Μελέτη ατελειών σε Si και Si1-xGex

Abstract

Semiconductors and in particular silicon form the base of the modern microelectronics industry. During the formation, processing and operation of semiconductor-based devices defects can be introduced, that can have a deleterious impact upon their performance. It is therefore important to understand the structure and properties of these defects in order to limit their impact and to optimise the material properties according to the application. In many instances, devices operate under irradiation (e.g. radiation sensors). Following a brief period of time there is a reduction in the performance of the devices due to the degradation of silicon. This leads to issues that are related to the security of employees, the performance and durability of devices. Solving these issues requires the improvement of the radiation hardening of devices and is a challenge for science and technology. A way to reduce the production of deleterious defects, which lead to the recombination of carriers, is the selective introduction of dopants. These dopants are germanium, tin and lead that are isovalent to silicon since they belong to the same group in the periodic table.

Οι ημιαγωγοί και ιδιαίτερα το πυρίτιο αποτελούν τη βάση της σύγχρονης ηλεκτρονικής βιομηχανίας. Κατά τις διαδικασίες κατασκευής, επεξεργασίας καθώς και λειτουργίας των ημιαγωγικών συσκευών εισάγονται στα υλικά ατέλειες, οι οποίες τις περισσότερες φορές έχουν αρνητικό αποτέλεσμα στην απόδοση των συσκευών. Καθίσταται επομένως σαφές ότι η γνώση της δομής, των ιδιοτήτων, και της συμπεριφοράς των ατελειών βοηθά στην κατανόησή τους και επομένως στον έλεγχό τους με στόχο τη βελτίωση των ιδιοτήτων του υλικού προς επιθυμητές κατευθύνσεις για διάφορες εφαρμογές. Σε πολλές περιπτώσεις, οι ηλεκτρονικές συσκευές λειτουργούν υπό συνθήκες ακτινοβόλησης (π.χ ανιχνευτές ακτινοβολίας). Mετά από σύντομο χρονικό διάστημα παρατηρείται μείωση της απόδοσης των συσκευών, λόγω υποβάθμισης της ποιότητας του πυριτίου. Έτσι ανακύπτουν προβλήματα που σχετίζονται με την ασφάλεια των εργαζομένων, την απόδοση αλλά και τη φερεγγυότητα των συσκευών ελέγχου. Η επίλυση τέτοιων προβλημάτων, που ονομάζονται «Βελτίωση της αντίστασης συσκευών λειτουργούντων υπό συνθήκες ακτινοβόλησης» αποτελεί πρόκληση για την επιστήμη και την τεχνολογία. Ένας τρόπος για να ελαττωθεί και να ελεγχθεί η παραγωγή των ανεπιθύμητων ατελειών, που αποτελούν σημαντικά κέντρα επανασύνδεσης φορέων, είναι η επιλεκτική εισαγωγή προσμίξεων. Τέτοιες προσμίξεις είναι το γερμάνιο, ο κασσίτερος και ο μόλυβδος, που ανήκουν στην ίδια ομάδα του περιοδικού συστήματος με το Si και συνεπώς είναι ισοσθενή με αυτό.