Influence of Accumulation of Impurity Atoms Ni and Fe on the Electrophysical Properties of Si Single Crystals

Abstract

У статті розглянуто процеси утворення домішкових скупчень у кремнії, одночасно легованому домішковими атомами нікелю та заліза при температурі T = 1473 K. Досліджено структурну структуру та елементний склад домішкових скупчень, які мають різні морфологічні параметри. Результати структурних аналізів показали, що в об’ємі вихідних зразків утворення будь-яких масивних скупчень домішкових атомів не спостерігалося. На відміну від вихідних зразків, в об’ємі зразків n-Si˂Ni,Fe˃ спостерігається утворення скупчень домішкових атомів різної геометричної форми, розміри яких досягають кількох сотень нанометрів. Виявлено, що в обсязі скупчень домішок, крім атомів матричного елемента кремнію та основних домішок нікелю та заліза, присутні також атоми так званих технологічних домішок, таких як вуглець і кисень. Аналіз хімічного складу домішкового скупчення сферичної форми, діаметр якого становить 400 нм, показав, що в центральній області цього домішкового скупчення частка домішкових атомів Ni становить 30,76 %, а атомів заліза – 16,34 %. Також наведено результати досліджень впливу термічного відпалу на питомий опір зразків n-Si˂Ni, Fe˃ при температурах T = 673-1273 K в інтервалі часу 10-120 хвилин з наступним різким гартом. Як виявилося, в залежностях відносного питомого опору зразків n-Si˂Ni, Fe˃ від тривалості часу відпалу спостерігається певна тенденція, згідно з якою зі збільшенням температури відпалу максимум на залежності кривих відбувається за менший час відпалу. За допомогою електронної мікроскопії проведено структурний аналіз стану скупчень домішок до та після термічного відпалу.

The article discusses the processes of formation of impurity accumulations in silicon, simultaneously doped with impurity atoms of nickel and iron at a temperature of T = 1473 K. The structural structures and elemental composition of impurity accumulations, which have different morphological parameters, are studied. The results of structural analyzes showed that the formation of any massive accumulations of impurity atoms was not observed in the volume of the initial samples. Unlike the original samples, in the volume of n-Si˂Ni, Fe˃ samples, the formation of accumulations of impurity atoms of various geometric shapes is observed, the sizes of which reach up to several hundred nanometers. It has been revealed that in the volume of impurity accumulations, in addition to atoms of the matrix element silicon and the main impurities of nickel and iron, there are also atoms of so-called technological impurities such as carbon and oxygen. Analyzes of the chemical composition of an impurity accumulation with a spherical shape, the diameter of which is 400 nm, showed that in the central region of this impurity accumulation the percentage of impurity Ni atoms is 30.76 %, and iron atoms are 16.34 %. Also presented are the results of studies of the effect of thermal annealing on the resistivity of n-Si˂Ni, Fe˃ samples at temperatures T = 673 ÷ 1273 K in a time interval of 10 ÷ 120 minutes, followed by sharp quenching. As it turned out, in the dependences of the relative resistivity of n-Si˂Ni, Fe˃ samples on the duration of the annealing time, a certain tendency is observed, according to which, with increasing annealing temperature, the maximum in the dependence curves occurs at a shorter annealing time. Using electron microscopy, structural analyzes of the state of impurity accumulations before and after exposure to thermal annealing were carried out.