Ученые НИФТИ ННГУ совместно с учеными из Красноярского Института Физики имени Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского федерального университета продемонстрировали, что ионная имплантация полупроводниковых материалов может быть эффективной без последующего отжига. Результат исследования открывает новые технологические возможности для современной микроэлектроники.
Ученые ННГУ продемонстрировали эффективность ионной имплантации полупроводников без отжига / ©Getty images
Ионная имплантация – облучение пучками ускоренных ионов поверхности материалов, которое позволяет сформировать у них заданные свойства. Легирование полупроводников методом ионной имплантации (введения примесей в материал) – один из ключевых технологических процессов в электронике.
При имплантации кристаллических полупроводников их обычно ориентируют так, чтобы большинство ионов не попадали в так называемые «каналы», которые существуют в кристаллах между цепочками атомов. Это связано с тем, что при попадании ионов в каналы трудно получить определенную глубину проникновения примесных атомов. Другая особенность традиционной имплантационной технологии – проведение отжига. При нагреве атомы вводимой примеси занимают определенные места в кристаллической решетке, где они активируются – приобретают способность захватить, или отдать электрон.
Ученые ННГУ провели имплантацию ионов галлия в монокристаллический кремний, не препятствуя ионам двигаться по «каналам». А затем, не проводя отжига, использовали метод импедансной спектроскопии. Он позволяет определять энергетические уровни примесных атомов в полупроводниках, а значит и степень их электрической активности. Оказалось, что атомы галлия даже в отсутствие отжига проявляют электрическую активность. Исследование опубликовано в международном журнале Materials Letters, который освещает передовые разработки в области материаловедения.
Алена Никольская, один из авторов проекта, сотрудник Лаборатории физики и технологии тонких пленок НИФТИ ННГУ рассказывает: «В ряде случаев отжиг нежелателен, так как он может приводить к ухудшению свойств материала. Поэтому результаты нашего исследования могут сыграть важную роль в производстве. Мы установили возможность легирования материалов без последующего отжига. Для этого нужно ориентировать кристалл так, чтобы максимальное количество ионов двигалось по каналам.
Хотя при этом глубина, на которую проникают ионы, становится менее управляемой, для ряда полупроводниковых приборов, например детекторов заряженных частиц, важно сохранение свойств материала, таких как время жизни неосновных носителей заряда на большой глубине. Исключив отжиг, мы можем сохранить этот важный параметр и тем самым повысить рабочие характеристики устройства».
Ученые планируют детально исследовать влияние условий каналирования при ионной имплантации полупроводников и проверить результативность этого подхода для ионов различных химических элементов в разных режимах ионного легирования.
