Имплантација јона у канале кристала силицијума

Abstract

У овој докторској дисертацији предмети експерименталног и теоријског истраживања су: (1) одређивање дубинског профила концентрације азота у силицијуму изазваног имплантациом јона азота 14N2+, енергије 4 MeV, у <100> и <110> канале кристала силицијума и у случајно оријентисан кристал силицијума, и (2) одређивање дубинског профила аморфизације кристала силицијума 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 1017 јона/cm2. Дубинско профилисање азота извршено је користећи метода нуклеарних реакција (NRA) изучавањем 14N(d,α0)12C и 14N(d,α1)12C нуклеарних реакција и применом SRIM 2010 и SIMNRA рачунарских програма. За случајно оријентисани кристал силицијума уочено је неслагање експериментално добијених и симулираних профила концентрације азота, и, у складу са тим, претпостављено је формирање “мехура” азота у силицијуму и одговарајућа промена густине кристала силицијума, као могуће објашњење овог неслагања између експерименталних резултата и теорије. Поред тога, измерени су спектри Радерфордовог повратног расејања у каналисаном случају (RBS/C) на имплантираним и неимплантираним тачкама кристала силицијума. Ови спектри су заједно са добијеним дубинским профилима концентрације азота коришћени за одређивање дубинског профила аморфизације кристала силицијума изазваног имплантацијом јона азота. Дубински профил аморфизације кристала силицијума изазван имплантацијом јона алуминијума одређен је скенирајућим микро-Рамановим мерењем дуж трансверзалног попречног пресека имплантиране области iv кристала. Кораци скенирања су били 0,2 и 0,3 μm, за случај имплантације у <110> и случајно оријентисани кристал силицијума, респективно. Добијени резултати су упоређени са одговарајућим RBS/C спектрима. Такође, снимљене су SEM фотографије тарнсверзалног попречног пресека имплантиране области кристала силицијума у случају <110> кристала силицијума. Утврђено је одлично поклапање максимума дубинског профила аморфизације кристала силицијума са максимумом концентрације имплантираног алуминијума у силицијуму. Ово јасно показује да се скенирајућа микро-Раманова спектроскопија може користити као нови метод у одређивању дубинског профила аморфизације кристала која је изазвана високо енергијском јонском имплантацијом.

In this PhD thesis, the subjects of the experimental and theoretical research are: (1) determination of the nitrogen depth profile of 4 MeV 14N2+ ions implanted in the <100> and <110> channels of silicon crystals and in a randomly oriented silicon crystal and (2) determination of the silicon crystal amorphization depth profile induced by 6 MeV 27Al2+ ions in the <110> channels of silicon crystal and in a randomly oriented silicon crystal. In all of the above mentioned cases the fluence of the implanted ions was 1017 ions/ cm2. Nitrogen depth profiling was obtained applying the Nuclear Reaction Analysis (NRA) method via study of 14N(d,α0)12C и 14N(d,α1)12C nuclear reactions and using the SRIM 2010 and SIMNRA computer programs. In the case of the randomly oriented silicon crystal pronounced difference between the experimentally obtained and simulated nitrogen profiles was observed, and, with respect to that, formation of the nitrogen “bubble” in silicon and the corresponding change of the silicon density were assumed, as a possible explanation of that difference between the experimental results and theory. Additionally, Raderford Backscattering Spectrometry in channeling mode (RBS/C) was performed on the implanted and virgin silicon crystal spots. Тhese spectra were used, together with the obtained concentration depth profiles, for determination of the amorphization depth profiles of the silicon crystals induced by the nitrogen ions implantation. Silicon crystal amorphization depth profile induced by the aluminum ions implantation was obtained via micro-Raman Spectroscopy (μRS) scanning measurements 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 silicon crystals, respectively. The obtained results were compared with the corresponding RBS/C spectra. Further, the Scanning Electron Microscopy (SEM) photograph of the vi transversal cross section of the implanted region for the case of <110> silicon crystal was taken. It was found an excellent agreement between maxima of the crystal amorphization depth profile and maxima of the implanted aluminum concentration depth profile. This clearly indicates that μRS scanning technique could be used as a novel method for obtaining of the crystal amorphization depth profile induced by the high-energy ion implantation.