DEFEKTŲ SPEKTROSKOPIJA PROTONAIS APŠVITINTUOSE SILICIO DALELIŲ SENSORIUOSE

Ištrauka

DEFEKTŲ SPEKTROSKOPIJA PROTONAIS APŠVITINTUOSE SILICIO DALELIŲ SENSORIUOSE
Bakalauro studijų baigiamasis darbas 

Turinys
Įvadas 3
I. Defektai silicyje 5
II. Radiaciniai defektai 8
III. PIN struktūros dalelių sensoriai 9
III.1. PIN dalelių detektorių struktūra 9
III.2. PIN struktūros dalelių detektorių veikimo principas 9
III.3. PIN struktūros dalelių detektorių panaudojimas aukštųjų energijų fizikos eksperimentuose 10
IV. Ištirti bandiniai 12
V. Tyrimų metodika ir įrenginiai 13
V.1. “FormFactor Summit 11000” mokslinė zondų stotis 13
V.2. Legirantų koncentracijos įvertinimas C-V charakteristikų analizės metodu 14
V.3. Mikrobangomis zonduojamo foto-laidumo metodo eksperimentų įranga 16
V.4. Foto-jonizacijos spektroskopijos metodo pagrindimas 17
V.5. Foto-jonizacijos spektroskopijos eksperimentų įranga 20
VI. Eksperimentiniai rezultatai ir jų aptarimas 22
VI.1. I-V charakteristikų analizė 22
VI.2. C-V charakteristikų tyrimas 23
VI.3. Krūvininkų rekombinacijos trukmės tyrimas naudojant MW – PC metodą 26
VI.4. Foto-jonizacijos spektrų analizė ir defektų identifikavimas 28
Išvados 35
Literatūra 36
Summary 39

Įvadas
Silicis yra antras gausiausiai Žemės plutoje randamas elementas. Jis šiuo metu taip pat
yra plačiausiai elektronikoje naudojamas puslaidininkis. Silicio sensoriai aukštųjų energijų
fizikoje naudojami jau maždaug 40 metų. Fizikos srityje plačiausiai išvystyti jonizuojančiųjų
dalelių ir regimosios šviesos fotonų registravimui. Daugiausia jie naudojami dalelių pozicijos
nustatymo (angl.: tracking), viršūniniuose (angl.: vertex) detektoriuose bei kalorimetruose [1].
Veikiant radiacinei spinduliuotei, ji sąveikaudama su silicio sandūra detektoriuje generuoja
nepusiausviruosius krūvininkus, kas leidžia užregistruoti elektrinius signalus. Tačiau, apšvitos
sukelti defektai gali keisti medžiagos pradinę legirantų koncentraciją, sukurti krūvininkų
generacijos ir rekombinacijos centrus bei “gaudyti” laisvuosius krūvininkus [2]. Silicio,
apšvitinto didelės energijos dalelėmis, elektrinės savybės stipriai pasikeičia dėl jo kristalinės
gardelės pažeidimų bei įvairių defektų. Tai gali nulemti pokyčius krūvininkų pernašoje,
krūvininkų rekombinacijos procesuose ir kt. Todėl detalūs apšvitinto silicio elektrinių
charakteristikų tyrimai yra svarbūs, siekiant pagerinti jo pagrindu pagamintų dalelių sensorių
ilgaamžiškumą bei efektyvumą. Silicio elektrinėms savybėms tirti galima pasinaudoti volt-
amperinių (I-V) ir volt-faradinių (C-V) charakteristikų bei mikrobangomis zonduojamo foto-
laidumo (MW-PC) kinetikų registravimo metodus. Išanalizavus elektrines charakteristikas,
galima pasigilinti į pačių defektų prigimtį bei juos identifikuoti. Defektų aptikimui ir
identifikavimui darbe pasirinktas foto-jonizacijos spektroskopijos metodas.
I-V charakteristikos leidžia įvertinti detektoriaus nuotėkio srovę, bei apšvitos įtaką jai.
Nuotėkio srovės išaugimas nulemia didesnius triukšmo lygius detektoriaus signale, ir tuo pačiu
- mažesnį detektoriaus tikslumą. C-V charakteristikos atskleidžia detektoriaus sandūros talpos
kitimus, iš kurių galima įvertinti efektines legirantų koncentracijas bei jų kitimą, nulemtą
protonų apšvitos.
Krūvininkų gyvavimo trukmė yra svarbus puslaidininkio parametras, nusakantis
krūvininkų rekombinacijos spartą medžiagoje. Darbo metu buvo siekiama įvertinti kaip
skirtingi apšvitos įtėkiai lemia krūvininkų rekombinacijos spartos padidėjimą, taip mažinant
puslaidininkinio diodo efektyvumą. Krūvininkų rekombinacijos trukmių charakteristikų
analizei pasirinktas nesąlytinis mikrobangomis zonduojamo foto-laidumo kinetikų metodas [3].
Defektų aptikimui ir identifikavimui darbe pasirinktu foto-jonizacijos spektroskopijos
metodu galima įvertinti bandiniuose dominuojančius defektų lygmenis bei jų absorbcijos
energijas, kurios būdingos tam tikriems defektams ar jų kompleksams. Bandinį apšviečiant
skirtingų energijų fotonais, elektronai yra sužadinami tarp skirtingų lygmenų. Registruojant
ties kuriais bangos ilgiais yra stebima sugertis, galima identifikuoti minėtuosius lygmenis ir
identifikuoti jiems priskirtinus defektus. Su gauta informacija, tuomet patogu analizuoti
literatūroje aptariamus defektų lygmenis, lyginti rezultatus ir daryti išvadas apie nagrinėtus
bandinius. Ištirti duomenys svarbūs defektų prigimties analizėms, praktikoje naudojamų
puslaidininkinių prietaisų optimizavimui bei sensorių charakteristikų pokyčių įvertinimui, kurį
nulemia apšvitos...