РОЗДІЛ 2
МІЛКІ ПАРАМАГНІТНІ ДОМІШКИ У КУБІЧНОМУ КАРБІДІ КРЕМНІЮ
2.1. ЕПР “мілкого” бору у 3С-SiC: прояв ефекту Яна-Теллера
Карбід кремнію є широкозонним напівпровідником, який має великі пер-спективи
для створення приладів, працюючих в екстремальних умовах. Значний прогрес
останніх років у технології отримання високоякісних монокристалів і
епітаксійних плівок, а також у з'ясуванні важливих фізичних властивостей,
сприяє широкому використанню цього матеріалу для силової, високотемпературної,
високочастотної і радіаційностійкої електроніки. Монокристали карбіду кремнію
кубічної модифікації, 3C-SiC, отримані методом розкладання метилтрихлорсила-ну
в атмосфері водню, представляють великий інтерес, оскільки є найбільш чис-тими:
з усіх відомих політипів концентрація неконтрольованої домішки азоту в них
найнижча ( <1015 см-3), а низькотемпературна рухливість найбільш висока (~105
см2В-1с-1).
Бор є однією з найважливіших акцепторних домішок у карбіді кремнію і виступає
активатором високотемпературної люмінесценції в матеріалі як n- так і p-типу
[96]. Він практично завжди є присутнім у вигляді неконтрольованої доміш-ки у
різних політипах SiC, утворюючи мілкі та глибокі акцепторні рівні [97, 98].
Властивості бору в SiC вивчалися різними методами, включно з застосуванням ЕПР
[99-102], ОДМР [103, 104] та ПЕЯР [105]. Проте, на момент початку наших
досліджень електронна структура цього дефекту, який, починаючи з роботи [101],
у літературі часто називають „мілким” бором (sB), залишалася до кінця
нез’ясова-ною. Так, не були визначені причини, які приводять до близьких
значень парамет-рів спектрів ЕПР [101, 102] та близьких величин енергій
активації [106] бору в різних політипах SiC. Незрозумілими були також висновки
[102] про низьку симе-трію (СS) центра sВ у кубічному політипі 3C, тоді як для
аксіального центра у гексагональному політипі 6Н вона була більш високою (C3v).
У цьому зв’язку, для розуміння властивостей В у різних політипах карбіду
кремнію, значний інтерес викликає визначення його електронної структури саме у
кубічному SiC, єдиній політипній модифікації, в який відсутнє тригональне
кристалічне поле.
2.1.1. Методика експерименту. Досліджені монокристали 3С- SiC були ви-рощені
методом термічного розкладання метилтрихлорсилану і легувалися бором при
вирощуванні або у процесі високотемпературної дифузії (Тd = 1900 ОС). Кристали
орієнтувалися рентгенівським методом, досліджені зразки мали розмір 2ґ1.5ґ0.4
мм3. Визначена з вимірів ЕПР концентрація бору для різних зразків становила
1017 ё 1018 см-3.
Вимірювання ЕПР виконувались на радіоспектрометрі Varian E-12 у Q-діа-пазоні (n
? 34.9 ГГц ) в інтервалі температур 4.2 ё 220 K.
2.1.2. Спектри ЕПР та модель центра В у 3С-SiC. На рис. 2.1 наведено спектр ЕПР
бору (спін S = 1/2) в 3С- SiC для трьох характерних орієнтацій.
Рис. 2.1. Спектри ЕПР 3С-SiC при обертанні магнітного поля у площині ()
кристала, Т = 30 K, n = 34.905 ГГц.
Він, як було відомо [99, 102], складається з інтенсивних ліній надтонкої
взаємодії з ядром 11В (спін ядра І = 3/2, розповсюдженість с = 81.17%) та ліній
НТВ з ядром 10В (І = 3, с = 18.83%), інтенсивність яких на порядок менша.
Надтонка структура (НТС) останніх не розрізнюється [102], і вони виступають у
якості „п’єдесталу” більш інтенсивних четвірок НТС 11В.
Окрім того, спостерігаються і лінії супернадтонкої структури (СНТС) з ядрами
29Si (див. рис. 2.1 ). На рис. 2.2 представлена кутова залежність спектра ЕПР
при обертанні магнітного поля у площині () кристала, яка спостерігається в
інтервалі температур 4.2 ё 40 К. З неї видно, що g-тензор є аксіальним з
головною віссю вздовж напрямку <111>, вісі А-тензора збігаються з осями
g-тензора.
Рис. 2.2. Кутова залежність положень ліній ЕПР 3С-SiC при обертанні
магніт-ного поля у площині () кристала, кут 0О відповідає орієнтації ВО ||
[001]; Т = 30 K, n = 34.905 ГГц. Позначення гілок відповідають моделі дефекту,
наведеній на рис. 2.3, суцільні криві розраховані на основі параметрів СГ,
представлених у табл. 2.1.
Привертає до себе увагу і те, що існують дві орієнтації, 20О та 90О, в яких
зникає НТС ліній “с” та “с+b” відповідно. У цих орієнтаціях лінії мають ширину,
яка практично збігається з шириною ДВрp = 0.05 мТ окремих компонент НТС.
По-дібне „зникнення” надтонкої структури може мати місце у випадку протилежних
знаків контактної та диполь-дипольної надтонкої взаємодії і спостерігалося
рані-ше для аксіального центра В у 6H-SiC, який пов’язувався з
квазігексагональною позицією [99]. Зауважимо, що в усіх політипах карбіду
кремнію будь-який атом Si або C має однакове тетраедрично координоване
найближче оточення, відмінність виникає починаючи з другої та подальших
координаційних сфер. Елементарна комірка усіх політипів складається з подвійних
шарів Si – C, і різні структури SiC походять від різної послідовності цих шарів
[107]. Якщо для модифікації 3С-SiC притаманна найщільніша тришарова кубічна
упаковка АВСАВС типу сфалериту, де буквами позначено подвійні шари Si – C, то
для гексагонального політипу 6Н характерна послідовність шарів АВСАСВ (див.
рис. 3.1) та існування двох квазікубічних та і квазігексогональної
кристалографічно нееквівалентних позицій у ґратці.
Для опису спостереженої кутової залежності резонансних полів ліній ЕПР (без
врахування супернадтонкої взаємодії) використовувався спін-гамільтоніан, який
відповідає аксіальній точковій симетрії дефекту [99]:
= в + (2.1),
де в – магнетон Бора,
, – спінові оператори електрона та ядра 11В відповідно,
– g-тензор,
– тензор надтонкої взаємодії з ядром 11В.
Отримані із співставлення з екс
- Київ+380960830922