ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРЕМНИЯ И ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ

Монокристаллический кремний является основой современной электронной техники. К нему предъявляются чрезвычайно высокие требования по чистоте и совершенству структуры. Концентрации электрически активных легирующих примесей обычно находятся в пределах 10¹³ – 10¹⁸ см^-3, электрически активных фоновых примесей – менее 10¹⁵ см^-3, а электрически неактивных примесей – менее 10¹⁸ – 10¹⁹ см^-3. Основными типами структурных дефектов являются так называемые микродефекты. Как правило, они представляют собой мелкие дислокационные петли или кластеры собственных и примесных точечных дефектов.

В Советском Союзе основным производителем монокристаллического кремния был Запорожский титано-магниевый комбинат, который выпускал большую часть кристаллов, выращиваемых методом Чохральского, и практически все кристаллы, выращиваемые методом бестигельной зонной плавки. Производство полупроводниковых кремния и германия в Запорожье было освоено на рубеже 1950 – 1960 г.г. Позднее на ЗТМК было начато производство различных типов кремниевых структур – эпитаксиальных, диффузионных, с диэлектрической изоляцией и др. Со временем из состава ЗТМК выделилось производство полупроводниковых приборов на основе таких структур (ПО "Гамма"). Становление полупроводниковой промышленности в Запорожье неразрывно связано с именами Давида Иделевича Левинзона, Эдуарда Семеновича Фалькевича и Виталия Павловича Шаповалова. Подготовка специалистов в области технологии полупроводниковых материалов и приборов была начата в Запорожском машиностроительном институте под руководством Александра Николаевича Горбаня. Сегодня в Запорожье продолжают активно работать созданные ими научные школы в области физики, материаловедения и технологии полупроводников, в том числе профессора, доктора наук Т.В. Критская, И.Е. Таланин, Ю.В. Трубицын, И.Ф. Червонный и др. А.Н. Горбань, Д.И. Левинзон и их ученики принимают активное участие в разработке и выполнении программ возрождения полупроводникового производства в Украине.

Я попал на ЗТМК после окончания аспирантуры в 1987 г. и проработал инженером Центральной научно-исследовательской лаборатории полупроводников до 1990 г. Основные направления моей работы в этот период были связаны с разработкой технологий изготовления кремниевых эпитаксиальных структур различного типа и некоторых новых типов таких структур.

Одной из важных проблем, которые возникают при осаждении слаболегированных эпитаксиальных слоев на сильнолегированных изотипных подложках, является возможность образования прослоек с противоположным типом проводимости вблизи границы раздела. Предполагалось, что такие прослойки возникают из-за загрязнения поверхности или объема подложки фоновыми примесями, концентрации которых могут быть сравнительно малы. Однако из-за сложности измерения концентраций фоновых примесей экспериментальная проверка этого предположения была связана с существенными трудностями. Мне удалось построить и исследовать математические модели формирования прослоек и установить основные закономерности их формирования. В частности, было установлено, что прослойки возникают, если концентрация фоновой примеси превышает некоторое критическое значение, которое зависит от условий процесса и параметров изготавливаемой структуры. При этом факторы, влияющие на критическую концентрацию, различны для разных механизмов формирования прослойки.

Другой проблемой является формирование линий скольжения, или ступенек сдвига. Проведенное совместно с О.П. Головко и сотрудниками ЗТМК исследование показало, что они формируются на начальном этапе осаждения эпитаксиального слоя в результате испускания серии дислокационных петель источниками Франка - Рида, расположенными преимущественно на боковой кромке подложки. В зависимости от кристаллографической ориентации, эти дефекты могут проявляться в виде микроскопических ступенек на поверхности и/или прямолинейной цепочки ямок, образующихся при селективном травлении в местах выхода дислокаций на поверхность. С течением времени происходит частичная аннигиляция дислокаций, что можно рассматривать как начальный этап полигонизации.

Результаты выполненных автором совместно с сотрудниками ЗТМК исследований в области разработки технологий получения и исследования физических свойств кремниевых эпитаксиальных структур, изложены в монографиях:

Бахрушин В.Е. Получение и физические свойства слаболегированных слоев многослойных композиций. – Запорожье: ГУ "ЗИГМУ", 2001

Бахрушин В.Е. Получение и свойства слаболегированных слоев кремниевых структур. – Запорожье: Видавець, 1997,

10 авторских свидетельствах и патентах на изобретения, а также в 40 научных статьях.