалькевич Э.С. Исследование природы микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния // ФТТ. - 1986. - Т.28, №6. - С. 1829-1833.

4. Таланин И.Е., Строителева Н.И., Левинзон Д.И., Токарев В.П. Исследование дефектообразования в кремниевых обращенных эпитаксиальных структурах // УФЖ. - 1993. - Т. 38, №10. - С. 1517-1521.

5. Таланін І.Є., Левінзон Д.І., Шухіна І.Є. Утворення і трансформація мікродефектів у бездислокаційних монокристалах кремнію // УФЖ. - 1997. - Т. 42, №1. - С. 98-100.

6. Таланін І.Є., Левінзон Д.І., Таланін В.І. Вплив залишкових домішок кисню та вуглецю на дефектоутворення в безтигельному кремнії // УФЖ. - 1999. - Т. 44, №5. - С. 599-602.

7. Таланін І.Є., Левінзон Д.І., Таланін В.І. Дослідження трансформації ростових мікродефектів у кремнії після іонної імплантації // УФЖ. - 2000. - Т. 45, №8. - С. 963-967.

8. Таланин И.Е., Левинзон Д.И., Таланин В.И. Формирование и трансформация микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния // Известия вузов. Материалы электронной техники. - 2000. - №4. - С. 21-27.

9. Таланін В.І., Таланін І.Є., Левінзон Д.І. Трансформація мікродефектів у процесі технологічних впливів // УФЖ. - 2001. - Т. 46, №1. – С. 74-76.

10. Таланін І.Є., Таланін В.І., Левінзон Д.І. Механізм утворення мікродефектів у бездислокаційних монокристалах кремнію // УФЖ. - 2001. - Т. 46, №3. - С. 333-336.

11. Talanin V.I., Talanin I.E., Levinson D.I. Physics of the formation of microdefects in dislocation-free monocrystals of float-zone silicon // Semicond. Sci. & Technol. - 2002. - Vol. 17, №2. - P. 104-113.

12. Таланин И.Е., Таланин В.И., Левинзон Д.И. Модель образования и трансформации микродефектов в бездислокационных монокристаллах кремния // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2002. - №3. - С. 72-76.

13. Talanin V.I., Talanin I.E., Levinson D.I. Physical model of paths of microdefects nucleation in dislocation-free single crystals float-zone silicon // Cryst. Res. & Technol. - 2002. - Vol. 37, №9. - P. 983-1010.

14. Таланін В.І., Таланін І.Є. Дослідження процесів утворення мікродефектів у бездислокаційних монокристалах кремнію, вирощених методом Чохральського // УФЖ. - 2002. - Т. 47, №12. - С. 1153-1157.

15. Таланин В.И., Таланин И.Е. Микродефектная структура полупроводникового кремния // Известия вузов. Материалы электронной техники. - 2002. - №4. - С. 4-15.

16. Таланін В.І., Таланін І.Є. Утворення мікродефектів у бездислокаційних монокристалах кремнію, вирощених методами безтигельної зонної плавки і Чохральського // УФЖ. - 2003. - Т. 48, №1. - С. 41-46.

17. Таланін В.І., Таланін І.Є. Термодинамічні аспекти моделі утворення мікродефектів у напівпровідниковому кремнії // УФЖ. - 2003. - Т. 48, №2. - С. 123-126.

18. Talanin V.I., Talanin I.E., Levinson D.I. Microdefects in semiconducting silicon // Functional Materials. - 2003. - Vol. 10, №2. - P. 1-7.

19. Таланин В.И., Таланин И.Е., Левинзон Д.И. Об идентичности процессов дефектообразования в малогабаритных монокристаллах кремния // Известия вузов. Материалы электронной техники. – 2003. - №3. – С. 30-34.

20. Talanin V.I., Talanin I.E. Physical nature of grown-in microdefects in Czochralski-grown silicon and their transfofmation during various technological effects // Phys. Stat. Sol. (a). – 2003. – Vol. 200, №2. – P. 297-306.

21. Таланін І.Є., Таланін В.І., Левінзон Д.І. Вплив мікродефектів на електричні властивості об’ємних монокристалів кремнію та приладових структур на їх основі // Електроніка і зв’язок. – 2003. - № 20. – С. 174-176.

22. Talanin V.I., Talanin I.E. The microdefects classification in semiconducting silicon // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2003. – Vol. 6, № 4. – P. 431-436.

23. Таланін І.Є. Формування і трансформація мікродефектів у бездислокаційних монокристалах кремнію // Науковий вісник Чернівецького університету. Фізика. Електроніка. – 2003. – Вип. 201. – С. 81-88.

24. Talanin V.I., Talanin I.E. Nucleation, growth and transformation of microdefects in FZ-Si // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. – 2004. – Vol. 7, № 1. – P. 16-21.

25. Таланин И.Е., Таланин В.И. Анализ контраста электронно-микроскопических изображений D-микродефектов // Известия вузов. Материалы электронной техники. – 2004. - №1. – С. 50-54.

26. Таланин В.И., Таланин И.Е., Левинзон Д.И. Образование микродефектов в полупроводниковом кремнии // Кристаллография. – 2004. – Т. 49, № 2. – С. 244-248.

27. Таланин И.Е., Таланин В.И. Физическая классификация ростовых микродефектов в бездислокационных монокристаллах // Металлофизика и новейшие технологии. – 2004. – Т. 26, № 3 . – С. 371-386.

28. Власенко В.Е., Галицкий Ю.П., Песоцкий Г.С., Пухов Ю.Г., Суслов А.В., Таланин И.Е., Трипольский В.М., Чувашов Ю.Д. Способ окислительного рафинирования кремния // А.с.758702 СССР, МКИ С 01 В 33/02. - № 2559335/23-26; заявлено 26.12.1977; опубл. 28.04.1980, бюл. № 53.