Имплантација јона у канале кристала силицијума

Abstract

У овој докторској дисертацији предмети експерименталног итеоријског истраживања су: (1) одређивање дубинског профила концентрацијеазота у силицијуму изазваног имплантациом јона азота 14N2+, енергије 4 MeV, у<100> и <110> канале кристала силицијума и у случајно оријентисан кристалсилицијума, и (2) одређивање дубинског профила аморфизације кристаласилицијума изазваног имплантацијом јона алуминијума 27Al2+, енергије 6 MeV, у<110> канале кристала силицијума и случајно оријентисан кристал силицијума.У свим горе наведеним случајевима флуенс имплантираних јона је износио 1017јона/cm2.Дубинско профилисање азота извршено је користећи методануклеарних реакција (NRA) изучавањем 14N(d,α0)12C и 14N(d,α1)12C нуклеарнихреакција и применом SRIM 2010 и SIMNRA рачунарских програма. За случајнооријентисани кристал силицијума уочено је неслагање експерименталнодобијених и симулираних профила концентрације азота, и, у складу са тим,претпостављено је формирање “мехура” азота у силицијуму и одговарајућапромена густине кристала силицијума, као могуће објашњење овог неслагањаизмеђу експерименталних резултата и теорије. Поред тога, измерени суспектри Радерфордовог повратног расејања у каналисаном случају (RBS/C) наимплантираним и неимплантираним тачкама кристала силицијума. Овиспектри су заједно са добијеним дубинским профилима концентрације азотакоришћени за одређивање дубинског профила аморфизације кристаласилицијума изазваног имплантацијом јона азота.Дубински профил аморфизације кристала силицијума изазванимплантацијом јона алуминијума одређен је скенирајућим микро-Рамановиммерењем дуж трансверзалног попречног пресека имплантиране областиivкристала. Кораци скенирања су били 0,2 и 0,3 μm, за случај имплантације у<110> и случајно оријентисани кристал силицијума, респективно. Добијенирезултати су упоређени са одговарајућим RBS/C спектрима. Такође, снимљенесу SEM фотографије тарнсверзалног попречног пресека имплантиране областикристала силицијума у случају <110> кристала силицијума. Утврђено јеодлично поклапање максимума дубинског профила аморфизације кристаласилицијума са максимумом концентрације имплантираног алуминијума усилицијуму. Ово јасно показује да се скенирајућа микро-Рамановаспектроскопија може користити као нови метод у одређивању дубинскогпрофила аморфизације кристала која је изазвана високо енергијском јонскомимплантацијом.

In this PhD thesis, the subjects of the experimental and theoretical researchare: (1) determination of the nitrogen depth profile of 4 MeV 14N2+ ions implanted inthe <100> and <110> channels of silicon crystals and in a randomly oriented siliconcrystal and (2) determination of the silicon crystal amorphization depth profileinduced by 6 MeV 27Al2+ ions in the <110> channels of silicon crystal and in arandomly oriented silicon crystal. In all of the above mentioned cases the fluence ofthe implanted ions was 1017 ions/ cm2.Nitrogen depth profiling was obtained applying the Nuclear ReactionAnalysis (NRA) method via study of 14N(d,α0)12C и 14N(d,α1)12C nuclear reactions andusing the SRIM 2010 and SIMNRA computer programs. In the case of the randomlyoriented silicon crystal pronounced difference between the experimentally obtainedand simulated nitrogen profiles was observed, and, with respect to that, formation ofthe nitrogen “bubble” in silicon and the corresponding change of the silicon densitywere assumed, as a possible explanation of that difference between the experimentalresults and theory. Additionally, Raderford Backscattering Spectrometry inchanneling mode (RBS/C) was performed on the implanted and virgin silicon crystalspots. Тhese spectra were used, together with the obtained concentration depthprofiles, for determination of the amorphization depth profiles of the silicon crystalsinduced by the nitrogen ions implantation.Silicon crystal amorphization depth profile induced by the aluminum ionsimplantation was obtained via micro-Raman Spectroscopy (μRS) scanningmeasurements of the crystal transversal cross section along the implanted region.Scanning steps were 0.2 μm and 0.3 μm for <110> and randomly oriented siliconcrystals, respectively. The obtained results were compared with the correspondingRBS/C spectra. Further, the Scanning Electron Microscopy (SEM) photograph of thevitransversal cross section of the implanted region for the case of <110> silicon crystalwas taken. It was found an excellent agreement between maxima of the crystalamorphization depth profile and maxima of the implanted aluminum concentrationdepth profile. This clearly indicates that μRS scanning technique could be used as anovel method for obtaining of the crystal amorphization depth profile induced by thehigh-energy ion implantation.