УДК 621.382 ПОДВАЛЬНЫЙ Л.С., ПЛАКСИН С.Е. ВЛИЯНИЕ ДОЗ ИМПЛАНТАЦИИ 100 кэВ ФОСФОРОМ НА ФЛИККЕР - ШУМ В p-Si Институт микроэлектроники и информатики РАН, Российская Федерация, 150007, Ярославль,Университетская ул.,21, Тел / Факс (8-085-2) 24-65-52 Цель работы - исследование влияния доз имплантации на низкочастотный токовый шум в тонких ионно-легированных слоях в кремнии КДБ-10, имплантированного ионами фосфора с энергией 100 кэВ без термообработки пластин. В работе используется шумовой метод - метод фликкер-шумовой спектроскопии (ФШС). Метод ФШС основан на определении спектра шума, т. е. зависимости спектральной плотности флуктуаций (СПФ) S ( ¦ ) слоевого сопротивления r от частоты ¦. Облучение проводилось rs s дозами в интервале Ф = 1´1011 - 5´1015 см -2. Измерения низкочастотных токовых шумов проводились высокоточным двухкомбинационным четырехзондовым методом экспрессметодикой с использованием высококачественной измерительной головки. Флуктуации напряжений на потенциальных зондах в определенной полосе частот измерялись селективным нановольтметром типа UNIPAN-P-237. Расчеты относительной спектральной плотности флуктуаций (СПФ) S rs (¦) / rs2 поверхностного сопротивления rs и фактора bs в зависимости от ¦ проводились по специально разработанной программе в среде DELPHY. Зависимости спектральной плотности флуктуаций SI(¦) тока I, снятые на частоте ¦ = 40 - 2500 Гц, подчиняются зависимости SI ~ I2. На этом основании можно перейти к относительному спектру SI / I 2 º Srs / rs 2 = Ss ( ¦ ) и интерпретировать его как проявление равновесных флуктуаций сопротивления. Интенсивность низкочастотных токовых шумов в области исследуемых частот ¦ = 10 - 20000 Гц можно представить в виде Ss(¦) = А/¦ + В, (1) где А и В - эмпирические коэффициенты для всех доз имплантации. Обозначив через ¦C частоту при которой интенсивность 1/¦ равна интенсивности белого шума, получим, что ¦C = А/В = 2,5 ´ 103 для всех доз имплантации. Для частот ¦ < ¦C в исследуемых нами тонких ионно- легированных слоях спектры токовых шумов близки к шуму типа 1/¦g и могут быть описаны эмпирическим соотношением Вандамме-Хоухе: Ss(¦) = a / N¦ g , (2) где a - параметр, характеризующий интенсивность низкочастотного токового шума, g - показатель формы спектра, N - число носителей заряда в образце. Значения показателя g лежали в пределах 1,12 - 2,06 ( рис. 1 ). 2,5 2 1,5 1 0,5 0 E11 E12 E13 E14 E15 5Е15 Рис. 1. Зависимость показателя формы спектра g от дозы облучения Дозовая зависимость rs немонотонна. Наблюдается рост rs c увеличением дозы облучения от 2´1011см-2 до 2´1012см-2, стабилизация rs при дозах 2´1012-1013см-2. При дальнейшем увеличении дозы облучения rs падает. Такая зависимость объясняется эффектом компенсации в пластине кремния с двумя типами примесей - донорной (имплантированный в кремний фосфор) и акцепторной (в исходной пластине - бор). Уже при Ф=2´1011 см-2 наступает частичная компенсация по глубине длины пробега иона фосфора. При дозе Ф=2´1012см-2 большая часть тонкого слоя, имплантированного фосфором, может быть скомпенсирована. При Ф=1013см-2 возможна инверсия тонкого имплантированного фосфором слоя. Дозы имплантации фосфора свыше Ф=1013 см-2 приводят к полной компенсации акцепторной примеси. С увеличением дозы rs падает. Имплантированный слой имеет ярко выраженный n-тип проводимости. Объяснением шума, описываемого выражением (2), может быть предположение о наличие в тонко-легированных слоях различных релаксационных процессов с широким спектром времен релаксации t , охватывающим много порядков изменения t. Изменение показателя g в формуле (2) с увеличением доз имплантации может быть объяснено моделью Лоренца. С возрастанием доз имплантации в тонких ионно-легированных слоях увеличивается показатель g с 1,12 до 2,06 и, следовательно, возрастает время ti релаксационных процессов. Зависимость низкочастотного токового шума и фактора шума bs от доз имплантации представлена при частоте 170 Гц на рис. 2 - 3. Srs ´ 1010 25 20 15 10 5 0 E11 E12 E13 E14 E15 5Е15 Рис. 2. Зависимость спектральной плотности флуктуаций Srs(¦) от дозы имплантации bs ´ 1012 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 E11 E12 E13 E14 E15 5Е15 Рис. 3. Зависимость фактора шума bs от дозы имплантации С повышением доз имплантации низкочастотный токовый шум имеет два пика ( при дозах 5´1011 см-2 и 2 ´1014 см-2 ); фактор шума bs аналогичная зависимость и всплеск при дозе 2´1014 см-2 - почти на порядок.